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V-Syncとレンダーキュー V-Sync, render queue

原因ID cg-vsync · 主担当 ゲーム開発チーム・クライアント開発 · 副担当外部・外部

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GPUが描画したフレームを何枚かキューにためておき、モニターの周期に合わせて出力する間、入力が遅れます。

なぜグラフィックドライバーがフレームを1〜3枚先にキューにためる → すると 入力が画面に反映されるまで、その分余計に時間がかかる → 画面では Pingは低いのに、操作が重くもたつく

症状: 入力遅延, カクつき
要因: 遅延
誰に起きるか: 自分だけ
いつ: 常に
担当: 主担当 ゲーム開発チーム・クライアント開発 · 副担当外部・外部
ゲーム開発チームの対応: 低遅延モードへの対応、フレームキューを減らす、リフレッシュレートより少し低く設定するフレームレート上限オプションの提供、スマホではフレームペーシング機能を有効化。
外部の対応: ユーザーに、可変リフレッシュレート対応モニターと組み合わせてリフレッシュレートより少し低いフレームレート上限を設定すること、グラフィックドライバーの低遅延モードを有効にすることを案内。
数値の目安: 60Hzでは1枚あたり16.7ms。CPUがGPUや画面の周期より速く、キューの3枚（DirectX 11のデフォルト）が埋まると、50msが上乗せされます。ダブルバッファのV-Syncでは、17msかかったフレームが次の画面更新タイミング（33.3ms）まで待ち、その間は前のフレームがもう一度表示されます。
グラフでは: 最初から常に高い · 入力〜画面の遅延
確認箇所: PresentMonのMsClickToPhotonLatency・MsAllInputToPhotonLatency（マウス・キーボードの入力から画面への出力まで）とDisplayLatencyを、V-Sync・低遅延モード・フレームレート上限を切り替えながら比較。MsPCLatency（PCが入力を受けてから画面に送るまで）は、ゲームがPC Latencyイベントを出力する場合にだけ記録される
該当する場合: V-Syncを有効にしたときやフレームレート上限がないときにこの遅延が1〜2フレーム（数十ms）増え、低遅延モードやリフレッシュレートより少し低いフレームレート上限では減る。Pingは変わらない
該当しない場合: PC内の遅延は低いのに操作が遅れるなら「ディスプレイ・入力デバイス・フレーム生成による遅延」、Pingが高いならネットワーク側
確認手段: ユーザー側の環境で確認
もっと詳しく: V-Sync（垂直同期）は、モニターが画面を切り替える瞬間にだけ新しいフレームを出力する設定です。ティアリングはなくなりますが、その瞬間を待つ分だけ入力が遅れ、FPSが60を下回ると60と30の間を行き来してカクつきます。可変リフレッシュレート（VRR）対応モニターは、フレームの準備ができたタイミングに合わせて画面を切り替えるため、この待ち時間を減らせます。スマホでも同じことが起きます。30FPSのゲームが60Hzの画面にフレームを均等に出力できないと、平均は30FPSなのに1枚あたりの表示時間が49・16・33msのようにばらつき、カクつきます（Androidの開発者向けドキュメントの例）。Androidのフレームペーシング（フレームの出力間隔をそろえる）ライブラリや、エンジンの同様のオプションで軽減します。

出典

IDXGIDevice1::SetMaximumFrameLatency Microsoft
ドライバーがキューにためられるフレーム数のデフォルト値は3（1〜16）
Reduce latency with DXGI 1.3 swap chains Microsoft
キューが空くまでPresentがブロックされ、描画から表示までほぼ1フレーム余計に待つことになる。待機可能なスワップチェーンで減らす
Frame Pacing library Android (Google)
60Hzの画面で新しいフレームがなければ前のフレームを再表示する。30FPSのゲームのフレームタイムが49・16・33msのようにばらつく例
PresentMon Capture Application (README-CaptureApplication.md) Intel
MsPCLatency（PCが入力を受けてから画面に送るまで）、MsClickToPhotonLatency（マウスクリック〜画面）、MsAllInputToPhotonLatency（キーボード・マウス入力〜画面）、DisplayLatency（フレームの提出〜モニターへの出力）
PresentMon Console Application (README-ConsoleApplication.md) Intel
MsPCLatencyは、アプリがPC Latencyイベントを出力しないと記録されない（--track_pc_latency）。MsAllInputToPhotonLatencyはキーボード・マウス入力が基準

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