praca_magisterska/latex/tex/4-metodologia.tex

\clearpage
\section{Metodologia badań i kryteria porównania}

\subsection{Założenia metodologiczne}
\subsubsection{Cel badań}
Głównym celem badań jest porównanie wydajności i możliwości 
wybranych silników gier.

\subsubsection{Hipotezy badawcze}
\begin{enumerate}
    \item Silniki komercyjne oferują lepszą wydajność niż rozwiązania open source
    \item Kompleksowość funkcjonalności wpływa negatywnie na wydajność
    \item Łatwość użycia jest odwrotnie proporcjonalna do możliwości konfiguracji
\end{enumerate}

\subsection{Kryteria porównania}
\subsubsection{Wydajność}
\begin{itemize}
    \item Szybkość renderowania (FPS)
    \item Zużycie pamięci RAM
    \item Obciążenie procesora
    \item Zużycie pamięci karty graficznej
    \item Czas ładowania scen
\end{itemize}

\subsubsection{Funkcjonalność}
\begin{itemize}
    \item Wsparcie dla różnych typów renderingu
    \item Systemy fizyki
    \item Systemy audio
    \item Wsparcie dla VR/AR
    \item Możliwości skryptowania
\end{itemize}

\subsubsection{Użyteczność}
\begin{itemize}
    \item Intuicyjność interfejsu
    \item Jakość dokumentacji
    \item Dostępność tutoriali
    \item Wsparcie społeczności
    \item Czas potrzebny na naukę
\end{itemize}

\subsection{Środowisko testowe}

\subsubsection{Specyfikacja sprzętowa}
\label{subsubsec:specyfikacja-sprzetowa}

Wszystkie testy wydajnościowe przeprowadzono na komputerze o następującej specyfikacji:

\begin{itemize}
    \item \textbf{Procesor}: AMD Ryzen 9 7900X3D 12-Core Processor (24 rdzenie, 48 wątków)
    \item \textbf{Karta graficzna}: NVIDIA GeForce RTX 3090
    \item \textbf{Pamięć GPU}: 24 GB GDDR6X
    \item \textbf{Sterowniki NVIDIA}: wersja 590.48.01
    \item \textbf{Pamięć RAM}: 32 GB
    \item \textbf{System operacyjny}: Arch Linux (jądro Linux 6.18.5-arch1-1)
    \item \textbf{Dysk}: SSD o pojemności 3,6 TB
\end{itemize}

\subsubsection{Specyfikacja oprogramowania}
\label{subsubsec:specyfikacja-oprogramowania}

W badaniach wykorzystano następujące wersje oprogramowania:

\begin{itemize}
    \item \textbf{Unity}: 6.0 (6000.0.58f2) LTS
    \item \textbf{Unreal Engine}: 5.5.3
    \item \textbf{NVIDIA Nsight Systems}: 2025.5.2
\end{itemize}

Wybór wersji LTS silnika Unity podyktowany był stabilnością oraz długoterminowym wsparciem, co jest istotne z punktu widzenia powtarzalności badań. W przypadku Unreal Engine wybrano najnowszą dostępną wersję stabilną w momencie rozpoczęcia badań.

\subsubsection{Konfiguracja testowa}
\label{subsubsec:konfiguracja-testowa}

Przed wykonaniem każdego testu zastosowano następującą procedurę przygotowawczą:
\begin{enumerate}
    \item Zamknięto wszystkie aplikacje działające w tle
    \item Wyłączono automatyczne aktualizacje systemu
    \item Ustawiono tryb wydajności zasilania (performance mode)
    \item Odczekano 5 minut na stabilizację termiczną systemu
    \item Wykonano 3 pomiary dla każdego scenariusza testowego, z których obliczono wartość średnią
\end{enumerate}

\subsection{Projekt testów}

\subsubsection{Gra testowa typu \emph{bullet hell}}
\label{subsubsec:gra-testowa}

