Horizon Zero Dawn : le making of du meilleur jeu 4K de PS4 Pro
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Horizon Zero Dawn de Guerrilla Games a non seulement relevé la barre en termes de réalisations techniques sur le matériel de console de génération actuelle, mais a également présenté la meilleure présentation 4K HDR que nous ayons vue de tous les titres PlayStation 4 Pro. La sortie 1080p native sur le matériel de base évolue jusqu’à 2160p sur Pro, en utilisant une implémentation personnalisée du rendu en damier, mais la présentation d’Horizon est si propre, si solide, si convaincante qu’elle passe pour la « vraie chose » – alors comment cela a-t-il été réalisé ?
Il y a quelque temps, Digital Foundry a passé la journée avec Guerrilla Games à Amsterdam, discutant de la composition technologique du jeu, notre visite commençant par une conversation approfondie avec l’ingénieur principal en technologie Giliam de Carpentier sur la façon dont le studio s’est attaqué à le matériel PlayStation 4 Pro.
“Eh bien, commençons par notre rendu 1080p régulier – nous nous concentrons fortement sur l’anti-aliasing, donc quelle que soit la technique que nous voulions utiliser pour avoir un rendu 4K, elle devait également être de la même qualité”, déclare de Carpentier. “Et évidemment, la PS4 Pro est beaucoup plus puissante que la PS4 standard, mais le rendu natif aurait peut-être été trop demander.”
Le support Pro et HDR a été intégré à Horizon relativement tard dans le développement de six ans du jeu, et Guerrilla a expérimenté plusieurs stratégies de résolution plus élevée, en les essayant côte à côte avant de s’installer sur un damier 2160p. En termes de rendu natif, l’équipe a tenté le 1500p, mais n’a pas été entièrement satisfaite des résultats. Et pour être clair, le damier dans le cas d’Horizon implique le rendu de la moitié des pixels pour l’image 2160p complète, l’autre moitié se résolvant via la reprojection de l’image précédente – un processus qui, selon Giliam, fournit un “niveau de détail de résolution natif”, sinon assez la netteté. Cependant, chaque pixel rendu de manière native – qu’il s’agisse de 1080p sur la PS4 de base ou d’un damier 2160p sur Pro – bénéficie également d’un super-échantillonnage temporel 4x.
“Nous avons conclu pour nous [that] il était logique d’opter pour la méthode de rendu qui nous a donné le plus de détails – car assez intéressant, même si vous ne rendez que 50% des pixels sur chaque image, après deux images, vous obtenez le niveau de détail, mais pas en soi le même netteté que [native] 4K”, explique de Carpentier. “Il y a peut-être des moyens de faire cela également, mais nous nous concentrons principalement sur les détails, donc par rapport à un rendu natif 4K vraiment approximatif ou vraiment propre d’une scène CG, je suppose que notre jeu n’a pas cette même netteté, mais là encore, si vous regardez un film 4K typique, il n’a pas non plus cette netteté. Si vous regardez les lignes de bord, elles ont généralement une épaisseur de deux ou trois pixels.”
John et Rich ont passé la journée au studio Guerrilla Games à Amsterdam à discuter de technologie avec les personnes derrière le jeu.
Alors, comment différencier la netteté des détails ? Eh bien, en damier ou non, l’exécution à 2160p permet de garantir que des textures de niveau mip plus élevé sont diffusées – ce qui n’est pas nécessairement le cas lorsque vous travaillez à une résolution native inférieure. Considérez également que les pixels importés et reprojetés à partir de l’image précédente sont soumis au même super-échantillonnage temporel 4x que ceux de l’image actuelle. Horizon conserve les détails et surtout, via ce traitement, il le fait jusqu’au loin.
“Pour notre anti-aliasing, nous préférons utiliser quatre échantillons par pixel, nous le faisons également en 1080p”, explique Giliam. “C’est parce que toute notre végétation est testée alpha. Les feuilles d’herbe individuelles peuvent mesurer moins d’un demi-pixel de large, vous obtenez donc toutes sortes d’artefacts nerveux à distance qui peuvent être ennuyeux à travailler. Nous avons compris qu’avec 1080p que quatre échantillons par pixel – quatre fois le super-échantillonnage – est le minimum. Nous utilisons également deux images d’animation séquentielle pour l’anticrénelage en 1080p qui n’est qu’une variation de la reprojection temporelle.
L’équilibre en termes de détails par rapport à la netteté s’ajuste légèrement lorsque vous comparez les versions PS4 et Pro du jeu. La PlayStation 4 de base exécute Horizon à une résolution native avec un super-échantillonnage 4x, de sorte que la carte de pixels 1: 1 produit une image sans doute plus nette que Pro. Cependant, le damier à 2160p sur la console la plus puissante échange un peu de netteté, mais offre une grande, grande victoire en termes de détails.
