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FCAT Teil 1: Die Theorie

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Seite 1: FCAT Teil 1: Die Theorie

fcat-logoVor einigen Wochen tauchte der Begriff FCAT oder Frame Capture Analysis Tool erstmals auf. Die Diskussion warf viele Fragen auf, vor allem aber eine: Wie und was wird eigentlich gemessen? Kommt kein synthetischer Benchmark mit Punkte-System oder eine integrierte Version des Spiels bzw. der Engine zum Einsatz, verwenden die meisten Redaktionen und auch wir FRAPS. Damit lassen sich zwar Minima-, Maxima- und Durchschnittswerte bestimmen, doch für eine tiefer gehende Analyse eignet es sich nicht. Auch wir haben FRAPS in der Vergangenheit verwendet, um Mikro-Ruckler darzustellen, aber auch hier durfte man sich die Frage stellen, was eigentlich gemessen wird. Nun aber soll es drehen. In diesem ersten Teil wollen wir uns FCAT also in der Theorie anschauen. Teil zwei soll sich mit der Entstehung von Mikrorucklern, Tearing und anderen Effekten beschäftigen, während wir im letzten Teil einen ersten Blick auf die eigenen Ergebnissen werfen wollen.

Eines wollen wir von Anfang an klarstellen: NVIDIA ist der treibende Motor hinter FCAT. Dies sollte zu Beginn komplett wertfrei festgehalten werden, denn FCAT funktioniert sowohl für Karten von NVIDIA wie auch AMD. Laut eigenen Angaben hat NVIDIA zwei Jahre mit der Entwicklung von FCAT verbracht. Um dem Verdacht der Befangenheit zu entgehen, hat NVIDIA den Code der Tools und Skripte freigegeben, sodass sich jeder selbst einen Eindruck davon verschaffen kann.

Warum hat NVIDIA das Frame Capture Analysis Tool entworfen? Mithilfe von FRAPS lassen sich wie gesagt auch Frametimes und damit Effekte wie das Stuttering oder die Mikro-Ruckler von Multi-GPU-Systemen messen, dies allerdings nur in einem begrenzten Rahmen. Das menschliche Auge ist aber weitaus empfindlicher und die Wahrnehmung eine andere, als dies FRAPS meist wiedergibt.

Nun wollen wir uns der Theorie hinter FCAT widmen.

FCAT in der Theorie

Zunächst einmal kann festgehalten werden: Was die Grafikkarte am Ausgang an Bildern pro Sekunde liefert, unterscheidet sich von dem, was an Bildern pro Sekunde an das Display geliefert wird. Während die Ausgabe in fixen Wiederholraten von 30, 60 und 120 Hz erfolgt, berechnet die Grafikkarte abhängig von ihrer Performance unterschiedliche Bilder pro Sekunde.

FCAT in der Theorie

Zunächst einmal wollen wir versuchen zu verstehen, wo FRAPS ansetzt, um seine Messungen vorzunehmen. FRAPS greift als Software direkt nach der Ausgabe der Game-Engine ab, bevor die Daten an die DirectX-API übergeben werden. Was folgt sind noch die Rendering-Stufen in DirectX, dem Treiber und dem eigentlichen Rendering der Hardware als solches. Diese Schritte sind allerdings nicht immer in der gleichen Zeit durchlaufen, so dass die Zeitabstände für T_present stabil sein könnten (bei 30 FPS z.B. 33,3 ms), die Abstände zwischen T_render und T_display davon aber grundverschieden und vor allem wesentlich unregelmäßiger sein können.

Diese Unregelmäßigkeiten bezeichnet NVIDIA als Drop und Runt:

Drop: Ein Drop ist ein Frame, der zwar von der Game-Engine an die weiteren Rendering-Prozesse übergeben, vom Display aber nicht mehr dargestellt wird. FRAPS zählt diesen Frame dennoch.

Runt: Ein Runt ist ein Frame, der zwar auf dem Display dargestellt wird, der aber nur einen sehr schmalen Bildbereich einnimmt und daher eher für Irritationen beim Spieler sorgen könnte als eine sinnvolle Darstellung ist. Auch dieser Frame wird von FRAPS gezählt, spielt für den Spieler allerdings kaum bis gar keine Rolle.

