Einleitung
„Es gibt mehr als nur MSAA!“ Ein Satz, der bei vielen Unverständnis hervorruft, von anderen einfach nur ignoriert wird. Doch einige Spieler sowie 3D-Enthusiasten verteidigen die Kantenglättung abseits des Multi-Sampling-AA, die die Hersteller ATi und Nvidia sowohl offiziell als auch inoffiziell den Kunden bereitstellen. Zu MSAA gehören das bekannte und meistens genutzte 4xAA sowie 2xAA und 8xAA. Aber es gibt auch andere Methoden, die zwar nicht immer reibungslos funktionieren, doch desöfteren durchaus eine bessere Bildqualität mit sich bringen.
Da sich MSAA bei ATi und Nvidia ähnelt und entsprechend vergleichbare Ergebnisse liefert, wird es zudem in den meisten Grafikkarten-Reviews verwendet – auch bei ComputerBase. Denn alle anderen Modi erzeugen eine andere Bildqualität und somit auch eine andere Performance, weswegen man die Methoden nicht direkt gegeneinander stellen kann.
Viele Kunden blicken im Walde der AA-Modi stehend gar nicht mehr durch und verzichten freiwillig. Aus diesem Grund wollen wir uns die diversen Kantenglättungseinstellungen einmal genauer anschauen und untersuchen, welche davon tatsächlich besser als das altgediente MSAA sind und welche man lieber meiden sollte. Oder führt doch kein Weg an MSAA vorbei?
Dies werden wir auf den folgenden Seiten klären. Dabei geht es uns jedoch nicht um technische Feinheiten und die Frage, wie genau welcher Modus funktioniert. Wir wollen uns auch die Bildqualität und die Performance genauer anschauen.
Anti-Aliasing im Überblick
MSAA, TMSAA, TSSAA, AAA, CSAA, Edge-Detection, Hybrid-AA sowie SSAA werden auf den nächsten Seiten das Thema dieses Artikels sein. Wer mit diesen Kürzeln nichts anzufangen weiß, braucht allerdings nicht hilflos aufzugeben, da wir sämtliche AA-Modi im Folgenden etwas genauer erläutern werden und unzählige Screenshots zur Verdeutlichung angefertigt haben. Zuerst müssen wir allerdings noch anmerken, dass alle Anti-Aliasing-Einstellungen abseits des MSAA zwischen ATi und Nvidia nicht mehr direkt vergleichbar sind und die ATi-Karten völlig andere Ergebnisse als die Nvidia-Modelle liefern. Es fällt also schwer bis unmöglich, die Grafikchipspezialisten untereinander zu vergleichen.
Zudem sind viele Qualitätseinstellungen nur in Anwendungen sinnvoll nutzbar, die generell sehr hohe Bildwiederholraten bieten, da die zusätzliche Kantenglättung ansonsten das Spiel zu einer Ruckelorgie verkommen lässt. Dementsprechend haben wir uns mit F.E.A.R., Oblivion, Rainbow Six Vegas sowie Unreal Tournament 3 auch einige etwas ältere Spiele ausgesucht. Die neuen Titelkandidaten sind Fallout 3, Left 4 Dead und Race Driver Grid, die allesamt recht CPU-limitiert und somit für eine hochwertige Kantenglättung prädestiniert sind.
ATi-Grafikkarten
Bei ATi und Nvidia ist das Multi-Sampling-AA das wichtigste Verfahren und erhält die größte Aufmerksamkeit seitens der Herstellern. Auf der Seite von ATi gibt es auf einer modernen GPU 2xAA, 4xAA und 8xAA, die alle auf derselben Technologie basieren. Einzig die Anzahl der Geometrie-Samples und deren Anordnung sind verschieden. So basiert 8xAA auf einem „Sparse-Grid“-Muster, bei dem die Samples mehr oder weniger völlig frei verteilt sind. 2xAA sowie 4xAA sind dagegen „Rotated-Grid“. Alle Samples sind in den beiden Mustern um dieselbe Gradzahl gedreht.
Interessanter ist der Blick zum Adaptive Anti-Aliasing, kurz AAA, das nicht nur die Geometrie, sondern auch Alpha-Test-Texturen glättet. Alpha-Test-Texturen verfügen über einen Alpha-/Transparent-Kanal, sind also (teilweise) durchsichtige Textur. Vor allem für Gräser, Blätter sowie Zäunen wird diese Technologie gerne genutzt, die vom normalen MSAA nicht erfasst werden kann. AAA kann die Alpha-Test-Texturen hingegen erkennen und sie bearbeiten, wodurch ein hässliches Flimmern verschwindet. Allerdings hat ATi seit einiger Zeit die Einstellungsmöglichkeiten im Catalyst Control Center für das AAA zurück gefahren, sodass auf einer ATi-Karte auf den ersten Blick nicht erkennbar ist, welches AAA man nutzt.
Knapp erklärt gibt es zwei verschiedene Arten von AAA: Auf die gefilterten Alpha-Test-Texturen kann das gewohnten MSAA oder aber das bessere, aber langsamere Super-Sampling-AA (SSAA) angewandt werden. Es gibt aber auch noch diverse Möglichkeiten, die qualitativ irgendwo dazwischen liegen (so kann ATi im Treiber die Parameter für AAA je nach Applikation/Textur verändern). Früher konnte man zwischen MSAA sowie SSAA auswählen, mittlerweile gibt es aber nur noch die Option Performance sowie Quality. Mit der Entscheidung zwischen MSAA und SSAA haben diese beiden Möglichkeiten aber nichts mehr gemeinsam, da der Treiber entscheidet, welche Methode wann angewendet wird. Und ob der Treiber diese immer im optimalen Moment nutzt, ist eher fraglich.
