O jogo em nuvem está condenado por causa da física? by@strateh76
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O jogo em nuvem está condenado por causa da física?

2022/06/07
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Muito longo; Para ler

Estudo: a qualidade do vídeo está diretamente relacionada ao poder de processamento do seu hardware e às capacidades do seu mecanismo de jogo. A latência depende principalmente da taxa de quadros do jogo, da maneira como o mecanismo do jogo processa a lógica e do tempo de processamento do sinal do monitor. O atraso médio de entrada para o display é de cerca de 30 ms. A latência para jogos locais é de cerca de 5 quadros ou quase um décimo de segundo. Um mecanismo de jogo otimizado para jogos modernos geralmente leva 3 quadros. O atraso máximo de interação para muitos jogos não deve ser superior a 200 ms e para jogos que exigem uma resposta superior a 100 ms.

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Por muitos anos, o poder computacional do PC dependeu do investimento feito nele. Quanto mais caro era, maior desempenho tinha para rodar jogos de hardware mais exigentes. Mas, à medida que os requisitos do sistema de jogo aumentam anualmente, esse investimento em hardware também se deprecia rapidamente. Além disso, o hardware está em falta, o que não está melhorando. Mas quando fica melhor, custa muito.

Mas há uma solução. Você não precisa pensar em quão fraco ou poderoso é o seu PC com jogos na nuvem. Você escolhe um jogo do serviço e o executa. Os comandos do seu controlador são enviados para o servidor, computados no jogo, convertidos em fluxos de vídeo e áudio e, em seguida, enviados de volta.

Parece muito trabalho, muito longo e muito complicado? Vamos descobrir.

Ao analisar este tópico, usei os artigos “ Cloud Gaming ” e “ Cloud gaming don’t mean athing if you ain't got that ping ” como inspiração.

Qualidade de vídeo e latência

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Ao jogar em PCs e consoles, os artefatos de vídeo na imagem e a latência de entrada, desde o pressionamento de um botão até a execução de um comando na tela, são reduzidos ao mínimo. A qualidade do vídeo está diretamente relacionada ao poder de processamento do seu hardware e às capacidades do seu mecanismo de jogo. A latência depende principalmente da taxa de quadros do jogo, da maneira como o mecanismo do jogo processa a lógica e do tempo de processamento do sinal do monitor.

É difícil determinar o valor total de latência para todos os jogos e configurações de hardware. No entanto, farei algumas generalizações para entender melhor a diferença entre jogos locais e jogos na nuvem para facilitar a comparação.

Atraso de entrada de jogo local

Um dos principais fatores que afetam a latência é o número de quadros por segundo em que o jogo é renderizado. Quando 60 FPS, você vê cada quadro por 16,7 ms.

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Então, o que vejo aqui:

  • O usuário pressiona um botão no controlador e, em seguida, um sinal é enviado ao console/PC. 10 ms é um número aproximado porque o atraso do sinal depende do controlador específico, seja com fio ou sem fio, etc.

  • A lógica do jogo é calculada primeiro e depois transmitida para o display com base nos dados recebidos. Um mecanismo de jogo otimizado para jogos modernos geralmente leva 3 quadros.

  • O atraso médio de entrada para o display é de cerca de 30 ms.

Portanto, seu dispositivo de jogo, seja um PC ou console, levará 90 ms para atualizar seu comando de entrada. São 5 quadros ou quase um décimo de segundo.

