Doom 3 - performance tweak pour les cartes ATi

Est-il vraiment possible d'augmenter les performances du dernier né des FPS de John Carmack, de la société Id Software; je veux bien évidemment parler du jeu , lors de son utilisation avec une carte graphique ATi ?

De nombreux confrère ont relayé l'information selon laquelle, il serait possible, moyennant l'installation des pilotes ATi Radeon Catalyst 4.9b (une version beta donc), puis la décompression des fichiers ".pk4" présents dans le répertoire du jeu, et enfin la modification du fragment program "interaction.vfp", permettraient d'atteindre une augmentation des performances du jeu de l'ordre de 40 % !!!

40% ? !!! On est en droit de se demander si ce ratio peut véritablement être atteint. C'est d'ailleurs ce qu'a fort bien fait notre partenaire VTR-Hardware qui a publié un mini article intitulé Que gagne t’on avec les optimisations Doom 3 ? Les conclusions sont sans appel, bien qu'elles ne soient pas vaines, ces optimisations ne sont pas à la hauteur du chiffre annoncé...

Il était une fois un programmeur de talent, répondant au doux nickname de "Humus". Talentueux et persévérant, Humus a su convaincre la communauté OpenGL, puis le fabricant ATi qui devint alors son employeur, et enfin le grand public puisque nous vous avions ses démonstrations technologiques pour processeurs ATi X800 qui réussisent le tour de force d'émuler sur n'importe quel chipset graphique capable de compiler les pixels shaders 2.0, la fonctionnalité de introduite par NVIDIA lors de la présentation de la technologie Pixel Shader 3.0; bref tout un programme ...

Humus donc, une fois le jeu Doom 3 en mains, s'est intéressé aux éventuels problèmes que pouvaient rencontrer le jeu avec les cartes ATi, ceci d'une manière non officielle puisqu'il n'est pas la personne chez ATi chargée des relations avec Id Software. Selon lui, l'écart de performances constaté s'explique par la façon dont est écrit le pixel shader "interaction.vfp", utilisé lors du rendu du jeu. Il a donc modifié les instructions de ce pixel shader pour constater une amélioration des performances de l'ordre de 40%. C'est sur le forum de notre confrère Beyond3D que Humus a révélé ses trouvailles et c'est de là que la nouvelle s'est ensuite répandue comme une trainée de poudre.

Comment le simple fait de modifier un fichier de configuration du jeu peut-il donc avoir un tel impact sur sa vitesse ? Grosso modo, ce pixel shader modélise l'équation de lumière utilisé pour afficher les divers éléments du jeu : les décors, les armes, les ennemis. Un modèle de lumière (BRDF - Bidirectional Reflectance Distribution Function), comporte dans la plupart des modélisations, 3 composantes principales :

• la composante ambiante : qui représente une source lumineuse présente partout et qui éclaire de manière uniforme dans toutes les directions (la lumière du soleil)
• la composante de réflexion diffuse : qui représente la quantité de lumière réfléchie par une source ponctuelle uniforme
• la composante de réflexion spéculaire : qui correspond à la "brillance" des objets, à leur propriété de "mirroir"; sans elle les objets seraient tous mates

Humus s'est en fait aperçu que dans Doom 3, les différentes valeurs des différentes composantes de l'équation de lumière étaient lues dans des textures. Ce sont ces accès à ces textures qui posent particulièrement de problèmes aux cartes ATi. La composante spéculaire pose tout particulièrement problème puisque ses valeurs varient énormément sur la surface d'un objet (regardez un objet métallique ou brillant, son l'aspect "réfléchissant" varie beaucoup), variations qui provoquent des accès à la texture non linéaires, ce qui met à mal le cache de texture.

Les valeurs de la composante diffuse d'une 'équation de lumière sont en général calculées par l'outil qui sert à générer les niveaux, en faisant appel à des notions complexes et coûteuses en temps de calcul telles que la radiosité. En revanche, on peut qualifier la composante spéculaire comme une valeur "relativement simple à calculer", et si les cartes ATi ont plus de mal avec les accès aux textures que les cartes NVIDIA, elles sont en revanche tout à fait capables de véritablement calculer la valeur de la composante spéculaire plutôt que de lire une valeur précalculée dans une texture. C'est dans cette optique qu' Humus suggère de modifier l'instruction "TEX R1, specular, texture[6], 2D;" du pixel shader "interaction.vfp" en "POW R1, specular.x, specExp.x;".

Les grandes lignes du performance tweak de Doom 3 sont ainsi tracées : il s'agit de remplacer pour la composante spéculaire de l'equation de lumière, un accès à une texture par une instruction mathématique. Principe qui s'avèrera également applicable à d'autres instructions du pixel shader.

Entre la première version du performance tweak, celle qui a circulé sur tous les sites d'actualités mais qui pourtant modifiait considérablement le rendu du jeu, et la version la plus aboutie, Humus a eu l'opportunité de discuter avec John Carmack de la façon dont la composante spéculaire était modélisée, ceci afin de remplacer l'accès à la texture par des calculs permettant de reproduire au mieux les mêmes valeurs que le pixel shader non modifié.

Au final, on obtient grâce à son travail, un patch permettant d'améilorer les performances du jeu sans pour autant en dégrader la qualité d'image. Concernant le ratio de 40%, Humus reconnait que ses premières mesures étaient érronées et que le gain se situerait plutôt aux alentours de 20%, ce qui reste non négligeable.

Pour avoir la chance de jouer à Doom 3, certains sont prets à sacrifier 2 Go de leur disque dur pour décompresser les fichiers ".pk4" du jeu, à titiller les limites d'overclocking de leur carte graphique, à passer des nuits blanches à optimiser les sources des pixels shaders pour les cartes ATi, ou encore à réinstaller un système Windows 98.

Alors en ce début de week-end, si vraiment le jeu en vaut la chandelle, mettez toutes les chances de votre côté, et si vous faisiez tout celà à la fois ?

• Télécharger le performance tweak sur le site de Humus
• Télécharger les drivers Spirit Driver 1.4.1b contenant les Catalyst 4.9b
• Doom 3 sous Windows 98, c'est possible
• Overclocker son ATi avec ATI Tool
• Accéder au site de Humus
• La lumière