Équilibrer la fidélité visuelle et la performance dans Projekt Z : Beyond Order

Projekt Z : Beyond Order, le premier grand titre commercial de 314 Arts, est un jeu de tir d'action zombie coopératif à quatre joueurs qui mélange narration cinématographique et gameplay intense axé sur l'équipe.

L'équipe s'est donné pour mission de créer un jeu multiplateforme avec des visuels forts et des éclairages et environnements d'ambiance. Bien qu'ils n'aient jamais dévié de leur objectif, ils ont rencontré des défis de performance tout au long de leur long processus de développement. Voici comment ils les ont surmontés.

Projekt Z : Beyond Order : Une étude de cas Unity

Comment un studio améliore-t-il la fidélité visuelle tout en maintenant la performance sur plusieurs plateformes ?

Lorsque 314 Arts a apporté Projekt Z : Beyond Order sur plusieurs plateformes, leur motivation n'était pas seulement liée à la portée du marché - il s'agissait aussi de relever un défi technique.

«Les consoles ont des ressources limitées, donc atteindre nos objectifs visuels et de gameplay tout en maintenant la performance est complexe - mais c'est ce qui rend cela excitant », déclare Justin Miersch, cofondateur et designer de jeu/niveau chez 314 Arts. « Vous optimisez constamment, tirant chaque once de puissance du matériel. » Regarder le jeu se rapprocher de notre objectif est incroyablement satisfaisant. »

Dès le départ, l'équipe savait que ses ambitions poussaient les limites du matériel. « La performance était notre plus grand défi, » ajoute Miersch. « Nous voulions également montrer ce que Unity peut faire lorsqu'il est poussé à son plein potentiel. »

Les résultats

Performance améliorée de injouable à un 30 fps constant sur Steam Deck

Taux de rafraîchissement augmenté sur GTX 1060 de 30 fps à 55 fps

Gagné environ 2-3 ms de temps GPU

Exploitation du Pipeline de rendu HD (HDRP)

Dès le départ, 314 Arts savait que Projekt Z : Beyond Order avait besoin d'une technologie de rendu solide pour atteindre son atmosphère sombre et cinématographique. « HDRP était crucial pour nous atteindre nos objectifs, » déclare Miersch. « Nous avions besoin d'une qualité supérieure avec autant de flexibilité que possible, et cela nous a donné exactement cela – une solution prête pour l'avenir, prête pour de nouvelles technologies comme le ray tracing. »

L'adoption précoce de HDRP a donné à l'équipe accès à des fonctionnalités évolutives comme l'illumination globale en espace écran (SSGI), le Deep Learning Super Sampling (DLSS), le FidelityFX Super Resolution (FSR) et le post-traitement temporel évolutif (STP), qui ont amélioré à la fois la qualité visuelle et l'accessibilité pour le matériel moins performant. Cependant, le profilage a révélé que les ombres étaient le principal goulet d'étranglement de performance. Pour résoudre cela sans sacrifier la qualité, l'équipe a développé un outil personnalisé – le Gestionnaire d'Ombres HDRP (HSM).

HSM contrôle dynamiquement quand et comment le moteur rend les ombres. Il les désactive à de longues distances, met en cache les ombres statiques et active le rendu en temps réel uniquement lorsque nécessaire. Il prend également en compte la taille des ombres, le type de lumière et la distance pour maintenir une performance fluide, avec des options de réglage manuel pour éviter le pop-in. « HSM montre vraiment ce que vous pouvez faire avec HDRP grâce à sa flexibilité », déclare Miersch. « Ensuite, nous prévoyons d'utiliser des lumières factices et des décalcomanies d'ombre pour éliminer l'éclairage lointain au-dessus. »

Maximilian Kube, cofondateur et programmeur, explique que de nombreux problèmes de rendu proviennent de l'ambition créative de l'équipe. « Ce n'est jamais une question de moteur - il s'agit de faire des choix intelligents en matière de fidélité visuelle. » En optimisant les volumétriques, les ombres et les textures, nous avons réalisé des gains significatifs. Nous avons réduit le budget de brouillard volumétrique, abaissé les résolutions d'ombre à 512 ou 1K, et redimensionné sélectivement les tailles de texture. »

