Wie hängen vSync und Tearing zusammen?
Und hier sind wir auch beim Thema angelangt. Denn genau wenn das passiert, haben wir die Situation, dass "mitten im Bild" von einem Frame zum nächsten gewechselt wird. Das Bild, welches von der VGA-Karte übertragen wird, hat somit (irgendwo) eine horizontale Teilung; oberhalb ist das ältere, unterhalb das neuere Frame sichtbar.
Wenn die Frame Rate nun wesentlich höher als die Vertikalfrequenz ist (z.B.: Vertikalfrequenz 60 Hz, Frame Rate 150 Hz), treten sogar grundsätzlich mehr als ein Page-Flip pro Vertikalzyklus auf; damit haben wir pro Bild der VGA-Karte mehrere Unterteilungen in verschiede alte Frames!
Wenn die Frame Rate niedriger als die Vertikalfrequenz ist, haben wir gelegentlich auch Bilder ohne Unterteilung.
Dieser Effekt nennt sich auch "Tearing", da die Frames durch die Unterteilungen regelrecht "zerrissen" werden. Dies tritt immer und grundsätzlich auf, wenn die vertikale Synchronisation deaktiviert ist.
Wenn die vertikale Synchronisation aktiviert ist, dann bedeutet dies, dass beim Page-Flip grundsätzlich gewartet wird, bis der nächste vSync-Impuls erzeugt wird. Es wird also immer darauf gewartet, bis die VGA-Karte die Übertragung eines kompletten Bildes beendet hat, um genau in der kurzen Pause zum nächsten Bild den Seitenwechsel vorzunehmen. So wird erreicht, dass grundsätzlich nur komplette Bilder übertragen werden, und kein Tearing auftritt.
Wir spielen ein bischen Counter-Strike!
Nehmen wir nun der Einfachheit halber an, wir spielen Counter-Strike. Der Grafik-Modus ist 640x480 Pixel bei 100 Hz, vSync ist aktiviert. Wir verwenden einen Pentium 500 mit GeForce. Wenn gerade nicht viel los ist, braucht der Computer ungefähr 0.007 Sekunden, um ein Frame zu berechnen. Damit könnte er theoretisch 142 fps schaffen. Doch die vertikale Synchronisation zwingt CS dazu, bei jedem Page-Flip auf den vSync-Impuls zu warten, bevor mit dem nächsten Frame angefangen werden kann! Der Rechner langweilt sich also jeweils 0.003 Sekunden lang, bis die Grafikkarte das aktuelle Frame fertig übertragen hat. Die Frame Rate beträgt somit 100 Hz, und ist identisch mit der Vertikalfrequenz.
Wir laufen um eine Ecke, und plötzlich steht ein Gegner vor uns. Eine Spielfigur muss nun zusätzlich zum Hintergrund dargestellt werden, außerdem benötigt die CPU mehr Leistung für die Kollisionstests. Damit dauert die Berechnung eines Frames nun etwas länger, sagen wir: 0.011 Sekunden. Damit schafft es der PC gerade eben nicht mehr, ein Frame innerhalb eines Vertikalzyklus zu erstellen! Das bedeutet, der Page-Flip verpasst jeweils einen vSync-Impuls knapp und muß 0.009 Sekunden auf den nächsten warten. Jedes Frame wird also zweimal von der Grafikkarte übertragen. Zwischen zwei Frames vergehen nun immer 0.02 Sekunden, die Frame Rate hat sich also glatt halbiert auf nur noch 50 fps!
Dies passierte sehr plötzlich. Der Unterschied ist deutlich spürbar, selbst bei so hohen Frame-Raten. Daher haben wir vor Schreck nicht schnell genug reagiert und wurden vom Gegner erwischt. Damit wechseln wir in den Ghost-Modus, und sehen zusätzlich unsere eigenen sterblichen Überreste. Außerdem kommen noch ein paar weitere Gegner um die Ecke. Damit wird die Belastung für den PC nochmals höher: Er benötigt nun 0.023 Sekunden pro Frame. Was resultiert daraus? Jedes Frame wird 3x angezeigt, die Frame Rate sinkt auf 33.33 Hz.
Wäre nun auf diesem PC vSync deaktiviert gewesen, wäre die Frame-Rate immer genau so hoch gewesen, wie es der PC gerade eben schafft. Die Übergänge zwischen hoher und niedriger Frame-Rate wären wesentlich weniger abrupt. Das ist der Vorteil von deaktiviertem vSync. Der Nachteil: Wir haben Tearing. Und aufgrund des Tearings werden die meisten Frames "zerrissen" dargestellt. Weiterhin: Wollten wir einem sich gleichmäßig bewegenden Objekt mit den Augen folgen, würden wir erkennen, dass aufgrund des Tearings die Bewegung nicht mehr gleichmäßig ist. Wenn die Frame-Rate höher als die Vertikalfrequenz ist, "überspringt" das Objekt gelegentlich einen Schritt seiner Bewegung. Ist die Frame Rate niedriger, wird gelegentlich ein Schritt der Bewegung doppelt (oder noch öfter) angezeigt. Auf jeden Fall ist die Gleichmäßigkeit der Bewegung nicht mehr so gegeben, als wenn vSync aktiv wäre.
THX!