Na potrzeby badań porównawczych zaimplementowano identyczną grę w gatunku \emph{bullet hell} w obu silnikach. Gra charakteryzuje się następującymi cechami:

\begin{itemize}
    \item Sterowany przez gracza statek kosmiczny
    \item System generowania przeciwników z progresywnie rosnącym obciążeniem
    \item Generowanie wzorców pocisków
    \item Wykrywanie kolizji między obiektami
    \item Tryb przetrwania trwający 90 sekund
\end{itemize}

Wybór gatunku \emph{bullet hell} podyktowany był możliwością generowania dużej liczby obiektów na ekranie (pociski, przeciwnicy, efekty wizualne), co pozwala na skuteczne obciążenie silnika graficznego i zbadanie jego wydajności w warunkach ekstremalnych.

\subsubsection{Fazy obciążenia}
\label{subsubsec:fazy-obciazenia}

Gra testowa została zaprojektowana tak, aby w ciągu 90 sekund rozgrywki przechodziła przez trzy fazy o różnym poziomie obciążenia:

\paragraph{Faza 1: Niskie obciążenie (0--30 sekund)}
\begin{itemize}
    \item Liczba pocisków na ekranie: 50--100
    \item Aktywni przeciwnicy: 2--3
    \item Oczekiwana stabilna liczba klatek: 60 FPS
    \item Oczekiwane wykorzystanie GPU: poniżej 50\%
\end{itemize}

\paragraph{Faza 2: Średnie obciążenie (30--60 sekund)}
\begin{itemize}
    \item Liczba pocisków na ekranie: 200--300
    \item Aktywni przeciwnicy: 5--7
    \item Oczekiwane wykorzystanie GPU: 50--70\%
    \item Możliwe niewielkie spadki liczby klatek
\end{itemize}

\paragraph{Faza 3: Wysokie obciążenie (60--90 sekund)}
\begin{itemize}
    \item Liczba pocisków na ekranie: ponad 500
    \item Aktywni przeciwnicy: ponad 10
    \item Oczekiwane wykorzystanie GPU: powyżej 70\%
    \item Potencjalne znaczące spadki liczby klatek
\end{itemize}

\subsubsection{Metryki i wskaźniki}
\label{subsubsec:metryki}

W ramach testów wydajnościowych mierzono następujące parametry:

\begin{enumerate}
    \item \textbf{Czas klatki} (ang. \emph{frame time}) -- czas potrzebny na wyrenderowanie pojedynczej klatki, wyrażony w milisekundach
    \item \textbf{Liczba klatek na sekundę} (FPS) -- wartość pochodna od czasu klatki
    \item \textbf{Wykorzystanie GPU} -- procentowe obciążenie karty graficznej
    \item \textbf{Zużycie pamięci} -- pamięć VRAM oraz RAM wykorzystywana przez aplikację
    \item \textbf{Liczba wywołań rysowania} (ang. \emph{draw calls}) -- liczba wywołań API graficznego na klatkę
    \item \textbf{Liczba wierzchołków} -- całkowita liczba wierzchołków renderowanych na klatkę
\end{enumerate}

\subsubsection{Procedura zbierania danych}
\label{subsubsec:procedura-zbierania}

Dla każdego silnika przeprowadzono trzy pełne przebiegi gry (90 sekund każdy), co dało łącznie 6 sesji pomiarowych. Narzędzie NVIDIA Nsight Systems rejestrowało dane wydajnościowe przez cały czas trwania rozgrywki, umożliwiając późniejszą analizę poszczególnych faz obciążenia.

Punkty pomiaru dla każdej fazy:
\begin{itemize}
    \item \textbf{Faza 1}: 10s (wczesne niskie obciążenie), 20s (stabilne niskie obciążenie), 25s (koniec fazy)
    \item \textbf{Faza 2}: 35s (przejście do średniego obciążenia), 45s (stabilne średnie obciążenie), 55s (koniec fazy)
    \item \textbf{Faza 3}: 65s (przejście do wysokiego obciążenia), 75s (szczytowe obciążenie), 85s (koniec fazy)
\end{itemize}