Construction de niveaux destructibles

L'équipe a ajouté du gore au design des niveaux pour intensifier l'environnement. Ils ont utilisé Timeline pour créer et éditer les animations et les effets cinématographiques. « C'était un système crucial pour nous. Ce qui m'intéresse le plus, c'est que nous l'avons utilisé pour plus que des cinématiques, » déclare Miersch. « Cela a été utile dans nos flux de travail typiques de conception de niveaux. »

Puisqu'ils ont construit leur propre système de mission basé sur des nœuds, les concepteurs de niveaux ont créé des animations dans Timeline et les ont connectées à leur éditeur de nœuds pour les missions. Cela leur a permis de tester des idées rapidement.

« Une fois que nous avons obtenu les approbations, nous avons mis à jour les modèles dans Timeline et ajouté quelques VFX et SFX. » Cela a vraiment accéléré l'itération des missions, » déclare Miersch.

Alors que le développement du jeu se poursuivait, ils s'efforçaient d'atteindre un équilibre entre un retour visuel viscéral et satisfaisant et une performance optimale. « Le gore est indispensable pour un jeu de zombies comme le nôtre, mais le taux de rafraîchissement est la priorité absolue. Nous voulions que le joueur ressente l'impact de chaque coup - membres volant, sang éclaboussant, blessures visibles - sans faire chuter le fps, » explique Kube.

Ils ont construit un système de dégâts de zombie très efficace qui gère des dizaines de zombies à l'écran simultanément sans saccades. « L'objectif était de rendre chaque rencontre brutale et cinématographique », continue Kube, « tout en étant techniquement fluide du point de vue du moteur. »

Dans le cadre de leur flux de travail, le zombie partage désormais un matériau à travers tous les états de dégâts et reste un seul maillage peau même s'il est dismembré. Ils partagent du sang et d'autres effets via un pool d'objets pour éviter des opérations Instantiate et Destroy coûteuses chaque fois que cela est possible.

Amélioration des performances GPU

Alors que les défis de performance s'accumulaient, l'équipe a fait appel à l'équipe de succès intégré de Unity pour des solutions. Avec un accès à un support premium, ils ont résolu la plupart des problèmes critiques en 24 heures.

La véritable percée pour l'équipe est venue de l'examen du projet. « Avoir un ingénieur Unity qui plonge profondément dans notre projet pendant plusieurs jours a été un changement de jeu », déclare Miersch.

Les captures GPU sur un NVIDIA RTX 3090 ont révélé qu même en 1080p, le jeu dépassait son budget d'images. Des passes comme SSGI et l'éclairage différé se sont bien adaptées, mais GBuffer, le mappage des ombres, le prépassage de profondeur et les vecteurs de mouvement nécessitaient une optimisation.

« Le passage GBuffer à lui seul a pris plus de 20 % de notre temps GPU. L'analyse PIX a montré que la désactivation de l'Early-Z en raison d'une configuration GPU incorrecte a causé des appels de dessin coûteux. L'Early-Z saute le shading des pixels sur les pixels occlus en effectuant le test de profondeur avant le shader de pixel », explique Kube. « Une fois que nous avons corrigé une configuration de shader qui désactivait l'optimisation Early-Z, nous avons gagné environ deux à trois millisecondes par image. »

Le rendu des ombres était le coût suivant le plus élevé, en particulier les ombres des lumières ponctuelles. « Nous avions beaucoup trop de lumières ponctuelles se mettant à jour chaque image, certaines avec des distances de fondu allant jusqu'à 10 000 mètres », déclare Miersch. « En passant aux spots là où c'était possible, en réduisant les distances de fondu et en réglant les ombres pour se mettre à jour à la demande, nous avons considérablement réduit l'utilisation du GPU sans impacter les visuels. »

Les optimisations du prépassage de profondeur étaient également importantes. Les développeurs ont utilisé l'option de prépassage de profondeur complète, qui a rendu tous les maillages pour peupler le tampon de profondeur. Par défaut, HDRP limite ce passage aux matériaux complexes comme les objets à alpha découpé ou à diffusion sous-surface pour réduire la charge GPU.

