Seite 8: Deep Learning Super Sampling in der Praxis

In nahezu allen Spielen erfolgt die Ausgabe des gerenderten Frames nicht sofort, sondern häufig gibt es noch einige Post-Processing-Operationen wie zum Beispiel ein Temporal Anti-Aliasing (TAA). Dabei handelt es sich um einen Shader-basierenden Algorithmus, der zwei aufeinander folgende Frames mithilfe von Bewegungsvektoren miteinander vergleicht. Nicht immer aber funktioniert das TAA perfekt und erzeugt damit wieder Störungen bzw. falsche Darstellungen im Frame, die aus dem Rendering-Prozess heraus besser ausgesehen hätten, aber ohne Anti-Aliasing hätten auskommen müssen. Hier kommt nun das Deep Learning Super Sampling ins Spiel.

Wir wollen aber noch einmal versuchen das DLSS zu erklären: Man kann sich das dazugehörige Deep-Learning-Netzwerk als Black Box vorstellen. Eingangsdaten sind zum einen das von der eigenen Grafikkarte gerenderte Bild (in einer niedrigeren Auflösung als die Zielauflösung) sowie vordefinierte Idealzustände eines gerenderten Bildes. Diese liegen in einem 64x Supersampling (64xAA) vor und wurden auf einem SATURN V getauften Supercomputer bei NVIDIA berechnet. Aus der Differenz des durch die eigene Grafikkarten gerenderten Bildes und dem Idealzustand für die Ausgabe erstellt. Dieses Inferencing findet auf den Tensor Cores statt.

Im Endeffekt ist der DLSS-Algorithmus ein hochspezialisierter (und temporaler) Upsampling-Filter. Das Resultat kann nicht mit einem direkten Rendering auf der nativen Auflösung gleichgesetzt werden, nähert sich diesem abhängig von den Trainingsdaten und den Optimierungen aber stark an. Um auf ein gleiches Ergebnis zu kommen, müssten die Trainingsdaten unendlich groß sein und das Deep-Learning-Netzwerk ebenso unendlich lange trainiert werden. Man wird also im Vergleich zu den Trainingsdaten immer irgendwelche Artefakte und Ungenauigkeiten haben, die Frage ist, ob diese auch sichtbar sind.

Da die Trainingsdaten aber in diesem Falle als 64x Supersampling vorliegen, kann der 2K-Frame mit Upscaling auf 4K besser aussehen, als das nativ berechnete 4K-Frame. Das Training ist ein entscheidender Faktor, der am Ende zu einem möglichst guten Ergebnis beiträgt. Je mehr trainiert wird, desto besser wird der Algorithmus.

In den Benchmarks haben wir einige Messungen zu DLSS gemacht und zeigen im Falle der GeForce-RTX-Karten den Unterschied zwischen TAA und DLSS auf. Einige älteren Karten haben wir nur mit TAA aufgenommen, um den Leistungsunterschied aufzuzeigen. DLSS 2x wird im zweiten Schritt als Eingangswert einen gerenderten Frame aus der Grafikkarte in der geplanten Ausgabeauflösung hernehmen und über das Inferencing mit den Trainingsdaten abgleichen. Im ersten Schritt und in den aktuellen Tests findet aber immer ein Upscaling statt.

Die Frage nach der Bildqualität ist zur Beurteilung von DLSS entscheidend. Der Leistungsgewinn ergibt sich zum einen anhand der Tatsache, dass in einer ersten Stufe in einer niedrigeren Auflösung gerechnet wird. Im Vergleich mit TAA aber auch aufgrund des nicht notwendigen Anti Aliasing. Somit können die neue Karten Spiele, die zuvor mit allen Details kaum in 4K flüssig waren, nun ohne nervige Ruckler bzw. in höheren FPS darstellen.

Folgende Spiele sollen das DLSS in Kürze bzw. zum Start unterstützen:

  • Ark: Survival Evolved
  • Atomic Heart
  • Darksiders III
  • Dauntless
  • Deliver Us The Moon: Fortuna
  • Fear the Wolves Hellblade: Senua's Sacrifice
  • Final Fantasy XV
  • Fractured Lands
  • Hitman 2
  • Islands of Nyne
  • KINETIK
  • Justice
  • JX3
  • Mechwarrior 5: Mercenaries
  • Outpost Zero
  • Overkill's The Walking Dead
  • PlayerUnknown’s Battlegrounds
  • Remnant: From the Ashes
  • SCUM 
  • Serious Sam 4: Planet Badass
  • Shadow of the Tomb Raider
  • Stormdivers
  • The Forge Arena
  • We Happy Few

Videovergleiche

Für einen möglichen Vergleich der Bildqualität haben wir zwei der Tech-Demos mit Hilfe einer GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition gegenübergestellt. Jeweils war einmal TAA (links) und einmal DLSS (rechts) aktiv.

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Ein Vergleich ist natürlich dennoch nur schwer möglich. Wir haben die Bitrate für die Aufnahme auf das Maximum gestellt, allerdings versieht YouTube die Videos mit einer geringeren Bitrate. Aus den persönlichen Erfahrungen können wir aber sagen, dass sich die Darstellung zwischen TAA und DLSS kaum unterscheidet. In Final Fantasy XV ist ein Flackern des Grases bei aktivem DLSS zu erkennen, dafür verwischt der TAA-Filter oftmals einige Details. Leider läuft der Benchmark von FFXV nicht immer gleich ab und daher driftet der Timecode auch immer weiter auseinander.

Noch einmal betonen möchten wir, dass nur DLSS 1x derzeit aktiv ist. Dabei handelt es sich um die Variante, die mit einer geringeren Auflösung rendert und dann ein Upscaling vornimmt.