Atraso de entrada de jogos na nuvem

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A latência de entrada em jogos em nuvem é diferente porque muitos outros processos são considerados. Não é mais tão simples:

  • Assim como nos jogos locais, tudo começa com o usuário enviando um comando de entrada.
  • Ele é recebido pelo equipamento de jogo do usuário (PC, console ou smartphone) e depois transmitido aos servidores em nuvem com o jogo desejado. Observe que esta etapa acontecerá mais rapidamente quando seu controlador for o dispositivo de jogo - como no caso de smartphones. Nesse aspecto, bastante interessante foi a experiência do Stadia , cujo controlador foi conectado diretamente ao roteador, contornando o link intermediário - PC.
  • O mecanismo do jogo recebe o comando de entrada, após o qual a lógica do jogo é calculada e renderizada.
  • O sinal desenhado é enviado ao codificador, que codifica o material em um codec de áudio e vídeo adequado e, em seguida, enviado de volta ao usuário.
  • O codec de áudio e vídeo resultante é decodificado, renderizado e enviado ao monitor.
  • O monitor executa o processamento interno do sinal e exibe a imagem na tela.

Se você somar todos os componentes, o atraso será de cerca de 130 ms.

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E agora, vamos discutir os resultados do estudo "Cloud Gaming: Architecture and Performance" , cujos autores argumentam que o atraso máximo de interação para muitos jogos não deve ser superior a 200 ms e para jogos que exigem uma resposta rápida - não mais de 100 ms.

Algumas conclusões deste estudo:

  • Jogos de tiro e luta devem ter uma latência inferior a 100 ms, pois são particularmente exigentes em termos de capacidade de resposta.

  • Role-playing games, como World of Warcraft, devem ter uma latência não superior a 500ms. Eles não são mais sensíveis à capacidade de resposta, mas ainda requerem alguma capacidade de resposta aos eventos do mundo do jogo e ações confiáveis, como curar um personagem ou lançar feitiços.

  • Os RTSs são ainda mais tolerantes com a latência e às vezes permitem até 1000 ms. Não é mais crucial para esses jogadores realizar todas as suas ações imediatamente. Por exemplo, os jogadores podem construir sem atualizar constantemente o jogo.

Considerando isso, um aumento na latência de 1,5 vezes em comparação com o computador local não parece crítico. Mas então por que a primeira impressão dos jogos na nuvem geralmente é negativa?

E na maioria das vezes é sobre a conexão do usuário com a Internet. E o fato de que seus 100 Mbps não são necessariamente 100 Mbps.

Em seguida, vamos ver o que pode impedir que os jogadores em nuvem alcancem a latência de entrada ideal.

Do servidor ao usuário

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De um modo geral, o roteamento padrão de Internet e IP não garante a entrega confiável de dados ou a qualidade do serviço. Eles também têm algumas outras limitações que tornam a manutenção de um ping baixo o tempo todo um desafio.

Há muitas maneiras pelas quais a latência pode ocorrer. O tamanho pequeno dos pacotes do jogo (55 bytes) em comparação com os pacotes padrão da Internet (1.500) faz com que os roteadores IP reduzam sua sobrecarga de processamento em 27. O tamanho menor do pacote também descarta mais pacotes porque os limites do buffer geralmente são definidos com base no número de pacotes, não o tamanho deles.

Outros problemas de latência surgem da maneira como as redes IP calculam o roteamento de pacotes. O protocolo de roteamento primário na Internet (BGP) pode criar caminhos circulares na rede com mais saltos do que o necessário e criar caminhos diferentes para o tráfego de entrada e saída. Além disso, quando se trata de peering ou transferência de tráfego para outras redes, o BGP não considera a largura de banda da rede receptora, o desempenho em tempo real ou o desempenho da rede. Ele pode escolher diferentes pontos de peering para o tráfego de entrada e saída. Isso pode levar a resultados de desempenho diferentes e taxas de ping baixas, especialmente para jogadores conectados a redes com provedores diferentes.

O peering requer uma compreensão dos caminhos de ponta a ponta do servidor host até os jogadores que o utilizam. Assim, análises de rede em tempo real são necessárias para fornecer a melhor experiência de jogo. Ao entender os padrões de tráfego de jogos e como o tráfego flui pela Internet e outras redes, as empresas de jogos podem otimizar os fluxos de tráfego de ponta a ponta entre seus servidores, redes de distribuição de conteúdo (CDNs), a Internet e os usuários finais.