FCAT in der Theorie

Um die einzelnen Frames messen zu können, legt NVIDIA eine fixe Folge von farbigen Balken über die einzelnen Frames. Die Analyse-Tools kennen diese Abfolge und können daraus nicht nur ermitteln, wie viele Bilder pro Sekunde berechnet wurden, sondern auch wie lange dies gedauert hat und ob diese überhaupt dargestellt werden. In der obigen Darstellung ist dies in der Theorie zu sehen.

Links sind fünf Frames dargestellt, die mit dem jeweiligen Overlay versehen sind. Rechts ist zu sehen, wann diese auf dem Display dargestellt werden. In diesem Beispiel unterscheiden sich die Rendering- und die Display-Zeiten. Dies führt dazu, dass im Display-Refresh1 der Game-Frame1 und im unteren Drittel der Game-Frame2 dargestellt werden. Im zweiten Display-Refresh ist weiterhin der Game-Frame2 sowie der Game-Frame3 zu sehen. Den ersten Runt sehen wir im Display-Refresh3. Hier wird der Game-Frame3 nur noch zu einem kleinen Teil im oberen Bereich überhaupt dargestellt und während des Refreshs durch den Game-Frame4 ersetzt.

FCAT in der Theorie

Wie die Darstellung eines dargestellten Frames mit mehreren gerenderten Frames aussieht, zeigt obiges Bild. Gut ist hier auch das Overlay zu sehen, das in folgender Reihenfolge die gerenderten Frames markiert:

  1. Weiß
  2. Hellgrün
  3. Blau
  4. Rot
  5. Blaugrün
  6. Navyblau
  7. Grün
  8. Aqua
  9. Rotbraun
  10. Silber
  11. Lila
  12. Olive
  13. Grau
  14. Magenta
  15. Gelb
  16. Orange
FCAT in der Theorie

In obigem Beispiel fehlt nun ein Frame, denn zwischen dem gerenderten Frame 1 und 3 müsste ein olivenfarbiger Frame 2 angezeigt werden. Zwar hat die Game-Engine diesen Frame an die Rendering-Pipeline übergeben, diese wurde aber nicht dargestellt. Mehrere Gründe sind denkbar, warum dies geschehen kann. Fehler in der Rendering-Pipeline sind ebenso möglich, wie ein bewusstes Auslassen des Frames, da Treiber und Hardware das Game-Timig nicht einhalten konnten.

FCAT in der Theorie

Was ein Runt ist, haben wir drei Bilder vorher schon einmal gesehen. Entstehen können sie vor allem durch zwei Gegegebenheiten: In der Theorie berechnen Multi-GPU-Systeme ihre Frames sehr gleichmäßig. In der Praxis aber sind hier zum Teil deutliche Unterschiede vorhanden. Wahrscheinlicher aber ist, dass Rendering- und Display-Timing ein Worst-Case-Szenario erwischt haben. Diese Runts treten nur am oberen und unteren Bildrand auf und beschreiben Frames, die zwischen 1-4 ms dargestellt werden. NVIDIA hat diese derart definiert, dass nur 20 von 1080 Pixel bei einer Auflösung von 1920 x 1080 Pixel von diesem Runt gezeichnet werden.

 

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Kommentare (63)

#54
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Registriert seit: 06.04.2013
anywhere
Oberbootsmann
Beiträge: 829
ok, is mir eigentlich unter dvi nie aufgefallen
#55
Registriert seit: 01.01.1970


Beiträge:
Zitat Don;20638318
Ja, die gibt's natürlich auch bei per DVI angeschlossenen Displays.


Was ist besser DVI oder HDMI
#56
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Registriert seit: 19.07.2008
Hamburg
Admiral
Beiträge: 11876
Eigentlich kein Vorteil, HDMI kann noch den Sound übertragen, aber hat bei 120Hz Probleme. Da packt HDMI eben nur 60Hz.
Bei DVI kann Microsoft Windows den Monitortreiber direkt erkennen und einbinden.

Am PC am besten DVI nehmen, wenn es "egal" ist - gerade beim 120Hz Monitor.
#57
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Registriert seit: 02.04.2013
östl. Oberbayern
Hauptgefreiter
Beiträge: 226
Ein DP kann auch von Vorteil sein (Bandbreite...)
#58
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Registriert seit: 03.10.2006
WOB
Admiral
Beiträge: 8676
Zitat MrAnon;20641239
ok, is mir eigentlich unter dvi nie aufgefallen


Tearing gibt es schon ewig auch unter DVI .HDMI und auch Displayport welches ich auch seit ca Ostern nutze.

