オンライン対戦で遅延が発生する⁉インターネット通信とフレームレートの限界

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04 /03 2021



ゲームにおける遅延問題とは⁉


プロゲーマー

ゲームにおいて、遅延問題が言われるようになったのは、テレビが薄型ハイビジョンテレビになったあたりです。
その原因は、かつてのアナログブラウン管テレビから液晶テレビに移行したことで、液晶特有の物理的遅延があるからです。ブラウン管やプラズマテレビの構造はほぼ一緒のため、遅延が発生しにくく、液晶テレビの場合、それが顕著に表れます。

薄型ハイビジョンテレビにはプラズマテレビもありましたが、消費電力の兼ね合いや、エコブームによる液晶テレビの人気が圧倒的に人気が出、主流となりました。その反面で、パソコンモニターも液晶ディスプレイであるため、ゲームをするには、液晶ディスプレイという選択しかほぼない状況になり、やはり遅延問題だけは、避けられない課題となってしまったのです。

とはいえ、今ではずいぶん改良、改善され、テレビでは遅延が発生しづらいゲームモードがあったり、パソコンではゲーミングモニターが発売され、ゲームに特化した仕様になってきているため、以前のような問題ではなくなってきているように感じられます。

しかし、これらの事で、いかに遅延がゲームをする上で不快感をもたらせるかを気づかせる良い機会になったことは、確かです。ゲームにおいて、少しでも反応の違和感があると、どんなに画質が良くても、作りこまれたソフトでも面白味を欠いてしまう原因となり得ることが、十分に分かったはずです。

オンラインには致命的な遅延‼


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遅延問題だけは、ゲームにおいて致命的になる重要事項となるを考えていかなければならないのです。それを前提においても、さらに遅延が問題となるものがあります。それが、今、ゲームの主流になりつつあるインターネットを介したオンラインゲームやクラウドゲームです。

特に、オンライン対戦ゲームの場合、0.01の入力差が勝敗を分けることになるので、誤差では済まされない問題になるのです。e-sportも開催される中、いかにフェアプレイであることが重要になってくるため、どちらかに遅延があっては勝負にならないわけです。

クラウドゲームも同様に、いくら4K画質で、最新世代のゲーム機に引けを取らないと言えども、そこに通信ロスや遅延が発生してしまえば、最高峰のゲーム機やゲーミングパソコンに及ばず、遅延がある以上は、後退した立ち位置にならざる負えないです。そういった意味では、最新のPS5やXbox SXに軍配が上がり、据え置き機もまだ安泰と言える状況にあるのかと言えます。

光ファイバー回線でも、光の速度は一定!


とはいえ、インターネット通信速度が、今よりもっと上がれば、遅延も改善されていくのではと考えてしまうところですが、それがインターネット回線速度への誤解があるところです。いくらインターネット回線が100Mbpsから1Gbps、さらに10Gppsに上がったことで、通信容量が増えても、通信速度は変わりなく、まして限度があります。

今では、インターネット回線のほとんどが光ファイバー通信となりましたが、光ファイバーの利点は大容量で高速通信が可能なことです。それは、この宇宙で何よりも高速な光を媒体としているからです。

しかも、光は異なる波長(色)の光を同時に干渉することなく送れるため、従来の電話回線に用いた電気信号よりもはるかに大容量もデータを送受信することが可能です。そういった意味では、今の1Gbpsよりも更なる大容量通信が技術的に可能で、未来は明るいと言えます。

しかし、容量は上がっても、光の速度にも限界があります。光の速度は、秒速30万キロメートル、地球7周半と決まっています。光ファイバー通信容量がM(メガ)からG(ギガ)に1000倍単位が上がり、高速通信を謳ってはいますが、光の速度は一定で、変わらないのです。

たとえ、数キロバイトのメールを送信しても、100M回線でも、1G回線でも変わり映えしないように、光の速度に限界があるのです。特にオンラインゲームの場合、コマンド入力で送受信されるデータなどは、数キロバイトにも満たないでしょう。

クラウドゲームにおいては、大容量のデータ通信がされるようになったことで、データ量を要する高画質ゲームが可能になるだけで、根本的な入力に対する遅延という時間は解決しないということは考えておかなければならないのです。

遅延を感じるフレームレートとは⁉

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では、遅延を感じる速度というのは、どのくらいかと言えば、60fps~120fpsの範囲の1フレーム分くらいであると考えられます。