Cada vez mais, as empresas de jogos em nuvem estão construindo suas redes de backbone para conectar data centers de ponta e centrais que hospedam servidores de jogos. Isso permite um controle de ponta a ponta mais granular, garantindo o melhor desempenho para aplicativos de jogos. A Internet age apenas como a "última milha" para os jogadores.

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Essa estrutura de interconectividade entre data centers geralmente consiste em roteadores e troncos de fibra. As camadas IP e ópticas da rede devem ser coordenadas para garantir que essas conexões sejam determinísticas. Um controlador de software central desempenha essa função nas modernas redes definidas por software (SDN). As análises também são incorporadas ao sistema. Portanto, ao contrário do BGP, conhecemos o desempenho da rota de ponta a ponta, incluindo os pontos de peering. O controlador configura os roteadores e links ópticos de acordo com políticas de desempenho e SLAs específicos.

Velocidades de conexão com a Internet

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O que acontece com o sinal no caminho do servidor para nossas casas, descobrimos aproximadamente. Agora vamos voltar às coisas mais mundanas - a Internet em nosso apartamento.

A velocidade de Internet indicada no contrato de serviço é a velocidade máxima possível que o operador aloca por canal. Será relevante para você se você for o único em toda a casa que usa a Internet e não houver obstáculos no caminho do sinal. A situação parece bastante utópica. Você pode medir a velocidade real da sua Internet, por exemplo, usando speedtest.net .

No entanto, os requisitos do sistema para conexão à Internet da GFN de 15 Mbit/s para 720p a 60 FPS e de 25 Mbit/s para 1080p a 60 FPS. Quanto ao MY.GAMES Cloud - 10 Mbit/s para rodar jogos em 720p a 30 FPS, 25 Mbit/s a 120 FPS.

Em um mundo ideal onde as velocidades da Internet sempre atendem às nossas necessidades, um sinal de alta taxa de bits não compactado seria transmitido ao usuário, fornecendo uma imagem de altíssima qualidade indistinguível daquela reproduzida no equipamento local. Mas devido a restrições de largura de banda em todo o mundo, as taxas de bits precisam ser reduzidas, mantendo baixa latência e alta qualidade de vídeo. Como você provavelmente já deve ter percebido, essa não é uma tarefa fácil.

Manter a latência no mínimo introduz restrições nos fluxos de vídeo. Nesse caso, os quadros B não podem ou não devem ser usados porque o atraso aumentaria significativamente. Outras partes do fluxo não devem ser complicadas de forma alguma, para que o codificador e o decodificador possam codificar e decodificar alta taxa de quadros e resolução em tempo real.

Com essas limitações, aumentar a taxa de bits resolve o problema de qualidade. No entanto, aumenta o problema de entrega porque a maioria dos lares em todo o mundo ainda não tem acesso a conexões de Internet estáveis e baratas com alta largura de banda. E nem se trata de Full HD e 7-8 Mbps. É cerca de 30+ Mbps. E esse número só aumenta com taxas de quadros e resoluções mais altas.

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Outra maneira de resolver o problema é usar um codec mais eficiente. Hoje H.264 é o codec mais comum. É ideal para usar em serviços de jogos em nuvem que não dependem de seu equipamento dedicado para decodificação de sinal. Isso ocorre porque a maioria dos dispositivos modernos são equipados com chips capazes de decodificar certos perfis H.264 em tempo real. No entanto, suponha que o usuário tenha um dispositivo com chips mais novos que suportem a decodificação de codecs de maior desempenho (como H.265 HEVC). Nesse caso, a qualidade pode ser significativamente melhorada usando a mesma largura de banda.

A partir dos requisitos exatos de largura de banda, podemos supor que, se a Internet doméstica nem sempre é adequada para jogos na nuvem, o celular não é adequado devido a recursos técnicos. No entanto, estamos aguardando a disseminação do 5G, pois espera-se que ele melhore a qualidade dos jogos em nuvem.

