Seite 1: Cyberpunk 2077 mit Raytracing-Effekten und DLSS im Test

cyberpunk 2077Eines der am meisten erwarteten Spiele dieses Jahres ist erschienen. An Cyberpunk 2077 werden große Erwartungen gestellt. Ob es diese inhaltlich und im Gameplay erfüllen kann, werden wir in diesem Artikel nicht klären. Dafür aber schauen wir uns die Technik an. Besonders die Raytracing-Effekte werden dabei eine zentrale Rolle spielen.

Für Cyberpunk 2077 hat das Entwicklerstudio die hauseigene REDengine-4-Engine verwendet. Der Vorgänger REDengine 3 wurden als reine 64-Bit-Software entwickelt und kam unter anderem auf der PlayStation 4 sowie der Xbox One zum Einsatz. Die prominenteste Anwendung aber war sicherlich The Witcher 3: Wild Hunt. Zum damaligen Zeitpunkt kamen moderne Rendering-Technologien wie volumetrische Effekte, Partikeleffekte, hochauflösende Texturen und Tessellation zum Einsatz. Die REDengine-4-Engine wurde weiter verbessert und ist zu DirectX 12 Ultimate kompatibel. Daher unterstützt die Engine Raytracing-Effekte, Variable Rate Shading, Mesh Shader und das Sampler Feedback.

Ein besonderer Fokus soll in der Folge auf den Raytracing-Effekten liegen. Dabei werden verschiedenen Effekte per Raytracing berechnet. Darunter sind die Ray-Traced Reflections, sodass für spiegelnde bzw. reflektierende Oberflächen eine physikalisch korrekte Darstellung von Reflexionen berechnet wird. Je nach Komplexität bzw. Größe der Oberflächen werden dabei aber auch nur bestimmte Bereiche per Raytracing berechnet und der Rest per Denoising entrauscht. Diese Technik kennen wir schon vom Anfang der DXR-Einführung – beispielsweise in Battlefield V.

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Kommen wir zunächst zu den Einstellungen, die uns Cyberpunk 2077 über das Menü bietet:

Zunächst einmal kann natürlich die Auflösung gewählt werden. Zudem ist eine Darstellung im Fenster- oder Vollbildmodus möglich. Das V-Sync lässt sich ebenso deaktivieren, wie eine FPS-Beschränkung.

Über verschiedene Presets kann die Grafikqualität in groben Stufen ausgewählt werden. Wir sich nicht mit jeder Einstellung einzeln beschäftigen möchte, kann darüber eine schnellere Auswahl treffen. Wer möchte, kann aber auch jede Option in den unterschiedlichen Details festlegen. Meist jeweils noch einmal unterteilt, kann die Qualität der Schattendarstellung festgelegt werden, aber auch Partikeleffekte wie Rauch und Wolken können in ihrer Komplexität ausgewählt werden. Zudem gibt es Einstellungen für die Screen Space Reflexionen, also die klassische Darstellung von Reflexionen, die wir noch im Einsatz sehen werden. Im letzten Teil der erweiterten Einstellungen kann der Spieler Einfluss auf den Detailgrad von Objekten nehmen.

Ganz unten befinden sich die Einstellungen für die Raytracing-Effekte und das DLSS. Beides steht nur dann zur Verfügung, wenn eine GeForce-RTX-Grafikkarte verbaut ist. Das DLSS ist ohnehin eine NVIDIA-Technik und kann von AMD nicht genutzt werden. Das Raytracing hingegen wird von den Radeon-RX-6000-Karten unterstützt, allerdings will CD Project Red dies erst mit einem Patch nachliefern. Wir werden uns diese Option also zu einem späteren Zeitpunkt mit den Radeon-Karten noch einmal anschauen müssen.

Wer eine GeForce-RTX-Karte der 20 oder 30-Series besitzt, kann in den Raytracing-Effekten noch verschiedene Abstufungen wählen. So werden Reflexionen damit berechnet, aber auch Schatten und die gesamte Beleuchtungssituation. Alle Raytracing-Effekte haben einen unterschiedlich großen Einfluss auf die Darstellung und Leistung, sodass jeder hier die für sich idealen Einstellungen finden kann. Zudem gibt es für alle Effekte übergreifend Detailgrade von Mittel, Ultra und Psycho.

Voreinstellungen

Zunächst einmal wollen wir uns die Darstellungsqualität der verschiedenen Presets anschauen, aber auch welchen Einfluss sie auf die Leistung haben.

