Software-Features für Grafikkarten: Raytracing, DLSS, FSR, Frame Generation und mehr
In unserem Special erklären wir, was hinter den Software-Techniken für AMD- und Nvidia-Grafikkarten wie Raytracing, DLSS, FSR und mehr steckt.
Vor wenigen Tagen hatte AMD eher überraschend einen Preview-Treiber vorgestellt, bei dem ein interessantes Feature integriert ist, nämlich die 2. Generation von AMDs Fluid Motion Frames, wobei wir ab hier meist die Kurzform FMF verwenden wollen. Bei FMF werden zusätzliche Zwischenbilder berechnet, um für ein flüssigeres Spielgefühl zu sorgen.
Wir nutzen den Release des Preview-Treibers, um euch ganz allgemein die wichtigen Software-Techniken von AMD und Nvidia vorzustellen, die Gaming qualitativ oder performanceseitig verbessern können. Dabei geht es um die Begriffe Raytracing, KI-Upskaling (Nvidia DLSS und AMD FSR) sowie dem eben beschriebenen Berechnen von Zwischenbildern mit AMD FMF, bei dem Nvidia eine vergleichbare Technik mit dem Namen Frame Generation bietet. Wir versuchen dabei auch zu bewerten, wie sinnvoll die jeweiligen Techniken sind. Den Start machen wir dabei mit Raytracing.
Raytracing: Realistische Lichtstrahlenverfolgung
Um 3D-Bilder zu berechnen, gibt es eine schon in den 1960er-Jahren entwickelte Variante, das so genannte Raytracing, was so viel wie "Strahlen-Verfolgung" bedeutet. Dabei werden für 3D-Szenen einzelne Lichtstrahlen physikalisch korrekt verfolgt, wobei der Clou an der Sache ist, dass (auch) von der Position der virtuellen Kamera aus Strahlen in Richtung der Objekte zurückverfolgt werden. Trifft ein Strahl auf ein Objekt, wird auch seine Reflexion beachtet und weiter zurückverfolgt - somit kann man zum Beispiel berechnen, ob eine Lichtquelle, die an sich gar nicht von der Kamera aus zu sehen ist, einen indirekten Einfluss auf ein Objekt hat, das im Blickfeld liegt. Dabei werden unter anderem Material, Reflexionsverhalten, Farbe, Struktur sowie bei transparenten Materialien auch unterschiedliche Lichtbrechung und Transparenz beachtet. Durch die Technik spielen neben Lichtquellen auch Objekte eine Rolle, die aus dem Blickwinkel der Kamera eigentlich gar nicht zu sehen sind. In der Summe entsteht dabei wegen der physikalisch korrekten Berechnung ein sehr realistisch wirkendes Bild. Bei einer normalen 3D-Berechnung von Spielen fallen viele dieser Faktoren weg oder werden stark vereinfacht in die Berechnung miteinbezogen, um Rechenpower zu sparen, so dass Spielegrafik nur mit vielen Tricks und einer sehr guten Grafikengine fotorealistisch wirken, obwohl es physikalisch gesehen Fehler gibt. So kann beispielweise der ein oder andere Schatten zwar extrem gut und realistisch aussehen, müsste aber an sich - bei physikalisch korrekter Berechnung - unschärfer und heller sein, weil von einer hellen Wand reflektiertes diffuses Licht den Kernschatten aufhellen müsste. An dieser Stelle streuen wir einen Slidervergleich aus Cyberpunk 2077 ein:
Raytracing wurde lange Zeit, eben da es extrem viel Rechenkraft benötigt, nur für die Berechnung von einzelnen 3D-Bildern, nicht aber für in Echtzeit bewegte Bilder genutzt. Denn bei 3D-Szenen mit genügend Objektdetails und Objekt-Informationen, die auch in einer brauchbaren Auflösung vorliegen sollten, dauert es sehr lange, um auch nur ein einziges Bild zu berechnen, das dann dank Raytracing aber auch fotorealistisch aussehen kann. Bei modernen Filmen wird seit vielen Jahren Raytracing genutzt, da man die nötigen Bilder für eine Filmszene im Zuge der Filmproduktion in Ruhe erstellen und erst am Ende so aneinanderreihen kann, dass flüssige Bewegungen entstehen. Selbst bei Filmen geht es dabei aber häufig nur um einzelne Objekte wie beispielsweise ein Raumschiff oder einen Drachen, die dann in eine ansonsten real gefilmte Szene eingefügt werden. Bei Computerspielen war Raytracing für die Echtzeit-Spielegrafik lange Zeit überhaupt kein Thema, da man nicht mal ansatzweise genügend Bilder pro Sekunde für ein flüssiges Spielererlebnis hätte erzeugen können, wenn man Raytracing nutzt. Mit den RTX-Grafikkarten von Nvidia, die es seit Herbst 2018 gibt änderte sich dies. Dazu kommen wir auf der nächsten Seite.
