同期するかしないか、それが（もはや）問題ではない
固定リフレッシュレートの簡単な歴史
昔、PCモニターは大きくて重いもので、ブラウン管や電子銃といった奇妙な名前の部品が内蔵されていました。当時、電子銃は画面に光を照射し、ピクセルと呼ばれるカラフルな点を点灯させていました。画面の上から下に向かって、左から右へ1行ずつスキャンし、一度に1ピクセルずつ表示していました。電子銃の速度をリフレッシュごとに変化させるのは現実的ではなく、3Dゲームが実現するまでにはまだ数十年もかかり、実際には必要ありませんでした。そのため、CRTとそれに関連するアナログビデオ規格は、固定リフレッシュレートを念頭に置いて設計されました。
やがて液晶ディスプレイはCRTに取って代わり、デジタル接続（DVI、HDMI、DisplayPort）はアナログ接続（VGA）に取って代わりました。しかし、ビデオ信号規格（VESAを筆頭とする）の策定を担う委員会は、固定リフレッシュレートから脱却していません。結局のところ、映画やテレビは依然として一定のフレームレートの入力信号に依存しているのです。繰り返しになりますが、可変リフレッシュレートの必要性はそれほど重要視されていませんでした。
可変フレームレートと固定リフレッシュレートは一致しない
高度な3Dグラフィックスが登場するまでは、ディスプレイのリフレッシュレートが固定であることは問題ではありませんでした。しかし、強力なグラフィックプロセッサが使えるようになると、ある問題が浮上しました。GPUが個々のフレームをレンダリングする速度（フレームレートと呼び、通常はFPS（フレーム/秒）で表されます）は一定ではなく、時間とともに変化するのです。あるグラフィックカードは、特に負荷の高いシーンでは毎秒30フレームを生成できるかもしれませんが、その直後、空を見上げているような瞬間には毎秒60フレームを生成できることもあります。
結局のところ、グラフィックカードからの可変フレームレートとLCDの固定リフレッシュレートは、相性があまり良くありません。このような構成では、ティアリングと呼ばれる画面上のアーティファクトが発生します。これは、モニターのリフレッシュサイクル中に2つ以上の部分的なフレームが同時にレンダリングされるときに発生します。通常、フレームの位置がずれているため、動きに応じて非常に目障りな効果が発生します。
上の画像は、よく見られるものの、記録が難しい2つのよく知られたアーティファクトを示しています。これらは表示アーティファクトであるため、ゲーム内で撮影した通常のスクリーンショットには表示されませんが、実際に体験した画像を反映しています。これらを正確にキャプチャして表示するには、高速カメラが必要です。あるいは、FCATベースのベンチマークで使用しているキャプチャカードがあれば、DVIポートから非圧縮のビデオストリームを録画し、フレーム間の遷移をはっきりと確認できます。しかし、結局のところ、これらの影響を確認する最良の方法は、自分の目で確認することです。
上の写真はカメラで撮影したもの、下の写真はカードを通して撮影したもので、どちらもティアリング現象が見られます。画像は水平方向に切り取られており、位置がずれているように見えます。最初の写真では、左側が60Hzのシャープ製ディスプレイ、右側が120HzのAsusディスプレイです。120Hzではリフレッシュレートが2倍になるため、ティアリングは当然ながら目立ちません。しかし、それでも同じようにティアリングが目立ちます。この視覚的なアーティファクトは、写真がV-syncを無効にして撮影されたことを最も明確に示しています。
BioShock: Infiniteの比較写真で確認できるもう一つの問題はゴーストと呼ばれるもので、特に画面左下で顕著です。これは画面の遅延が原因です。簡単に言うと、個々のピクセルの色の変化が遅いため、このような残光が発生します。ゲーム内でのゴースト現象は、静止画で表現できるよりもはるかに劇的です。シャープのような、グレーからグレーへの応答時間が8ミリ秒のパネルは、画面上で高速な動きがあるとぼやけて見えます。そのため、これらのディスプレイは一般的に一人称視点のシューティングゲームには推奨されません。
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V-sync: 一つの問題を別の問題と交換する
垂直同期（V-sync）は、ティアリング問題に対する古くからある解決策です。V-syncを有効にすると、ビデオカードは画面のリフレッシュレートに合わせてフレームレートを調整し、ティアリングを完全に排除します。ただし、ビデオカードが追いつかず、フレームレートが60FPS（60Hzディスプレイの場合）を下回ると、実効FPSが画面のリフレッシュレートの整数倍（つまり、60、30、20、15FPSなど）の間を行き来し、結果としてカクツキを感じさせるという欠点があります。
さらに、V-syncはビデオカードに待機時間を強制し、場合によっては3つ目のバックバッファに依存するため、入力遅延がチェーンに発生する可能性があります。つまり、V-syncはメリットにもデメリットにもなり得、ある妥協を別の妥協と引き換えることになります。社内で行った非公式な調査によると、ほとんどのゲーマーはV-syncを原則としてオフにしており、ティアリングアーティファクトが耐え難いほどになった場合にのみオンにしているようです。
クリエイティブに：NvidiaがG-Syncを発表
NVIDIAはGeForce GTX 680の発売に伴い、「Adaptive V-sync」と呼ばれるドライバーモードを導入しました。このモードは、モニターのリフレッシュレートを超えるフレームレートではV-syncをオンにし、瞬間的なパフォーマンスがリフレッシュレートを下回った場合はすぐにオフにすることで、V-syncの問題を軽減しようと試みました。この技術は確かに効果を発揮しましたが、実際には回避策に過ぎず、フレームレートがディスプレイのリフレッシュレートを下回った場合のティアリングを防ぐことはできませんでした。
G-Syncの導入ははるかに興味深い。NVIDIAは基本的に、ビデオカードに固定リフレッシュレートでゲームをモニターに表示させるのではなく、最新のディスプレイを可変レートで動作させることができることを示している。
DisplayPortのパケットベースのデータ転送メカニズムは、大きな可能性を秘めていました。DisplayPortビデオ信号に可変ブランキング間隔を使用し、モニタースケーラーを可変ブランキング信号に対応するモジュールに置き換えることで、ビデオカードが出力するフレームレートに合わせてLCDを可変リフレッシュレートで駆動できるようになります（もちろん、画面のリフレッシュレート制限まで）。実際、NvidiaはDisplayPortによって実現される特定の機能を活用する独創的なアプローチを採用し、一石二鳥のチャンスを捉えています。
ハンズオンテストに入る前に、PCゲームに影響を与える現実的な問題を解決するための独創的なアプローチを称賛せざるを得ません。これはまさにイノベーションの真髄と言えるでしょう。しかし、G-Syncは実際にどれほどうまく機能するのでしょうか？
Nvidiaは、スケーラーをG-Syncモジュールに置き換えたAsus VG248QEのエンジニアリングサンプルを送ってくれました。このディスプレイについては既によくご存知で、「Asus VG248QE：300ドル以下の24インチ、144Hzゲーミングモニター」という記事でレビューし、権威あるTom's Hardware Smart Buy賞を受賞しました。さあ、Nvidiaの最新技術が私たちのお気に入りのゲームにどう影響するのか、早速見ていきましょう。
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