游戏画面同步技术谁家强？主流画面同步技术完全体验解析

　　假如你在《英雄联盟》或《Dota2》这类游戏过程中突然出现了游戏画面非正常的卡顿、撕裂、延迟显示等BUG情况，并因此导致团战或关键时刻掉了链子，你是不是有一种砸掉电脑的冲动？

　　这些情况的确对你的游戏体验造成了极大的干扰，而长久以来显示器、显卡以及游戏厂商们为了解决这一令人头痛的问题也是绞尽脑汁。时至今日，显卡双巨头NVIDIA和AMD已经做出了很多努力，分别推出了NVIDIA G-SYNC和AMD Free SYNC技术，再加上传统的垂直同步技术，这些改善游戏画面撕裂、卡顿的技术到底能给玩家带来怎样的意义？它们有怎样的神奇效果呢？就让我们一起来体验一下吧。

　　对不少玩家来说，游戏的帧率永远是他们所追求的游戏体验第一要素。但是不得不承认的是，随着显卡技术的成熟与进步，游戏帧率的问题已经不是困扰玩家的主要问题，而另一个问题则日益凸显了出来，那就是画面呈现的稳定性。尤其是在激烈的对抗中，比如FPS游戏的高速枪战、大动态打斗场景，又比如MOBA类游戏的快速团战RUSH中，玩家们经常会发现此时极容易产生画面卡顿、撕裂的问题。即使你使用了最顶级的AMD或NVIDIA显卡，居然也还是会产生此类现象，这让很多玩家都无比的郁闷。

　　那么，这一现象是如何产生的？又应该如何解决这一问题呢？

　　显卡与显示器不同心，游戏画面异常的罪魁祸首

　　其实，关于画面撕裂的问题，我们在之前的多篇文章中也都有过较为详细的讲述，在这里我们不妨再简单总结一下。其实说起来很简单，显示器呈现出来的游戏画面异常，不管是撕裂、卡顿还是延迟，一定是显卡和显示器的步调不一致，或者也可以说是性能不一致而造成的。

　　1.显卡渲染性能<显示器输出性能，卡顿

　　当显卡的性能较为孱弱，但又在运行一些要求较高的3D游戏时，显卡的游戏画面渲染能力就变得极其有限。而我们知道显示器的画面刷新率是固定的30fps、60fps或更高，这时，就会出现问题。举个例子来说，当某款显卡在运行《魔兽世界：德拉诺之王》时，如果在最高特效下它的画面渲染帧率只能达到15fps，也就是说显卡每秒会输出15幅游戏画面。而此时，显示器的画面输出速率却是60fps，也就是每秒更新60幅游戏画面，那么玩家肉眼所见的就是“显示器的性能被降低”，肉眼在每秒内也只能看到15幅游戏画面。而按照业界共识，人眼感觉到画面流畅的标准是不低于25fps，因此就会感到游戏画面卡顿。

　　2.显卡渲染性能>显示器输出性能，撕裂

　　当显卡的渲染性能超过了显示器的实际输出能力，此时显示器端就成为了瓶颈。举例来说，当显示器的刷新率设置为60Hz时，显示器的实际刷新输出率为60fps。假如此时显卡在游戏中的实际画面渲染输出能力为90fps，那么问题就来了。

　　假如从0开始计时，显卡输出第一幅画面到显示器，显示器开始输出第一帧游戏画面。就在显示器刚刚将第一帧画面输出到一半的时候(也就是将第一帧游戏画面渲染了半个屏幕)，显卡渲染的第二帧游戏画面又来了。此时，显示器不得不将第二帧画面在剩下的半个屏幕上显示输出。这样，玩家肉眼看到的画面就是第一、第二帧游戏画面的组合图形。由于游戏场景是连续的动态效果，因此在这种情况下玩家能轻易地发现游戏画面被分割为了两个甚至数个不同的部分，也就是常说的撕裂现象。

　　尤其是在FPS类游戏中，高帧率状态下，玩家仔细观察竖向的物体并快速移动鼠标，就能看到明显的撕裂现象出现。而画面撕裂会影响到玩家的判断甚至造成失误，如明显地影响“瞄准”操作，进而导致玩家的游戏体验糟糕。倘若换用低性能显卡降低帧数，又有可能出现显卡计算性能不足，出现画面输出速度过慢，导致游戏真正的卡顿，这同样不能被玩家接受。如果大家想要感受一下画面撕裂的直观效果，建议在高端显卡配置下运行《古墓丽影》或《孤岛惊魂》系列游戏，从人物主视角上大幅度移动画面，撕裂就非常明显。甚至在运行3DMark测试软件的时候，也经常可以观察到画面撕裂的现象。