Zu guter Letzt kann man auf einer ATi-GPU auch noch den normalen MSAA-Modus erweitern. Anstatt des altgedienten (und nicht optimalen) Box-Filters kann man auch den Narrow-Tent-, Wide-Tent-, sowie den Edge-Detect-Filter aktivieren, was ATi „Custom Filter“ nennt (CFAA). Den Narrow- und den Wide-Tent-Filter wollen wir an dieser Stelle nicht weiter beachten, da sie einen mal mehr, mal weniger starken Blur-Filter erzeugen und in der Praxis kaum zu gefallen mögen. Anders sieht es dagegen bei der Edge Detection aus, die vom Blur (für das Auge) verschont bleibt.
Beim herkömmlichen Anti-Aliasing werden immer nur die AA-Samples vom zu glättenden Pixel in der AA-Maske verwendet. CFAA geht etwas weiter und nutzt die Samples von den benachbart anliegenden Pixeln mit. Es wird sich nicht auf ein einziges Pixel konzentriert, sondern auf alle umliegenden gleichmäßig, um die Geometrieglättung des gerade berechneten Pixels zu verbessern. Die „Nachbarpixel“ werden je nach Modus anders gewichtet, weswegen der Blureffekt im Bild von Modus zu Modus unterschiedlich ist. Außer beim Edge-Detection-Filter.
Der Edge-Detection-Filter ist intelligenter und sucht nach den Ergebnissen der Color Compression (Farbkompression) des Multisampling-AA für den „Ziel-Pixel“. Wenn dieser das Maximum beträgt (was bedeutet, dass sämtliche Samples dieselbe Farbe inne haben und es somit keine „Ecken“ gibt), wird der Filter nicht angewendet. Falls der Algorithmus eine Ecke erkennt, wird der CFAA-Modus mit bis zu 16 zusätzlichen Samples genutzt.
Nvidia-Grafikkarten
Bezüglich MSAA gibt es auf einer Nvidia-Karte zu ATi keinerlei allzu großen Unterschiede. Im Angebot haben die Kalifornier ebenfalls 2xAA, 4xAA sowie 8xAA, wobei man bei 8xAA etwas vorsichtig sein muss. Denn es steckt hinter der Bezeichnung „8xAA“ nicht acht-faches Anti-Aliasing, sondern ein „Coverage Sampling AA“ – später dazu mehr. Für richtiges 8xMSAA muss man stattdessen „8xQ“ im Treiber auswählen. Die Sample-Muster sind bis zu 4xAA etwas anders gedreht als bei ATi, weswegen – je nach Winkel – ein mal besseres und mal schlechteres Ergebnis entsteht. Bei 8xAA gilt dasselbe, wobei die Anordnung (Sparse-Grid) sichtbar verschieden zu einer ATi-Karte ist.
Gegen die Alpha-Test-Texturen hat Nvidia ebenfalls einen entsprechenden Algorithmus im Programm, wobei er glücklicherweise deutlich besser im zu kontrollieren ist als bei ATi. So ist hier mit der Auswahl TMSAA (Transparency Multi-Sampling) beziehungsweise TSSAA (Transparency Super-Sampling) tatsächlich klar, welche Art der Glättung man erhält. TSSAA erzielt dabei ohne Zweifel die besten Ergebnisse, arbeitet dafür aber am langsamsten. Die Anzahl der „Transparenz-Samples“ ist identisch mit der der normalen Geometrie-Samples.
Offiziell bietet Nvidia darüber hinaus noch das Coverage-Sampling-AA (CSAA) an. Qualitativ ist dieses aber nicht besser als normales MSAA mit derselben Anzahl an Samples. Stattdessen soll CSAA eine weitaus bessere Performance bei nur leicht geringerer Qualität bieten. Als Modi stehen einem neben den MSAA-Varianten zusätzlich ein 8-fach- sowie zwei 16-fach-Anti-Aliasing-Modi zur Verfügung.
CSAA nutzt eine andere Verteilung der Farb- beziehungsweise Z-Samples (Tiefentests, Sichtbarkeit) und der so genannten Coverage-Samples. Beim CSAA untersuchen zusätzliche AA-Samples in einem Sub-Pixel, ob die CS-Samples auf zusätzliche Dreiecke treffen. Falls ja, werden die Coverage-Samples als zusätzliche Glättung genutzt, ansonsten werden sie verworfen. CSAA funktioniert jedoch nicht immer. In 3D-Applikationen, in denen Stencil-Schatten eingesetzt werden, hat CSAA keine Wirkung und es wird auf 4xMSAA oder 8xMSAA zurück geschaltet.
8xAA sowie 16xAA basieren auf 4xMSAA. So gibt es immer noch vier Farb/Z-Samples, aber je Modi acht oder gleich 16 Coverage-Samples. 16xQ basiert dagegen auf 8xMSAA. Die Anzahl der Coverage-Samples liegt also immer noch bei 16, es werden aber acht Farb/Z-Samples verwendet. Kombiniert man CSAA mit TMSAA/TSSAA, dann entspricht die Anzahl der Textur-Samples denen der Farb/Z-Samples.
Darüber hinaus gibt es auf den Nvidia-Karten, wenn auch nur inoffiziell, noch das Super-Sampling-AA (SSAA) sowie eine Kombination aus SSAA und MSAA. Nvidia hat die Modi offiziell zwar schon länger eingestellt, inoffiziell Leben sie aber munter weiter. Da man das SSAA im Control Panel nicht mehr findet, muss man auf externe Tools wie den nHancer [1] zurück greifen. Dort kann man SSAA bequem aktivieren.