In der Voreinstellung "Niedrig" fehlt es an sämtlichen Schatten und auch die Texturen liegen in der niedrigen Qualitätsstufe vor. Mit "Hoch" kommen dann zumindest die Schatten hinzu, was der gesamten Szene deutlich mehr Tiefe verleiht. Auch wirken die Texturen nun nicht mehr so verwaschen. Beim Wechsel auf "Ultra" wird die Umgebungsverdeckung um eine weitere Stufe erhöht, was zusätzliche Schatten erscheinen lässt, die wiederum für mehr Realismus in der Darstellung sorgen. In "Ultra" haben die Objekte auch ihre höchste Detailstufe erreicht und die Texturen liegen in der höchsten Qualität vor.

Die Auswirkungen auf die Leistung sehen wie folgt aus:

Cyberpunk 2077 - Qualitäts-Presets

3.840 x 2.160 - Raytracing Aus

Bilder pro Sekunde
Mehr ist besser

Von "Niedrig" auf "Ultra" verliert eine GeForce RTX 3080 in etwa die Hälfte ihrer FPS, wobei die ersten Schritte auf "Mittel" und "Hoch" noch am größten sind. Eine Radeon RX 6800 XT bringt von "Niedrig" auf "Ultra" auf 45 % ihrer Ausgangs-FPS ein, was kein allzu großer Unterschied zu NVIDIA ist, aber man sieht hier schon, dass die GeForce RTX 3080 etwas schneller als die Radeon RX 6800 XT ist. Je nach Hardware muss man in den Vorstellungen abwägen, was einem wichtiger ist und inwieweit man geringere FPS in Kauf nimmt. Ab "Hoch" würden wir die Darstellungsqualität als ausreichend gut bezeichnen. Alles darunter ist aus Sicht der Qualität nicht zu empfehlen.

Raytracing-Vergleiche

Als nächstes schauen wir uns das optische Hightlight von Cyberpunk 2077 an und dies sind sicherlich die Raytracing-Effekte. Zunächst einmal gehen wir dabei auf direkte Vergleiche zwischen der Darstellung ohne jegliche Raytracing-Effekte und der "Ultra"-Darstellung ein.

Im ersten Vergleich sieht man die Darstellung auf einer reflektierenden Oberfläche wie einer Motorhaube. Besonders zur Nachtzeit spiegelt sich in Night City natürlich die Umgebung im polierten Lack. Per Screen Space Reflections werden Lichtquellen nur unscharf angedeutet. Per Raytracing hingegen wird die Umgebung in der Reflexion korrekt berechnet.

Im zweiten Vergleich sind gleich mehrere Effekte zu sehen, die per Raytracing berechnet werden. Dazu gehört natürlich die Reflexion in der Pfütze auf dem Boden. Aber auch die Beleuchtung der sonstigen Objekte in der Gasse bzw. die Darstellung der Schatten ist durch das Raytracing natürlich deutlich realistischer.

Im Detail am Beispiel einer Pfütze wird die Berechnung der Reflexionen per Raytracing natürlich besonders deutlich sichtbar. Die Screen Space Reflections sind schon recht gut und deuten zumindest einen gewissen Realismus an, es fehlt ihnen aber an Details und aus technischer Sicht können sie auch das darstellen, was im Frame gerendert wird und damit als Informationen vorliegt. "Um die Ecke" kann daher schon zur Hürde werden, wenngleich Entwickler fixe Hintergrund-Boxen verwenden können, die dann für die Screen Space Reflections verwendet werden.

Ein Beispiel für die Schatten- und Umgebungslichtverdeckung zeigt sich am besten, wenn viele Objekte scheinbar wahllos herumstehen und herumliegen. Eine nicht per Raytracing ausgeführte Berechnung des Lichteinfalls und Schattens kann dazu führen, dass eigentlich abgedunkelte Objekte zu hell dargestellt werden und eventuell per Umgebungslicht aufgehellte Objekte zu dunkel. Per Raytracing werden beide Fälle in gewisser Weise korrigiert, weil sie physikalisch korrekt angewendet werden. Dies verleiht den Szenen häufig mehr Realismus, da die Objekte nicht mehr wie künstlich dort positioniert wirken.

Eine Neonröhre strahlt ein Licht ab, welches auch die Umgebung beleuchtet. Mit klassischen Techniken lässt sich dies natürlich auch ohne ein Raytracing anwenden (siehe links), im Falle dieses Vergleiches aber fällt auf, dass beispielsweise die Tür unter dem Neonlicht viel zu hell dargestellt wird und keine korrekte Umgebungslichtverdeckung stattfindet. Per Raytracing ist dies der Fall und auch nur das lila Licht der Röhre findet sich an der Tür wieder.

