Checkerboarding, upscaling e 4K nativo: afinal, o que é cada um deles?

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A oitava geração de video games prometia trazer o padrão de 1080p para os games, mas depois de alguns anos um novo modelo começou a ser discutido: o 4K, também conhecido como resolução Ultra HD (3840×2160 pixels). Com o PlayStation 4 Pro, Xbox One X e o PC de alta qualidade, muitas pessoas se perguntam as diferenças entre os 4K de jogos.

Afinal, o que é 4K verdadeiro? O que é o “4K falso?” Qual a diferença entre checkerboarding e upscaling? Pode parecer a mesma coisa para muita gente, mas há diferenças substanciais entre cada uma delas. Com o surgimento do PlayStation 4 Pro, muita gente criticou as técnicas utilizadas para chegar à resolução 4K, mas você sabe o que isso realmente significa?

Para esclarecer o que é cada uma dessas terminologias, montamos um artigo que vai abordar cada uma dessas técnicas e as diferenças entre elas. Está afim de entender melhor o 4K nos jogos? Então vem com a gente para entender melhor.

O que é o 4K nativo e quais são as técnicas “falsas”?

A melhor forma de explicar a resolução 4K é ir para o começo de tudo. Em primeiro lugar, o que é a resolução 4K? Também conhecida como Ultra HD ou 2160p, trata-se da resolução de tela com 3840×2160 pixels. Quando um jogo atinge essa resolução sem nenhuma técnica, dizemos que ele tem a resolução nativa 4K, ou seja, renderiza (em termos simples, “desenha” na tela) os elementos do jogo com essa contagem de pixels.

Parece simples jogar esse valor, ainda mais com ele aparecendo tão frequentemente na mídia. Afinal, se uma máquina não roda 4K hoje em dia, ela já parece um pouco defasada. Mas na realidade, não é bem assim. No total, 8.294.400 pixels são renderizados a cada frame no Ultra HD. Em um jogo de 30 fps, por exemplo, são Portanto, estamos falando de 248.832.000 de pixels por segundo e 8.294.400 de pixels que devem ser recalculados a cada novo frame, levando em conta o poder de fogo necessário para calcular o sistema de Física, as mecânicas de jogo, comportamento da IA e muitos outros elementos. Não é uma tarefa simples, mas esse é o 4K nativo.

Checkerboarding, upscaling e 4K nativo: afinal, o que é cada um deles?

Quanto aos chamados “4K falsos” que, de certa forma, têm o nome adequado – afinal, o material original não é produzido nesta proporção de pixels –, trata-se de renderizações que não atingem a resolução 4K, mas conseguem se aproximar da qualidade desejada com uma técnica diferente ou distorcendo os pixels para se enquadrar no visor. Em alguns casos, ambas as opções são mescladas para atingir o resultado esperado.

4K nativo é o que nome diz: uma imagem com contagem de pixels de 3840×2160, sem nenhuma técnica aplicada

De uma forma geral, há três grandes métodos para atingir a resolução 4K de forma não ativa: através do upscaling, através do checkerboarding (que também tem suas próprias variáveis) ou através de uma mistura dos dois. Esse é só um sumário, mas vamos explicar melhor cada um deles abaixo.

Técnica de upscaling: a mais fácil e com “piores” resultados

O upscaling é a técnica mais famosa e a mais praticada na indústria. Com televisores 4K pipocando no mercado, muitas empresas precisam de uma forma para tratar a imagem de uma maneira simples e que ajude a trazer uma qualidade melhor do que o comum. Para isso, o upscaling é usado. Mas o que ele é?

Jogos mais antigos (e de resolução mais baixa) são mais fáceis de demonstrar o upscale

De forma simples e direta, é a interpolação dos pixels existentes para esticar a resolução nativa até a resolução desejada, “adivinhando” qual deve ser a cor de cada pixel adicional. É confuso? Com certeza, mas estamos aqui para simplificar essa resposta. No bom e claro português: os pixels são esticados para caber em uma resolução mais alta, mas há um tratamento para que as lacunas vazias sejam preenchidas da melhor forma.