Anders als MSAA bearbeitet SSAA nicht nur die Geometrie, sondern ebenfalls die Texturen. Das hat den Vorteil, dass das aufgrund eines minderwertigen Texturfilters oder einer zu hochfrequenten Textur entstehende Texturflimmern mit SSAA vermindert werden kann. Man darf aber nicht vergessen, das SSAA mehr oder weniger die „Holzhammermethode“ ist und sicherlich kein Allheilmittel. Denn die Performancekosten von SSAA sind immens – weitaus höher als bei MSAA. Stattdessen liegt es eher an den GPU-Herstellern, flimmerfreie Texturfilter zu entwickeln sowie den Spieleherstellern, ordentliche, flimmerfreie Texturen zu nutzen.
Grob gesagt wird beim SSAA das gesamte Bild intern mit einer höheren Auflösung berechnet und dann wieder auf die gewünschte Auflösung herunter skaliert (Downsampling) und ausgegeben. Wenn man bei der Auflösung 1280x1024 2x2SSAA aktiviert (X-/Y-Achse), wird das Bild intern also mit 2560x2048 berechnet. Für das Downsampling setzt man auf einen bilinearen Filter, wobei das Ergebnis aber nicht der „richtigen“ Auflösung entspricht. Diese ist also vorzuziehen.
Abgesehen vom durch das reduzierte Flimmern entstandenen und nun ruhigeren Bild hat SSAA noch einen weiteren Vorteil: Nutzt man zum Beispiel eine 16-fache anisotrope Filterung sowie 2x2-faches SSAA, wird das Bild auf der X- und Y-Achse – wie bereits erwähnt – intern mit der doppelten Auflösung berechnet. Dadurch entsteht auch ein AF-ähnlicher Effekt, wodurch die Texturfilterung in etwa 32xAF entspricht.
Als reine SSAA-Algorithmen stehen einem 1x2, 2x1, 2x2, 3x3 sowie 4x4 zur Auswahl. Während 1x2 (2x1 hat dieselbe Wirkung auf der anderen Achse, ist aufgrund der in Spielen genutzten Geometrie aber weniger zu empfehlen) und 2x2 SSAA in den meisten einigermaßen aktuellen Spielen in einer moderaten Auflösung prinzipiell noch spielbar sind (eine High-End-Grafikkarte mit viel Speicher ist aber Voraussetzung), wird es bei 3x3 SSAA schon deutlich schwieriger. 4x4 SSAA läuft eigentlich nie flüssig, 3x3 SSAA nur selten. Reines SSAA funktioniert einzig unter Direct3D.
Alternativ gibt es noch Hybrid-Modi, die SSAA mit MSAA kombinieren, um eine bessere Performance bei einer ähnlich guten Bildqualität zu erhalten. 4xS bietet dabei 1x2 SSAA kombiniert mit 2xMSAA. 8xS sieht mit 1x2 SSAA und 4xMSAA schon ein gutes Stück besser aus. 8xSQ ist 2x2 SSAA inklusive 2xMSAA. 16xS verwendet erneut 2x2 SSAA, aber mit 4xMSAA, während 32xS 2x2 SSAA mit 8xMSAA kombiniert.
Bildqualitätsvergleich
MSAA gegen TMSAA, TSSAA und AAA
Um die Bilder optimal vergleichen zu können, empfehlen wir, sie in verschiedenen Tabs zu öffnen und dann zwischen den Ansichten hin und her zu schalten.
Bei den reinen MSAA-Implementierungen gibt es, wie bereits erwähnt, zwischen ATi und Nvidia keine spürbaren Differenzen. Die Abtastmuster weisen dasselbe EER auf („Edge Equivalent Resolution“, beschreibt mit einem Zahlenwert die theoretische Qualität des Anti-Aliasing, wobei berücksichtigt wird, ob ein Sample mit einem anderen auf einer Linie angeordnet wird und somit die Kantenglättung nur marginal verbessert), einzig die Anordnung der Muster ist leicht verschieden. Somit sehen manche Winkel auf einer ATi- und andere auf einer Nvidia-GPU besser aus – im Schnitt geben sich beide Kandidaten nichts.
Sowohl AAA als auch Transparency-AA kann nur funktionieren, wenn in dem Spiel beziehungsweise der Szene Alpha-Test-Texturen eingesetzt werden. In unserem Fall ist das in Oblivion (die Bäume oben rechts sowie weiter hinten in der Mitte) und Rainbow Six Vegas (die Bäume und der Zaun oben auf dem Dach) der Fall.
In beiden Spielen sieht man, dass unter Einsatz vom AAA die Kanten beziehungsweise die verpixelten Blätter verschwinden. Der Baum im Hintergrund wird voller dargestellt, was jedoch nicht schlechter aussieht. Der Zaun in RS Vegas scheint auf den Bildern zu verschwinden, wirkt im Spiel aber sichtbar besser. Vor allem in Bewegung wirkt das Bild ruhiger. Die Quality-Einstellung unterscheidet sich nur minimal von der Performance-Einstellung. Unter Quality ist die Wirkung gering besser.
TMSAA wirkt dagegen etwas anders als AAA in Oblivion. Die Alpha-Test-Texturen werden zwar ebenfalls geglättet, wobei man nicht ganz das Niveau der ATi-Fraktion erreicht. Dafür wirkt der Baum im Hintergrund aber eher so, wie der Entwickler es wollte. Hier muss jeder selber entscheiden, was er als schöner empfindet. TSSAA ist in Oblivion auf den Bildern kaum zu sehen, wirkt aber in Bewegung sehr schön. Gegen TSSAA muss sich AAA hinten an stellen, läuft dafür aber ein Stück schneller. In Rainbow Six Vegas greift Transparency-AA aus unerklärlichen Gründen nicht.