　　3.显卡渲染性能>显示器输出性能，丢帧

　　当显卡的渲染性能远超过显示器的输出性能时，这时，如果是在大动态的场景下，玩家们也会感到游戏画面的卡顿。比如GeForce GTX 980这款显卡在运行要求不太高的3D游戏，比如普通画质的《英雄联盟》或《街头霸王Ⅳ》等，显卡的渲染能力一般都在180fps甚至200fps以上。

　　如果此时显示器的刷新率为30Hz或60Hz，那么显而易见的是，在显示器的一个输出周期内(1/30秒或1/60秒)，显示器将接到来自显卡的6帧游戏画面甚至更多。由于频率太快跟不上显示器的刷新输出周期，因此显示器就会将后续的自动忽略，直到下一个输出周期的来临。如此，我们肉眼所见的其实就是显卡所渲染输出的第1、6、12、18、21……帧画面。如果此时游戏的场景转换不快，可能肉眼还没多大感觉。但如果是在高速的大动态游戏场景下，我们就会发现画面非常不连续，丢帧的现象非常明显。而这种给肉眼的直观印象和表现，就很类似于显卡性能不足时导致的画面卡顿。

　　总而言之，游戏画面的撕裂，究其根本原因，就是显示器和显卡的“不同心”造成的。因此，要改善这一状况，唯一的办法就是要协调显卡与显示器的工作步伐，使其走在相同的频率上。那么，应该怎么办呢？

　　三种方法协调步调一致，游戏画面同步技术简析

　　传统的垂直同步

　　如今，在90%以上的游戏画质设置界面中，你都能找到“垂直同步”这个选项，其实这就是厂商为解决显卡、显示器画面输出步调不一致而想出的最古老且无奈的办法。作为最早提出的画面同步技术解决方法，垂直同步显得简单而粗暴—在60Hz刷新的标准时代，它就是简单地将显卡渲染游戏画面的帧率锁定在30fps或60fps两个档位。当显卡实际渲染能力超过60fps时，强制为60fps；当显卡实际渲染能力介于30fps与60fps之间时，锁定为30fps；而当显卡实际渲染能力低于30fps时，按实际输出，不过此时游戏画面的卡顿已经是由显卡的性能不足而导致。而对于大部分刷新率在120Hz或更高的显示器上，开启垂直同步则就是将显卡的渲染能力控制在显示器所设置的刷新率范围之内，只能低，不能高。

　　这时问题就来了，如果整个游戏过程一直都保持在60fps以上，那么玩家最终的体验还是不错的，稳定的60fps输出具有相当不错的游戏性。如果游戏帧率一直介于30fps到60fps之间，那么游戏画面也会一直稳定在30fps，呈现在玩家眼前的画面也是完全同步的。不过，假如游戏在一些大动态场景下，帧率一直在60fps上下波动时，这时玩家的体验就会比较糟糕了。最终输出效果将会一直在30fps和60fps这两个固定的节点上波动，游戏帧率波动越大，玩家最终体验到的卡顿、撕裂、晃动现象就越明显，甚至还会带给您眩晕的感觉。因此不少玩家宁可选择游戏画面有一定程度的撕裂，也不愿开启垂直同步给自己带来更糟糕的游戏体验。

　　注：NVIDIA曾在垂直同步的基础上推出过“自适应垂直同步”技术，其实它就是简单地去掉了30fps这个垂直同步节点而固定为60fps(根据显示器当前刷新率设置而定)。当显卡性能过剩，固定为60fps输出，当显卡性能不足，则按照实际性能输出。这样虽然解决了传统垂直同步技术在30fps和60fps两个帧率下来回波动的问题，但却并不能从根本上解决低帧率(低于60fps)显卡与显示器的同步问题。在NVIDIA显卡下，游戏中的垂直同步设置基本都默认为自适应垂直同步，即游戏的最高帧率不超过当前显示器的刷新率设置。