“C’est un peu un compromis qualité/quantité qu’on peut faire”, songe de Carpentier, “[You could have] Rendu en damier 1800p dans notre cas au moins, avec plus de sifflets et de cloches attachés, de sorte que vous pourriez avoir plus de netteté dans ces pixels en damier 1800p par rapport à un peu moins de netteté en damier 2160p – mais vous faire avoir 2160p donc vous avez ce petit détail supplémentaire dans la géométrie et les textures.”
Un bon exemple de la façon dont les détails supplémentaires alimentent le jeu de la version Pro provient du filtrage anisotrope. Notre analyse initiale suggérait que les textures bénéficiaient de niveaux d’AF plus élevés, mais ce n’est pas vraiment le cas. À 2160p – en damier ou non – plus de texture est échantillonnée, ce qui signifie que le même filtrage de texture produit des résultats beaucoup plus détaillés.
En plus de cela, l’interface et les éléments HUD sont rendus en 2160p natif, absorbant une partie des 512 Mo de RAM supplémentaires de la PS4 Pro, mais la stratégie de l’équipe était d’ouvrir autant de mémoire supplémentaire que possible aux systèmes de streaming du jeu – pour assurer que les versions de la plus haute qualité de chaque texture se résolvent dans la mesure du possible, ajoutant encore une fois au niveau de détail supplémentaire trouvé dans le jeu Pro.
Alors, qu’en est-il du HDR ? En remontant à l’époque de la PS3, Guerrilla a défendu le rendu à plage dynamique élevée, mappé vers le bas pour la sortie sRGB finale. La prise en charge HDR devrait alors être assez simple à mettre en œuvre – au niveau le plus élémentaire, il s’agirait simplement de supprimer l’étape de mappage des tons. Il s’avère que ce n’est pas le cas – les jeux de Guerrilla sont fortement influencés par la direction artistique, et les aspects de post-traitement tels que l’étalonnage des couleurs sont traditionnellement effectués en SDR – c’est mieux adapté au flux de travail de l’équipe et il y a aussi d’autres raisons logistiques.
“La plupart des utilisateurs utilisent probablement SDR, nous voulions donc garder cela comme objectif principal pour la correction des couleurs”, explique Giliam. “Cela ne veut pas dire que nous ne voulions pas donner au HDR le temps nécessaire pour être également modifié, mais nous avons estimé qu’il valait mieux se concentrer sur le SDR, puis convertir en HDR.”
Le processus de conversion ajoute essentiellement un canal d’informations ” clairsemé ” supplémentaire dans la conversion vers HDR – un système qui fonctionne non seulement pour le rendu du jeu, mais également pour les séquences vidéo du titre, qui sont toutes en 4K natif, avec le même atout fonctionnant à la fois sur le matériel PS4 et Pro. La gestion de la taille du canal HDR était cependant un problème, plus que toute implication potentielle sur les performances.
“En ce qui concerne la bande passante, vous devez être très prudent lors de la gestion de vos tampons – pour ne pas obtenir de bandes de couleurs supplémentaires, par exemple – car les bits supplémentaires consomment de la bande passante et surtout lorsque vous essayez également de faire du 4K, c’est vraiment important. Chaque élément compte, vous devez donc être très prudent lors de la planification de l’ensemble de votre pipeline, votre post-pipeline, afin de ne pas obtenir de bandes de couleur sévères. »
John Linneman présente une analyse technique d’Horizon Zero Dawn que nous avons préparée pour le lancement du jeu – il s’agit d’une présentation vidéo 4K du début à la fin.
D’autres problèmes ont rendu le développement HDR difficile – en particulier l’absence d’un seul écran de référence pour la sortie HDR. Il n’y a pas vraiment de standard, et chaque écran, chaque utilisateur bénéficie d’une expérience différente. À la luminosité maximale, Horizon produit 6000 nits lorsque vous regardez directement le soleil, tandis qu’un écran comme l’excellent écran B6 de LG – pour notre argent, le meilleur prix par rapport à l’écran de performance sur le marché en ce moment – n’a qu’une luminosité maximale de 560 nits. Même le produit phare de Sony, le ZD9, atteint un maximum de 2400 nits. Le réglage du HDR pour Guerrilla était un défi car en poussant le HDR aussi loin qu’il le pouvait, le développeur est littéralement incapable de voir l’effet.