MSAA gegen Edge-Detection
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In Oblivion funktioniert die 12-fache Edge-Detection einwandfrei und liefert durch die Bank eine leicht bessere Kantenglättung als das herkömmliche 8xMSAA. Zwar gibt es keine größeren Unterschiede mehr, leichte Verbesserungen sind mit 12xAA aber möglich. Anders dagegen in F.E.A.R. sowie Fallout 3, wo der Modus anscheinend mit dem 4xAA-Basisanteil, auf dem 12xAA basiert, Schwierigkeiten hat. So sind in beiden Spielen manche Kanten zwar besser geglättet als mit 8xAA, andere aber nur auf dem Niveau von 4xAA. In beiden Titeln scheint der Algorithmus nicht einwandfrei zu arbeiten und schaltet dann auf 4xAA zurück.
Dieses Problem hat der 24-fach Edge-Detect-Mechanismus natürlich nicht mehr, da er auf 8xMSAA aufbaut. Und in der Tat, es gibt keinen anderen Modus (auch nicht bei Nvidia), der an 24xAA in Sachen Geometrie-Kantenglättung heran kommt. Selbst in Bewegung fällt kaum ein Flimmern mehr auf. Gegenüber 12xAA ist der 24xAA-Modus eine sinnvolle Erweiterung.
MSAA gegen CSAA
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Das 8x-Coverage-Sampling-AA zeigt wunderbar, dass der Modus schlicht und ergreifend auf ein kompatibles Spiel treffen muss, um sich in Szene zu setzen. Denn während 8xCSAA in F.E.A.R. klar besser als 4xMSAA aussieht und beinahe das Niveau von richtigem 8xMSAA erreicht, hat es die Einstellung schwer, sich in Fallout 3 und Oblivion auch nur ein bisschen von 4xMSAA abzusetzen.
Das 16-fache CSAA setzt sich erneut in F.E.A.R. in Szene und erreicht dort locker die Qualität von 8xMSAA, arbeitet in manchen Winkeln gar besser. Das genaue Gegenteil ist erneut in Fallout 3 sowie Oblivion zu sehen, wo 8xQAA klar die Nase vorn hat. 16xCSAA sieht kaum besser als 4xMSAA aus und glättet nur minimal besser als 8xCSAA.
Das 16xQ-CSAA erzeugt ein widersprüchliches Ergebnis. So arbeitet 16xQAA in F.E.A.R. sichtbar besser als 8xMSAA, obwohl die Performance kaum schlechter ist. In Fallout 3 kann sich der 16xQAA-Modus nicht vom 8xMSAA absetzen und in Oblivion liegt das 16xQAA sogar ein gutes Stück unter der Qualität vom 8xMSAA. Einen Grund dafür kennen wir nicht, da 16xQAA auf 8xMSAA basiert und eigentlich zu keiner Zeit schlechter aussehen dürfte. Stattdessen werden in Oblivion mit 16xQAA manche Winkel kaum besser als mit 4xMSAA geglättet.
MSAA gegen Hybrid-SSAA
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Sämtliche SSAA-Modi haben es auf Bildern leider generell schwer, denn deren größte Stärke ist beinahe ausschließlich in Bewegung zu sehen. So wirken die Texturen in Bewegung deutlich ruhiger, da sie weniger zum Flimmern neigen. Dabei muss man aber anmerken, dass 8xSAA mit dem 1x2-SSAA-Anteil nur ein kleiner Schritt in diese Richtung macht. Wenn die Texturen in einem Spiel flimmern, wird das mit 8xS also nicht großartig anders. Ein wenig Linderung ist dennoch zu sehen.
In F.E.A.R. liegt die Kantenglättung leicht über dem Niveau von 4xMSAA. Dafür sieht man in dem Spiel einen Effekt, den SSAA auf aktuelle 3D-Engines von Zeit zu Zeit aufweist. So wirkt das ganze Spiel etwas unschärfer, ganz so als wenn man einen leichten Blur-Filter über das Bild gelegt hätte. In Fallout 3 ist die Kantenglättung ebenso etwas besser als mit 4xMSAA und das Texturflimmern wird ganz gut bekämpft, was in Fallout 3 recht störend ist. In Oblivion versagt dagegen die Kantenglättung der Geometrie. Die Winkel sind anscheinend so ungünstig für das verwendete 4xMSAA (was anders als das normale 4xMSAA angeordnet ist) inklusive dem SSAA-Anteil, dass nicht annähernd die Wirkung von 4xMSAA erreicht wird. Dort helfen dann auch die leicht geglätteten Alpha-Test-Texturen nicht mehr weiter. In RS Vegas wird die Geometrie dagegen wieder ordentlich bearbeitet. Die Alpha-Test-Texturen profitieren zudem leicht vom SSAA.
Beim 16xSAA hat Nvidia den SSAA-Anteil erhöht und das MSAA gleich belassen. Somit wirken die Texturen im flimmernden Fallout 3 in Bewegung nun angenehm ruhig, wenn auch immer noch nicht perfekt. Die Geometrie wird leicht besser als mit 8xS bearbeitet. Dasselbe gilt für F.E.A.R., das schon eine sehr gute Geometrie-Glättung erhält. Dafür wirkt das ganze Bild aber immer noch unscharf – gar unspielbar unserer Meinung nach. In Oblivion gibt es nach wie vor dieselben Schwierigkeiten. Die Geometrie wird viel zu schlecht bearbeitet. Die Alpha-Test-Texturen sind dagegen in Bewegung schon ganz akzeptabel. In RS Vegas sind letztere nun kaum noch auffällig. Die Geometrie-Glättung funktioniert in dem in Las Vegas spielenden First-Person-Shooter einwandfrei.
32xSAA belässt den SSAA-Anteil gleich, erhöht das MSAA aber auf acht Samples. Wirklich Effektiv scheint dieser Modus (auch abseits der Performance) jedoch nicht zu sein. Denn trotz der vier zusätzlichen MSAA-Samples, die unter anderem in Oblivion sehr hilfreich wären, kann sich 32xS nicht von 16xS absetzen. Die beiden Grafikmodi sind beinahe identisch und weisen nur minimale, kaum sichtbare Unterschiede auf. 32xS erzeugt in RS Vegas darüber hinaus einen immensen Grafikfehler, der den First-Person-Shooter unspielbar macht.