Se você pegar uma imagem no seu computador e esticá-la, ela perderá qualidade não é mesmo? Com os jogos de resolução mais baixa em telas de resolução mais alta, a situação é similar. O motivo pelo qual a imagem não é distorcida é porque ela é tratada antes de ser exibida. Esse tratamento é o upscaling, que “adivinha” os pixels com base nas informações de cores de cada pixel original. Afinal, para levar a resolução 1080p até a 2160p, é preciso acrescentar 3x mais pixels. Portanto, é calculado quais devem ser esses pixels com base nos já existentes (o que chamamos de interpolação).

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Abaixo, você pode conferir Gears of War 4 no Xbox One S (que tem upscale de 1080p para 4K) e no Xbox One X (que é 4K nativo):

Essa é a técnica mais usada pelo fato de consumir pouquíssimos recursos e ter um resultado satisfatório, apesar de ser o pior deles e o mais evidente para diferenciar. O modelo não é utilizado para simular o 4K, e sim para minimizar perda de qualidade em televisores com qualidade maior. Quando jogos com resolução mais baixa, como 720p, são escalonados “na marra” para resoluções maiores, temos um resultado um pouco ruim, com uma imagem que parece lavada e borrada. Para o 4K, esse impacto negativo não é tão grande, mas esse ainda é um dos defeitos do upscaling.

E o checkerboard? Há diferenças notáveis entre o ele e o 4K real?

Aqui entramos no assunto mais procurado e também o mais complicado de explicar. Essa técnica começou a ser executada há pouco tempo por causa do PlayStation 4 Pro, mas ela já existia de uma outra maneira no PC para utilizar o VR com maior eficiência. Essa solução consegue, na maioria das vezes, trazer resultado similares ao 4K real.

De forma resumida, o checkerboarding entrega sim a resolução prometida, mas o método para chegar nesse resultado é o que muda. Em vez de tentar adivinhar as cores e preenche-las na tela, temos algo bem diferente: a placa de vídeo, que não consegue renderizar a quantidade de pixels absurda, renderiza um frame com metade dessa resolução e o próximo frame com a outra metade. No fim, os dois são unidos e se tornam uma imagem 4K.

Sim, é confuso. Mas vamos simplificar. Imagine um jogo que roda em 30 frames por segundo, ou seja, durante um único segundo, 30 imagens são renderizadas para dar noção de movimento, um conceito básico de animação. Com isso em mente, pense no seguinte processo: o frame 1 é renderizado em 1440p com metade das informações visuais; em seguida, o frame 2 também é renderizado em 1440p, mas com a outra metade das informações visuais. Na teoria, temos uma imagem 4K, mas na prática há problemas e também existe um custo.

O método de checkerboard consiste em renderizar metade de cada frame completo em momentos diferentes, algo que economiza 30% a 35% do poder da GPU

Entretanto, os frames não são desenhados na metade horizontal ou vertical, como pode se imaginar, e sim intercalados na diagonal. O nome “checkerboard” vem do tabuleiro de xadrez, o que fica mais fácil de visualizar essa composição, ou seja, um dos frames seriam as “casas brancas” e o outro as “casas pretas” do tabuleiro.

Checkerboarding, upscaling e 4K nativo: afinal, o que é cada um deles?

Basicamente, se a imagem final fosse estática, temos o 4K perfeito. Mas como você deve imaginar, os jogos não têm quase nada de estático. Por conta disso, os elementos com mais movimento na tela ou objetos muito pequenos sofrem com um efeito gráfico que os deixam com uma aparência levemente borrada, como se estivessem entrelaçados. Há algumas complicações mais notáveis, como aberrações de pixel, diferenças nas tonalidades (tanto sombras quanto luzes), alterações de cor e por ai vai. Parte disso é solucionado com um bom pós-processamento, mas tudo depende da competência da desenvolvedora.

Checkerboarding, upscaling e 4K nativo: afinal, o que é cada um deles?

E por mais que pareça que essa técnica não custe recursos adicionais, ela é um pouco pesada também, pois o próximo frame deve sempre estar pronto para que o ID Buffer (nem todos os games fazem o checkerboarding dessa forma, vale ressaltar), componente dos consoles modernos, mescle os dois frames em um só e conserte os pequenos problemas que possam surgir do resultado. Estamos explicando de maneira simplificada, mas não são apenas três etapas, e sim de dez a doze. Portanto, não temos 50% do hardware livre por causa do checkerboarding, e sim algo na faixa de 30 a 35%.