Tearing ist je nach Spiel sichtbar bis stark ausgeprägt gerade wenn man schnelle links und rechts Bewegungen durchführt mit der Maus .

Das ist auch weiterer Grund warum ich lieber 2 GPUs nutze .
Warum ?
Möchte viel Bildqualität einstellen aber immer so das die 60 FPS möglichst nicht unterschritten werden mit aktivem V Sync zum entschärfen des inputlags welcher durch Vsync zusätzlich entsteht setzt man einen limter vor das V Sync. mache ich gerne bei Egoshootern ein weiterer Vorteil dieser Methode keine wahrnehmbaren MR Probleme mehr.

Bei Thirdperson Spielen fällt das tearing meist sehr gering aus dort begnüge ich mich meist nur mit einem limiter und versuche die 40 -45FPS nicht zu unterschreiten bei möglichst höhster Bildqualität.
Da Thirdperson Spiele meist in dem FPS Bereich ohne grosses Bildverwischen (schwammig)gezockt werden können ich meine jetzt kein Tearing sonder den Blure Efekt bei zu geringen FPS zu Hertz Rate des Monitors bei Bewegungen das ist gerade bei Shootern sehr stark ausgeprägt .
Gerade um die 30 bis 50 FPS kann ich das dolle wahrnehmen da rum ist dort meine Faustregel ich brauche möglichst 60 FPS in Egoshotern.

Auch wenn ich so nicht die Maximalen FPS Raten mit MGPU fahren kann bin ich so einer Single GPU in Sachen flüssigen spielens bei hoher Bildqualität immer überlegen so lange die Software auch 2 GPUs unterstützt und das ist Heut zu Tage schon sehr weit vorangeschritten.
Gruss
#59
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Registriert seit: 06.04.2013
anywhere
Oberbootsmann
Beiträge: 829
aber das tearing von vga ist dann aber nicht mit dvi vergleichbar,
denn mit vga bekommt man ja auf nem Bildschirm bei weißen flächen einen hirn schuss
#60
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Registriert seit: 12.12.2010

Banned
Beiträge: 5646
Also ich kenne da keinen Unterschied ob VGA oder DVI.
#61
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Registriert seit: 12.12.2010

Oberleutnant zur See
Beiträge: 1352
Zitat fdsonne;20633023
Das heist also, das NV Metering setzt vor dem Renderer an!?
Gibts dazu irgendwelche direkten Fakten?


Ja, von nVidia, siehe link unten:

Zitat

Es geht doch nicht ums Metering :rolleyes:
Sondern um das Thema Inputlag...

Aber wie so oft, bevor du hier Behauptungen aufstellst, bitte ich um belegbare Fakten deinerseits.
Noch dazu steht oben im ersten Satz, das jemand einen möglichen Fehler gern aufzeigen darf.
Scheint dir bestimmt entfallen zu sein :wink:


http://www.hardwareluxx.de/community/f14/jetzt-mal-butter-bei-die-fische-input-lag-bei-nvidias-multi-gpu-loesungen-957310-2.html#post20591772

Zitat MrSchmelzer;20633077
In einem anderen Forum hat man längst Nägel mit Köpfen gemacht und ist den grünen Giftzwerg losgeworden:
Beyond3D Forum - View Single Post - AMD: R9xx Speculation


Beyond3D ist damit nicht nur dem nvidiacenter.de weit voraus... ;)


Die ist schon klar, dass das Beyond3d ein AMD Forum ist, wo der Eigentümer ein enges Verhältnis zur PR von AMD pflegt (= Dave 'ich erzähle einfach nur mist' Baumann) und damit jegliche Kritik an AMD perse schonmal verurteilt wird?
#62
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Registriert seit: 15.11.2002
www.twitter.com/aschilling
[printed]-Redakteur
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FCAT Teil 3: Eine erste Analyse
#63
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Beiträge:
Zitat Dozer3000;20641334
Eigentlich kein Vorteil, HDMI kann noch den Sound übertragen, aber hat bei 120Hz Probleme. Da packt HDMI eben nur 60Hz.
Bei DVI kann Microsoft Windows den Monitortreiber direkt erkennen und einbinden.

Am PC am besten DVI nehmen, wenn es "egal" ist - gerade beim 120Hz Monitor.


Danke Dozer für dein Antwort
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