Equilibrando la fidelidad visual y el rendimiento en Proyecto Z: Más allá del Orden

Projekt Z: Más allá del Orden, el primer gran título comercial de 314 Arts, es un shooter de acción zombi cooperativo para cuatro jugadores que combina narración cinematográfica con un juego intenso y centrado en el equipo.

El equipo se propuso crear un juego multiplataforma con gráficos impresionantes y una iluminación y entornos atmosféricos. Aunque nunca se desviaron de su objetivo, encontraron desafíos de rendimiento a lo largo de su largo proceso de desarrollo. Así es como los superaron.

Projekt Z: Más allá del Orden: Un caso de estudio de Unity

¿Cómo puede un estudio mejorar la fidelidad visual mientras mantiene el rendimiento en las plataformas?

Cuando 314 Arts trajo Proyecto Z: Más allá del Orden a múltiples plataformas, su motivación no era solo el alcance del mercado, sino también enfrentar un desafío técnico.

“Consolas tienen recursos limitados, por lo que lograr nuestros objetivos visuales y de jugabilidad mientras mantenemos el rendimiento es complejo, pero eso es lo que lo hace emocionante”, dice Justin Miersch, cofundador y diseñador de juegos/niveles en 314 Arts. “Estás optimizando constantemente, exprimiendo cada bit de potencia del hardware. Ver cómo el juego se acerca a nuestro objetivo es increíblemente satisfactorio.”

Desde el principio, el equipo sabía que sus ambiciones superarían los límites del hardware. “El rendimiento fue nuestro mayor desafío,” añade Miersch. “También queríamos mostrar lo que Unity puede hacer cuando se lleva a su máximo potencial.”

Los resultados

Rendimiento mejorado de injugable a un constante 30 fps en Steam Deck

Aumento de la tasa de fotogramas en GTX 1060 de 30 fps a 55 fps

Ganó alrededor de 2-3 ms de tiempo de GPU

Aprovechando el Canal de Renderizado de Alta Definición (HDRP)

Desde el principio, 314 Arts sabía que Projekt Z: Más Allá del Orden necesitaba una tecnología de renderizado sólida para lograr su atmósfera oscura y cinematográfica. “HDRP fue crucial para que alcanzáramos nuestros objetivos,” dice Miersch. “Necesitábamos la mejor calidad con la mayor flexibilidad posible, y nos dio exactamente eso: una solución a prueba de futuro lista para nuevas tecnologías como el trazado de rayos.”

La adopción temprana de HDRP dio al equipo acceso a características en evolución como Iluminación Global en Espacio de Pantalla (SSGI), Muestreo por Aprendizaje Profundo (DLSS), Resolución Super FidelityFX (FSR) y Procesamiento Post-Temporal Escalable (STP), que mejoraron tanto la calidad visual como la accesibilidad para hardware de gama baja. Sin embargo, el perfilado reveló que las sombras eran el principal cuello de botella en el rendimiento. Para resolver esto sin sacrificar calidad, el equipo desarrolló una herramienta personalizada: el Gestor de Sombras HDRP (HSM).

HSM controla dinámicamente cuándo y cómo el motor renderiza sombras. Las desactiva a largas distancias, almacena en caché sombras estáticas y habilita el renderizado en tiempo real solo cuando es necesario. También considera el tamaño de la sombra, el tipo de luz y la distancia para mantener un rendimiento fluido, con opciones de ajuste manual para evitar el pop-in. “HSM realmente muestra lo que puedes hacer con HDRP gracias a su flexibilidad”, dice Miersch. “A continuación, planeamos usar luces falsas y calcomanías de sombra para eliminar el costo de iluminación a distancia.”

Maximilian Kube, cofundador y programador, explica que muchos problemas de renderizado surgieron de la ambición creativa del equipo. “Nunca se trata del motor, se trata de tomar decisiones inteligentes en lo que respecta a la fidelidad visual. Al optimizar volumétricos, sombras y texturas, logramos ganancias significativas. Reducimos el presupuesto de niebla volumétrica, bajamos las resoluciones de sombra a 512 o 1K, y escalamos selectivamente los tamaños de textura.”