Le travail HDR de Guerrilla a fini par gagner en performances pour le jeu après sa mise en œuvre au lieu de le perdre, et comme indiqué dans notre analyse initiale du code de lancement, la base PS4 et Pro fonctionnent efficacement de manière identique – même si les deux ensembles de matériel ont des goulots d’étranglement très différents . Encore une fois, c’est une question d’équilibre : Pro peut n’avoir qu’une augmentation incrémentielle de la bande passante mémoire, mais d’autres domaines du GPU offrent des améliorations particulièrement spectaculaires des performances matérielles.
“Nous avons un pipeline assez profond avec une profondeur primaire et une classe de géométrie comme un moteur de rendu différé typique, et une passe d’éclairage et beaucoup d’effets post”, explique de Carpentier. “Pour nous, la profondeur de la géométrie et l’éclairage étaient plus rapides même en damier natif qu’en 1080p de base, ce qui a créé une certaine marge pour tirer un peu plus parti des effets post.”
Cependant, la résolution du damier en 4K complet récupère certaines de ces performances, et la bande passante devient plus problématique car l’exécution à une résolution plus élevée oblige le développeur à échantillonner plus de données de texture.
“Il existe également différentes façons de faire du damier”, ajoute Giliam, qui nous a dit qu’ils avaient “mis en place leur propre solution” au lieu d’utiliser le modèle de référence de Sony. “Vous pouvez avoir plus d’informations par pixel, ou moins d’informations par pixel lors du rendu du damier et selon la quantité d’informations dont vous disposez, vous pouvez opter pour différentes techniques de résolution de damier. Nous en avons trouvé une qui ne nécessite pas beaucoup de données supplémentaires au niveau du pixel et cela nous a également permis d’améliorer les performances dans le rendu de toute la géométrie et la passe d’éclairage. »
Les problèmes de performances dans Horizon Zero Dawn ne sont guère problématiques – il s’agit d’une analyse du code de lancement et Guerrilla a en fait reculé et optimisé les zones inférieures à la moyenne depuis que nous avons produit cette vidéo.
Bien que l’accent soit mis sur le support Pro d’Horizon sur son meilleur damier 2160p, il existe également un mode de performance. En règle générale, des options comme celle-ci sur d’autres titres ont une fréquence d’images déverrouillée – et la réalité est que très peu de jeux avec ce mode ont réussi à passer de 30 ips à 60 ips verrouillés. Horizon conserve son verrouillage à 30 ips dans son mode performance, l’idée étant d’offrir un verrouillage complètement solide à ce nombre du début à la fin. Horizon est construit sur un moteur à 30 Hz qui exploite déjà presque entièrement le processeur – le déverrouillage de la fréquence d’images n’aurait pas fonctionné pour ce titre.
Dans l’état actuel des choses, tout temps CPU restant est consacré à la diffusion préventive des données mondiales – un système qui supprime le type de bégaiement que vous voyez souvent lors de la traversée dans de nombreux titres du monde ouvert. L’objectif ici est alors la stabilité absolue – il reste 10 % de frais généraux supplémentaires pour assurer des performances constantes dans les zones les plus difficiles. La résolution native passe à 1368p et il y a aussi quelques avantages de qualité car le damier n’est pas dans le mélange. Principalement, les passes volumétriques et de profondeur de champ augmentent en fonction du nombre de pixels.
Mais c’est le mode haute résolution qui offre la meilleure expérience triple A 4K que nous ayons jamais appréciée sur console. Il n’y a aucun compromis sur la cohérence – même les cinématiques pré-rendues d’Horizon fonctionnent en 4K avec HDR – tandis que l’accent mis par l’équipe sur les détails et l’anti-aliasing porte ses fruits. Le feuillage, l’herbe et d’autres détails sous-pixels se résolvent loin dans la distance, sans la rupture ou le scintillement que vous obtiendriez autrement. Pendant ce temps, la résolution en damier de Guerrilla – une variante personnalisée développée par le studio lui-même – est la meilleure de sa catégorie : les artefacts de rupture et de croisement sont pratiquement impossibles à repérer. Et cela ouvre un débat intéressant: lorsque les consoles de nouvelle génération arriveront enfin dans quelques années, les ressources GPU devraient-elles être dépensées pour de «vraies» sorties 4K lorsque des technologies telles que le suréchantillonnage temporel et le damier peuvent sembler cette bon travail en tandem? Horizon Zero Dawn démontre de manière convaincante que nous pouvons avoir notre gâteau et le manger – que nous pouvons échanger un peu de netteté contre une victoire massive en termes d’ambition visuelle.
Digital Foundry s’est rendu à Guerrilla Games à Amsterdam pour couvrir cette histoire. Sony a payé le voyage et l’hébergement. Si vous êtes intéressé par une plongée technologique plus approfondie dans les techniques d’anticrénelage et de damier du moteur Decima, nous vous recommandons vivement de consulter la présentation Siggraph de Giliam de Carpentier.
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