3DMark 2006

Рік випуску: 2006
Розробник: Futuremark Corporation
Платформа: PC
Мінімальні системні вимоги:
Операційна система: Microsoft Windows 2000 або XP operating system
Процесор: x86 compatible processor with MMX support, 2000MHz
Оперативна пам'ять: (512MB recommended)
DIRECT X: DirectX9.0c або later (required)

На це вказує і той факт, що три з чотирьох так званих "графічних тестів" цього пакету є ні чим іншим, як покращеними версіями ігрових тестів 3DMark05. Фактично, відмінності нової версії від старої не так якісні, як кількісні: З кардинально нового відзначимо підтримку HDR, Uniform Shadow Maps, підтримку багатоядерних CPU та націленість на використання Shader Model 3.0, хоч і не ексклюзивну – 2 графічні тести з чотирьох працюють у рамках Shader Model 2.0.

Інші зміни мають кількісний характер: вкотре збільшено деталізація тестових сцен, кількість джерел світла, складність використовуваних шейдерів, дозвіл текстур тощо. Таким чином, загальна концепція 3DMark06 полягає в орієнтованості на SM3.0-сумісні графічні процесори.

3DMark06: особливості графічного движка

Як відомо, для 3DMark05 був розроблений новий графічний двигун, який не має нічого спільного з раніше використовуваним двигуном MAX-FX, і мав набагато більшу схожість з реальними ігровими двигунами. Двигун 3DMark06 є його модифікацією, що отримала повну підтримку Shader Model 3.0, а також текстур та блендінгу у форматі FP16. Останні два пункти означають ніщо інше як можливість використання HDR. За прогнозами Futuremark, підтримка розширеного динамічного діапазону широко зустрічатиметься в іграх нового покоління, хоча на даний момент кількість таких ігор дуже невелика. Як і в 3DMark05, шейдери, що становлять той чи інший матеріал, генеруються динамічно, у форматі HLSL. Потім відбувається їх компіляція для оптимального відповідності встановленому у системі графічному процесору – або автоматично, або заданому користувачем профілю.

Підтримка текстур та блендингу у форматі FP16 потрібна виключно для графічних тестів SM3.0. У цих тестах також використовується фільтрація FP16, але якщо GPU не підтримує цієї можливості, то для її емуляції використовується спеціальний шейдер, що дозволяє пройти тести SM3.0/HDR карт на базі Radeon X1000, оскільки ці графічні процесори не підтримують фільтрацію текстур у форматі з плаваючою комою. Графічні тести SM3.0/HDR використовують постпроцессинг, в процесі якого на зображення накладаються: ефект bloom, ефект "зірки", емулюючий шестипелюстковий затвор фотокамер, а також ефект відображення, що виникає в лінзах. На завершення отримане зображення проходить процес tone-mapping для того, щоб отримати правильні для традиційних дисплеїв значення кольору.

За заявою розробника, у новому тестовому пакеті задіяні всі ключові можливості SM3.0, за винятком регістру vFace.

-Реєстр vPos
-Похідні інструкції
-Динамічний контроль потоку
-Велика кількість інтерполяторів
-Велика кількість констант
-Більша кількість слотів інструкцій
-Текстурні інструкції з явним LODVertex
-Вибір текстур з вершинного шейдера (потрібна для проходження тесту Shader Particles)

Динамічні тіні у графічних тестових пакетах Futuremark з'явилися, починаючи з 3DMark2001. Тоді вони створювалися за допомогою проекційних тіньових карт, що було досить невибагливим методом, що мав низку обмежень, зокрема, об'єкт було відкидати тінь себе самого. До того ж, тінь проектувалась на всі поверхні під об'єктом, навіть на підлогу кімнати, яка знаходиться декількома поверхами нижче. У 3DMark03 була застосована інша техніка створення динамічних тіней, так звані стенсильні тіні. Цей метод працює інакше: краї об'єкта, видимі з боку джерела світла, виділяються як полігон, позбавлений освітлення. Все, що в обсязі цього полігону, перебуває в тіні. Дана техніка позбавлена ​​недоліків попередньої і допускає відкидання об'єктом тіні на себе, але вона не універсальна і добре підходить лише для певних типів сцен і для низькополігональних об'єктів.

Справа в тому, що вибірка країв об'єкта, які мають стати обсягом тіні, є досить ресурсомісткою операцією, і полігони, що утворюють ці обсяги, споживають чималу частку швидкості заповнення сцени, хоч і є невидимими.

