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Xbox One X: come migliorano i giochi in 4K e 1080p?

Xbox One X è arrivata nei negozi: scopriamo insieme le migliorie che ottengono i giochi Xbox One sulla nuova console, in 4K e 1080p.

speciale Xbox One X: come migliorano i giochi in 4K e 1080p?
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Xbox One X è arrivata nei negozi. La nuova console Microsoft si inserisce nel solco degli hardware "middle generation", tracciato da Ps4 Pro lo scorso anno. Xbox One X è ovviamente molto più potente di tutte le altre macchine presenti sul mercato, grazie alla nuova GPU da 6 Teraflops prodotta da AMD a base Polaris, ma ricca di ottimizzazioni specifiche che hanno fatto seguito al processo di analisi effettuato tramite un software proprietario, chiamato PIX, ancronimo di Performance Investigator for Xbox. L'operazione di studio ha permesso all'azienda di avere una conoscenza molto estesa delle richieste computazionali dei maggiori engine 3D sul mercato, atta a migliorare e potenziare proprio quelle parti della scheda video che più vengono messe sotto stress. Grazie a questo lavoro anche i giochi originali Xbox One che giravano a 900p (un buon 30% in meno di pixel rispetto ai classici 1080p) possono girare, con uno sforzo computazionale ridotto, in 4K nativi su Xbox One X.

Adesso che la console è uscita e molti giochi sono stati aggiornati, possiamo quindi raccogliere le fila del discorso e anticiparvi le più probabili migliorie che i titoli avranno su Xbox One X, sia a 1080p che in 4k (nativi o meno). Prima però facciamo un piccolo riassunto dei termini tecnici che utilizzeremo più di frequente nel corso di questo articolo.

Il piccolo Glossario per maniaci del 4k

Risoluzione: è il numero di pixel orizzontali e verticali che compongono un'immagine digitale. Si dice che la risoluzione è nativa quando il numero di pixel generato dalla console/pc è identico a quello dei pixel che compongono l'immagine mostrata sulla tv o il monitor su cui viene proiettata. Le risoluzioni classiche sulle TV sono ormai 720p (1280x720), 1080p (1920x1080), 4k ( 3820x2160).

Upscale: è un processo di elaborazione di un'immagine digitale che ne altera la risoluzione, in particolare aumentando il numero di pixel. Di solito introduce artefatti visivi; il più evidente è una più o meno marcata sfocatura, ma anche l'aliasing tende ad aumentare.

Downscale: è un processo di manipolazione di un'immagine digitale che ne altera la risoluzione, riducendo il numero di pixel; di solito ha un effetto benefico sull'immagine riducendone l'aliasing. E la base del supersampling puro.

Frame rate: è il numero di frame per secondo che compongono il flusso video. 30 fps è il minimo sotto il quale non si dovrebbe mai scendere. 60 fps è il valore ottimale: la fluidità non è solo una questione di bellezza, è sopratutto questione di reattività e precisione dei controlli.
Se volete saperne di più vi invitiamo a consultare il nostro glossario scritto all'epoca del lancio di PS4 PRO, quasi tutti i termini e concetti spiegati li sono validi anche per Xbox One X:

LOD Level Of Detail: Si chiamo così Il sistema che riduce il livello di complessità degli oggetti presenti in una scena tridimensionale man mano che questi si allontanano dal punto di vista dell'osservatore. Più un oggetto è lontano minore è il numero di pixel che lo compongono. Sarà dunque inferiore il numero di poligoni e texture necessari per disegnarlo senza perdita di dettagli. Il sistema opera sostituendo completamente i modelli ed il loro set di texture e persino la complessità degli shader applicati. Questa operazione può essere più o meno evidente a seconda delle distanza a cui avviene.

Draw distance: E' la massima distanza alla quale il motore grafico renderizza i poligoni, superata quale gli oggetti non saranno più disegnati sullo schermo. Complessità e realismo di una scena 3D in campo aperto (una vallata,una foresta, un deserto, ma anche una città) vanno di pari passo con la giusta draw distance.

