FPS là gì? Quan trọng thế nào với game và điện tử?

Các game thủ cạnh tranh trong môi trường thể thao điện tử luôn nhắm đến việc nâng mức FPS lên cao nhất có thể để mang lại cho họ mọi lợi thế cạnh tranh.

FPS cao đồng nghĩa với việc họ sẽ có hoạt ảnh mượt mà, Latency (độ trễ hệ thống) thấp và ít hiệu ứng gây mất tập trung để đạt được kết quả thi đấu tốt nhất. FPS (frame rate per second) cao thường chỉ được hỗ trợ bởi những GPU thế hệ mới nhất, nhưng nếu biết cách tối ưu phần cứng và phần mềm thì bạn vẫn có thể tăng / cải thiện ít nhiều FPS trong tựa game ưa thích.

Trong bài viết này mình sẽ giải thích chi tiết về khái niệm FPS trong game, video, v.v. Ngoài ra mình sẽ đi sâu hơn một chút để xem FPS hoạt động trên máy tính PC / Laptop hay cả thiết bị di động như Smartphone / Tablet của bạn như thế nào?

Từ đó giúp bạn hiểu được lý do tại sao FPS cao sẽ mang lại cho game thủ lợi thế cạnh tranh, với một số lợi ích như cải thiện độ mượt của hoạt ảnh, giảm hiệu ứng bóng mờ và xé hình cũng như giảm độ trễ hệ thống (latency).

Bài viết này được đăng tại [free tuts .net]

I. FPS và Hz là gì?

FPS hay Hz là các con số thể hiện độ mượt của hình ảnh trong game cũng như video.

1. Cách hiểu cơ bản

Chắc hẳn ai cũng từng xem phim hoạt hình ngắn qua cuốn Flipbook. Cuốn sách nhỏ gồm một loạt các hình ảnh được xếp chồng lên nhau, để xem nó thì bạn chỉ cần dùng tay bấm vào rìa cuốn sách để làm hình ảnh / trang sách hiển thị liên tục lần lượt theo thứ tự.

Mỗi giây có khoảng một vài hình ảnh (trang giấy) cho tới vài chục hiện lên tùy vào chất liệu giấy cũng như lực bấm của ngón tay.

Video, phim, hoạt ảnh hiển thị trên các loại màn hình ngày nay cũng tương tự như vậy, thực chất đoạn phim / video là một loạt các hình ảnh hiển thị theo thứ tự để tạo cảm giác chân thực như đôi mắt của chúng ta nhìn cuộc sống hàng ngày, chỉ là theo cách hiện đại hơn. Flipbook là ví dụ minh họa đơn giản nhất để bạn có thể hiểu về FPS cũng như Hz.

Vậy bạn có thể hiểu FPS / Hz đơn giản là số khung hình (hình ảnh) trong 1 giây được hiển thị trên màn hình. Trong mọi trường hợp dù là chơi game hay xem video, làm việc thì FPS / Hz càng cao sẽ đem lại trải nghiệm mượt mà và “càng phê” bấy nhiêu.

Phía trên là một cách hiểu đơn giản về FPS và Hz, tiếp theo mình sẽ phân tích theo đúng thuật ngữ chuyên môn giúp bạn nắm rõ hơn về hai khái niệm này nhé!

2. Phân tích

FPS và Hz thường được hoán đổi cho nhau tới mức bị lạm dụng trong thế giới game. Cả hai đều mô tả tỷ lệ hoàn thành khung hình nhưng được đảm nhiệm bởi các thành phần khác nhau trong hệ thống kết xuất của PC của bạn.

Nói một cách đơn giản, FPS (frame rate per second) là tốc độ mà hệ thống của bạn và cụ thể là GPU (card màn hình) hoàn thành việc xử lý các khung hình và Hz là tốc độ mà màn hình của bạn hiển thị các khung hình đã hoàn thành đó.

Hz được định nghĩa là “chu kỳ trên giây” và thông số này thường được gán cho màn hình của bạn.