У 3DMark05 було застосовано новий метод генерації динамічних тіней, використовує звані LiSPSM-карти (Light Space Perspective Shadow Maps). У 3DMark ця техніка була вдосконалена за допомогою використання іншого типу карт тіней під назвою Cascaded Shadow Maps або CSM. Використання CSM дозволяє отримати тіні для всіх об'єктів на екрані, незалежно від кутів їх нахилу.

Цей метод працює шляхом розбиття поля зору (view frustum) на 5 секцій по осі Z. Кожна секція затінюється за допомогою стандартної uniform-тіньової картки роздільною здатністю 2048х2048. Якщо GPU підтримує depth textures, використовується карта глибини у форматі D24X8 або DF24, в іншому випадку, як карта глибини використовується компонент R32F текстури в 32-бітному поданні з плаваючою комою. Апаратне затінення увімкнено за замовчуванням (за винятком D24X8 у тестах SM3.0/HDR), але може бути відключено за бажанням користувача.

Будь-який метод має свої недоліки. Хоча роздільна здатність карт глибини дуже велика, іноді цього недостатньо, і, як і в 3DMark05, у деяких випадках на краях тіні може виникнути мерехтіння - так званий проекційний аліасинг (projection aliasing). Це може виникнути у випадках, коли напрямок нормалей перпендикулярно чи майже перпендикулярно напрямку висвітлення. В даний час позбутися його практично неможливо без значних втрат у продуктивності.

Для згладжування країв тіней у новому двигуні в тестах SM3.0/HDR використовується масив, що складається з 16 семплів (4х4). Для кожного пікселя краю тіні цей масив повертається на випадковий кут. Наявність 16 точок відліку підвищує якість згладжування тіней, але потребує додаткових апаратних ресурсів. Поточкова вибірка використовується як для апаратного накладання карт тіней, так і для карт тіней у форматі R32F. У тестах SM2.0 використовується ядро ​​менших розмірів, що складається з 4 пікселів (2х2), але якщо GPU апаратно підтримує вибірки із буфера глибини у форматі D24X8, DF24 або Fetch4, береться лише одна білінійна вибірка. Якість згладжування у своїй дещо відрізняється. У випадку, якщо користувач бажає порівняти продуктивність рендерингу різних архітектур, апаратне накладення карт тіней може бути вимкнене; в цьому випадку динамічні тіні завжди створюються за допомогою карток глибини R32F, а їх згладжування здійснюється чотирма семплами.

Генерація динамічних тіней за допомогою карт глибини цілком виправдана у випадку з 3DMark06, оскільки цей метод, згідно з заявами Futuremark, вже використовується розробниками ігор і використовуватиметься дедалі ширше. Що стосується компресії текстур, то всі карти кольору в 3DMark06 стискаються за алгоритмом DXT1, альфа-карти – за алгоритмом DXT3, а карти нормалей – за алгоритмом DXT5. Метод 3Dc, що є специфічним для карток ATI Radeon X700 і більш потужних, не підтримується.

3DMark06: графічні тести

Загалом у новому пакеті Futuremark чотири графічні тести, які поділяються на дві групи. Перша працює у рамках SM2.0, друга розрахована на підтримку графічним прискорювачем SM3.0. Почнемо по порядку з тестів SM2.0. Перший графічний тест SM2.0 являє собою перероблений перший ігровий тест, "Return to Proxycon", що входив до складу 3DMark05. Сцена, що демонструється у процесі тесту, відноситься до жанру науково-фантастичних тривимірних шутерів. Група космічних десантників за підтримки важкої бронепіхоти атакує та захоплює космічну станцію Proxycon з метою видобування якогось артефакту (сцену з ним можна побачити в режимі Demo). Порівняно з оригіналом, значно зросла кількість джерел світла (26 проти 8), зросла роздільна здатність карт тіней, деталізація сцени стала більш високою.

Тест дещо нетиповий, якщо порівнювати його із сучасними шутерами – в останніх такі масштабні відкриті простори та бої зустрічаються нечасто. Найяскравішим прикладом є Doom III з його численними вузькими коридорами і рідкісними просвітами скільки-небудь просторих приміщень. Винятки в жанрі НФ(Sci-Fi)-шутерів сьогодні рідкісні, але все ж таки зустрічаються. Наприклад, у Starship Troopers можна побачити і масштабніші сцени з 200-300 моделями ворогів у кадрі.

Другий графічний тест SM2.0 також не новий – його прабатьком є ​​другий ігровий тест 3DMark05, "Firefly Forest". Як і раніше, основою тесту є рослинність, що динамічно генерується, якої в тесті дуже багато. Хоча простір сцени в даному випадку дуже обмежений, через величезну кількість рослинності вона може бути непоганим полігоном для тестування продуктивності. GPU при накладенні тіней та роботі з освітленням, оцінки ефективності роботи вершинних процесорів, а також центральних процесорів системи;). Порівняно з аналогічним тестом 3DMark05 у тесті з'явився ще один "світлячок", був змінений метод накладання тіней, і зросла роздільна здатність карт глибини/апаратних карт тіней (hardware shadow maps).

