Hübscheres Gaming durch DSR/VRS und Integer Scaling

Nvidia war der erste Anbieter eines Upscalings, genauer des KI-gestützten Rekonstruktionsfilters DLSS (Deep Learning Super Sampling): Die erste Iteration wurde im Spätsommer 2018 zusammen mit der Turing-Generation angekündigt, denn bis auf eine einzige Ausnahme (v1.9 in Control) sind die Tensor-Cores für DLSS zwingend notwendig. Hintergrund ist, dass ein vorab auf Nvidias Saturn-V-Supercomputer trainiertes neuronales Netz auf der Grafikkarte - also Inferencing - durchgeführt wird.

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Das initiale DLSS 1.x arbeitet weitestgehend räumlich, wobei der Algorithmus versucht, sich ausgehend von einer geringen Pixelmenge einem hochauflösenden 16K-Referenzmaterial (Ground Truth) anzunähern. Weil Nvidia pro Spiel sowie pro Auflösung trainieren musste und das Resultat negatives Feedback erhielt, gelobte der Hersteller öffentlich Besserung und dieses Vorgehen für DLSS wurde relativ schnell verworfen.

Seit Frühling 2020 ist DLSS 2.x verfügbar, das eine zeitliche (temporal) Komponente enthält und generalisiert erstellt wird. Daher gibt es vier Stufen mit sinkender Pixelmenge - Quality, Balanced, Performance, Ultra Performance - die unabhängig von der Ausgabeauflösung gewählt werden können. Insbesondere aktuelle Versionen wie DLSS 2.3/2.4 weisen vergleichsweise wenig Ghosting auf und dank des immer häufiger in Spielen implementierten Schärfereglers ist Nvidias Ansatz vielen TAAU-Verfahren überlegen, wobei TSR optisch sehr ähnlich ist.

  • Räumliches Upscaling ... (Bild: Epic)
  • ... wurde längst durch temporales abgelöst. (Bild: Epic)
  • Gears 5 nutzt TAAU für Upscaling ... (Rechteinhaber: Microsoft, Screenshot: Golem.de)
  • ... sowie TAA bei nativer Auflösung ... (Rechteinhaber: Microsoft, Screenshot: Golem.de)
  • ... und für das optionale Downsamling. (Rechteinhaber: Microsoft, Screenshot: Golem.de)
  • God of War unterstützt Nvidias Deep Learning Super Sampling 2.3 genauso ... (Rechteinhaber: Sony, Screenshot: Golem.de)
  • ... wie AMDs FidelityFX Super Resolution 1.0. (Rechteinhaber: Sony, Screenshot: Golem.de)
  • Image Sharpening arbeitet Textur-Details heraus. (Bild: Nvidia)
  • Integer Scaling eignet sich für Retro-Titel ... (Bild: AMD)
  • ... oder Pixel-Art-Games. (Bild: Nvidia)
  • [DL-]DSR in Nvidias Control-Panel (Screenshot: Golem.de)
  • Der Schärferegler passt den Filter an. (Screenshot: Golem.de)
  • Image Sharpening in Nvidias Control-Panel (Screenshot: Golem.de)
  • Integer Scaling in Nvidias Control-Panel (Screenshot: Golem.de)
  • Integer Scaling in der Radeon Software (Screenshot: Golem.de)
  • Integer Scaling in der Radeon Software (Screenshot: Golem.de)
  • Radeon Super Resolution in der Radeon Software (Screenshot: Golem.de)
  • Radeon Super Resolution in der Radeon Software (Screenshot: Golem.de)
  • Virtual Super Resolution in der Radeon Software (Screenshot: Golem.de)
  • Virtual Super Resolution in der Radeon Software (Screenshot: Golem.de)
God of War unterstützt Nvidias Deep Learning Super Sampling 2.3 genauso ... (Rechteinhaber: Sony, Screenshot: Golem.de)

Es gilt: DLSS ersetzt die spieleigene Kantenglättung, egal ob TAA oder Ähnliches. Das noch seltene DLAA (Deep Learning Anti Aliasing) wiederum, welches einige Spiele wie Jurassic World Evolution 2 und The Elder Scrolls Online bereits implementiert haben, ist DLSS bei nativer Pixelmenge - ergo ohne Upscaling. DLSS wie DLAA können mit einer dynamischen Auflösung kombiniert werden.

FidelityFX Super Resolution 2.0 kommt erst noch

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AMD wiederum hat mit FSR 1.0 (FidelityFX Super Resolution) ein räumliches Upscaling-Verfahren entwickelt, das mit zwei Pässen arbeitet: Zuerst wird die Input-Auflösung mit einem Shader-basierten Algorithmus hochskaliert, der Lanczos-basiert ist; danach wird ein Schärfe-Kernel appliziert. Wie DLSS muss FSR 1.0 explizit in Spiele eingebaut werden, weil das Upscaling vor dem Rendern von etwa dem HUD oder etwaiger Post-Processing-Effekte stattfinden soll. FidelityFX Super Resolution hat vier Stufen mit sinkender Pixelmenge - Ultra Quality, Quality, Balanced, Performance - und macht sich die im jeweiligen Spiel integrierte respektive ausgewählte Kantenglättung zunutze.