　　NVIDIA的G-SYNC

　　垂直同步仍然无法解决显卡与显示器的步调问题，其根本原因还是在与显卡的渲染能力是根据游戏场景在实时变化，而非一个固定值，但显示器的刷新率偏偏就是一个预设好的固定值。当动态的显卡输出遇上静态的显示器刷新率，不同步的情况必然产生。那么唯一可能的解决方法，就是想办法让显示器的刷新率也跟着显卡“动”起来。NVIDIA提出的“G-SYNC”同步技术，正是基于这样一种思路。关于G-SYNC技术的核心原理解析，《微型计算机》在之前的文章中已经有过深度的剖析，我们在这里仅将其核心的几条技术点列出，它们就是G-SYNC技术的立足之本。

　　1.G-SYNC通过控制显示器数据线接口中的“V-Blank”刷新返回信号实现对显示器刷新率高低的动态控制与调节。这个信号定义虽然自CRT显示器之后就基本没再使用，但却一直被DisplayPort接口保留着。

　　2.G-SYNC必须采用DisplayPort接口连接显卡与显示器，才能顺利开启。

　　3.G-SYNC需要显示器端额外加装G-SYNC扩展模块才能实现。这个模块可以单独购买，也可以由显示器厂商预装在显示器中(也就是现在市场上的G-SYNC显示器)。

　　4.显卡必须要是NVIDIA Kepler核心或更高型号。

　　5.显示器最好能够支持120Hz或更高的刷新率(目前主流的G-SYNC显示器为120Hz和144Hz)。

　　6.支持G-SYNC的显示器无法在使用AMD显卡时开启此功能。

　　7.在支持G-SYNC技术的显示器上，DisplayPor t接口不再接收音频信号，也就意味着G-SYNC显示器在DisplayPort接口下无法使用显示器内置音箱。

　　通过G-SYNC技术，在NVIDIA显卡和支持G-SYNC的显示器双向协调之下，显卡就会告诉显示器，在任意时刻的实际游戏画面渲染能力，并通过V-Blank信号来调节显示器的刷新率，从而达到输出、显示同步的目的。

　　AMD的Free SYNC

　　作为一对好“基友”，AMD显然不可能让NVIDIA在这一领域独美。就在G-SYNC技术发布后不久，AMD也推出了基于相同思路的游戏画面同步技术—Free SYNC。

　　1.Free SYNC的技术核心基础仍然是通过控制DisplayPort接口中的V-Blank信号实现，与G-SYNC原理一致。

　　2.Free SYNC已被VESA纳入下一代DisplayPort接口标准(DisplayPort 1.2a)。

　　2.Free SYNC需要通过DisplayPort 1.2a接口来实现，目前具备这一接口的显示器尚未大面积上市。

　　3.Free SYNC不需要额外加装模块，只要显卡核心是GCN 1.1架构或更新的、显示器支持DisplayPort 1.2a接口，都可正常使用。

　　4.支持多个可变刷新率的显示器。

　　5.Free SYNC技术必须要AMD显卡，即使显示器支持DisplayPort 1.2a，没有GCN 1.1以上核心架构的AMD显卡，也无法使用。

　　相比G-SYNC，Free SYNC的最大特色就在于它基本实现了集成化和标准化，不像G-SYNC还需要单独安装模块。而VESA将其收纳入DisplayPort 1.2a标准之中更是为其普及起到了一定的推动作用。不过遗憾的是，Free SYNC技术及其产品，在CES 2015展会上才算是正式推出，而消费者想要体验到Free SYNC技术，最快估计也要等3月之后，那时才会有支持Free SYNC技术的显示器陆续上市。

　　实际体验，同步技术哪家强？

　　本来很想让垂直同步、G-SYNC以及Free SYNC来一场画面同步技术的三国杀，但可惜的是，到本文截稿时，支持Free SYNC的显示器仍未上市，因此我们就只能先来体验一下NVIDIA G-SYNC对比传统垂直同步技术到底有怎样的表现了。

　　针对游戏玩家们经常会遇到的几种情况，笔者特地设计了以下几种场景，来对比体验传统的垂直同步技术及G-SYNC技术的差异。并想通过测试看出G-SYNC技术目前主要的优点与缺点所在，以及它是否能真正地为广大游戏玩家解决画面显示异常的苦恼。

　　测试一： 全屏模式

　　@1920×1080/60Hz、144Hz刷新率设置

　　首先将支持G-SYNC的华硕ROG SWIFT PG278Q的刷新率设置为60Hz，通过调节画质参数，将《孤岛惊魂2》的平均游戏帧率稳定在140fps左右。当关闭G-SYNC功能，并在游戏内关闭垂直同步时，在多个场景下都能发现非常明显的画面撕裂现象。在游戏内打开“垂直同步”后，画面撕裂的现象消失，但游戏帧率固定为60fps，而且在游戏感觉上还有轻微的延迟感。