Наступні два тести використовують виключно профіль SM3.0 і, відповідно, працюють тільки на відеоадаптерах, що мають підтримку Shader Model 3.0. Перший графічний тест SM3.0 – ні що інше, як значно перероблена та покращена версія третього ігрового тесту 3DMark03 під назвою "Canyon Flight". У цій тестовій сцені використовується HDR, у тому числі, і при відпрацюванні відбитків/заломлень (рефракції).

Як і раніше, водна поверхня використовує depth fog для створення ілюзії глибини, але на додаток до цього її поверхня спотворюється за допомогою двох рухомих карт нормалей (scrolling normal maps) і чотирьох хвильових функцій Герстнера (four Gerstner wave functions), в результаті чого вода виглядає дуже реалістично. Для імітації вологого клімату використовують комплексний гетерогенний туман (complex heterogeneous fog). Також ускладнений алгоритм малювання неба. У сцені, як і раніше, є лише одне джерело світла – сонце, але через великий масштаб і складну форму стін каньйону вона дуже складна для накладання динамічних тіней.

Другий графічний тест SM3.0 не має аналогів у попередніх версіях 3DMark та є повністю новим. У ньому на прикладі покинутої арктичної станції демонструється застосування HDR та динамічних тіней на великих площах. Головною особливістю тесту є зміна доби, протягом якої можна спостерігати подовження тіней, що відкидаються об'єктами, що демонструє гнучкість методу CSM. Сніг використовує модель затінення Blinn-Phong, 2 карти нормалі та 1 карту кольору, а також ефект subsurface scattering, що робить його майже невідмінним від сьогодення. Також, тест може бути індикатором продуктивності графічного адаптера під час роботи з системами частинок – з допомогою у сцені імітується сніговий буран.

3DMark06: процесорні тести

Однією з особливостей нового 3DMark06 стала нова ідеологія, яка використовується під час підрахунку підсумкового індексу. У той час як попередня версія цього бенчмарку видавала підсумковий результат, заснований лише на продуктивності графічної підсистеми, індекс 3DMark06 підраховується виходячи як зі свідчень, знятих при тесті графіки, так і при випробуваннях центрального процесора. Тобто фінальний рахунок, що видається тестом, залежить як від швидкості відеокарти, так і від швидкодії CPU.

Таке нововведення викликане бажанням розробників зробити 3DMark06 не просто бенчмарком для визначення відносної продуктивності відеопідсистеми, а й мірилом продуктивності платформи загалом із погляду сучасних 3D ігор. Цей підхід має цілком логічне обгрунтування: сучасні ігрові додатки стали пред'являти досить високі вимоги як до продуктивності графіки, до потужності обчислювальних ресурсів центрального процесора. Очікується, що ця тенденція посилюватиметься і надалі, оскільки розробники ігрового програмного забезпечення дедалі більшу увагу приділятимуть питанням якісного моделювання фізичного середовища та штучному інтелекту об'єктів, що діють у грі.
Таким чином, тест CPU у 3DMark06 став його невід'ємною та важливою частиною. У світлі цього програмісти Futuremark зробили і цей тест більш співвідносним з реальністю. Ні для кого не секрет, що, наприклад, тест CPU в 3DMark05 мало мало спільного з продуктивністю в іграх. Це зовсім не дивно: вимірювання продуктивності процесорів у ньому відбувалося при використанні надуманих алгоритмів, які не мають нічого спільного з реальністю. Зокрема, процесорний індекс 3DMark05 обчислювався за результатами виконання процесором вершинних шейдерів. Звичайна для CPU ігрова задача, чи не так?
Проблемою оцінки продуктивності процесорів у попередніх тестах сімейства 3DMark було те, що вони не мали спеціалізованих алгоритмів, подібних до використовуваних у реальних іграх. У новому тесті 3DMark06 цей недолік було виправлено. Процесорні тести 3DMark06 ґрунтуються на спеціальних алгоритмах, що мають безпосереднє відношення до навантаження. CPU у 3D іграх.
Вимірювання продуктивності процесорів у 3DMark06 виконується при моделюванні реальної ігрової ситуації, названої дизайнерами бенчмарку Red Valley. Дія в цьому тесті відбувається навколо фортеці, затиснутої між двома горами. Підніжжя цих гір поцятковане ярами, якими носяться швидкісні машинки, завдання яких входить, уникаючи зіткнень і оборонних сил противника, прорватися до фортеці. Оборона цього форпосту використовує свого роду літаючі танки, які хоч і повільні, але оснащені ракетами ближнього радіусу дії. Загалом у сцені Red Valley бере участь 87 ботів цих двох типів.
Виведенням графіки протягом процесорного бенчмарку повністю займається відеопідсистема. Щоб зменшити вплив продуктивності графіки на результат тестів процесора використовується роздільна здатність 640x480, а, крім того, відключаються динамічні тіні. Процесор при цьому зайнятий виключно своїми типовими функціями: на нього покладена ігрова логіка, моделювання фізичного середовища і наділення ботів штучним інтелектом. Фізика в Red Valley розраховується з використанням в даний час досить популярної серед ігрових розробників бібліотеки AGEIA PhysX, а інтелектуальність ботів досягається за рахунок вирішення завдань знаходження шляхів у графі.


