CONTROL Resonant

Benchmarks und Screenshot-Vergleiche mit Pathtracing

Kommende Woche wird CONTROL Resonant für die PlayStation 5, Windows und Xbox Series X/S erscheinen. Resonant ist der Nachfolger des 2019 erschienen ersten Teils des Action-Rollenspiels von Remedy Entertainment.  Genau wie der erste Teil, ist auch Resonant für NVIDIA ein Technology Showcase der neuesten Technologien. Wir haben das Spiel mit den aktuellen Karten von AMD und NVIDIA getestet und schauen uns zugleich an, welche Auswirkungen die neuesten Techniken auf die Leistung haben.

NVIDIA und Remedy Entertainment kombinieren in der PC-Version von CONTROL Resonant eine vollständig pfadbasierte Beleuchtung (Pathtracing) mit verschiedenen DLSS-Techniken. Pathtracing verbessert die Darstellung von Licht und Schatten sowie die Detailtreue der Umgebung. DLSS Ray Reconstruction optimiert die Bildqualität der pfadbasierten Beleuchtung.

Für eine höhere Bildrate kommen DLSS Super Resolution, DLSS Frame Generation und DLSS 4.5 Dynamic Multi Frame Generation zum Einsatz. DLAA ermöglicht alternativ eine Kantenglättung ohne Upscaling und zielt damit auf eine verbesserte Bildqualität bei nativer Auflösung.

​Pathtracing und DLSS Ray Reconstruction

Path Tracing verfolgt Licht durch mehrere Wechselwirkungen innerhalb einer Szene und verbessert dadurch die Konsistenz der direkten und indirekten Beleuchtung. In CONTROL Resonant profitieren insbesondere die detaillierten Umgebungen, die Beleuchtung, reflektierende Materialien und die übernatürlichen Effekte von einer einheitlichen pfadbasierten Darstellung.

Per Pathtracing berechnete Reflektionen erfassen auch Bildinformationen außerhalb des aktuellen Kameraausschnitts, die bei Screen-Space Reflections fehlen können. Dadurch lassen sich unter anderem zusätzliche Details an der Karosserie, den Fenstern, der Straße und den umliegenden Gebäuden darstellen.

Die per Pathtracing berechneten Schatten berücksichtigen die Größe, Position und Richtung der jeweiligen Lichtquelle. Dadurch verändern sich die geworfenen Schatten, abhängig von den Beleuchtungsbedingungen. In der Außenszene sind unter anderem deutlichere und konsistentere Schatten an den modularen Strukturen.

DLSS Ray Reconstruction ist eine auf neuronalen Netzen basierende Rendering-Technik für alle GeForce-RTX-Karten. Sie verbessert die Bildqualität in Spielen mit Raytracing und Pathtracing, indem sie die herkömmlichen, manuell abgestimmten Denoiser ersetzt.

Das Verfahren rekonstruiert Bildinformationen in Bereichen, in denen aufgrund der begrenzten Anzahl an Strahlen nicht genügend Samples vorliegen. Dafür kommt ein auf NVIDIA-Supercomputern trainiertes KI-Modell zum Einsatz. Ray Reconstruction kombiniert die Entrauschung mit Super Resolution in einem Modell und analysiert sowohl zeitliche als auch räumliche Informationen der Rendering-Engine. Ziel sind schärfere, stabilere und detailreichere Bilder.

DLSS 4.5 Ray Reconstruction verwendet ein Transformer-Modell der zweiten Generation, das gegenüber der vorherigen Modellgeneration eine verbesserte Bildqualität bei Raytracing- und Pathtracing-Darstellungen ermöglichen soll. Einen ausführlichen Test zu DLSS 4.5 Ray Reconstruction ist an dieser Stelle zu finden.

Besonders bei feinen Geometrien, reflektierenden Oberflächen, zuvor verdeckten Bildbereichen, bewegten Lichtquellen und schnellen Kamerabewegungen soll sich die Technik durch eine präzisere Beleuchtung, höhere zeitliche Stabilität und eine verbesserte Detaildarstellung auszeichnen.

Screenshot-Vegleiche

Den Anfang machen wir mit ein paar Screenshot-Vergleichen, welche die Darstellung ohne und mit Ray- bzw. Pathtracing-Effekten zeigen. Im Bildvergleich findet ihr die Darstellung ohne Path/Raytracing links und mit dann jeweils rechts.