MSAA gegen SSAA
Um die Bilder optimal vergleichen zu können, empfehlen wir, sie in verschiedenen Tabs zu öffnen und dann zwischen den Ansichten hin und her zu schalten.
Auch wenn das 2x2-SSAA über genauso viele Samples wie das 4xMSAA verfügt, ist die Geometrie-Kantenglättung ein gutes Stück schlechter als beim klassischen 4xAA. Der Grund dafür ist in der ineffektiven Ordered-Grid-Anordnung der Samples zu suchen, während 4xMSAA auf ein intelligenteres Rotated-Grid-Muster setzt. Während das in Fallout 3 sowie RS Vegas nur bedingt auffällt, ist die Glättung in F.E.A.R. sowie Oblivion schlecht. Als Gegenleistung erhält man jedoch weniger flimmernde Texturen sowie etwas geglättete Alpha-Test-Texturen, wobei das unserer Meinung nach den Nachteil in den meisten Spielen nicht wieder wett machen kann. Einzig in Anwendungen mit vielen transparenten oder flimmernden Texturen kann 2x2 SSAA im Vorteil sein.
Trotz der neun Textur-Samples beim 3x3-SSAA-Modus ist die Glättung der Geometrie immer noch nicht so gut wie beim normalen 4xMSAA. Zwar macht man gegenüber dem 2x2-SSAA einen Schritt nach vorne, aber es reicht noch nicht, um gegen das RGMSAA zu bestehen. Die Glättung der Alpha-Test-Texturen sowie das Texturflimmern ist mit 3x3 SSAA natürlich besser, dafür läuft der Modus aber nur noch sehr langsam. In Oblivion verweigert das 3x3 SSAA den Dienst, stattdessen scheint man eine Art Point Sampling ohne jegliche Kantenglättung zu erhalten.
Testsystem
Testsystem:
- Prozessor
- Intel Core 2 Extreme QX9770 (übertaktet per Multiplikator auf 4 GHz, Quad-Core)
- CPU-Kühler
- Noctua NH-U12P
- Motherboard
- Asus Rampage Extreme (Intel X48, BIOS-Version: 0501) Haupt-Testplatine und für CrossFire-Systeme
- XFX nForce 790i Ultra (Nvidia nForce 790i, BIOS-Version: 811N1P01_Beta) für SLI-Systeme
- Arbeitsspeicher
- 2x 1.024 MB G.Skill DDR3-1600 (7-7-7-18)
- 2x 1.024 MB Patriot DDR3-1600 (7-7-7-18)
- Grafikkarten
- ATi Radeon HD 4870 (750/1.800), 1.024 MB
- Nvidia GeForce GTX 280 (602/1.296/1.107), 1.024 MB
- Netzteil
- Coolermaster M850 Real Power Pro Modular (850 Watt)
- Peripherie
- Toshiba SD-H802A HD-DVD-Laufwerk
- Pioneer BDC-202BK SATA Blu-ray-Laufwerk
- Samsung SpinPoint F1 SATA2-HDD mit 750 GB und 32 MB Cache
- Gehäuse
- Coolermaster Stacker 832
- Treiberversionen
- Nvidia GeForce 180.48
- ATi Catalyst 8.12
- Software
- Microsoft Windows Vista x64 SP1
- Microsoft DirectX 9.0c
- Microsoft Direct3D 10
Test-Spiele
Folgende Benchmarks kamen während unseres Tests zum Einsatz:
- Spielebenchmarks:
- Fallout 3, Vollversion, Version 1.0
- F.E.A.R., Vollversion, Version 1.08
- Left 4 Dead, Vollversion, Patch 1.0
- Oblivion, Vollversion, Version 1.2.0416
- Race Driver Grid, Vollversion, Version 1.2
- Rainbow Six Vegas, Vollversion, Version 1.06
- Unreal Tournament 3, Vollversion, Version 1.3
Alle Benchmarks werden mit maximalen Details ausgeführt, damit die Grafikkarte möglichst hoch belastet wird. Als Einstellungen haben wir uns dabei für 1680x1050 entschieden.
Nach sorgfältiger Überlegung und mehrfacher Analyse selbst aufgenommener Spielesequenzen sind wir zu dem Schluss gekommen, dass die Qualität der Texturfilterung auf aktuellen ATi- und Nvidia-Grafikkarten in der Standard-Einstellung in etwa vergleichbar sind (mit leichten Vorteilen für die GeForce-Produkte). Bei Nvidia verändern wir somit keinerlei Einstellungen und im ATi-Treiber belassen wir die A.I.-Funktion auf „Standard“.
Treibereinstellungen: Nvidia-Grafikkarten (GT200)
- Texturfilterung: Qualität
- Vertikale Synchronisierung: Aus
- MipMaps erzwingen: keine
- Trilineare Optimierung: Ein
- Anisotrope Muster-Optimierung: Aus
- Negativer LOD-Bias: Clamp
- Gamma-angepasstes AA: Ein
- AA-Modus: 1xAA, 4xAA, 8xQAA
- Transparenz AA: Aus
Treibereinstellungen: ATi-Grafikkarten (RV770)
- Catalyst A.I.: Standard
- Mipmap Detail Level: High Quality
- Wait for vertical refresh: Always off
- AA-Modus: 1xAA, 4xAA, 8xAA
- Adaptive Anti-Aliasing: Off
Benchmarks
Fallout 3
Fallout 3 ist ein preisgekröntes Rollenspiel, welches die postapokalyptische Welt rund um Washington D.C. für den Spieler zugänglich macht. Der Spieler erwacht dabei aus dem Dornröschenschlaf tief in einem unterirdischen Atomschutzbunker, der 200 Jahre lang die Heimat vieler Menschen war. Auf der Suche nach seinem Vater muss der Spieler den sicheren Bunker verlassen und sich in das unsichere, fast komplett zerstörte Umland der ehemaligen Hauptstadt der USA aufmachen.