Слід зазначити, що через велику кількість інтелектуальних роботів, що населяють Red Valley, процесорний тест дещо нагадує стратегію реального часу. Однак слід розуміти, що 3DMark06 не повинен бути схожим на сучасні ігри. У завдання цього бенчмарку входить моделювання майбутніх ігрових додатків, які, як вважають розробники Futuremark, відрізнятимуться набагато більшою кількістю інтелектуальних об'єктів, що діють, ніж ігри сучасні.
Орієнтація на ігри завтрашнього дня вимагала від творців 3DMark06 оптимізувати процесорний тест на найсучасніші двоядерні процесори. Більш того, цей тест здатний ефективно завантажувати та CPU з великою кількістю ядер, тим більше, що завдання знаходження оптимальних шляхів для великої кількості об'єктів легко паралелізується. У цілому нині, обчислення в процесорному тесті розбиваються на потоки так: один потік вважає ігрову логіку і управляє процесом рахунку, другий потік задіяний під моделювання фізики середовища, інші потоки (їх кількість залежить від кількості обчислювальних ядер у системі) вирішують завдання знаходження оптимальних шляхів.
При тестуванні процесорів в 3DMark06 сцена Red Valley бере участь двічі з різними параметрами алгоритмів. Перший раз більше ресурсів відводиться під моделювання штучного інтелекту, вдруге акцент робиться на розрахунку фізики середовища.

3DMark06: теоретичні тести

У складі цієї категорії в 3DMark06 присутні всі теоретичні тести, що входили до складу 3DMark05, а також два нових тести – Shader Particles Test (SM3.0) та Perlin Noise (SM3.0). Як видно з назви, обидва тести вимагають для наявності підтримки Shader Model 3.0.

Shader Particles Test (SM3.0) - чимось нагадує тест на обробку систем частинок з 3DMark 2001, але, на відміну від нього, використовує можливості Shader Model 3.0. Фізична модель поведінки частинок розраховується за допомогою піксельних шейдерів, потім їхня візуалізація здійснюється шляхом використання функції вибірки текстур з вершинних шейдерів. Траєкторії 409600 частинок у простому гравітаційному полі за наявності опору середовища розраховуються із застосуванням інтеграції по Ейлеру, також проводиться перевірка на зіткнення цих частинок із полем висоти (height field). Крім підтримки Shader Model 3.0, тест вимагає від графічного процесора вміння здійснювати вибірку текстур з вершинних шейдерів (vertex texture fetch), тому працює лише на картах з архітектурою GeForce 6/7 – ATI Radeon X1000 не підтримує VTF.

Perlin Noise (SM3.0) - використовує так званий тривимірний шум Перліна (Perlin noise) для симуляції реалістичних хмар, що змінюються. Шум Перліна часто є основою для процедурних текстур і деяких технік моделювання, і в майбутньому його популярність тільки зростатиме, оскільки ефекти, створювані з його допомогою, хоч і вимагають високої обчислювальної потужності, але відносно слабо навантажують підсистему пам'яті відеоадаптера, продуктивність якої зростає значно повільніше математичної продуктивності GPU. Піксельний шейдер, що використовується в даному тесті, складається з 495 інструкцій, 447 з яких арифметичні, а 48 текстурні (texture lookups). Для довідки: мінімальні специфікації, що укладаються у стандарт SM3.0, вимагають підтримки шейдерів із довжиною до 512 інструкцій. Всі текстурні інструкції створюють одиночну 32-бітну текстуру роздільною здатністю 256х256. Її обсяг складає всього 64 КБ, тому тест невимогливий до обсягу та частоти відеопам'яті.


Усі інші тести, включаючи тести розмір пакетів (batch size tests) залишилися колишніми.