Risoluzione dinamica, come funziona?

Prendiamo come riferimento le risoluzioni standard più diffuse, ovvero 1080p (a cui mirano idealmente PS4 ed Xbox One) ed i 4k, che sono appannaggio esclusivo di Ps4 PRO, Xbox One X (e dei Pc sufficientemente carrozzati).

Sfruttiamo il recente Assassin's Creed Origins ed il capitolo precedente per fare degli esempi. Tenete sempre a mente che PS4 ed Xbox One non sono identiche nelle prestazioni; tra le due console, che pure condividono moltissimo in termini di gpu e cpu, c'è una differenza di prestazioni di circa il 30% a favore della GPU della console Sony. Tornando ai giorni del lancio di Assassin's Creed Syndicate, ricorderete forse che Ubisoft aveva deciso di "pareggiare" la risoluzione di entrambe le versioni, portandole a 900p. Questa risoluzione era poi upscalata a 1080p (un salto del 30% di pixel in più) per raggiungere i 1080p. Ciò nonostante, nei momenti più complessi, il numero di poligoni a schermo, gli effetti speciali e la post produzione in real time facevano perdere al gioco un buon numero di frame. Possiamo puntare il dito sulle prestazioni della GPU: non erano sufficienti per garantire in ogni momento un quadro calcolato a 900p per 30 volte al secondo.

La soluzione sarebbe stata, come spesso si legge, "una maggiore ottimizzazione". Questo significa che il team avrebbe dovuto adottare una delle possibili soluzioni per ridurre il carico della CPU. Diverse le strade percorribili: la disattivazione del v-sync, o la riduzione della complessità dei modelli poligonali, del loro numero su schermo o della distanza a cui vengono mostrati. Oppure l'attivazione di una nebbia "coprente", o ancora una semplificazione degli shader che danno il giusto look ai materiali. Ma si sarebbero potuto utilizzare ombre meno definite, ridurre o rimuovere vegetazione, fogliame, particelle, effetti di luce. Sono solo alcune delle cose che è possibile fare, anche in tempo reale, per evitare cali di frame rate. Il problema è che sono tutte modifiche peggiorative di cui il giocatore si accorge immediatamente: persino la sparizione di un oggetto sullo sfondo è un evento che impatta negativamente sull'estetica di un gioco.

Ed è qui che entra in gioco la scelta di utilizzare una "risoluzione dinamica": se un gioco raggiunge il picco massimo di richieste alla GPU, l'engine 3D decide di ridurre il numero di pixel (senza vincoli di risoluzione specifiche) fino al punto in cui riesce a garantire un flusso video fluido. Nel momento in cui le richieste del engine 3D si riducono, è possibile alzare di nuovo la risoluzione, fino alla massima sostenibile.

Ed è questo che fa il nuovo Assassins's Creed Origins: utilizza una risoluzione dinamica molto variabile, che riduce il numero di pixel nelle situazioni di stress, e poi esegue un upscale alla risoluzione target, in base alla potenza del sistema su cui gira.

Nel caso di PS4 la risoluzione target è la 1080p, che il gioco riesce a garantire quasi sempre nativamente, con qualche sporadica capatina dalle parti del 900p. Peggio fa su Xbox One, dove la risoluzione prima dell'upscale tocca al massimo i 900p, con numerose discese a 792p (1408x792 pixel) e 864p (1536x864 pixel).

Nel caso di PS4 Pro la risoluzione target del gioco è il 4k (3840x2160px), e la potenza aggiuntiva della console rispetto alle cugine minori è sufficiente per toccare risoluzioni native come 1350p o 1584p (2816x1584px), prima dell'upscale verso i 4k (che quindi non sono nativi). Su Xbox One X il gioco dovrebbe raggiungere risoluzioni intermedie pre-upscale ben superiori, ed il 1800p sembra la risoluzione minima più plausibile sul nuovo hardware Microsoft.