Noch nicht verfügbar ist FSR 2.0, ein wie DLSS 2.x zeitliches (temporal) Upscaling. Anders als bei der Nvidia-Lösung wird jedoch kein neuronales Netz auf Machine-Learning-Hardware verwendet, sondern ein Shader-basierter Algorithmus. Dieser akkumuliert (Tiefen-)Informationen über mehrere Frames hinweg und erfasst dabei auch die Bewegungsvektoren. In dieser Hinsicht sind sich DLSS und FSR 2.0 sehr ähnlich. Das AMD-Upscaling umfasst eine Lanczos-Nachschärfung, ein zusätzlicher Schärferegler ist optional. FidelityFX Super Resolution 2.0 hat vier Modi und kann mit einer dynamischen Auflösung kombiniert werden.

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Apropos Schärfen: Die Radeon Software bietet das Radeon Image Sharpening (RIS) an, Nvidias Control-Panel das Nvidia Image Scaling/Sharpening (NIS) - beide haben denselben Effekt, da es kontrastadaptive Algorithmen sind. Hierdurch lassen sich beispielsweise Texturen etwas knackiger darstellen, um beispielsweise das Weichzeichnen durch TAA auszugleichen. Wird das Sharpening per Regler jedoch übertrieben, neigen hochfrequente Inhalte zum Flimmern oder zeigen Artefakte. NIS/RIS unterstützen D3D9, D3D11, D3D12 und Vulkan, aber kein D3D10.

Mehr Pixel für bessere Bildqualität

Wer Downsampling betreiben möchte, hat unterschiedliche Optionen: In AMDs Radeon Software findet sich VRS (Virtual Super Resolution), womit sich die Render-Auflösung maximal verachtfachen lässt. Ungerade Faktoren sehen naturgemäß schlechter aus als gerade, dafür zeichnet der von AMD eingesetzte bilineare Filter das Bild kaum weich. VRS kann mit einer dynamischen Auflösung kombiniert werden.

  • Räumliches Upscaling ... (Bild: Epic)
  • ... wurde längst durch temporales abgelöst. (Bild: Epic)
  • Gears 5 nutzt TAAU für Upscaling ... (Rechteinhaber: Microsoft, Screenshot: Golem.de)
  • ... sowie TAA bei nativer Auflösung ... (Rechteinhaber: Microsoft, Screenshot: Golem.de)
  • ... und für das optionale Downsamling. (Rechteinhaber: Microsoft, Screenshot: Golem.de)
  • God of War unterstützt Nvidias Deep Learning Super Sampling 2.3 genauso ... (Rechteinhaber: Sony, Screenshot: Golem.de)
  • ... wie AMDs FidelityFX Super Resolution 1.0. (Rechteinhaber: Sony, Screenshot: Golem.de)
  • Image Sharpening arbeitet Textur-Details heraus. (Bild: Nvidia)
  • Integer Scaling eignet sich für Retro-Titel ... (Bild: AMD)
  • ... oder Pixel-Art-Games. (Bild: Nvidia)
  • [DL-]DSR in Nvidias Control-Panel (Screenshot: Golem.de)
  • Der Schärferegler passt den Filter an. (Screenshot: Golem.de)
  • Image Sharpening in Nvidias Control-Panel (Screenshot: Golem.de)
  • Integer Scaling in Nvidias Control-Panel (Screenshot: Golem.de)
  • Integer Scaling in der Radeon Software (Screenshot: Golem.de)
  • Integer Scaling in der Radeon Software (Screenshot: Golem.de)
  • Radeon Super Resolution in der Radeon Software (Screenshot: Golem.de)
  • Radeon Super Resolution in der Radeon Software (Screenshot: Golem.de)
  • Virtual Super Resolution in der Radeon Software (Screenshot: Golem.de)
  • Virtual Super Resolution in der Radeon Software (Screenshot: Golem.de)
Integer Scaling eignet sich für Retro-Titel ... (Bild: AMD)

In Nvidias Control-Panel wiederum gibt es das seit 2014 verfügbare Legacy-DSR (Dynamic Super Resolution) und seit 2021 auch das verbesserte DL-DSR (Deep Learning Dynamic Super Resolution). Ersteres nutzt einen 5-Tap-Gauß-Filter und wird per Shader-ALUs berechnet, Letzteres setzt auf einen KI-gestützten Algorithmus namens Deep Resolve und läuft auf den Tensor-Cores. Beide Varianten lassen sich per Schärferegler nachjustieren, (DL-)DSR kann mit einer dynamischen Auflösung kombiniert werden.

Integer Scaling für Klassiker oder Pixel Art

Kein Upscaling oder Downsampling im eigentlichen Sinne ist das in AMDs wie Nvidias Treiber verfügbare Integer Scaling: Wie es der Name bereits impliziert, werden hierbei Pixel ganzzahlig - etwa Faktor vier - vervielfacht statt deren Farbwerte beispielsweise (bi)linear zu mischen. So bleibt der ursprüngliche Look bei Display-füllender Auflösung erhalten, beispielsweise in Spielen wie FTL oder Warcraft 2.

Nachfolgend gibt es noch einmal die Kurzfassung der einzelnen Verfahren für Geforce- sowie Radeon-Modelle aufgeschlüsselt, Screenshots der Treiberfunktionen sowie Systemanforderungen inklusive.

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 Grafikkarten: Das Upscaling/Downsampling-KompendiumUpscaling/Downsampling bei Geforce-Grafikkarten 
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yumiko 12. Apr 2022 / Themenstart

Unter Windows ist magpie dafür nutzbar (Spiel/Programm muss im Fenstermodus laufen).

Schattenwerk 05. Apr 2022 / Themenstart

Persönlich beschreibe ich den Unterschied auch als minimal und hätte ich kein...

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