Bildvergleich

Bildvergleich

Mit aktiviertem Raytracing werden insbesondere die Schatten der Stahlkonstruktion auf der Dachfläche deutlich präziser und detaillierter dargestellt. Während die Schatten im oberen Screenshot ohne Raytracing vergleichsweise weich und weniger ausgeprägt erscheinen, zeichnen sich im unteren Screenshot die diagonalen und horizontalen Streben mit klareren Konturen auf dem Dach ab. Auch die Schatten im Bereich der Lüftungsanlage und der beiden schwarzen Rohre sind stärker ausgeprägt. Dadurch entsteht eine differenziertere Lichtverteilung zwischen den direkt beleuchteten und den abgeschatteten Bereichen. Die komplexe Stahlkonstruktion erzeugt mit aktiviertem Raytracing ein deutlich detaillierteres Schattenbild, das die räumliche Wirkung der Szene verbessert. Die Beleuchtung der umliegenden Gebäude und der starke Sonneneinfall bleiben dagegen in beiden Varianten grundsätzlich vergleichbar. 

Bildvergleich

Bildvergleich

Bildvergleich

Bildvergleich

Die Unterschiede zeigen sich vor allem bei reflektierenden und indirekt beleuchteten Oberflächen. Am deutlichsten wird das auf der nassen Fahrbahn: Unter den Füßen des Charakters ist im Raytracing-Bild eine klar erkennbare Spiegelung der Beine im Asphalt zu sehen, während dieser Bereich ohne Raytracing eher als diffuser, konturloser dunkler Fleck wirkt. Ein ähnliches Muster zeigt sich bei der Pfütze neben dem NYPD-Streifenwagen, wo die Spiegelung von Fahrzeug und Umgebung mit aktiviertem Raytracing schärfer und geometrisch stimmiger ausfällt.

Auch der brennende, verunfallte Wagen am linken Bildrand wird unterschiedlich dargestellt: Ohne Raytracing breitet sich der orangefarbene Feuerschein stärker aus und erzeugt sowohl auf der Karosserie als auch auf der Fahrbahn ein sichtbar diffuses Glühen. Mit Raytracing wirkt dieses Licht kontrollierter und stärker auf seine Quelle begrenzt, ohne das ausgeprägte Ausbluten in die Umgebung.

An der Backsteinwand hinter dem Streifenwagen zeichnet sich im Raytracing-Bild zudem ein Schlagschatten ab, der von einer schwebenden Figur oberhalb des Bildausschnitts auf die Mauer geworfen wird. Im Bild ohne Raytracing fehlt dieser Schatten praktisch vollständig. Das spricht für eine genauere Schattenberechnung auch für Lichtquellen beziehungsweise Schattenwerfer außerhalb des direkten Kamerablickfelds.

Schließlich wirkt die helle Gebäudefassade oben rechts im Raytracing-Bild etwas wärmer und stärker abgestuft beleuchtet, was auf zusätzliche indirekte Lichtreflexion zwischen den Häuserfronten hindeutet, während sie ohne Raytracing flacher und gleichmäßiger erscheint. Im rechten Bildbereich ist außerdem im Raytracing-Bild eine zusätzliche stehende Figur an der Absperrung zu erkennen, die im anderen Bild fehlt – dieser Unterschied dürfte allerdings eher auf einen leicht abweichenden Aufnahmezeitpunkt als auf die Grafikeinstellung selbst zurückzuführen sein.

Upscaling: FSR gegen DLSS

CONTROL Resonant verwendet die aktuelle Umsetzung von DLSS und bietet zudem auch die Unterstützung von FSR. Allerdings haben die Entwickler von Remedy nur ein FSR 4.1 umgesetzt. In Anbetracht der engen Zusammenarbeit mit NVIDIA ist dies nicht weiter verwunderlich, man muss es aber im Hinterkopf haben.

Es folgen zwei Screenshotvergleiche, rechts die Darstellung mittels FSR und rechts mit DLSS.

Bildvergleich

FSR (Qualität) / DLSS (Qualität)

Bildvergleich

FSR (Leistung) / DLSS (Leistung)

Vor allem bei den feinen Strukturen, wie den Antennen auf den Hausdächern ist zu erkennen, dass diese mit FSR fehlen oder nicht vollständig angezeigt werden. Mit DLSS bleiben diese Details erhalten.

Im Video noch besser zu erkennen, ist die temporale Stabilität:

Es gilt hier besonders auf die feinen Strukturen wie Zäune, Geländer und Kabel zu achten, die bereits mit FSR (Qualität) deutlich flimmern, in FSR (Leistung) noch viel stärker. Mit DLSS tritt diese temporale Instabilität nicht auf. Einmal gesehen, fallen die Probleme in der Darstellung für FSR immer stärker auf.

Benchmarks

Alle Benchmarks haben wir auf folgendem Testsystem ausgeführt:

• AMD Ryzen 7 9800X3D (Test)
• ASUS ROG Strix X870E-E Gaming WIFI (Test)
• G.Skill DDR5-6000 CL28 (Test)
• Seasonic Prime TX-1600 ATX 3.0
• Noctua NH-D15 G2 LBC (Test)

Als Treiber verwendet wurde der GeForce 616.92 und Adrenalin 26.9.1.