Ví dụ: Chúng ta hãy cùng giả định FPS và Hz giống như các thành phần trong cuốn Flipbook:

• FPS là tốc độ vẽ của GPU: Tức là khi chơi game thì các khung hình / hình ảnh hiển thị tiếp theo mà chúng ta nhìn thấy sẽ được GPU vẽ ra (kết xuất).
• Hz là tốc độ hiển thị của hình ảnh: Hiển thị càng nhanh nghĩa là lực ngón tay bấm vào rìa cuốn Flipbook càng mạnh -> để xấp hình ảnh hiển thị liên tục theo thứ tự.

Vậy là hai tốc độ này phải đi đôi với nhau, nếu GPU không kịp vẽ (kết xuất) hình ảnh thì màn hình (Hz) sẽ không có gì để hiển thị -> Đứng khung hình (giật - lag).

Trong hình ảnh bên dưới, bạn có thể thấy các vạch màu xám bên trên thể hiện các khung được “màn hình” hiển thị, bên dưới là các vạch màu xanh thể hiện các khung hình được hoàn thành bởi GPU.

Tỷ lệ hoàn thành khung hình giữa màn hình và GPU không đồng nhất

GPU (card màn hình) có thể hoàn thành khung hình (Frame Rate) nhanh hoặc chậm hơn so với độ làm tươi của màn hình (Hz). Sự thay đổi về số khung hình có thể hiển thị trong 1 giây của GPU hầu hết do sự khác biệt về mức độ phức tạp của cảnh 3D mà nó phải xử lý - hiển thị.

Ví dụ: Vụ nổ trong một phân cảnh có thể mất nhiều thời gian hơn để GPU xử lý hơn so với một phân cảnh có bức tường trống trơn.

Mặt khác Hz là tốc độ làm tươi của màn hình không đổi, cho dù mức độ phức tạp của phân cảnh video / game có hiệu ứng cháy nổ ra sao cũng không ảnh hưởng tới Hz.

60Hz luôn là 60 lần mỗi giây, 144Hz là 144 lần mỗi giây, v.v. Thế nhưng vẫn có những màn hình có thể thay đổi Hz (tốc độ làm tươi) của chúng, tuy nhiên trong hầu hết mọi trường hợp thì ai cũng sẽ đặt thông số Hz ở mức cao nhất mà chiếc màn hình có thể đạt được.

Một vài loại màn hình có Hz khác nhau

Dưới đây là danh sách một số màn hình 60Hz và 144Hz ở cùng một cửa hàng, đương nhiên bạn cũng có thể tìm được những màn hình lên tới 240Hz.

Giá một số màn hình 60Hz

Giá một số màn hình 144Hz

Bạn chắc chắn có thể tìm thấy những màn hình có thông số Hz tương tự mà rẻ hơn một nửa, những màn hình cũ có giá thậm chí chỉ = ⅓ hiện tại.

Giá của màn hình đương nhiên cũng phụ thuộc vào các thông số khác như độ phân giải, kích thước, v.v nhưng cũng phụ thuộc rất lớn vào thông số Hz . Chúng ta có thể thấy màn hình 144Hz có giá thường gấp đôi 60Hz đem lại trải nghiệm xem phim, chơi game, lướt web mượt mà hơn rất nhiều.

Một số loại card màn hình hiện nay

Dưới đây là danh sách một số VGA đang được bán trên thị trường (2021) cùng giá thành. Hiệu suất của từng chiếc VGA là tương đối nên bạn sẽ không thể nào tìm được một chiếc VGA cam kết sẽ luôn cho ra kết quả 60 FPS hoặc 144 FPS giống như màn hình có thông số Hz được.

Tùy vào nhu cầu chơi game hay làm việc mà chúng ta có thể ước lượng được chiếc card màn hình nào phù hợp với cấu hình máy tính. Hơn nữa khi nói đến FPS thì các thành phần như RAM, CPU của PC cũng ảnh hưởng rất lớn.

Bài viết liên quan: Hướng dẫn Build PC từ A-Z

Giá card đồ họa phân khúc thấp

Giá một số card đồ họa phân khúc cao cấp

Nếu cấu hình PC tốt thì FPS thường ổn định ở một mức thiết lập nào đó, tuy nhiên không nhất quán từ khung hình này sang khung hình khác.