Ridurre troppo la risoluzione da cui partire per poi effettuare l'upscale verso la risoluzione target introduce comunque alcuni artefatti grafici: il più evidente dei quali è una sfocatura dell'immagine (una specie di patina, come dicono alcuni) progressivamente maggiore all'aumentare della distanza fra le due risoluzioni (originale e upscalata), unita ad un aumento dell'aliasing (le fastidiose scalette). Poiché il cambio di risoluzione non modifica nessun altro aspetto del gioco e lo si fa per, si spera, pochi istanti, questi difetti sono meno percepibili e permettono di evitare quasi sempre i cali di frame rate.

Sfruttare una risoluzione dinamica nei propri engine 3D, a 4 anni dal lancio di PS4 ed Xbox One, sembra una scelta obbligata per gli sviluppatori, ma anche intelligente. Obbligata perché per aumentare la complessità grafica dei prodotti, a parità di hardware (le GPU delle console sono sempre le stesse per anni), le migliorie devono venire lato software. Intelligente perché al potenziale calo di frame rate (che tutti notiamo) è preferibile "rischiare" una riduzione della risoluzione, compensata da un buon upscale (che non tutti notiamo!).

Del resto quando giochiamo, cosa salta maggiormente all'occhio? Una graduale ma istanea modifica della risoluzione o la perdita di uno o più frame che interrompono il flusso video? Notiamo di più un gioco che da 900p viene upscalato a 1080p oppure un gioco con frame rate ballerino che va a scatti anche solo sporadicamente? Praticamente tutti risponderemo nello stesso modo: anche una piccola incertezza nel susseguirsi di fotogrammi salta subito all'occhio, ed anche le conseguenze in termini di reattività e precisione dei controlli sono avvertibili.

Passato, presente e futuro della risoluzione

Dinamica (e quasi sempre upscalata) è il futuro della risoluzione nei videogiochi, a prescindere dalla console o pc a cui fate riferimento? La risposta è no. Ci sono e ci saranno sempre giochi che riusciranno a garantire una buona fluidità mantenendo risoluzioni fisse. L'uso della risoluzione dinamica non è una novità di questa generazione di console, ma la sua diffusione è aumentata negli ultimi anni, in virtù della nascita di algoritmi di upscale molto più avanzati, gestiti da porzioni specifiche delle GPU che permettono di "alzare" la risoluzione introducendo un numero di artefatti meno evidente che in passato.

Ottimizzazioni per i giochi Xbox One X: il caso Shadow of War

Rise of The Tomb Raider è stato il gioco "simbolo" dell'ottimizzazione virtuosa su PS4 Pro: il gioco forniva tre preset grafici tra cui scegliere per sfruttare il potenziale dell'hardware in base ai gusti del giocatore: miglior frame rate possibile, migliore risoluzione possibile, migliore qualità grafica possibile. Purtroppo non è stata la regola e, su PS4 PRO, durante il suo primo anno di vita, sono stati pochissimi i giochi che hanno fatto buon uso della maggiore potenza della console, sfruttando solo il supersampling a 1080p ed i 4k dinamici.
Con l'arrivo di Xbox One X sul mercato è possibile che gli sviluppatori decidano di fare qualche sforzo in più per sfruttare a dovere queste console, offrendo maggiori opzioni grafiche al giocatore; questa volta prenderemo in esame Shadow of War, uno dei titoli che meglio si adatta a questa nuova famiglie di console.
Già testato su PS4 PRO il gioco raggiunge i 4k sfruttando una risoluzione dinamica che parte da un valore di base generalmente fissato a 1620p, implementando inoltre ombre migliori ed un dettaglio degli oggetti distanti (lod) anch'esso potenziato.
Su Xbox One X, Shadow of War fa meglio: ci sono due preset tra cui scegliere: "quality mode" e "resolution mode", oltre alla possibilità di attivare o meno la risoluzione dinamica.
Quale che sia il preset utilizzato, grazie ai 12GB di memoria GDDR5, Monolith ha potuto implementare un set di texture in 4K ed un filtro anisotropico migliore. La texture appaiono ovviamente molto più definite ed in generale la pulizia dell'immagine è superiore rispetto alla versione base (nonché a quella PS4 PRO).