Além de o resultado não ser perfeito, muitas vezes o hardware pode nem conseguir renderizar em 4K via checkerboarding. Quando isso ocorre, temos uma imagem em resolução mais baixa, como 1800p, que depois é tratada mais uma vez para ser expandida até o 4K por meio de upscaling, ou seja, as duas técnicas são aplicadas. Quanto mais perto da quantidade de pixels desejada, mais fiel é o upscaling.

Por que os consoles comuns não usam o checkerboarding?

É um pouco difícil achar fontes que expliquem o porquê de os consoles mais antigos, como o PS4 e o Xbox One convencional, não utilizam a técnica de checkerboarding. Há alguns títulos seletos, como Rainbow Six Siege, que utilizaram a técnica, mas por que não vemos isso em outros games também?

Rainbow Six Siege é um dos games que usam checkerboarding nos consoles comuns

Basicamente, talvez seja trabalhoso demais para atingir resultados muitos similares. Jogos que não alcançam os desejados 1080p nesses consoles chegam bem perto disso, como 900p. E, aumentar essa qualidade de imagem para o Full HD é algo bem fácil e que perde pouquíssima qualidade. Como essa diferença é pequena, provavelmente os desenvolvedores optam pela escolha mais simples. Por conta disso, o upscaling costuma ser o mais comum. Desde o Xbox One até o Switch usam essa técnica ao lado da resolução dinâmica para atingirem o resultado esperado.

No final das contas, qual é o melhor?

Sem a menor sombra de dúvidas, o 4K nativo é sempre a melhor opção e disso ninguém duvida. Como isso nem sempre é possível, cabe aos desenvolvedores optarem pela melhor solução. Afinal, estamos falando de uma quantia absurda de pixels que deve ser renderizada por frame (8.294.400 pixels), que são recalculados cada vez que o personagem se move, já que efeitos de luz, sombras, partículas, renderização do cenário e muitas, muitas outras coisas precisam de atenção da GPU. Não é uma tarefa fácil e é compreensível o porquê de tão poucos games usarem essa opção.

A olho nu, é difícil reparar com 100% de precisão a diferença entre essas técnicas, principalmente se a resolução-base for maior e a distância entre o jogador e a TV for considerável (ou o tamanho do televisor não for muito grande). Essas nuances sempre vão variar de jogo para jogo e jogador para jogador.

No geral, o checkerboarding tende a ser o melhor quando a resolução máxima é bem distante do 4K nativo, já que apresenta pequenos problemas em coisas pontuais, enquanto o upscaling tende a deixar os artefatos gráficos mais visíveis e espalhados por toda a imagem. Infelizmente, pequenos objetos tendem a parecer um pouco distorcidos, principalmente quando a resolução-base é menor ou quando há movimento.

Checkerboarding, upscaling e 4K nativo: afinal, o que é cada um deles?

Entretanto, ele não é uma técnica tão fácil de lidar e requer tempo e dedicação extra. Por conta disso, fica evidente que poucos games aproveitam essa solução, geralmente os exclusivos e títulos AAA muito aguardados. Por fim, mas não menos importante, o método de checkerboarding mais famoso é o que o PS4 Pro usa, e ele é patenteado. A técnica em si não é uma patente, mas o console da Sony tem um componente de hardware que facilita esse processo.

Com o poder bruto do Xbox One X, o console consegue atingir resoluções bem mais altas e de forma nativa, como 1800p, e então usar uma técnica de upscale para atingir o 4K, deixando o resultado bem próximo da resolução 4K nativa, tudo sem usar nenhum poder extra ou técnica complexa para isso.

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E o PC? Pode realizar upscaling e checkerboarding?

Com todo esse papo, você pode estar se perguntando: por que os jogos de PC não utilizam isso? Afinal, teoricamente poderíamos usar o poder extra para garantir melhores resultados visuais (como sombras mais refinadas ou melhor qualidade de reflexos) ou performance aprimorada. Em outras palavras: em vez de usar a GPU para aumentar puramente a quantidade de pixels, essas técnicas cuidariam da imagem para oferecer um resultado similar enquanto o hardware fica disponível para outros processos.

