Использование облачных технологий в видеоигровой индустрии

DOI:

В современном мире информационные технологии достигли такого уровня, при котором становится возможным запускать приложения, потребляющие огромное количество вычислительных ресурсов, без наличия специализированных аппаратных средств на персональной машине. Такую возможность предоставила сравнительно недавная технология облачных вычислений. Данная технология в нынешнее время широко используется во всех сферах человеческой деятельности, связанных с компьютером.

Далее в статье будет подробно разобрана возможность внедрения облачных вычислений в видеоигровую сферу, которая стремительного развивается и увеличивает обороты своего рынка. Множество крупных игроков данной индустрии уже предоставляют возможность запуска своих приложений через облачные сервисы, далее называемые «облачный гейминг», что предоставляет им преимущество в отбрасывании зависимости продукции от вычислительных средств пользователей. «облачный гейминг» работает по модели – инфраструктура как услуга. То есть игрок получает в аренду виртуальную машину, которая вычисляет все графические алгоритмы на стороне сервера и отправляет игроку лишь видео и аудио поток видеоигры. На стороне игрока (клиента) имеется лишь возможность ввода элементов управления видеоигры. При этом клиенту для комфортного пользования требуется высокоскоростной интернет.

В условиях большой конкуренции на рынке видеоигр, множество игровых сервисов так же стремятся запустить в продажу услуги «Облачного гейминга». Исходя из данных сервиса «NVIDIA NOW», предоставляющего данную услугу, первое появление «Облачного гейминга» произвело сенсацию на аудиторию игроков и соответственно количество пользователей таких сервисов росло, однако в последнее время наблюдается стагнация активных пользователей.

Поэтому перед внедрением важно изучить архитектуру технологии и возможные причины отказа игроков от облачны сервисов, чтобы оценить эффективность и риски использования облачной технологии в видеоигровой индустрии.

Цель исследования заключается в изучении разных технологий и методов «облачного гейминга» у видеоигровых сервисов, для оценки рисков и эффективности его использования.

Задачей исследования является сравнительный анализ архитектуры и алгоритмов крупных игроков видеоигровой индустрии, владеющих технологией «Облачного гейминга» со стационарной машиной, а также анализ потока пользователей.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В настоящее время на рынке информационных решений представлены три типа облачных услуг: программное обеспечение, платформа и инфраструктура [2]. «Облачный гейминг» является типом инфраструктуры.

Стандартная архитектура игровых облачных сервисов устроена так, чтобы пользователь получал минимальную задержку. При инициализации видеоигры сервис предоставляет гостю виртуальную машину с аппаратными средствами, предназначенными для графических задач. После чего ввод с клавиатуры и мыши игрока отправляется на сервер и обрабатываются облачным сервисом. Когда кадр видеоигры прорисован, относительно ввода, он кодируется видео и аудио кодером, упаковывается в пакет UDP и отправляется тонкому клиенту. Где кадр декодируется, и игрок получает отклик от видеоигры [1].

При условии того, что главным конкурентом игровых облачных сервисов помимо их самих является сам персональный компьютер пользователя. Важной целью «Облачного гейминга» является обеспечение качества игрового процесса на том же уровне, что и напрямую установленная видеоигра на ПК. Для чего множество сервисов, специализированных на «облачном гейминге», применяют уникальные технологии и алгоритмы.

Основными из них является технологии виртуализации платформы и проброс графического процессора. Виртуализация платформы подразделяется на паравиртуализацию и аппаратную виртуализацию [1]. Для снижения задержки между сервером и клиентом помогает технология, основанная на алгоритме DLSS. Суть которой заключается в прорисовке кадров видеоигры в низком разрешении, после чего данный кадр достраивается нейросетью. Часто используется эффективное помехоустойчивое кодирование пересылаемых данных, которое восстанавливает часть потерянных данных при отправке и вместе с ним досылка данных. Самые популярные использующиеся видеокодеки H.264 и H.265. Так же используется инвалидация несобранных кадров и механизм ссылочных кадров в видеопотоке.

На прогнозирования роста использования облачных сервисов среди обычных пользователей и компаний указывают В. А. Сидорова, Е. В. Хроль, А. М. Кумратова А. Д. Ветрова [3]. Отразим данное исследование на видеоигровую индустрию.

Предлагается сравнить с персональным компьютером разные технологии облачных игровых сервисов и их влияние на передачу изображения и отклика видеоигры. Так же проанализировать данный рынок на количество активных пользователей. Данные по пользователям и параметрам предоставлены на официальных сайтах таких компаниями как: Nvidia now, xCloud, Play station now, VKplay. В пример машины пользователя взята среднестатистическая сборка аппаратных средств.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Итак, после исследования официальных сайтов и приложений была составлена таблица сравнения игровых облачных сервисов и средней сборки персонального компьютера по следующим параметрам (см. таб. 1).

Таблица 1. Сравнение облачных сервисов с ПК.

Table 1. Comparing cloud services with PC.

