VR auf Turing bringen: Wie sich RTX 2070 und 2080 (Ti) in der virtuellen Realität schlagen

Vor gut zwei Monaten hat Nvidia auf der Gamescom das neue Grafikkarten-Line-Up mit der frischen Turing-Architektur vorgestellt. Die neuen GPUs RTX 2070 und 2080 (Ti) sind zum ersten Mal in der Lage, Raytracing in Echtzeit zu berechnen, verfügen über dedizierte AI-Einheiten, die Prozesse in künstlichen Intelligenzen vereinfachen, und sollen bis zu 50 Prozent besser Grafiken rendern können. Aber wie schlagen sich die neuen Karten in der virtuellen Realität? Turing erlaubt nämlich neben Raytracing auch neue Wege, wie man VR-Applikationen besser und natürlicher darstellen kann. Wir haben deshalb die Probe aufs Exempel gemacht und die neuen Karten gegen ihre Geschwister der 10er-Serie antreten lassen.

VR auf Turing bringen: Was Turing anders macht

Mit jeder GPU-Architektur werden Spiele glaubwürdiger und realer, dank verbesserter Technologien und neuer Herangehensweisen. Im Falle von Turing und Virtual Reality ermöglicht eine neue und recht einfache Rendertechnik eine Verbesserung der Renderqualität und -Performance. Das Variable Rate Shading (VRS) verteilt die Rechenleistung auf unterschiedliche Bereiche im Bild, je nachdem wo mehr oder weniger Detailgrad benötigt wird. So können Randbereiche dank mehr Leistungsressourcen so dargestellt werden, dass es nicht zum Aliasing kommt. Auch wenn es bisher schon Methoden zur Reduktion dieses Effektes gibt, können altbekannte Techniken doch eine erhebliche Auswirkung auf die Performance des Gesamtsystems haben. VRS reduziert die Last beim Rendern solcher Randbereiche erheblich und erhält somit Kanten und weitentfernte Objekte für den Betrachter - es kommt nicht zu den unangenehmen Flimmereffekten. Natürlich ist diese neue Herangehensweise nicht auf VR beschränkt, sondern kann in jeder zu rendernden Rastergrafik angewendet werden. Durch effizienteres Verteilen von Ressourcen und Renderaufgaben ließe sich so Rechenleistung einsparen, Außerdem kann man sich damit die Natur des menschlichen Auges zu Nutze machen, denn anders als man annehmen würde, sehen Menschen nur in einem bestimmten Bereich - der Fovea centralis - gestochen scharf. Den Rest macht das Gehirn und interpoliert die Bildinformation, sodass im peripheren Sehen vor allem schnelle Bewegungen unsere Aufmerksamkeit bekommen, aber keine Details.
Quelle: Nvidia VR auf Turing bringen: RTX-Karten in der virtuellen Realität (1)
Normalerweise wird ein Bild zuerst gerastert und dann hochskaliert. Dadurch entsteht Aliasing und Flimmereffekte Quelle: Nvidia VR auf Turing bringen: RTX-Karten in der virtuellen Realität (2)
Mit VRS kann das Bild in der normalen Auflösung gerendert werden und bestimmte Bereiche, wie etwa die Ecken, mit mehr Rechenleistung versorgt werden, sodass Kanten und Ecken ohne Flimmereffekt oder Aliasing erhalten bleiben. Das sogenannte Gaze-tracked Foveated Rendering (heißt so viel wie "Blickfolgendes Fovea Rendering") basiert auf VRS und nutzt den Umstand, dass Menschen nicht im gesamten Blickfeld scharf sehen können, sondern nur in der Sehgrube. Mittels Daten aus einem Eye-Tracking-Gerät, die latenzfrei mit der VR-Umgebung verrechnet werden können, kann so der Rechenaufwand drastisch gesenkt werden, da ja nur noch ein Bruchteil des Bildes scharf dargestellt werden muss. Eine Eye-Tracking-Erweiterung für die HTC Vive gibt es bereits, sodass die nächste Generation standardmäßig über diese Technologie verfügt. Ein weiteres Anwendungsbeispiel von Variable Rate Shading ist eine auf die Linsen der VR-Brille angepasstes Rendern der Grafiken. Beim sogenannten Lens-optimized Shading wird deshalb ein statisches Muster der Linsen auf das zu berechnende Frame gelegt und die einzelnen Bereiche entsprechend der Visualität durch die Brille mit unterschiedlich viel Rechenleistung befeuert. Im Großen und Ganzen lässt sich mit einer Turing-Karte theoretisch eine verbesserte Immersion erzeugen, da man sich an das Verhalten der Augen angepasst wird.
Quelle: Nvidia VR auf Turing bringen: RTX-Karten in der virtuellen Realität (3)
Eine andere Anwendungsmethode von VRS wäre das blickfolgende Rendering, bei dem nur der Bereich den nötigen Detailgrad bekommt, der auch vom Mensch als scharf wahrgenommen wird (Fovea centralis)