Den Anfang machen die Standard-Tests mit diversen Karten mit den Voreinstellungen "Hoch" und den Raytracing-Einstellungen ebenfalls auf "Hoch".

Ohne jegliche Unterstützung jeglicher Upsampling- und FG-Technologien zeigt sich ein recht eindeutiges Bild: Die GeForce-RTX-Karten haben die Nase klar vorn. Dies mag auch an den gewählten Presets liegen, denn mit "Hoch" und "Raytracing: Hoch" sind die Anforderungen schon recht hoch. Zugleich aber wird hier offengelegt, dass die Upsampling- und FG-Technologien in CONTROL Resonant viel Potenzial bieten.

Beim Vergleich der Presets zeigt sich: Bei den niedrigen Voreinstellungen (Handhelds und Niedrig) kann die Radeon RX 9070 XT noch halbwegs mithalten, geht es jedoch in die höheren Voreinstellungen, kann sie nicht mehr mithalten und liefert nur noch 60 % der FPS einer GeForce RTX 5080. Festhalten muss man auch, dass die Handheld-Voreinstellung bei AMD für das Raytracing kein Ultra-Preset vorsieht und diese daher auf Hoch verbleiben.

Der Abstand in der Rohleistung setzt sich auch mit den Upsampling-Technologien DLSS und FSR fort. Die GeForce-Karten liefern mit dem jeweiligen Preset deutlich mehr FPS.

Neben dem Upsampling per DLSS stellt Frame Generation eine Möglichkeit dar, die FPS zu erhöhen. Der Einfluss der Latenzen wird größtenteils schon damit kompensiert, dass durch die höheren FPS die Latenzen sogar reduziert werden können. Das einfache Frame Generation (Faktor 2x) bietet die geringsten Latenzen. Über die Stufen bis MFG 6x erhöht sich die Latenz nur in einem sehr geringen Maße.

Fazit: Sichtbar aufwendiger, aber mit hohen Hardware-Anforderungen

CONTROL Resonant zeigt in den vorliegenden Vergleichen, dass Raytracing und insbesondere Pathtracing die Darstellung in mehreren Bereichen sichtbar verbessern können. Die präziseren Schatten, die detaillierteren Spiegelungen auf nassen Oberflächen, die kontrolliertere Darstellung von Lichtquellen und die Berücksichtigung indirekter Beleuchtung sind konkrete Vorteile gegenüber der Darstellung ohne Strahlenberechnung. Die Unterschiede fallen vor allem bei komplexen Szenen und reflektierenden Materialien auf. Gleichzeitig bleibt die grundlegende Beleuchtung in einigen Bereichen vergleichbar, sodass nicht jede Szene gleichermaßen stark von den zusätzlichen Effekten profitiert. 

Bei der Leistung zeigt sich dagegen ein deutlich anderes Bild. Die nativen Benchmarks mit aktivierten Raytracing-Effekten stellen hohe Anforderungen an die getesteten GPUs. NVIDIA erreicht in den vorliegenden Tests sowohl in Full HD als auch in höheren Auflösungen höhere Bildraten als AMD. Auch mit aktiviertem Upscaling bleibt dieser Abstand bestehen. Besonders bei hohen Grafik-Presets und der Kombination aus hoher Auflösung und Raytracing zeigt die Radeon RX 9070 XT deutlich niedrigere Bildraten als die GeForce RTX 5080. 

Die Unterschiede zwischen DLSS und FSR betreffen zudem nicht nur die Performance. In den gezeigten Screenshots bleiben mit DLSS feine Strukturen erhalten, während FSR 2 bei Antennen, Zäunen, Geländern und Kabeln sichtbare Probleme bei der Darstellung zeigt. Gerade bei bewegten Bildinhalten kann die temporale Instabilität von FSR die wahrgenommene Bildqualität beeinflussen.

CONTROL Resonant ist ein anspruchsvolles Beispiel für den Einsatz moderner Rendering-Techniken. Die Kombination aus Pathtracing, DLSS Ray Reconstruction, Super Resolution und Frame Generation ermöglicht eine hohe visuelle Qualität, verlangt aber gleichzeitig leistungsfähige Hardware. Die Benchmarks verdeutlichen, dass NVIDIA bei der nativen Leistung und bei den eingesetzten DLSS-Technologien in den getesteten Szenarien einen deutlichen Vorsprung gegenüber AMD erreicht.

Für die praktische Nutzung bedeutet dies, dass bei hohen Auflösungen und aktivierten Raytracing-Effekten der Einsatz von Upscaling und Frame Generation eine wichtige Rolle spielt. Die Wahl zwischen den verschiedenen Darstellungsmodi bleibt damit eine Abwägung zwischen Bildqualität, Leistung und den jeweils verfügbaren Hardware- und Softwarefunktionen.