Sinal do roteador para o PC

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O sinal de internet inevitavelmente tem perda, inclusive na "última milha" - já dentro do seu apartamento ou casa.

A conexão ideal, que elimina parte da perda, é feita diretamente por meio de um cabo Ethernet ao seu PC, que você usa sozinho. No entanto, nem todos os modelos de laptop possuem esse conector. Em geral, o roteador WiFi há muito é uma solução padrão para casa e escritório, que permite conectar-se à mesma rede a partir de vários dispositivos e ao mesmo tempo não se enroscar nos fios.

No entanto, existem algumas nuances ao usar roteadores WiFi:

  • Como dissemos antes, quanto mais pessoas conectadas à rede, mais lenta será a velocidade de conexão de uma determinada pessoa.

  • A maioria dos roteadores de Internet opera em 2,4 GHz, a mesma frequência dos dispositivos Bluetooth, como controladores de computador e fones de ouvido. Mesmo um micro-ondas comum afeta essa frequência. A saída pode ser conectar-se ao WiFi em outras frequências - como 5 GHz. Mas nem todos os dispositivos o suportam, então você deve primeiro certificar-se de que seu PC e seu roteador possam funcionar com ele.

  • O sinal do roteador inevitavelmente "desaparece" ao se mover pelo apartamento e colidir com vários obstáculos: tetos, paredes, portas e móveis. O sinal será muito melhor se o seu PC estiver dentro da "linha de visão" do roteador.

A conexão por cabo Ethernet é melhor do que a conexão sem fio com WiFi.

problemas com pc

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Portanto, o ping alto e a alta latência se devem à baixa qualidade da conexão entre o PC e os servidores do jogo. E embora alguns dos problemas sejam resolvidos apenas pelo provedor de serviços de Internet e pelo serviço de jogos em nuvem, ainda há algumas coisas que o usuário pode fazer para tornar o jogo mais fácil.

Por exemplo, se a conexão deixar muito a desejar, você pode redefinir o roteador ou reconectar o cabo pelo qual você se conecta à Internet. No caso de um roteador, você também deve desconectar temporariamente outros dispositivos da rede: telefones, TV, equipamentos "inteligentes" e dispositivos conectados via Bluetooth. Por fim, você deve desativar os downloads de arquivos, fechar as guias desnecessárias do navegador e reduzir ao máximo a carga do sistema operacional, o que pode reduzir a largura de banda da rede. Lembre-se de que tudo isso tira um pouco da velocidade do jogo na nuvem.

A redução da latência de entrada pode ser parcialmente eliminada aumentando a taxa de quadros na qual o jogo está sendo executado. Naturalmente, isso também aumentará os requisitos de codificação e decodificação dos fluxos e a necessidade de largura de banda ainda maior à medida que mais dados forem necessários.

Comprar um monitor com processamento de sinal mais rápido ou "modo de jogo" também reduzirá o problema, economizando alguns milissegundos de atraso de entrada. Mas lembre-se de que o "modo de jogo" minimizará a qualidade da imagem, pois o processamento do sinal será feito com menos frequência.

Conclusão

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E quanto aos jogos na nuvem - é tão ruim assim com a latência? Tudo depende de quem você pergunta. Mas seu futuro definitivamente parece promissor, e aqui está o porquê.

Primeiro, a maioria dos jogadores escolhe jogos que geralmente nem percebem o atraso de entrada extra. Quanto a projetos mais exigentes (competitivos ou com gráficos realistas modernos), os jogos em nuvem ainda têm um caminho a percorrer.

No entanto, a parcela de solicitações relacionadas a atrasos de entrada diminuiu visivelmente. Isso significa que a qualidade da Internet está crescendo e, com seu maior crescimento e desenvolvimento do 5G, haverá ainda menos problemas com a rede.

O segundo fator é a geolocalização do servidor. Os próprios serviços decidem isso.

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