Construyendo niveles destructibles

El equipo agregó gore al diseño del nivel para intensificar el entorno. Usaron Timeline para crear y editar las animaciones y efectos cinematográficos. “Fue un sistema crucial para nosotros. Lo que más me interesa es que lo usamos para más que cinematics,” dice Miersch. “Fue útil en nuestros flujos de trabajo típicos de diseño de niveles.“

Dado que construyeron su propio sistema de misiones basado en nodos, los diseñadores de niveles crearon animaciones en Timeline y las conectaron a su editor de nodos para las misiones. Esto les permitió probar ideas rápidamente.

“Una vez que obtuvimos las aprobaciones, actualizamos los modelos dentro de Timeline y agregamos algunos VFX y SFX a esto. Eso realmente aceleró la iteración de misiones,” dice Miersch.

A medida que continuaba el desarrollo del juego, se esforzaron por lograr un equilibrio entre la retroalimentación visual visceral y satisfactoria y el rendimiento óptimo. “El gore es un elemento imprescindible para un juego de zombies como el nuestro, pero la tasa de fotogramas es la máxima prioridad. Queríamos que el jugador sintiera el impacto de cada golpe: extremidades volando, sangre salpicando, heridas visibles, sin afectar el fps”, explica Kube.

Construyeron un sistema de daño de zombis altamente eficiente que maneja docenas de zombis en pantalla simultáneamente sin tartamudear. “El objetivo era hacer que cada encuentro se sintiera brutal y cinematográfico”, continúa Kube, “pero técnicamente sin interrupciones desde la perspectiva del motor.”

Como parte de su flujo de trabajo, el zombi ahora comparte un material en todos los estados de daño y sigue siendo una sola malla con piel, sin importar cuán desmembrado se vuelva. Comparten sangre y otros efectos a través de un grupo de objetos para evitar operaciones costosas de Instanciar y Destruir siempre que sea posible.

Mejorando el rendimiento de la GPU

A medida que los desafíos de rendimiento aumentaban, el equipo solicitó soluciones al equipo de Éxito Integrado de Unity. Con acceso a soporte premium, resolvieron la mayoría de los problemas críticos en 24 horas.

El verdadero avance para el equipo vino de la Revisión del Proyecto. “Tener a un ingeniero de Unity profundizando en nuestro proyecto durante varios días fue un cambio radical”, dice Miersch.

Las capturas de GPU en una NVIDIA RTX 3090 revelaron que incluso a 1080p, el juego superó su presupuesto de fotogramas. Pasadas como SSGI y iluminación diferida escalaron bien, pero GBuffer, mapeo de sombras, prepaso de profundidad y vectores de movimiento requerían optimización.

“La pasada de GBuffer por sí sola tomó más del 20% de nuestro tiempo de GPU. El análisis de PIX mostró que deshabilitar Early-Z debido a una configuración incorrecta de la GPU causó algunas llamadas de dibujo costosas. Early-Z omite el sombreado de píxeles en píxeles ocluidos al realizar la prueba de profundidad antes del sombreado de píxeles”, explica Kube. “Una vez que arreglamos una configuración de sombreado que deshabilitaba la optimización de Early-Z, ganamos alrededor de dos a tres milisegundos por fotograma.”

El renderizado de sombras fue el siguiente costo más grande, particularmente las sombras de luces puntuales. “Teníamos demasiadas luces puntuales actualizándose cada fotograma, algunas con distancias de desvanecimiento de hasta 10,000 metros”, dice Miersch. “Al cambiar a focos donde fuera posible, reducir las distancias de desvanecimiento y configurar las sombras para actualizarse bajo demanda, redujimos significativamente el uso de la GPU sin afectar los visuales.”

Las optimizaciones de prepaso de profundidad también fueron importantes. Los desarrolladores utilizaron la opción de prepaso de profundidad completo, que renderizó todas las mallas para poblar el búfer de profundidad. Por defecto, HDRP limita este paso a materiales complejos como objetos con recorte alfa o dispersión subsuperficial para reducir la carga de la GPU.

