Grafikkarten: Das Upscaling/Downsampling-Kompendium

Ob schnelle oder langsame Grafikkarte: Moderne Verfahren machen PC-Spiele via Upscaling/Downsampling flotter und hübscher. Ein Überblick.

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Von pixelig nach hochauflösend: das machen Upscaling und Downsampling.
Von pixelig nach hochauflösend: das machen Upscaling und Downsampling. (Bild: Nvidia)

Wer früher in PC-Spielen eine höhere Bildqualität oder Framerate haben wollte, hat primär an der Auflösung geschraubt. Heutige Titel hingegen integrieren vielerlei Alternativen und auch die Grafiktreiber von AMD wie Nvidia haben längst diverse Methoden eingebaut, um das visuelle Spielerlebnis zu verbessern. Dieser Bericht erklärt, wie sie genutzt werden und welche Resultate zu erwarten sind: Willkommen beim Upscaling/Downsampling-Kompendium!

Bevor wir jedoch in die Materie einsteigen und mit Abkürzungen um uns werfen, ein paar allgemeine Informationen vorneweg: Wenn von Upscaling oder Downsampling die Rede ist, bezieht sich beides auf die native Display/Render-Auflösung. Beim Upscaling wird von einer geringeren Pixelmenge aus mit unterschiedlichen Verfahren hochgerechnet, beim Downsampling hingegen wird eine höhere Pixelmenge heruntergerechnet.

Verglichen mit der nativen Display-/Renderauflösung soll so annähernd die identische Bildqualität bei steigender Framerate oder aber eine bessere Optik auf Kosten der Framerate erzielt werden. Somit eignen sich Upscaling und Downsampling für schnelle wie langsame Grafikkarten gleichermaßen, da Spiele je nach Alter und Einstellungen unterschiedlich fordernd sind. Hinzu kommen Verfahren, die unabhängig von der Pixelmenge arbeiten - genannt seien hier vor allem Integer Scaling sowie Sharpening - und ebenfalls die Bildqualität aufwerten.

Temporal Upscaling ist der Stand der Dinge

Obgleich AMD und Nvidia (und sogar Intel) über eigene Upscaling/Downsampling-Techniken verfügen, haben viele Studios eigene Varianten eingebaut: Die Unreal Engine 4 etwa unterstützt TAAU (Temporal Anti Aliasing Upscaling), wie es beispielsweise in Gears 5 verwendet wird, und die Unreal Engine 5 integriert das modernere TSR (Temporal Super Resolution), das sich etwa in Ghostwire Tokyo findet. Die meisten Cross-Plattform- und Konsolen-Titel nutzen zeitliches (temporal) Upscaling, auch weil mit einer dynamischen Render-Auflösung versucht wird, 30 oder 60 fps zu halten.

  • 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)
Räumliches Upscaling ... (Bild: Epic)
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Das ist wichtig, um die Qualität zu erhöhen: Beim räumlichen (spatial) Upscaling werden primär Informationen benachbarter Pixel aus dem aktuellen Frame herangezogen und dieser zumeist mit einem bikubischen oder Lanczos-Filter auf die Display-Auflösung hochskaliert. Je nach Einstellungen kann es auch ein bilinearer oder ein Gauß-Filter sein, was die Optik verschlechtert oder aber sie auf Kosten der Bildrate verbessert.

Mit einem zeitlichen (temporal) Upscaling hingegen werden Informationen aus vorherigen Frames in die Berechnung integriert, was für eine stabilere und pixelgetreuere Darstellung insbesondere fein aufgelöster Details wie Gitter oder Vegetation sorgt. Typische Artefakte wie Ghosting, also das Nachziehen oder Schmieren von Objekten, und Ringing gilt es zu vermeiden, was je nach Algorithmus mehr oder weniger gut klappt.

Schauen wir uns an, welche Varianten es von AMD sowie Nvidia gibt und wie beide Hersteller mit Treiber-basiertem Downsampling ein Werkzeug geschaffen haben, die Bildqualität in PC-Spielen teils drastisch zu verbessern.

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Hübscheres Gaming durch DSR/VRS und Integer Scaling 
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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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