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GameWorks VR 1.0 – Nächster großer Schritt in virtuelle Welten ist getan

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nvidia 2013Sowohl AMD wie auch NVIDIA buhlen derzeit darum beim Thema virtuelle Realitäten die Nase vorn zu haben. Keiner kommt bei einem Messeauftritt daran vorbei die Technologie auch immer wieder vorzustellen. Kaum eine Entwicklung schreitet derzeit so rasant voran, wie die Zusammenarbeit von VR-Hardware in Form von Brillen sowie der dazugehörigen Entwicklerschnittstelle – sei es nun LiquidVR von AMD oder GameWorks VR von NVIDIA. Dabei stehen beide Hersteller vor ebenso gleichen Herausforderungen. Mit dem neuen Treiber GeForce 359.00 und der Integration von GameWorks VR 1.0 macht NVIDIA einen weiteren Schritt in diese Richtung.

Eine der größten Herausforderungen ist die Reduzierung von Verzögerungen im Rendering-Prozess. Ein schnelles Tracking der Bewegungen ist entscheidend, um ein echtes VR-Erlebnis überhaupt erst möglich zu machen. Bereits kleinste Verzögerungen sorgen für ein Unwohlsein. Aus der Sensorik der VR-Hardware sind die Verzögerungen inzwischen weitestgehend entfernt worden. Recht wenig Einfluss haben die Entwickler aber auf die Verzögerungen, die im Rendering-Prozess auftreten und hier kommen eben Schnittstellen wie GameWorks VR und LiquidVR ins Spiel. Weitere Details zur Verbesserung der Frame Queue, der Verwendung von Time Warp sowie den Optimierungen bezüglich der Verwendung eines SLI-Systems haben wir bereits angesprochen.

Multi Resolution Shading

Doch mit der reinen Leistung ist es oftmals nicht getan, denn die Darstellung in VR-Brillen stellt noch andere Anforderungen. Damit der Nutzer einer VR-Brille überhaupt in der Lage ist auf einer Brille und den darin verbauten Displays etwas zu sehen, wird eine Optik verwendet, die das Bild entsprechend dem Betrachtungsabstand und gewünschtem Blickwinkel anpasst. Die Ausgabe auf dem Display erfolgt daher in einer Fishseye-ähnlichen Verzerrung und zudem wird das Bild an den Rändern noch gestaucht, damit nach der Optik ein für den Nutzer normales und unverzerrtes Bild entsteht. Da GPUs und die Rendering-Prozesse aber nicht darauf ausgelegt sind, ein solches Bild auszugeben, gehen die Hersteller hin und rendern das Bild auf gewöhnliche Art und Weise, um es in einem Post Processing entsprechend anzupassen. Diese nachträgliche Bearbeitung kostet zum einen Leistung, viel entscheidender aber ist, dass eine weitere Verzögerung bis zur Ausgabe des Bildes entsteht und gerade diese ist für ein möglichst optimales VR-Erlebnis störend.

NVIDIA GameWorks VRNVIDIA GameWorks VR

NVIDIA GameWorks VR

NVIDIA wendet nun einen Trick an, um die nicht oder nur eingeschränkt sichtbaren Bereiche anders zu behandeln. Dazu wird das Bild in neun Bereiche aufgeteilt. Diese sogenannten Viewports orientieren sich in etwa an den sonst im Post Processing bearbeiteten Abschnitten. So wird der mit Abstand größte Viewport in der Mitte fast vollständig so belassen, wie er ursprünglich auch behandelt wurde. Die Seitenbereiche und vor allem die vier Ecken aber werden mit einer Art Komprimierung belegt und in ihrer Auflösung entsprechend dem gewünschten Endergebnis angepasst.

Alle neun Viewports werden gleichzeitig durch die GPU berechnet – allerdings getrennt voneinander. Die Ausgabe erfolgt schlussendlich in einer bereits fertig angepassten Form. Ein Post Processing ist damit nicht mehr notwendig. Durch die Aussparung von nicht sichtbaren Bereichen sowie der Anpassung der Auflösung der Ränder und einer zusätzlichen Komprimierung kommt NVIDIA auf eine erhöhte Pixel-Shader-Performance um den Faktor 1,3 bis 2.

Die eben beschriebene Verarbeitung ist aber nicht neu, wurde von NVIDIA im Frühsommer vorgestellt und auch bereits demonstriert. Während die Aussparung und Anpassung aufgrund der ohnehin notwenigen optischen Anpassung keinerlei Problem darstellen, waren wir im Hinblick auf die Komprimierung zunächst skeptisch. Wir konnten das Verfahren mit unterschiedlichen Komprimierungsfaktoren und auch mit ausgeschalteten Komprimierung im Zusammenspiel mit einer Oculus Rift Crescent Bay testen und stellten keinerlei Unterschiede in der Darstellunsqualität fest. Weder im Blindtest, noch wenn wir genau wussten, dass die Komprimierung nun aktiv war, waren für uns Differenzen sichtbar. Die Verarbeitung unterschiedlicher Viewports in einem Rendering-Prozess ist laut NVIDIA nur auf GPUs mit "Maxwell"-Architektur möglich.

GameWorks VR 1.0

Die Veröffentlichung einer ersten finalen Version von GameWorks VR ist ein großer Schritt, nicht nur für NVIDIA, sondern auch für die Spielehersteller. Sie können sich nun auf festgelegte Konventionen verlassen und die Technik in ihren Spiele bzw. Engines integrieren. Epic Games hat dies im Falle der Unreal Engine 4 bereits getan. Das Multi Resolution Shading und VR SLI sind aber nur zwei von vielen Techniken innerhalb des SDKs.

Context Priority haben wir bereits angesprochen. Darüber sind Spielentwickler in der Lage der GPU detaillierter vorzugeben, welche Arbeitsschritte zuerst ausgeführt werden sollen. Dies hilft vor allem Verzögerungen im Rendering-Prozess vorzubeugen. Der Direct Mode macht angepasste Anwendungen und Spiele ausschließlich für VR-Hardware zugänglich und schließt damit auch die dazugehörigen Optimierungen mit ein, die auf einem klassischen Monitor nicht funktionieren. Über das Front Buffer Rendering können Entwickler bestimmte Ausgaben des Rendering-Prozesses direkt in den Front Buffer liefern und überspringen damit einige Rendering-Schritte, was wiederum Verzögerungen mindert.

Entwickler können sich unter http://developer.nvidia.com/gameworksvr über weitere Details informieren und finden hier auch die weiteren Links zum SDK. Im kommenden Frühjahr werden wir sicherlich die ersten Spiele sehen, die speziell auf die Verwendung im Zusammenspiel mit einer VR-Brille vorgesehen sind. Robinson: The Journey wurde bereits von Sony angekündigt und wer den Mount Everest besuchen möchte, kann dies im kommenden Jahr ebenfalls in einer virtuellen Umgebung tun.

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