Grafisch setzt Fallout 3 zwar keine neuen Maßstäbe, sieht optisch aber dennoch annehmbar aus. Vor allem durch eine gute Weitsicht sowie einigen detaillierten Texturen weiß Fallout 3 zu gefallen. Ein Vorteil von der nicht ganz so hohen grafischen Qualität ist eine sehr gute Performance, die das Spiel selbst auf schwächeren Rechnern noch flüssig laufen lässt. Als Testsequenz verwenden wir eine 60 Sekunden lange Szene, in der wir eine große Explosion sehen und des Öfteren beschossen werden.
Fallout 3 - 1680x1050
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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F.E.A.R.
Doom 3 bekommt Konkurrenz – und was für Eine! Die Programmierer des Gruselshooters F.E.A.R. scheinen sich Doom 3 als großes Vorbild ausgesucht zu haben – wobei man allerdings fast alles besser zu machen scheint. Unter anderem wird die sehr beklemmende Atmosphäre durch eine Grafikqualität erreicht, die ihresgleichen sucht. Shadereffekte in Massen, wunderschönes Bump-Mapping, sehr spektakuläre Schattenwürfe, detaillierte Texturen sowie hübsch aussehende Partikeleffekte und noch vieles mehr bekommt der Spieler zu Gesicht. Keine Frage, F.E.A.R. ist bereits Pflicht für einen guten Benchmark-Parcours geworden. Wir verwenden für diese Zwecke die Vollversion, die über eine integrierte Benchmarkfunktion verfügt. Jene zeigt ein Gefecht sowie eine größere Explosion, die durch eine frei bewegte Kamera aufgenommen wurden. Die Details sind, mit Ausnahme der Soft-Shadows, auf das Maximum gesetzt.
F.E.A.R. - 1680x1050
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Left 4 Dead
In Left 4 Dead geht es primär (oder eigentlich ausschließlich) um Zombies – viele Zombies. Das durch die Half-Life-Reihe bekannt gewordene Entwicklerteam Valve wagt sich mit Left 4 Dead an einen ziemlich simplen und linearen, aber unter anderem gerade deswegen sehr spaßigen Zombie-Shooter, der unter anderem einen gelungenen Multiplayer-Modus aufweist. Left 4 Dead greift als Untersatz auf die Source-Engine zurück, die trotz der häufigen Überarbeitungen mittlerweile etwas angestaubt wirkt. Deswegen läuft das Spiel aber auch auf den meisten Rechnern einwandfrei. Als Testsequenz nutzen wir eine Timedemo, da es im Spielverlauf von Left 4 Dead sehr schwer ist, eine reproduzierbare und anspruchsvolle Testszene zu erstellen.
Left 4 Dead - 1680x1050
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Oblivion
- Bereits der Vorgänger „Morrorwind“ hat bei vielen Spielefans eine richtige Begeisterung hervorgerufen und bei dem Nachfolger „Oblivion“ scheint dies nicht anders zu sein. Für kaum ein Spiel findet man derzeit mehr Diskussionen im Internet. Aber nicht nur spielerisch, auch grafisch kann Oblivion überzeugen und fährt, um dieses Ziel zu erreichen, schwere Geschütze auf. Noch niemals zuvor wurde HDRR mit dynamischem Tone-Mapping derartig realistisch eingesetzt. Darüber hinaus kann das Spiel mit schönen Schatteneffekte sowie stellenweise hoch auflösenden Texturen und Partikeleffekte glänzen. Dementsprechend ist Oblivion geradezu prädestiniert für einen guten Benchmarkparcours. Die verwendete Szene zeigt nicht nur eine aufwendige Beleuchtung, auch sind mehrere Sträucher und Bäume zu sehen, die vor allem die GPU extrem stark belasten. Da die Grafikkarten der GeForce-7-Generation auf ein FP16-Rendertarget kein Multi-Sampling Anti-Aliasing anwenden können, haben wir die entsprechenden Modelle in den Qualitäts-Benchmarks nicht abgebildet, um die Vergleichsmöglichkeiten der 3D-Beschleuniger untereinander aufrecht zu erhalten.
Oblivion - 1680x1050
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Race Driver Grid
Auch wenn normalerweise Actionspiele den meisten Wert auf eine gute Technik legen, gibt es glücklicherweise ab und zu immer mal wieder einige Ausnahmen. Eine davon ist das Rennspiel Race Driver Grid, was nicht nur durch das eigentliche Gameplay, sondern ebenso durch die grafische Qualität überzeugen kann. Race Driver Grid kommt mit einer großen Weitsicht, größtenteils guten Texturen, einigen Schicken Lichteffekten, einer guten Partikeldarstellung sowie einem leicht übertriebenen Blur-Effekt daher. Schönere Strecken und Duelle wurden bis jetzt auf dem PC wahrscheinlich noch nie ausgetragen. Als API kommt die Direct3D-9-Schnittstelle zum Einsatz. Zudem hat der Hersteller das Spiel gut optimiert, da dieses sogar auf langsamen Rechnern noch gut läuft und trotzdem noch akzeptabel aussieht. Wir Testen das Spiel mittels einer 60 Sekunden langen Szene, die wir jedes mal exakt nachstellen. Genauere Details zur Testmethode findet man in unserem Spielbericht zu Race Driver Grid [2].