Nasse, metallische und grundsätzlich reflektierende Gegenstände und Oberflächen sind natürlich in der Darstellung der Reflexionen am einfachsten darzustellen. Hier sehen wir den Vergleich eines nassen Flures, bei dem einige Objekte in den Reflexionen zunächst gar nicht wiederzufinden sind und erst mithilfe des Raytracings sichtbar werden. Anhand des Automaten und dessen Darstellung der Reflexionen kann man auch wieder gut die Tricks der Screen Space Reflections erkennen, denn natürlich wird das Objekt auch in der Reflexion dargestellt, anders als es sich in Wirklichkeit darstellt. Erst das Raytracing zeigt die korrekte Darstellung.

Wie auch schon bei Watch Dogs Legions lebt das Raytracing von bestimmten Situationen wie eben starken Lichtquellen und reflektierenden Oberflächen, wie hier im Falle einer Tiefgarage. Zwar simulieren die Screen Space Reflections auch hier einige Lichtquellen und auch die Fahrzeuge auf dem Boden. Aber erst durch das Raytracing erfolgt auch hier eine vollumfängliche und physikalisch korrekte Darstellung. So auch für das letzte Beispiel:

Aber natürlich haben die Raytracing-Effekte einen Einfluss auf die Leistung:

Cyberpunk 2077 - DXR-Presets

2.560 x 1.440 - Hoch

Bilder pro Sekunde
Mehr ist besser

Um mindestens 50 % brechen die FPS durch das Zuschalten aller Effekte ein. Natürlich lassen sich hier auch Abstufungen vornehmen, wenn man beispielsweise nur die Reflexionen sehen möchte oder nur die korrekte Darstellung von Licht und Schatten. Wir haben hier aber alle drei Raytracing-Effekte aktiviert und per Qualitätseinstellung für die Beleuchtung und die Schatten die jeweiligen Einstellungen gewählt.

Zwischen den Schritten "Mittel" und "Ultra" sind die Leistungsunterschiede gar nicht so groß. Anders sieht dies aus, wenn man "Psycho" auswählt. Hier reicht dann auch eine GeForce RTX 3080 nicht mehr für eine flüssige Darstellung aus.

Deep Learning Super Sampling

Cyberpunk 2077 unterstützt das KI-unterstützte Upscaling Deep Learning Super Sampling. NVIDIA liefert die Frames inzwischen in einer Qualität aus, die das nativen Rendering übertreffen kann. Aber für das DLSS gibt es eben auch verschiedene Qualitätseinstellungen, in denen der Spieler zwischen Leistung und Darstellungsqualität abwägen muss. Auch hier beginnen wir mit einem Vergleich der Darstellungsqualität:

Zur Darstellungsqualität des DLSS können wir nur das wiederholen, was wir seit den Verbesserungen für DLSS 2.0 immer wieder sagen: DLSS auf "Qualität" liefert eine Darstellungsqualität, welche keinerlei Nachteile gegenüber dem nativen Rendering bietet. Vor allem in der Bewegung eines Videospiels sind keinerlei Nachteile zu erkennen.

Ab "Ausgeglichen" und vor allem für "Performance" und "Ultra-Performance" gibt es dann einige Unterschiede in der Darstellung und damit Qualitätseinbußen.

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Ab "Performance" kommt es unter anderem zu Fehldarstellungen und ein Flimmern durch temporale Funktionen innerhalb des DLSS. Diese sind natürlich extrem störend, da sie einem immer wieder ins Auge fallen, wenn man sie einmal gesehen hat.

Cyberpunk 2077 - DLSS-Presets

3.840 x 2.160 - Ultra - GeForce RTX 3080 FE

115.0XX


91.3XX
96.8XX


82.5XX
84.8XX


72.9XX
74.2XX


63.9XX
45.3XX


39.1XX
Bilder pro Sekunde
Mehr ist besser

Ausgehend von etwa 45 FPS für eine Darstellung in 4K mit Ultra-Einstellungen und den Raytracing-Effekten, erreicht eine GeForce RTX 3080 ohne das DLSS also gerade so eine spielbare Leistung. Aber diese 45 FPS werden den meisten schon zu wenig sein. Mit DLSS auf "Qualität" werden die FPS bereits um 64 % verbessert. Auf ein "Ausgeglichen" eingestellt, werden die ursprünglichen FPS bei diesen Einstellungen ohne Raytracing-Effekte erreicht. Das Zuschalten dieser wird also hier in gewisser Weise schon fast wieder kompensiert. Die "Performance"-Einstellung verdoppelt die FPS und "Ultra-Performance" ist eigentlich nur dann interessant, wenn 5K oder noch höhere Auflösungen zum Einsatz kommen, die dennoch flüssig laufen sollen.

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