テレビの場合、HDMI2.1の最新規格で4K/120p、8K/60pに上がりましたが、人間の認識限界は240pとされています。240pというのは、1秒間に240コマの画像が表示されるという意味ではありますが、実際、テレビのヌルヌル動くための倍速機能があり、60pを倍速の120Hz駆動させたり、4倍速の240Hz駆動させたりする機能が盛り込まれたように、人間が快適に視聴するには、そのくらいのコマ数が必要だとはいえます。逆に、それ以上はほぼ意味がないわけでもあります。

体感として、60pから120pの倍速機能程度までなら判別できても、120pから240pの4倍速機能はよくわからないように、実際にはテレビでも60pから120pあたりで十分であることが言えます。それは、かつてテレビに4倍速や8倍速まであった倍速機能が、今では、2倍速の倍速機能止まりとなっていることからも言えます。

フルスペック8Kテレビは8K/120pです。はやり、最大でも120pくらいで十分と考えるのが妥当なのです。

それも含め、フレームレートを考えると、ゲームの場合も毎秒60~120フレームであるのが十分で、プロゲーマーでも60fps~120fpsでも、あまり大きな違和感はないようで、せいぜい120fpsで十分であるのです。

毎秒60~120p、f(フレーム)、Hzで、十分‼


テレビの場合pを使ったり、ゲームの場合f(フレーム)を使ったり、ディスプレイの場合、Hzを使ったりするのでややこしくはなりますが、つまり、テレビであれ、ゲームであれ、毎秒60~120p、f、Hzであることが、一般的な人間の認識可能なレベルであることが言えるのです。

その上で、1p、1f(フレーム)1Hzの違いが、遅延を左右するとなるわけです。プロゲーマーでも見分けがつかないくらいの120fpsは、さておき、一般的に60fpsもあれば、オンラインゲームが差し障りがないとする場合、60fpsの1フレームあたりの時間は1÷60秒の0.016666…秒となります。確かに、0.01単位であれば、判別できるかの境目になるのも理解できます。

オンライン通信における遅延時間


問題は、オンラインゲームによる遅延です。

光の速度で0.0166…秒は、距離にすれば、5000㎞進む距離です。しかし、オンラインの場合、サーバーからの往復で考えれば、半分の半径2500㎞範囲でなければ1フレームの遅延が発生してことになります。

単純に光ファイバーの媒体の光の速度だけの計算なので、サーバーの処理時間や光通信のスイッチングによるロスは考慮してはいませんが、最低でも2500㎞の範囲内で、サーバーがなければ、1フレーム以上遅延が発生してしまうことになります。オンライン対戦相手も5000㎞半径圏内でなければ、1フレーム以上の遅延がないと言うのも疑わしいものになります。

日本国内なら、問題ないレベルだが…


日本の場合、北海道の最北端から沖縄の最南端まで、約2500㎞あるため、北海道の人と、沖縄の人が対戦してもサーバーが中間点にあれば、60fpsの場合、1フレームの遅延もなく、倍の120fpsの場合、1フレームほど遅延が発生してしまうのは、明らかですが、問題となるほどではありません。

しかし、これが海外となると、顕著で、日本の地球反対側にあるブラジルとの距離は約20000㎞です。たとえサーバーが中間地点にあったとしても、光ファイバーの光の速度による遅延は、0.06666…秒、発生してしまうことになります。60fpsであれば、4フレーム、120fpsであれば、8フレームも少なくとも発生することになるのです。

これでは、フェアでもなく、ゲーム性が損なわれるだけです。よって、e-sportの大会などは、会場を設けて、通信ロスがない環境が絶対条件なわけです。

オンラインで、日本をIT先進国に‼


オンライン

とはいえ、日本国内であれば、通信遅延は、ほぼないことが、幸いしているだけに、地の利を活かしたオンライン環境を整えていくことが、それは、コロナ禍におけるリモートワークにもつながることです。

日本は半導体やITで、後手となり、遅れをとってしまいましたが、インターネット環境などの通信インフラを整備することで、突破口を見出せるかもしれません。

より先進的なオンライン、IT構築を築く良いチャンスがあることに気づき、日本が再起できればすばらしいのではないでしょうか。

お読みいただきありがとうございました。
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