Então por que não usar essas técnicas? A resposta correta é que essas técnicas já existem no PC, mas não são amplamente utilizadas. A forma mais fácil de responder o porquê disso não acontecer com frequência é fácil: o PC é uma plataforma muito livre para personalização e é muito mais fácil deixar por conta do usuário buscar uma solução, ou seja, se ele quiser imagens em 4K, ele que busque um PC que rode em 4K.

Watch Dogs 2 SEM checkerboarding

Watch Dogs 2 COM checkerboarding

Performance das duas formas

E é aí que entra a importância dos consoles. Cada vez mais, os desenvolvedores estão lidando com técnicas diferentes para oferecer melhor resolução e qualidade de imagem no Xbox One X e PlayStation 4 Pro, aumentando a popularidade e frequência de uso delas. Graças a isso, diversos games de PC estão chegando com opções parecidas. Battlefield 1, Battlefront 2 e muitos outros já oferece a chance de renderização com upscaling. Caso queira rodar um deles em 1800p com upscaling, por exemplo, pode colocar como resolução o 3840×2160 como padrão e diminuir a barra de resolução para cerca de 80%.

O checkerboarding também existe nos computadores, mas é pouquíssimo utilizado. A Ubisoft, por exemplo, implementou essa técnica em Watch Dogs 2 no PC, e isso utiliza 35% menos de performance do PC, deixando o usuário escolher utilizar esse poder para aumentar a qualidade gráfica ou a taxa de quadros por segundo.

No fim, o que falta ao PC são mais opções como essa nos games, já que são raros os que utilizam. Pouquíssimos utilizam uma opção ainda melhor e que os consoles fazem quase sempre: resolução dinâmica. Alguns games estão usando outras técnicas também, como é o caso de Shadow Warrior 2, que utiliza a resolução completa no centro da tela, mas uma porcentagem bem menor nas áreas periféricas, lugar onde prestamos menos atenção (essa técnica veio diretamente da realidade virtual).

Há outras técnicas? O que esperar para o futuro?

Apesar de muito se falar do checkerboarding e do upscaling, a realidade é que existem diversas outras técnicas (e a maioria é pouco conhecida e utilizada). A diminuição radial da resolução de Shadow Warrior 2 veio do VR, um local bem improvável. Atualmente, algumas desenvolvedoras têm optado por diminuir ou deixar dinâmica apenas a resolução horizontal das imagens, o que entrega outro tipo de imagem. Existem diversas formas de aliviar a carga de processamento da GPU.

Ainda há muito para aprender e melhorar, mas os consoles da metade da geração forçaram os desenvolvedores a pensarem de maneira mais inteligente e otimizar cada vez mais os recursos de hardware, algo que refletiu no PC também. De qualquer forma, a ideia está encaminhada e, provavelmente, veremos uma melhor utilização de todos esses elementos no futuro.

Diminuição radial da resolução DESLIGADA

Diminuição radial da resolução LIGADA

Ainda assim, vale a reflexão final desta matéria: será que precisamos mesmo do 4K na atualidade? Não existe uma resposta certa, mas há argumentos para os dois lados. Talvez, o Full HD seja o suficiente para nós, e o importante seria investir essa quantia absurda de poder de fogo extra em inteligências artificiais melhores, sistemas de clima dinâmico e avanços mais fotorrealistas, como maior contagem de polígonos e técnicas similares à fotogrametria e que entreguem visuais estonteantes. Afinal, as TVs 4K ainda estão no começo.

Precisamos mesmo do 4K? O futuro deveria ser contagem de pixels ou aprimoramentos em outras áreas visuais e mecânicas dos games?

Em contrapartida, já é interessante acompanhar a evolução dos televisores, mesmo que isso comprometa o hardware para a simples contagem de pixels. Dessa forma, os consoles dessa e das próximas gerações já estarão a par com a qualidade de imagem estabelecida no mercado. De qualquer forma, é sempre um bom questionamento: você acha que realmente precisamos do 4K agora?

Claro, há muitas coisas que não abordamos por aqui, como a maneira na qual as desenvolvedoras corrigem o checkerboarding com pós-processamento, o detalhamento aprofundado de cada uma delas e muito mais. A ideia era servir apenas como um resumo, mas convidamos você a compartilhar informações nos comentários!

*Matéria originalmente publicada no dia 26 de janeiro de 2018.

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