“Hicimos pruebas de rendimiento con y sin prepaso de profundidad completo, y también optimizamos los niveles de LOD, simplificamos la geometría y desactivamos calcomanías o dispersión subsuperficial para objetos lejanos,” dice Kube, “todo lo cual ayudó a reducir el sobre-dibujo sin sacrificar la calidad visual.”

Las mejoras en los vectores de movimiento redujeron aún más la carga de la GPU. “El motor estaba renderizando muchos objetos estáticos innecesariamente en el paso de vectores de movimiento,” explica Miersch. “Al configurar objetos no animados a Solo Movimiento de Cámara o Forzar Sin Movimiento, y eliminar objetos lejanos, redujimos significativamente el tiempo de la GPU sin afectar la fidelidad visual.”

Después de implementar estas recomendaciones, el rendimiento mejoró drásticamente. El juego ahora funciona a 30 fps estables en Steam Deck, y en una GTX 1060, las tasas de fotogramas saltaron de 30 fps a 55 fps.

“El equipo de Éxito Integrado no solo nos ayudó a mejorar el rendimiento, sino que nos enseñó a entender mejor el motor,” dice Miersch. “Tener acceso directo a ingenieros de Unity y conocimientos prácticos hizo toda la diferencia.”

Optimizando el rendimiento de la CPU

Con los cuellos de botella de la GPU bajo control, la atención se centró en la tubería de la CPU. Mientras que el juego está limitado por la GPU a 4K en una GeForce RTX 3090, a 1080p la carga se desplaza, con el hilo principal gastando aproximadamente la mitad de su tiempo de fotograma de 28 ms en renderizado. “El perfilado mostró que el Grafo de Renderizado de HDRP y el Contexto de Renderizado Scriptable eran responsables de la mayor parte de la sobrecarga de la CPU,” dice Miersch.

El Grafo de Renderizado prepara datos de luz, registra y compila pasos de renderizado, y los ejecuta en orden, mientras que el Contexto de Renderizado Scriptable maneja comandos de dibujo basados en los resultados de eliminación. El rendimiento depende de las luces de la escena, los pasos de renderizado y los lotes de llamadas de dibujo por paso.

Para optimizar, el equipo evaluó la configuración de HDRP, habilitando la Eliminación Dinámica de Pasos de Renderizado para omitir pasos innecesarios y probando opciones como transparencia de baja resolución, eliminación por distancia y distancias de eliminación basadas en capas. “Al eliminar objetos pequeños más cerca de la cámara, redujimos las llamadas de dibujo, los generadores de sombras y el sobre-dibujo. Esto ayudó tanto al rendimiento de la CPU como al de la GPU”, explica Miersch.

La actualización del equipo a Unity 6 también mejoró el rendimiento de la CPU. Utilizaron la función GPU Resident Drawer (GRD) para aprovechar la API BatchRendererGroup y reducir las llamadas de dibujo, cargar menos datos por cuadro y disminuir el bloqueo del hilo principal. “Al habilitar GRD, tanto el hilo principal como el de renderizado vieron ganancias medibles”, explica Miersch.

También eliminaron automáticamente mallas pequeñas utilizando la configuración de Porcentaje de Pantalla de Malla Pequeña, lo que redujo las llamadas de dibujo de objetos demasiado pequeños para afectar significativamente el cuadro.

“HDRP utiliza el sistema Render Graph de manera extensiva en su implementación, lo que puede introducir cierta sobrecarga en la CPU. Con Unity 6, utilizamos el almacenamiento en caché de Render Graph, que reutiliza los resultados de compilación del cuadro anterior,” dice Kube. “El motor ya no necesita recompilar el gráfico de renderizado en cada cuadro, lo que reduce significativamente nuestro costo.”

A través de estas optimizaciones combinadas, el equipo de 314 Arts logró importantes mejoras en el rendimiento mientras daba vida a su ambiciosa visión creativa en múltiples plataformas.

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