3. Cách hoạt động cơ bản của FPS và Hz

Cách dễ hiểu nhất về hai thông số này như sau:

• FPS là: Số khung hình mà GPU có thể kết xuất, hoàn thành trong 1 giây
• Hz là: Số khung hình tối đa mà màn hình (display) có thể hiển thị trong 1 giây

Quy trình xuất hình ảnh / video của máy tính như sau:

CPU + GPU xử lý hình ảnh -> truyền dẫn thông tin này tới màn hình. Vì thế số khung hình mà GPU có thể kết xuất và tần số làm mới Hz của màn hình phải đồng nhất với nhau.

Ví dụ: Giả sử GPU xuất được 100 FPS mà màn hình chỉ có thông số 60Hz thì sẽ gây nên nhiều hiện tượng như giật - lag, xé hình khác nhau. Chúng ta sẽ tìm hiểu nó chi tiết trong các mục tiếp theo, tuy nhiên với trường hợp này thì cho dù card VGA của bạn khủng và xuất được hàng trăm khung hình trên giây, trong khi đó chiếc màn hình chỉ ở 60Hz thì số khung hình cũng sẽ bị giới hạn ở mức 60 FPS mà thôi.

Để có hiệu suất máy tính tốt nhất thì chúng ta phải tìm cách nâng cao / đồng bộ hóa cả hai đơn vị này.

* Lưu ý: Trong bài viết này mình đang phân tích FPS và Hz chủ yếu dành cho phần cứng PC / Laptop. Nhưng bạn cũng nên biết rằng màn hình TV, điện thoại, tablet, v.v đều có tiêu chuẩn tần số làm mới Hz.

Ví dụ:

• Một số điện thoại Android hiện nay chơi game rất mượt ở mức 120 Hz, trong khi đó cuối năm 2020 thì iPhone 12 của Apple vẫn chỉ giới hạn màn hình ở mức 60 Hz.

Đối với trò chơi điện tử trên Smartphone có thể kể đến như Pubg Mobile, Liên Minh: Tốc chiến, Liên Quân Mobile, v.v. Hầu hết chúng mới chỉ có thể cài đặt lựa chọn mức khung hình ở 30 FPS hoặc 60 FPS, tuy nhiên trong tương lai chắc chắn sẽ cao hơn vì hiện tại nhiều mẫu Android đã đạt được màn hình chất lượng 120Hz.

CPU và GPU trong Smartphone gắn liền theo máy, và cũng không có ai đi nâng cấp hay thay thế chip xử lý này trong điện thoại cả nên mình sẽ không phân tích nó -> Chỉ tập trung vào PC.

• Nếu hiện tại bạn chỉ có một chiếc màn hình máy tính 60Hz trong khi VGA khủng có thể xuất ra vài trăm FPS, bạn cũng có thể kết nối vào một chiếc TV 120Hz / 240Hz và chơi game bình thường.

Hz là thông số thể hiện độ làm tơi / làm mới, thể hiện số khung hình có thể hiển thị trong 1 giây của màn hình -> Áp dụng chung cho mọi loại màn hình TV, máy tính, điện thoại, tablet, v.v.

II. FPS quan trọng như thế nào đối với thể thao điện tử?

1. FPS cao đem lại hoạt ảnh mượt mà hơn

Trong hình ảnh động bên dưới, chúng ta có thể thấy hoạt ảnh trông mượt mà hơn ở FPS / Hz cao hơn.

Ở 60 FPS / Hz thì hình ảnh động trông như bị giật, như thể nó đang chạy từ điểm này sang điểm khác. Ở 240 FPS / Hz thì chúng ta vẫn có thể thấy nó bước, nhưng những bước đó nhỏ hơn nhiều.

FPS cao đem lại hoạt ảnh mượt mà hơn

Trước khi chia nhỏ khái niệm này trong phần phân tích, bạn hãy cứ nghĩ rằng FPS luôn cùng mức với Hz. Mặc dù điều này không thực sự xảy ra trong thực tế, nhưng nó sẽ giúp giải thích những khái niệm này dễ dàng hơn nếu GPU và màn hình hoạt động ở cùng một tốc độ.

Cùng quan sát hình ảnh động dưới đây về hai quả bóng đang nảy, chúng ta có thể hình dung tại sao một bên thì trông giật lag - bên còn lại thì hoạt ảnh chuyển động mượt mà hơn.