Race Driver Grid - 1680x1050
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Rainbow Six Vegas
Die „Rainbow Six“-Reihe umfasst schon etliche Titel und ist eine der größten PC-Spiele-Serien weltweit. Die neueste Kreation hört auf den simplen Namen „Vegas“ und verdeutlicht damit bereits, wo die Spezialeinheit diesmal im Einsatz ist. Und das die Stadt Las Vegas zu den farbenfrohesten Städten überhaupt gezählt werden kann, bezweifeln wohl nur die wenigsten. Dementsprechend bunt, aber auch sehr detailliert, ist die Grafikengine von Vegas, die zeitgleich nicht irgendeine, sondern wohlbekannt ist: Die Unreal Engine 3, die seit Ende des Jahres 2007 in „Unreal Tournament 3“ zum Einsatz kommt. Obwohl die Version in Vegas der in UT3 um einiges nachhinkt, so weiß die Grafik zu überzeugen. Sehr viele Details werden dargestellt, die man bis jetzt in keinem Spiel entdecken konnte; detaillierte Animationen runden das Ergebnis ab. Doch die Unreal Engine 3 hat einen großen Nachteil: So kommt „Deferred Shading“ (die Unreal Engine 3 an sich ist kein reiner Deffered Renderer, einzig der Schattenpart besitzt einen speziellen Algorithmus) zum Einsatz, das mit einer flotten Schatten- und Lichtberechnung zwar einige Vorteile bietet, aber unter der Direct3D-9-API Anti-Aliasing verhindert. Erst mit Direct3D 10 ist Deferred Shading und Kantenglättung möglich. Aktuelle Nvidia-Treiber ermöglichen, in dem Spiel aufgrund eines „Treiber-Hacks“ dennoch die Kantenglättung zu aktivieren.
RS Vegas - 1680x1050
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Unreal Tournament 3
Klassische First-Person-Shooter sind in der heutigen Zeit selten geworden. Während es diese vor einigen Jahren noch in schieren Massen gab, ist ein „reinrassiger Ballerspaß“ mittlerweile etwas aus der Mode gekommen. Nichtsdestotrotz gibt es einige wenige Spiele, die dies mit großem Erfolg ignorieren und auf das alte Erfolgskonzept setzen. Eine dieser Serien hört auf den Namen „Unreal Tournament“, die von Epic, einer der bekanntesten Spieleschmieden, programmiert wird. Der neueste Spross hört auf den Namen Unreal Tournament 3, der im Gegensatz zu seinen Vorgängern spielerisch wieder mehr an das originale Unreal Tournament erinnert. Als technisches Grundgerüst kommt die Unreal Engine 3 zum Einsatz, die derzeit bereits in einigen anderen Spielen zu gefallen weiß. Dies ist auch in Unreal Tournament 3 nicht anders: Schicke und abwechslungsreiche Texturen, gute Partikeleffekte, ein sinnvolles (wenn auch manchmal etwas übertriebenes) Shading, High-Dynamic-Range-Rendering und noch vieles mehr machen aus „UT3“ eines der schönsten Spiele auf dem Markt. Noch nicht implementiert ist (obwohl die Unreal Engine 3 dazu durchaus in der Lage ist) die Unterstützung der Direct3D-10-API. Da die Unreal Engine 3 Deferred Shading benutzt, funktioniert kein Anti-Aliasing, weswegen die meisten Grafikkarten keine Kantenglättung nutzen können. Da die Direct3D-10-Hardware dazu aber in der Lage ist, hat Nvidia für die entsprechenden Grafikkarten einen kleinen Trick im Treiber angewendet, der Anti-Aliasing möglich macht. Dies machen wir uns zunutze und testen die GeForce-8-Karten ebenfalls mit aktivierter Kantenglättung. Als Benchmarksequenz verwenden wir die integrierte Flyby-Funktion der Karte „Gateway“. Diese erzeugt sehr hohe FPS-Werte, die im richtigen Spielgeschehen zu keiner Zeit auch nur annähernd erreicht werden – deswegen kann man von unseren Benchmarks nur bedingt auf das Spiel schließen.
Unreal Tournament 3 - 1680x1050
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Performancerating
Kommen wir nun abschließend zum Performancerating. Dadurch soll es erleichtert werden, alle Leistungsmessungen auf einen Blick zusammengefasst zu bekommen. Da die verschiedenen Anti-Aliasing-Modi auf einer ATi- und einer Nvidia-Karte nicht vergleichbar sind, behandeln wir diese im gesamten Artikel getrennt voneinander – so auch im Performancerating.
Performancerating - ATi
Angaben in Prozent
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Auf einer ATi-Karte kostet das Adaptive Anti-Aliasing selbst in der Quality-Einstellung gerade einmal sieben Prozent an Leistung gegenüber dem gewöhnlichen 4xMSAA, im Performance-Modus gar nur drei Prozent. Dafür ist die Qualität jedoch nicht immer optimal. Der durchschnittliche Geschwindigkeitsverlust beim Aktivieren von 8xMSAA liegt bei recht geringen 14 Prozent.
Deutlich rechenintensiver ist das Custom Filter Anti-Aliasing, da dort die Shadereinheiten zusätzliche Arbeit verrichten müssen. Nichtsdestotrotz hält sich der Performanceeinbruch beim 12xAA (Edge Detection) mit 33 Prozent in Grenzen. Auf das 8xMSAA verliert man gar nur 16 Prozent. Das 16xAA, was den minderwertigen Wide-Tent-Filter verwendet, ist nicht mehr ganz so schnell. 45 Prozent weniger Leistung als mit 8xMSAA und 66 Prozent langsamer als mit 4xMSAA verrichtet der Modi seine Arbeit. Das qualitativ bessere 24xAA (Edge Detection) ist interessanterweise gerade einmal ein Prozent langsamer. Auf den Wide-Tent- und den Narrow-Tent-Filter sollte man also gleich verzichten.