VR auf Turing bringen: Turing in der virtuellen Realität

Getestet wurde mit einer Oculus Rift und dem Nvidia-Treiber 416.34. Für die Messung haben wir zunächst das Spiel Hellblade: Senua's Sacrifice in der VR-Version herangezogen und das Preset "Sehr hoch" mit einer Skalierung von 140 Prozent gewählt. Beim Benchmark-Programm Superposition wurden die Einstellungen "VRFuture" gewählt; dort ist eine Auflösung pro Auge von 1.332 x 1.586 Pixeln gegeben, eine hohe Shaderqualität und hohe Texturdetails fordern zusätzlich die Grafikkarte. VRScore erlaubt dagegen einen Test mit den beiden Windows-typischen Programmierschnittstellen DirectX 11 und DirectX 12 und verwendet als Testszene eine mit der Cryengine gerenderte spieltypische Szene. Dort werden in mehreren Durchläufen unterschiedliche Shadern verwendet und pro Auge wird eine Auflösung von 1.344 x 1.600 dargestellt - hiermit lässt sich zunächst die VR-Leistung der Karte grob einteilen.
Quelle: PC Games Hardware VR auf Turing bringen: RTX-Karten in der virtuellen Realität (6)
VR-Performance in Superposition. Aufgetragen sind die Min, Max und Avg Fps. Erwartungsgemäß sieht man im synthetischen Benchmark VRScore eine Steigerung der VR-Performance innerhalb der jeweiligen Serie. In DirectX 11 liegt beispielsweise eine Differenz von 15,25 Prozent zwischen einer GTX 1080 und GTX 1080 Ti vor, wohingegen innerhalb der 20er-Serie der Unterschied nur 10,5 Prozent beträgt. Mit DirectX 12 erbringt die 10er-Serie unter den Testbedingungen von VRScore bis zu 2,5-fach bessere Werte zustande als die kürzlich veröffentlichten Turing-Karten. Im aufwendigen Superposition-Benchmark erreicht die GTX 1080 Ti 46,2 Fps und liegt damit zwischen einer RTX 2070 und RTX 2080, die 40,8 Fps beziehungsweise 49,9 Fps erreichen. Insgesamt zeigt dieser Benchmark auch, dass die VR-Performance zwischen den beiden oberen Topmodellen der Turing-Architektur geringer ausfällt als es noch in der Pascal-Serie der Fall war. Genug von synthetischen Benchmarks, schauen wir uns die Performance unter Realbedingungen in einem Spiel an.

In Hellblade: Sanua's Sacrifice können wir den Trend, den wir in den beiden vorherigen Benchmarks schon beobachten konnten, wieder ausmachen: Innerhalb einer Kartenserie steigert sich erwartungsgemäß die Performance der GPUs. Beträgt der Anstieg zwischen GTX 1080 und GTX 1080 Ti 22,3 Prozent, liegt er in der Turing-Serie bei gerade mal 8,3 Prozent mehr Leistung. Die RTX 2080 Ti schafft somit ohne Frame-Cap 105,21 Fps, die GTX 1080 Ti 96,14 Fps und die RTX 2080 etwas mehr mit 97,11 Fps. Damit lässt sich eine GTX 1080 Ti auf Höhe einer RTX 2080 verorten, auch wenn die synthetischen Benchmarks im Vorfeld die Karte eher zwischen einer RTX 2070 und einer RTX 2080 eingeordnet hatten. Innerhalb Hellblade zeigen eine GTX 1080 Ti und eine GTX 1080 bessere Performance als eine RTX 2070, erst eine RTX 2080 liegt im Test mit der GTX 1080 Ti gleichauf. Wie Sie außerdem in den Graphen erkennen können, ist der Abstand zwischen den beiden Topmodellen in der Pascal-Serie deutlicher als mit den Turing-Karten.
Quelle: PC Games Hardware VR auf Turing bringen: RTX-Karten in der virtuellen Realität (11)
GTX 1080 mit RTX-Karten verglichen

VR auf Turing bringen: Fazit

Die neuen Turing-Karten performen erwartungsgemäß besser als ihre Vorgänger aus der Pascal-Serie. Dabei liegt das einstige Flaggschiff, die GTX 1080 Ti, mit einer RTX 2080 zumindest in der VR-Leistung in Hellblade nahezu gleich auf. Bedenkt man den enormem Preisunterschied zwischen dem angesprochenen Pascal-Modell und der neuen Turing-Karte, ist eine Anschaffung nur um des VR-Willens noch nicht empfehlenswert - die alte GPU schafft es hier noch problemlos mitzuhalten. Auch wenn Turing neue Techniken wie VRS in die virtuelle Realität mitbringt, ist es fraglich, inwieweit das von aktuellen Headsets im Moment genutzt werden kann. Die nächste Generation von VR-Brillen wird zweifelsfrei und zwangsläufig mit blickfolgendem Rendering und/oder VRS arbeiten, aber bis dahin wird noch einiges an Zeit vergehen - so viel sogar, dass die neuen RTX-Karten dann zum alten Eisen zählen könnten.

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VR auf Turing bringen: Wie sich RTX 2070 und 2080 (Ti) in der virtuellen Realität schlagen Neue Hardware hat es anfangs oft schwer: Zu teuer, kaum unterstützt und die vorhanden Ressourcen können nicht nach Plan angewendet werden. Wir haben deshalb die neuen Turing-GPUs von Nvidia, namentlich RTX 2070 und 2080 (Ti), mit der letzten GPU-Generation in der virtuellen Realität verglichen.

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