Trong khi quả bóng 60FPS / Hz chỉ có 1 hình ảnh mô tả chuyển động thì quả bóng 240 FPS / Hz có tới 4 hình ảnh mô tả quãng đường di chuyển.

Những hình ảnh động bổ sung này lấp đầy chuyển động, làm cho 240 FPS / Hz cảm giác mượt mà hơn nhiều.

2. FPS / Hz cao hơn giảm hiện tượng bóng mờ

Bóng mờ là một hiệu ứng gây mất tập trung xảy ra trên tất cả các loại màn hình LCD. Khi màn hình làm mới (làm tươi / refresh) - thay đổi khung hình thì màu sắc không thay đổi ngay lập tức. Có một khoảng thời gian cực nhỏ “cần thiết” để các pixel thay đổi, đặc biệt là khi phạm vi thay đổi màu lớn.

Bạn hãy nhìn vào hình gif minh họa dưới đây, trò chơi CS: GO. Hiện tượng bóng mờ trông giống như một đường mòn phía sau đối tượng.

Hiện tượng bóng mờ (bóng ma)

Bạn có thể nhìn thấy điều tương tự xảy ra trên quả bóng đang nảy.

Ở 60 FPS / Hz thì sự thay đổi về khoảng cách giữa các bước hoạt ảnh khá lớn, vì vậy bóng mờ hiện rất rõ.

Ở 240 FPS / Hz thì sự thay đổi về khoảng cách giữa các bước hoạt ảnh nhỏ hơn nhiều do đó bóng mờ ít bị nhìn thấy hơn.

Đây là lý do tại sao ở FPS / Hz cao hơn, việc xoay nhân vật của bạn hoặc theo dõi một đối tượng đang chuyển động sẽ rõ ràng hơn nhiều. Tương tự như lợi ích của độ mượt hoạt ảnh, hiện tượng bóng mờ giảm mang lại khả năng theo dõi mục tiêu rõ ràng hơn - giúp mắt bạn tập trung vào mục tiêu chứ không phải bóng mờ.

3. FPS cao có là giảm xé hình

Rách / xé hình (Tear) là hiện tượng màn hình hiển thị các khung hình khác nhau cùng lúc từ GPU (card đồ họa), gây ra tình trạng hình ảnh bị xé ngang hoặc đứng "một nửa khung hình".

Trong ví dụ dưới đây, chúng ta có thể thấy vết rách lệch khung hình theo chiều ngang.

Tình trạng rách / xé hình xảy ra khi tốc độ đầu ra của GPU (FPS) không khớp với Hz của màn hình. Để tránh bị rách thì chúng ta có thể bật V-SYNC.

Công nghệ V-SYNC gần như có trên tất cả các màn hình, nó sẽ khóa tốc độ đầu ra của GPU với Hz của màn hình một cách hiệu quả. Khi V-SYNC được bật thì GPU chỉ được phép kết xuất - hiển thị số khung hình tương ứng với chu kỳ làm mới của màn hình.

Ví dụ: Khi kích hoạt V-SYNC thì cho dù VGA có kết xuất được 100FPS nhưng màn hình chỉ có 60Hz thì nó sẽ giới hạn số khung hình kết xuất được từ 100 FPS xuống chỉ còn 60 FPS.

Mặc dù điều này giúp loại bỏ hiện tượng xé hình nhưng nó có thể gây thêm độ trễ đầu vào. Tức là GPU thường phải “đợi” màn hình để hiển thị kết quả chính xác các thao tác của bạn. Vì sự chậm trễ này, nhiều game thủ quyết định tắt V-SYNC và chịu cảnh xé hình.

Bạn có thể theo dõi hình ảnh động trong ví dụ dưới đây, FPS cao hơn Hz của màn hình trong khi V-SYNC đã tắt.

Có lẽ không ít game thủ đã gặp tình trạng xé hình này, thường thì ở Việt Nam gọi nhanh là “giật - lag”. Trước đây tình trạng này xảy ra rất thường xuyên vì cấu hình yếu, giờ đây hiện tượng này vẫn có nhưng chỉ những game thủ chuyên nghiệp - kỳ cựu mới để ý tới.

