過去10年間にPCゲームをプレイしたことがあるなら、グラフィックカードの設定をいじっている時に、謎の「V-Sync」オプションを見つけたことがあるかもしれません。V-Syncを有効にすると、『Portal 2』のようなテンポの速いアクションゲームはよりスムーズに表示されますが、動作は遅くなります。運が良ければ、ダブルバッファリングやトリプルバッファリングなど、複数の垂直同期方式を切り替えられるオプションがあるかもしれません。しかし、自分のニーズに最適な選択肢はどれでしょうか？液晶ディスプレイをお持ちの場合、そもそも垂直同期は必要なのでしょうか？
これらの質問やその他の質問に答えるために、私たちは少し調査を行い、専門用語を排除して、V-Sync の意味、仕組み、そしてマシンを最大限に活用するためにどのように使用できるかについての簡単なガイドを作成しました。
V-Sync とは何ですか?
これは垂直同期の略で、グラフィックカードのオプション設定で、モニターの毎秒のリフレッシュ回数に合わせて描画フレーム数を調整します。60Hzモニター（つまり、毎秒60回リフレッシュするモニター）をお使いの場合、V-Syncはプレイ中のゲームや使用中のアプリのフレームレートを最大60フレーム/秒に調整します。このGPU機能は、誰もが大型CRTモニターでゲームをプレイしていた時代には必須でした。CRTモニターは、電子放出素子を画面内部で物理的に一定間隔で前後に動かすことで画像全体を再描画していました。
理想的な世界では、グラフィックカードが生成する1秒あたりのフレーム数はモニターのリフレッシュレートと完全に同期し、GPUがビデオメモリにフレームを書き込むたびに、モニターはメモリから画像データを取り出して画面に描画する準備が整っています。問題は、GPUがビデオメモリにフレームを吐き出す速度がモニターの読み込み速度を上回る場合、画像が互いに上書きされ始め、グラフィックの歪みが生じることです。
なぜ使用すべきですか?
PCでゲームや映画を視聴している際に、アクションシーンの動きによってグラフィックの歪みが目立つ場合は、V-Syncを有効にすることをお勧めします。グラフィックカードが個々の表示フレームをモニターのリフレッシュレートよりも速くレンダリングすると、余分なフレームが前のフレームを部分的に上書きしてしまい、線が途切れたり、オブジェクトが半分に切断されたように見えたりするなど、奇妙なグラフィックの不具合が発生します。これらの歪みは俗に「スクリーンティアリング」と呼ばれており、V-Syncを有効にすると、モニターが表示準備ができる前にグラフィックカードがフレームを送信するのを防ぎ、スムーズなパフォーマンスを実現します。
「垂直同期」という言葉は、CRTモニターの時代遅れの表現です。CRTモニターは一定の間隔で垂直方向に画面をリフレッシュするように設計されていました。現代のLCDモニターには物理的なリフレッシュサイクルはなく、1つのピクセルが黒から白に変化するのにかかる時間を示す応答時間（たとえば5ミリ秒）で表されます。もちろん、LCDモニターは一定の間隔でグラフィックカードに新しいフレームを問い合わせる必要があり、GPUがレンダリングするよりも速い、または遅いフレームを表示すると、歪みが発生しやすくなります。LCDのリフレッシュレートについて話すとき、実際にはディスプレイが入力デバイスに新しい画像をポーリングする頻度について話しています。
たとえば、予備の 24 インチ LCD モニターのリフレッシュ レートが 60 フレーム/秒であるのに対し、Team Fortress 2 をプレイしているときに GeForce GTX 560 Ti グラフィック カードが一貫して 90 フレーム/秒を出力するとします。これは、グラフィック カードが毎秒 90 枚の新しい画像を提供しているのに対し、モニターは 60 回しか更新していないことを意味し、深刻な同期の問題が発生します。
なぜ使用してはいけないのでしょうか?
使用するV-Syncの形式によっては、有効にするとPCのパフォーマンスに悪影響を与える可能性があります。V-Syncの一般的なアルゴリズムには、ストレートフレームバッファリングとピンポンバッファリング（ページフリッピングとも呼ばれます）の2種類があります。
GPU とモニターの同期の問題を解決する最も簡単で一般的な方法は、システム メモリに二重 (場合によっては三重) のフレーム バッファーを作成し、必要に応じて追加のフレームをここに保存してモニターに送ることです。このバッファーにより、はるかにスムーズで魅力的な画像が保証されますが、画面上のイベントにすばやく応答する必要があるゲームをプレイするときに問題が発生する可能性があります。これは、GPU では、現在画面に表示されているものに加えて、2 つまたは 3 つのフレームがレンダリングされ、バッファーに保存されているためです。つまり、GPU がユーザーの操作に直接応答して画像をレンダリングしている間、それらの操作を実行してから実際に画面に表示されるまでにわずかな遅延 (ミリ秒単位で測定) が発生します。ほとんどのユーザーはこのようなわずかな入力遅延に気付くことはありませんが、筋金入りの競争心のあるゲーマーは、フレーム バッファーの V-Sync を無効にして、最高のパフォーマンスと引き換えにいくつかの派手なグラフィック効果を我慢する場合があります。
ピンポンバッファリングには、ピンポンバッファリングのような入力遅延はありません。余分なフレームをバックアップしてモニターに1つずつ送るだけの単純なフレームバッファとは異なり、この垂直同期方式では、複数のフレームをビデオメモリに同時にレンダリングし、モニターがグラフィックカードに新しいフレームを要求するたびに、それらのフレームを切り替えます。この「ページ反転」により、システムメモリからビデオメモリにフレームをコピーする際の遅延が排除されます。つまり、入力遅延が低減され、Starcraft IIのようなゲームをプレイする際の1分あたりのアクションへの影響が軽減されます。
もちろん、マルチプレイヤーゲームで競争力を最大限に高めるためにGPU設定を最低限に抑えたい場合もあるでしょうが、それはまた別の機会に。今のところは、V-Syncをオフにすることでパフォーマンスが大幅に向上する場合を除き、有効にしておくのが良いでしょう。画面のティアリングは深刻な問題であり、ページフリップなどのソフトウェアの改善により、V-Syncのマイナス面（入力遅延やフレームレートの低下）はほぼ解消されています。