Параметр	NVIDIA GeForce NOW	VK Play Cloud	PlayStation Now	xCloud	Средний ПК
Цена	Бесплатно / 940 - 1,880 руб./мес	Бесплатно с ограничениями	940 руб./мес	1,410 руб./мес	~141,000 руб. (единоразово)

Требуемая скорость интернета	25-30 Мбит/с (до 50 Мбит/с для 4K)	20-30 Мбит/с	15-20 Мбит/с	10-20 Мбит/с	Отсутствует
Очередь	До 10 минут на бесплатном тарифе	Зависит от времени	Минимальная	Отсутствует	Отсутствует
Потери кадров	Зависит от сети, обычно стабильный	Стабильный	Иногда снижается	Стабильный	Отсутствуют
Битрейт	15-30 Мбит/с	10-15 Мбит/с	10-12 Мбит/с	10-15 Мбит/с	~60-80 Мбит/с
Видеокодек	H.264, H.265	H.264	H.264	H.264	Зависит от GPU
Размер в пикселях	До 4K (только RTX 3080)	Full HD	Full HD	До 1080p	Зависит от монитора
Время задержки	20-40 мс	~20-50 мс	~40-60 мс	~40 мс	<10 мс
Потери пакетов	Обычно <1%	Зависит от сети	<1%	Зависит от сети	<1%

Исходя из таблицы, можно сказать, что при средней цене за подписку на облачный сервис, окупаемость в сравнении с персональном компьютером для пользователя наступит через 100 месяцев, примерно 9 лет. Помимо используемых технологий был проведен сравнительный анализ архитектуры данных облачных сервисов (см. таб. 2).

Таблица 2. Сравнение архитектуры облачных сервисов.

Table 2. Comparison of the architecture of cloud services.

Характеристика	NVIDIA GeForce NOW	PlayStation Now	xCloud	VK Play (Cloud)
Используемые серверы	Собственные серверы NVIDIA RTX	Собственные серверы Sony	Серверы Microsoft Azure	Собственные и арендованные серверы
Игровые библиотеки	Игры из сторонних магазинов (Steam, Epic)	Библиотека игр от Sony	Xbox Game Pass (встроенная библиотека)	Интеграция с VK сервисами и локализованные игры
Поддерживаемые устройства	ПК, Mac, мобильные устройства, телевизоры	PlayStation, ПК	ПК, мобильные устройства, консоли Xbox	ПК, мобильные устройства, вебплатформа
Особенности стриминга	Использование сжатия видеопотока и динамическое	Поддержка скачивания и стриминга игр	Оптимизация через Azure	Локализованный контент, интеграция с VK

Современные инновации, системы и технологии // Modern Innovations, Systems and Technologies год; том(номер)

распределение видеопамяти

Так же исходя из информации числа активных пользователей с 2020 по 2024 год у сервисов «Облачного гейминга» составлены следующие графики (см. рис. 1)

Активные пользователи ’'Облачного гей мин га¹¹ 2020 - 2024 год

Рисунок 1. Графики количества активных пользователей сервисов облачного гейминга с 2020 по 2024 год.

Figure 1. Graphs of the number of active users of cloud gaming services from 2020 to 2024.

ОБСУЖДЕНИЕ

Таким образом, большинство организаций, которые специализируются на «облачном гейминге» используют видеокодер H.264 для стриминга видеоигры конечному пользователю. Это качественный формат сжатия видео, однако видеоигровая индустрия постоянно совершенствуется и видеоигровые студии постоянно улучшают качество графики.

Большинство новых видеоигровых продуктов уже имеют картинку сравнимую с качеством из кадра фильма. Требуется всё больше вычислительных ресурсов, что может плохо сказаться на сегмент «облачного гейминга», потому что тогда придётся покупать всё больше новых аппаратных средств, способных справляться с обработкой кадров, для удержания пользователей.

Следовательно, из повышения качества продукта от сторонних разработчиков и обработки его сервером, следует повышение цены за услугу. На данный момент средняя цена составляет 1410 р/мес без учета покупки лицензии на продукт, что может оттолкнуть приток новых клиентов.

Так же имеется ограничение в разрешении картинки до FullHD, что для нынешней игровой индустрии считается уже старым разрешением.

Для пользователя важно иметь высокоскоростной интернет от 15 Мбит/с для уменьшения задержек между управлением и откликом виртуальной реальности. Задержка всё равно присутствует, однако она минимальная и обеспечивает качество для однопользовательских видеоигр в стандартных для человеческого глаза 60 кадров в секунду.

При использовании сервиса для многопользовательских онлайн видеоигр начинаются проблемы. Задержка между сервером и клиентов становиться заметна, что напрямую влияет на игровой процесс пользователя.

Так же на стриминг влияет битрейт. Чем больше пользователей в данный момент пользуются услугами, тем меньше у сервера битрейт, который влияет на качество передачи изображения. С данной проблемой некоторые сервисы борются при помощи системы очередей.

На графиках по количеству клиентов у сервисов «облачного гейминга» можно увидеть резкий рост при старте выпуска приложений на рынок. Но через время данный поток снизился до стабильных значений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итоги, как игровым студиям, захотевшим внедрить технологии «облачного гейминга», так и для обычных пользователей, важно понимать, что данная технология отлично подходит для однопользовательских видеоигровых продуктов, не имеющих высокое качество графики, и плохо для многопользовательских. Для клиентов важно иметь высокоскоростной интернет, чтобы иметь качественный игровой процесс.

Если у пользователей не имеется возможности приобрести свою вычислительную машину с высокопроизводительными аппаратными средствам, то «облачный гейминг» является лучшей альтернативой. Если имеется, то лучше приобрести свою машину.

Для сервисов «облачного гейминга» следует разработать новые способы передачи аудио и видеопотока с сервера на клиент, в соответствии с современными тенденциями развития видеоигровой индустрии в улучшения качества графики и роста вычислительных затрат.