Chúng ta có thể thấy hiện tượng xé hình xảy ra cả ở tần số quét 240 FPS / Hz nhưng không đáng kể. Đối với 60 FPS / Hz thì hiện tượng xé hình dễ nhận thấy hơn nhiều.

Trong hình ảnh động bên dưới, có một người đàn ông chạy từ trái sang phải trên màn hình. Ở chất lượng 240 FPS / Hz thì bạn có thể thấy khoảng cách hình bị bị xé giảm đi 4 lần.

Hiện tượng xé hình trên 60 FPS / Hz và 240 FPS / Hz

Như chúng ta thấy khi hiện tượng xé hình xảy ra thì nửa dưới của vật thể trông như di chuyển về phía trước rồi để lại phần trên ở phía sau.

Ở 240 FPS / Hz, sự dịch chuyển của đối tượng giữa hai khung hình nhỏ hơn vì sự khác biệt về thời gian giữa hai khung hình nhỏ hơn - tạo ra hiệu ứng xé nhỏ hơn. Hiệu ứng xé nhỏ giúp loại bỏ các hiệu ứng mất tập trung, giúp người chơi duy trì sự tập trung để giành chiến thắng trong trò chơi.

4. FPS cao = Độ trễ hệ thống thấp hơn

Nhìn vào hình ảnh động bên dưới, chúng ta có thể thấy màn hình ở 240 FPS / Hz cho phép nhìn thấy đối thủ sớm hơn một chút so với 60 FPS / Hz. Mặc dù đây là một khoảng cách ngắn nhưng trong game thời gian thực thì chỉ một khoảnh khắc trong tích tắc có thể quyết định kết quả của trận đấu.

Hiện tượng khung hình hiển thị chậm do độ trễ hệ thống (latency)

Khi nói về độ trễ trong trò chơi, nhiều game thủ nghĩ ngay đến Ping hoặc mạng lag: Độ trễ này mô tả thời gian cần thiết để thông tin trên PC của bạn di chuyển qua Internet để đến được máy chủ trò chơi và quay ngược lại PC của bạn.

Mặt khác độ trễ hệ thống (latency) mô tả thời gian thực hiện các hành động của bạn (nhấp chuột, di chuyển chuột, bấm bàn phím, v.v) để đưa thông tin đó xuất ra màn hình (monitor/display). Đây thường được gọi là chuyển động đối với photon, hoặc độ trễ nhấp nháy.

Mô tả ngắn về quá trình xử lý hình ảnh và độ trễ hệ thống (latency)

Nhưng điều gì gây ra độ trễ hệ thống? Chúng ta hãy cùng đi sâu vào và xem xét từng linh kiện / thiết bị của PC nhé!

Trong hình ảnh minh họa bên dưới, mình đã đơn giản hóa quy trình thành ba giai đoạn để dễ giải thích.

1. Bắt đầu từ bên trái, chúng ta có CPU (được biểu thị bằng thanh màu xanh lam) xử lý - diễn giải tín hiệu đầu vào, cập nhật trạng thái trò chơi, chuẩn bị khung hình cho GPU -> đặt thông tin hình ảnh vào hàng đợi kết xuất GPU.

2. GPU (được biểu thị bằng thanh màu xanh lá cây) lấy các khung đã chuẩn bị đó từ hàng đợi và kết xuất (nói đơn giản là vẽ hình).

3. Khi GPU hoàn tất công việc thì sẽ vận chuyển một loạt các hình ảnh đã kết xuất tới màn hình (Display - được biểu thị bằng thanh màu xám). Màn hình sẽ đảm nhiệm công việc hiển thị hình ảnh cuối cùng trong chu kỳ làm mới -> truyền hình ảnh tới mắt của bạn.

Quá trình kết xuất hình ảnh của CPU - GPU - Display

Tất cả những hành động này đều cần thời gian và tổng thời gian đó là độ trễ của hệ thống.

Bạn hãy hình dung lý do tạo ra độ trễ hệ thống (latency) qua hai dòng thời gian thể hiện quá trình kết xuất hình ảnh giữa 60 FPS / Hz và 240 FPS / Hz.