Performancerating - Nvidia
Angaben in Prozent
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Bei Nvidia arbeitet das Transparency Anti-Aliasing in der Multi-Sampling-Version ebenfalls sehr schnell. Nur drei Prozent weniger Performance als mit 4xMSAA erhält man auf einer GeForce-GTX-200-Karte. Der Einbruch mit TSSAA ist mit 18 Prozent dagegen etwas größer, dafür ist die Qualität besser. Traditionell weniger gut sieht es mit 8xMSAA (8xQ) aus: 26 Prozent weniger FPS können wir selbst in unseren primär CPU-limitierten Spielen verzeichnen. Sehr schnell verrichtet das CSAA seine Arbeit. Selbst 16xAA ist nur acht Prozent langsamer als 4xMSAA, sieht aber dafür nicht immer besser aus.
Kommen wir nun zu den inoffiziellen Modi inklusive Super-Sampling-Anti-Aliasing. Der Hybrid-Modi 8xS benötigt etwas mehr Rechenleistung als 16xQ und agiert 48 Prozent langsamer als 4xMSAA. 16xS bringt es noch auf 39 Prozent der Leistung und 32xS nur noch auf 16 Prozent. Für beide Einstellungen ist bei einigermaßen aktueller Software meistens selbst eine GeForce GTX 280 zu langsam. Beim reinen SSAA schlägt sich der 2x2-Modus mit 65 Prozent weniger FPS als 4xMSAA noch akzeptabel. Für 3x3 SSAA gilt dann dasselbe wie für 16xS sowie 32xS. Satte 335 Prozent weniger Leistung ist fast immer zu wenig.
Fazit
Anti-Aliasing-Modi gibt es wie Sand am Meer und so ist es – je nach Standpunkt – fast ein bzw. kein Wunder, dass die meisten Spieler, wenn überhaupt, 4xMSAA nutzen. Denn es gibt (zu) viele interessante Alternativen, die – je nach Anwendungsgebiet – teilweise besser aussehen. Leider gilt jedoch: Das optimale Anti-Aliasing gibt es nicht. Stattdessen hängt es vom Spiel beziehungsweise dessen Engine ab, welche Kantenglättung optimal ist.
Multi-Sampling-AA ist und bleibt allerdings die zumeist erfolgsversprechendste Lösung. Ob 4xMSAA oder gleich 8xMSAA hängt dagegen eher vom Nutzer ab. TMSAA/TSSAA beziehungsweise AAA sind in den meisten Spielen ein sinnvoller Zusatz, den wir generell empfehlen zu aktivieren. Bei ATi kann man hier gleich die Quality-Stufe nehmen, bei Nvidia kommt es dagegen auf das Spiel an. SSAA ist ohne Zweifel der empfehlenswertere Modus, manch' eine Engine kann die Grafikkarte mit TSSAA aber zu Boden zwingen.
Auf den ATi-Karten ist zudem der Edge-Detection-Filter einen Versuch wert. Eine bessere Geometrie-Kantenglättung gibt es auch bei Nvidia nicht und die Performance bricht meistens nicht ins Bodenlose ein. 12xAA arbeitet aber nicht immer fehlerfrei, sodass es passieren kann, dass die Qualität bei manchen Kanten nicht besser als mit 4xMSAA ist. 24xAA hat dieses Manko nicht mehr, läuft dafür aber langsamer.
Beim Coverage-Sampling-AA scheiden sich die Geister: In einigen Spielen sieht CSAA bei bedeutend besserer Leistung als bei 8xMSAA besser aus als 4xMSAA, in anderen dagegen weiß CSAA nicht zu überzeugen. Wir raten dazu, CSAA nur in Ausnahmefällen als Zwischenlösung zu nutzen, z.B. wenn 8xMSAA zu langsam ist. Mit dem Super-Sampling-AA beziehungsweise den Hybrid-Modi hat Nvidia ein paar sehr interessante, wenn auch inoffizielle Kantenglättungs-Möglichkeiten in petto. Sie benötigen aber teils sehr viel Leistung und bereiten des Öfteren arge Schwierigkeiten.
So lässt die Geometrie-Glättung das ein oder anderen Mal zu Wünschen übrig und selbst bessere, da weniger flimmernde, Texturen können darüber nicht hinwegtrösten. Obwohl 8xS die Geometrie zumeist besser als 4xMSAA bearbeitet, kann es passieren, dass es in anderen Spielen doch deutlich schlechtere Ergebnisse liefert. In dem Fall tauscht man dann das eine Übel gegen ein anderes ein. Während 8xS in manchen Spielen also noch eine Alternative zum reinen MSAA ist, sind das bessere 16xS und erst recht 32xS oft selbst in älteren Titeln zu langsam.
Das reine SSAA ist unserer Meinung nach nicht zu gebrauchen. So läuft der 2x2-Modus in vielen Spielen auf einer GeForce GTX 280 zwar noch annehmbar, die Geometrie-Glättung ist oft aber zu schlecht. 3x3 verbessert dieses Problem etwas, dafür ist die Geschwindigkeit dann aber wieder zu niedrig.
Wie bereits erwähnt, „den einen“ AA-Modus gibt es nicht. MSAA ist schnell, glättet aber längst nicht alles. CSAA hat manchmal Schwierigkeiten, sich vom MSAA abzusetzen, während die Edge-Detection spürbar langsamer arbeitet. Die Hybrid-Modi sind oft zu langsam oder glätten des Öfteren die Geometrie nicht gut genug, SSAA hat beide Probleme.
Darum empfehlen wir, auf einem schnellen 3D-Beschleuniger generell MSAA (mit vier und wenn möglich acht Samples) zu benutzen und je nach Performance das Transparency-AA beziehungsweise Adaptive-AA hinzu zu schalten. Edge-Detection, die Hybrid-Modi oder SSAA sind dagegen nur in Einzelfällen zu empfehlen, die jeder für sich und das Spiel selber herausfinden muss.