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Battlefield V berechnet 15 bis 40 % der Szene mit Ray Tracing

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battlefieldvUnsere Tests zu Battlefield V mit aktiver RTX-Unterstützung über die DXR-Schnittstelle haben eines aufgezeigt: Die per Ray Tracing simulierten Reflexionen sind ein grafisch beeindruckend, fordern aber in etwa 50 % an Leistung und reduzieren die FPS entsprechend deutlich.

Das es sich um eine recht frühe Implementierung handelt, wurde aber ebenso offensichtlich. Teilweise verhalten sich per Ray Tracing berechnete Reflexionen wie Screenspace Reflections und werden außerhalb des Blickfeldes des Spieler ausgeblendet. Zudem sind die DXR-Qualitätseinstellungen zwischen "Niedrig" und "Ultra" offenbar noch fehlerbehaftet und funktionieren nach einem Wechsel der Einstellungen nicht richtig.

Etwas Licht ins Dunkel der technischen Umsetzung gibt ein Interview mit Rendering Engineer Yasin Uludağ, der bei DICE rund ein Jahr mit der Umsetzung der Ray-Tracing-Effekte beschäftigt war. Die DXR-Qualitätseinstellungen haben in gleich zweierlei Hinsicht Einfluss auf die Darstellung der Effekte.

1. Je nach Einstellung wird nur ein bestimmter Prozentsatz des Frames per Ray Tracing berechnet.
2. Je nach Einstellung werden Oberflächen erst ab einem bestimmten Reflexionsverhalten mit in die Berechnungen einbezogen.

Aufgeschlüsselt verhalten sich die DXR-Qualitätseinstellungen wie folgt:

  • Niedrig: 15 % der Auflösung werden als Rays im Ray Tracing berechnet. Glatte Oberflächen ab dem Faktor 0,9 und weniger werden nicht mehr berechnet.
  • Mittel: 23.3 % der Auflösung werden als Rays im Ray Tracing berechnet. Glatte Oberflächen ab dem Faktor 0,9 und weniger werden nicht mehr berechnet.
  • Hoch: 31,6 % der Auflösung werden als Rays im Ray Tracing berechnet. Glatte Oberflächen ab dem Faktor 0,5 und weniger werden nicht mehr berechnet.
  • Ultra: 40 % der Auflösung werden als Rays im Ray Tracing berechnet. Glatte Oberflächen ab dem Faktor 0,5 und weniger werden nicht mehr berechnet.

Der Gleichmäßigkeitsfaktor, im englischen smoothness, ist für ein 3D-Rendering bzw. die Eigenschaft einer Oberfläche zwischen 0,0 und 1,0 festgelegt. 0,0 entspricht einer extrem matten Oberfläche, 0,2 könnte eine trockene Straße mit Asphaltoberfläche darstellen und 1,0 stellt einen Spiegel dar.

Über eine Schwelle im Gleichmäßigkeitsfaktor legt DICE also die Anzahl der Oberflächen fest, die überhaupt für ein Ray Tracing mit einbezogen werden. Der Vergleich zwischen den niedrigsten und höchsten DXR-Einstellungen zeigt die unterschiedlich große Anzahl an Oberflächen, die berechnet werden:

Weitaus wichtiger aber ist die Festlegung der Anzahl an berechneten Rays über die das prozentuale Verhältnis zur Auflösung. Gehen wir von 40 % im Ultra-Preset für die DXR-Qualitätseinstellungen aus, sind dies bei UHD (3.840 x 2.160 Pixel) in etwa 3,3 Millionen Rays die berechnet werden müssen.