Sự khác biệt về độ trễ hệ thống (Latency) giữa 60 FPS / 240 FPS

Trong ví dụ phía trên, CPU và GPU mất khoảng thời gian như nhau để chuẩn bị và kết xuất khung hình. CPU trên hệ thống 60 FPS mất thời gian gấp 4 lần để kết xuất hình ảnh so với hệ thống 240 FPS.

Tương tự thời gian để hiển thị hình ảnh của GPU kết xuất cũng lâu hơn gấp 4 lần trên hệ thống 60 FPS. Kết quả là cuối cùng hình ảnh hiển thị cũng chậm trễ hơn 4 lần trên hệ thống 60 FPS vì chu kỳ làm mới chậm hơn 4 lần so với màn hình 240 Hz.

• Trên hệ thống 60 FPS / Hz, nó chỉ đơn giản là mất nhiều thời gian hơn để xử lý và do đó chậm hơn trạng thái thực tế của trò chơi.
• Ở 240 FPS / Hz, kết xuất gần hơn với trạng thái thực tế của trò chơi.

Chúng ta có thể thấy sự khác biệt giữa độ trễ của hai hệ thống trong ví dụ dưới đây và cụ thể là sự khác biệt về vị trí. Mình sẽ vẽ một đường dọc màu đen để làm thước đo giúp dễ dàng so sánh vị trí của đối tượng do độ trễ hệ thống gây ra.

Độ trễ hệ thống thấp hơn cho phép khung hình xuất hiện sớm hơn, giúp bạn nhìn thấy hình ảnh sát với kết quả thực tế nhất.

Ngoài ra việc giảm độ trễ của hệ thống làm cho trò chơi phản hồi nhanh hơn, vì thời gian giữa chuyển động chuột của bạn và kết quả trên màn hình ngắn hơn (gần như tương đương). Cùng với những lợi ích này, độ trễ của hệ thống thấp hơn sẽ mang lại cho bạn lợi thế cạnh tranh trên chiến trường.

III. Kết luận

Tóm lại tốc độ khung hình (FPS) cao hơn có những lợi ích rõ ràng. Cải thiện khả năng theo dõi mục tiêu, giảm bóng mờ và hiện tượng xé hình, giảm những hiệu ứng gây mất tập trung và độ trễ hệ thống thấp giúp bạn nhìn thấy mục tiêu sớm hơn, nhạy bén hơn. Kết hợp những lợi ích này với nhau, FPS cao sẽ mang lại cho bạn nhiều lợi thế so với đối thủ.

Bao nhiêu FPS là đủ để chơi game? Mình xin đưa ra dữ liệu thu thập từ NVIDIA và nghiên cứu mới nhất của họ. Chúng ta có một biểu đồ so sánh FPS trung bình của người chơi với tỷ lệ giết / chết (K / D) của họ, đây là một số liệu phổ biến đánh giá khách quan kỹ năng của người chơi trong các game cạnh tranh như Fortnite hoặc PUBG.

Kiểm tra biểu đồ, chúng ta có thể thấy có mối tương quan giữa FPS trung bình của game thủ và tỷ lệ K / D trong PUBG và Fortnite.

Ở 180 FPS, tỷ lệ K / D của người chơi tốt hơn 90% so với người chơi ở 60 FPS!

Tất nhiên kỹ năng của mỗi người chơi vẫn là một trong những yếu tố rất lớn quyết định kết quả. Thế nhưng trong bối cảnh mà các lợi ích của FPS đem lại như độ mượt của hoạt ảnh, giảm hiện tượng bóng mờ và xé hình cũng như độ trễ hệ thống, thì mối quan hệ giữa kỹ năng và cấu hình hệ thống FPS rất đáng xem xét.

Sẽ rất khó khăn nếu như bạn đang cố gắng giành chức cúp vô địch thế giới ở bộ môn thể thao điện tử với chỉ một chiếc máy cấu hình ổn định 60 FPS.

Mình tin rằng sau bài phân tích kỹ lưỡng này thì bạn không chỉ biết FPS là gì? Mà còn hiểu được ý nghĩa của nó quan trọng như thế nào đổi với thể thao điện tử. Nếu thấy bài viết này có ích, đừng quên chia sẻ nó tới bạn bè ngay nha!

Tham khảo: Nvidia