　　接下来笔者在NVIDIA驱动面板中开启了G-SYNC，并在全局设置中也将垂直同步设置为了“G-SYNC”。再次进入游戏，发现画面撕裂的现象仍然明显，这应该是笔者将显示器的刷新率固定在了60Hz，导致G-SYNC面对过高的游戏帧率也无能为力而造成的。在将显示器的刷新率设置为144MHz之后，开启G-SYNC时，游戏画面的撕裂现象消失。而同样在144Hz刷新率设置下，关闭G-SYNC及垂直同步后，我们仍能观察到游戏画面的撕裂现象，这说明显卡与显示器的不同步，无论是在显示器性能过剩，还是显卡性能过剩的情况下，都会给玩家带来不小的困扰，而G-SYNC就刚好能解决这个问题。不过有一点要提一下，当笔者通过画质调节将游戏帧率控制在50fps左右时，发现G-SYNC的自动同步功能表现不算很好，在游戏过程中偶尔还是会出现撕裂画面的现象。这也许是G-SYNC技术目前的小缺陷，玩家只需留意即可。

　　测试二：全屏模式、低画质

　　@1440×900/60Hz、144Hz刷新率设置

　　第二个测试，笔者想看一下当游戏的实际运行帧率超过显示器的最高刷新率时，G-SYNC是否还能起作用。于是，笔者采用了GeForce GTX 970显卡，在1440×900分辨率及低画质设置下，将《暗黑破坏神Ⅲ》游戏的运行帧率控制在180fps~200fps之间。最后的测试发现，由于游戏的实际帧率超过了144Hz的显示器刷新率上限，因此在游戏中仍然能观察到画面撕裂的情况，不管是打开或者关闭G-SYNC皆是如此。如果G-SYNC能够做到双向调节，即当游戏帧率低于显示器最高刷新率时，调节显示器适应显卡，而当游戏帧率高于显示器最高刷新率时，则调节显卡适应显示器，这样不是更加完美？

　　测试三：窗口模式、高画质

　　@1920×1080、144Hz刷新率

　　鉴于不少玩家都喜欢开启多个游戏窗口，并一边玩游戏，一边干点儿其它的事儿，笔者也专门测试了画面同步技术在窗口模式下的表现。不过就现在的情况而言，G-SYNC技术对窗口游戏模式的支持度几乎为零。即使将游戏帧率控制在80fps左右，在144Hz刷新率的设置下开启G-SYNC也仍然观察到了画面撕裂的情况。所以玩家们在使用G-SYNC模式进行游戏时，都需要在全屏模式下进行。

　　虽然目前支持Free SYNC技术的显示器尚未上市，但从其原理而言，应该跟G-SYNC几乎如出一辙，它们之间的差别应该不会太大。等Free SYNC的显示器上市之后，将为大家补上这一部分的相关测试。下面，笔者将本次的测试结果做一个简单的列表总结，通过这个列表，相信大家就能清楚地知道G-SYNC技术的效果以及应该如何使用它了。

　　最后想说一下，G-SYNC目前对于超过144fps的游戏帧率控制并不算好，这应该是由于G-SYNC是一种单向调节技术，即根据显卡的实际渲染能力来调节显示器相应的刷新率，但当显卡的实际渲染能力远超过显示器的最高刷新率时，G-SYNC对此也是无能为力。不过考虑到G-SYNC技术对显示器刷新率的要求是120Hz、144Hz或更高，当游戏帧率超过这个界限时，玩家们倒也无妨开启垂直同步模式，毕竟超过100fps的游戏帧率足以满足任何场合下的需求了。另外就是G-SYNC目前对4K显示器的支持不好，因为4K显示器在当前技术限制下，最高刷新率都在60Hz左右，这就让G-SYNC技术显得有些捉襟见肘，况且它对于60fps以下的游戏帧率同步优化并不算太好。这也是目前几乎找不到搭载G-SYNC技术的4K显示器的主要原因。不过从目前得到的资料来看，支持AMD Free SYNC技术的显示器中将很可能出现4K产品，那它的表现又将如何呢？这也给我们留下了无数的悬念，一切等到Free SYNC显示器上市之后，再来见分晓吧！

　　文/ 《微型计算机》评测室