Con il "quality mode" la console garantisce una maggiore draw distance, ovvero una maggiore quantità di oggetti sullo sfondo, unitamente ad un miglior dettaglio poligonale degli stessi, che si traduce in una riduzione del fastidioso effetto pop-in presente sulle altre versioni del gioco. Inoltre sarà attivo un filtraggio delle texture superiore, che appariranno così ancor più definite. Il quality mode può essere giocato con o senza l'ausilio della risoluzione dinamica (su PS4 PRO la risoluzione dinamica invece è sempre attiva).
Nel caso sia disattiva, il gioco girerà molto vicino ai 4k nativi, fissando la risoluzione di base a 1980p (3520x1980) e limitando moltissimo "la sfocatura" che l'upscale porta in dote. Attivando invece la risoluzione dinamica, nei momenti di crisi il gioco potrà scendere fino a 1890p (3360x1890), ma anche raggiungere 4k nativi, nei momenti meno pesanti.
Giocando con il "resolution mode" il gioco raggiungerà i 4k nativi, ma dovrà rinunciare alla massima qualità dell'immagine, il che si traduce in un un texture filtering leggermente inferiore (ma con lo stesso set di texture 4k) ed un lod di qualità inferiore. Se la risoluzione dinamica sarà attiva, il gioco oscillerà tra i 3584x2016 ed il 4k nativo, riducendo le occasioni di frame drop che occasionalmente avvengono in questa modalità

Considerando il discorso fatto in precedenza, la scelta dei giocatori dotati di schermo 4k dovrebbe ricadere sul quality mode unito alla risoluzione dinamica. Per quanto l'upscale introduca una leggere sfocatura rispetto alla perfezione dei 4k nativi, la risoluzione media di partenza è sempre molto alta, riducendo al minimo questo difetto. Ovviamente per chi vuole una perfetta resa in 4k, "resolution mode" senza l'opzione di risoluzione dinamica è la soluzione da scegliere.

E per chi non ha una tv 4k?

Non abbiamo ancora potuto testare estensivamente i giochi sugli schermi a 1080p, per cui possiamo solo riportare quanto dichiarato da microsoft nei mesi precedenti.
Microsoft ha inserito nel dna della sua console alcune migliorie che sugli schermi 1080p saranno sempre presenti senza alcun intervento da parte degli sviluppatori:

1440p? Appena confermato!Piccola menzione per una notizia dell'ultim'ora che farà felici non pochi giocatori: Xbox One X è compatibile con i 1440p e quindi con i numerosi monitor per PC che la supportano; la console produrrà un'immagine nativa a 1440p, probabilmente facendo il downscale dalla versione in 4k con una buona dose di antliasing.

- l'antialiasing sarà garantito da un ottimo supersampling;
- tutti i giochi beneficeranno di framerate più stabili rispetto alla controparte originale;
- un miglior texture filtering che si traduce in immagini più pulite;
- la massima risoluzione possibile fino a 1080p per i giochi che giravano a risoluzione dinamica;
- caricamenti più veloci garantiti dalla maggiore quantità di memoria.

Con il giusto impegno produttivo però si potranno aggiungere ulteriori miglioramento: texture più definite (anche a 1080p un set di texture 4k sarebbe evidentemente migliore), un lod migliorato, ombre e draw distance migliori, così come più dettagli poligonali, più vegetazione o effetti particellari.
Speriamo quindi che i team di sviluppo vogliano impegnarsi su questo fronte: anche i giocatori che non possiedono un televisore 4K ne beneficerebbero in maniera evidente, e sarebbe una grande conquista per la nuova console di casa Microsoft.