Komplexität der Ray-Tracing-Berechnungen
DXR-Einstellung NiedrigMittelHochUltra
1.920 x 1.080 311.040 Rays484.148 Rays655.257 Rays830.000 Rays
2.560 x 1.440 552.960 Rays858.931 Rays1.164.902 Rays1.474.560 Rays
3.840 x 2.1601.244.160 Rays1.932.592 Rays2.6.21.030 Rays3.317.760 Rays

Je nach verwendeter Auflösung und DXR-Qualitätseinstellung müssen also unterschiedlich viele Rays berechnet werden. Im Falle von UHD sprechen wir von weit mehr als 1 Million Rays. Die Einschränkungen in dieser Hinsicht zeigen sich auch in Battlefield V, womit nicht die Leistung als solches gemeint ist, sondern das Rauschen, welches je nach Verhältnis der mit Reflexionen bedachten Oberflächen unterschiedlich stark ausfällt.

Am Beispiel einer Wasseroberfläche, die mehr als die Hälfte des Bildschirms abdeckt, wird dies am deutlichsten. Hier sollen eigentlich die Tensor Cores die nicht berechneten Pixel ausfüllen. Dies ist aber auch nur in einem gewissen Umfang möglich und scheitert bei zu vielen Rays, die nicht berechnet werden können. Besonders der Bereich des Wassers unterhalb der beiden Kräne zeigt ein extremes Rauschen.

Möglichkeiten und Grenzen des Ray Tracing

Eines wollen wir vorweg festhalten: Die Spiegelungen und Reflexionen heben Battlefield V auf ein neues visuelles Level. Auch ohne die DXR-Effekte sieht Battlefield V schon sehr gut aus. Die Frage, die sich stellt ist, ob die Reflexionen und Spiegelungen auch unmittelbar wahrnehmbar sind. Doch diese Frage kann man sich bei vielen grafischen Effekten stellen und am Ende müssen alle Effekte und Techniken ein Gesamtbild erzeugen – einzelne Effekte müssen und sollen nicht herausstechen. Den optischen Unterschied in den einzelnen Szenen haben wir in einem anderen Artikel herausgestellt.

Battlefield V zeigt also die Möglichkeiten der DXR-Effekte, es zeigt auch die aktuellen Grenzen der Technik auf, die vor allem auf die Hardware zurückzuführen sind. Nicht nur kann das System mit aktiven DXR-Effekten nur noch etwa halb so viele Bilder pro Sekunde berechnen, auch sind die Einschränkungen in der DXR-Qualität noch recht groß. Diese Einschränkungen betreffen die Objekte bzw. Oberflächen die per Ray Tracing abgedeckt werden, aber auch die gesamte Anzahl an Rays pro Frame, die berechnet werden können. Dabei sprechen wir noch immer davon, dass pro Pixel nur ein Sample berechnet wird. Wünschenswert wären sicherlich mehrere Samples pro Pixel, doch hier kommen eben die Limitierungen der Hardware ins Spiel.

Wir sprechen von einem klassischen Erste-Generation-Problem. DXR beschränkt sich derzeit auf Teilbereiche eines Ray Tracings und selbst dann sind nicht alle Beleuchtungseffekte umgesetzt. Battlefield V beschränkt sich auf Reflexionen und Spiegelungen, Metro Redux wird die Global Illumination in den Fokus rücken. Kein Spiel wird in der ersten Generation alle per DXR möglichen Effekte umsetzen können – zumindest erscheint dies angesichts der Leistung derzeit nicht möglich.

In den kommenden Monaten wird sich entscheiden, wohin der Weg für DXR/RTX führen wird. NVIDIA wird sicherlich an seiner Hardware-Strategie festhalten und auch eine Post-Turing-Architektur mit RT und Tensor Cores ausstatten. Ob die Leistung dann ausreichend sein wird, um auch Spiele bei 3.840 x 2.160 Pixel mit hohen DXR-Einstellungen spielen zu können, bleibt abzuwarten, da die Spieleentwickler sicherlich auch mehr und mehr DXR-Effekte einbauen wollen. Die aktuellen Abwägungen zwischen DXR-Qualität und der vorhandenen Hardwareleistung werden uns also noch einige Zeit begleiten.