« Nous avons évalué les performances avec et sans prépassage de profondeur complète, et avons également optimisé les niveaux de LOD, simplifié la géométrie et désactivé les décalcomanies ou la diffusion sous-surface pour les objets éloignés », déclare Kube, « tout cela a aidé à réduire le surdessin sans sacrifier la qualité visuelle. »

Les améliorations des vecteurs de mouvement ont encore réduit la charge GPU. « Le moteur rendait de nombreux objets statiques inutilement dans le passage des vecteurs de mouvement, » explique Miersch. « En définissant les objets non animés sur Mouvement de la caméra uniquement ou Forcer aucun mouvement, et en éliminant les objets éloignés, nous avons considérablement réduit le temps GPU sans affecter la fidélité visuelle. »

Après avoir mis en œuvre ces recommandations, les performances se sont améliorées de manière spectaculaire. Le jeu fonctionne maintenant à un stable 30 fps sur Steam Deck, et sur une GTX 1060, les taux de trame ont grimpé de 30 fps à 55 fps.

« L'équipe Integrated Success ne nous a pas seulement aidés à corriger les performances – ils nous ont appris à mieux comprendre le moteur, » déclare Miersch. « Avoir un accès direct aux ingénieurs de Unity et des informations exploitables a fait toute la différence. »

Optimisation des performances CPU

Avec les goulets d'étranglement GPU sous contrôle, l'attention s'est tournée vers le pipeline CPU. Alors que le jeu est limité par le GPU à 4K sur une GeForce RTX 3090, à 1080p, la charge se déplace, le thread principal passant environ la moitié de son temps de trame de 28 ms à rendre. « Le profilage a montré que le Graphique de rendu HDRP et le Contexte de rendu scriptable étaient responsables de la plupart des surcharges CPU, » déclare Miersch.

Le Graphique de rendu prépare les données de lumière, enregistre et compile les passes de rendu, et les exécute dans l'ordre, tandis que le Contexte de rendu scriptable gère les commandes de dessin en fonction des résultats de culling. Les performances dépendent des lumières de la scène, des passes de rendu et des lots d'appels de dessin par passe.

Pour optimiser, l'équipe a évalué les paramètres de HDRP, activant le Culling dynamique des passes de rendu pour sauter les passes inutiles et testant des options comme la transparence basse résolution, le culling de distance et les distances de culling basées sur les couches. « En éliminant les petits objets plus près de la caméra, nous avons réduit les appels de dessin, les ombres projetées et le surdessin. Cela a aidé à la fois les performances CPU et GPU, » explique Miersch.

La mise à niveau de l'équipe vers Unity 6 a également amélioré les performances du CPU. Ils ont utilisé la fonctionnalité GPU Resident Drawer (GRD) pour tirer parti de l'API BatchRendererGroup afin de réduire les appels de dessin, de télécharger moins de données par image et de diminuer le blocage du thread principal. « En activant le GRD, les threads principal et de rendu ont tous deux constaté des gains mesurables », explique Miersch.

Ils ont également automatiquement éliminé les petits maillages en utilisant le paramètre Small-Mesh Screen-Percentage, ce qui a réduit les appels de dessin des objets trop petits pour affecter significativement l'image.

« HDRP utilise le système Render Graph de manière extensive dans son implémentation, ce qui peut introduire une certaine surcharge CPU. Avec Unity 6, nous avons utilisé le cache Render Graph, qui réutilise les résultats de compilation de l'image précédente », déclare Kube. « Le moteur n'a plus besoin de recompiler le graphe de rendu à chaque image, ce qui réduit considérablement nos coûts. »

Grâce à ces optimisations combinées, l'équipe de 314 Arts a réalisé des gains de performance substantiels tout en donnant vie à leur vision créative ambitieuse sur plusieurs plateformes.

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