Geforce GTX 480/470 im Test: Bildqualität: Anti-Aliasing-Neuerungen und AF

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Test 14.04.2010 um 18:04 Uhr Carsten Spille Raffael Vötter Marc Sauter Als bevorzugte Quelle auf Google hinzufügen

Quelle: PC Games Hardware

Nvidias Geforce GTX 480 und GTX 470 sind gelandet. Was leistet die sagenumwobene Fermi-Architektur in der Praxis? PC Games Hardware überprüft die beiden Direct-X-11-GPUs auf GF100-Basis auf Hertz und Nieren.

Geforce GTX 480/470 im Test: Bildqualität
Bevor wir mit dem Balken-Wahnsinn - den Benchmarks - starten, werfen wir einen Blick auf eine andere, wichtige Grafikkarten-Disziplin: die Bildqualität. Die Definition von "Leistung" ist Arbeit durch Zeit, allein deswegen verrät die Bildrate nur die halbe Wahrheit über die Leistungsfähigkeit einer Grafikkarte. Neben Direct X 11 und dessen Haupterrungenschaft, Hardware-Tessellation, sind sowohl Anti-Aliasing (AA) als auch der anisotrope Texturfilter (AF) die wichtigsten "Bildverbesserer". Im Unterschied zu DX11 sind diese Funktionen bei jedem Spiel stufenweise zuschaltbar und damit von höherem Gewicht für die Gegenwart. Wie schlägt sich Nvidias GF100/Fermi gegenüber seinem Vorgänger GT200(b) und Ati/AMDs Cypress? Hier gibt es viel Gutes zu berichten.

Geforce GTX 480/470 im Test: 32x CSAA
Eine neue Chip-Architektur ist die Gelegenheit, Restriktionen der vorigen zu beseitigen. Die neuen Raster-Endstufen (ROPs) des GF100 können nicht nur je 8 Pixel pro Takt abarbeiten, was den Fps bei 8x Multisampling-AA zugute kommt, sondern verfügen auch über erweiterte AA-Funktionen. Das mit dem G80 (Geforce 8800 GTX) eingeführte Coverage-Sample-AA (CSAA) wurde von maximal 16 auf 32 Samples aufgemöbelt. Der neue Modus, 32x CSAA (Bildergalerie) genannt, besteht aus 8 Multisamples plus 24 Coverage Samples. Letztere lassen sich treffend als vergünstigte Multisamples beschreiben, da hier die Farb- von den Tiefeninformationen entkoppelt sind. 32x CSAA verspricht deutlich bessere Glättung als 8x MSAA, ohne dass die Bildrate deutlich sinkt. Nvidia gibt eine Differenz von weniger als 10 Prozent an.

Daneben erfuhr CSAA noch eine Verbesserung: Die C-Samples lassen sich nun zum Glätten von transparenten Texturen (Alphatests) auf Multisampling-Basis heranziehen. Beim GT200 und älter ist dies lediglich mit den Multisamples möglich, ergo stehen dort maximal 8 Samples zur Verfügung. Auf dem GF100 mit 32x CSAA inklusive Transparenz-MSAA (TMSAA) werden Alphatests mit allen 32 Samples bearbeitet.

Geforce GTX 480/470 im Test: Hybrid-AA und die TSSAA-Sample-Wahl
Doch damit nicht genug der Neuerungen. Im Treiber-Panel versteckt sich eine weitere, begrüßenswerte Verbesserung, welche das Transparenz-Supersampling (TSSAA) betrifft. Auf eine Geforce GTX 200 und älter gibt es entweder an oder aus; die Zahl der für Alphatests genutzten Supersamples entspricht denen des gewählten MSAA-Modus - bei 8x MSAA ist also auch 8x TSSAA aktiv. Mit dem GF100 haben Sie die Wahl: Soll bei 8x MSAA aus Leistungsgründen nur 4x oder 2x TSSAA aktiv sein, dann wählen Sie diese Modi aus. Anders herum funktioniert das Spiel nicht: Bei 2x MSAA ist es nicht möglich, die Alphatests mit 4 oder 8 Supersamples zu glätten.

Für Anhänger der inoffiziellen Hybridmodi und des reinen Supersamplings haben wir ebenfalls gute Neuigkeiten: Mit einer Geforce GTX 480 oder GTX 470 funktionieren 16xS, 32xS, 16x Supersampling und Konsorten wie auf der GTX-200-Serie. Um die Modi zu aktivieren benötigen Sie wie gehabt das Tool Nhancer (Download). Sparse-Grid-SSAA oder gar Downsampling via Treiber wird nicht angeboten. Nvidia äußert sich zu dem Thema folgendermaßen:

NVIDIA is focused on advancing AA quality through mechanisms such as CSAA, which deliver a great balance of image quality and performance. GeForce GTX4xx takes AA to the next level through a new 32x CSAA mode. Our driver still has unofficial support for supersampling, which we believe meets the need of the community who values this feature.

Übersetzung:

Nvidias Fokus liegt auf der Weiterentwicklung von AA mithilfe von Methoden wie CSAA, welche einen guten Kompromiss aus Bildqualität und Leistungskosten liefern. Die GTX-400-Serie liefert dank 32x CSAA bestmögliche Bildqualität. Unser Treiber bietet inoffiziell nach wie vor Unterstützung für SSAA, was unserer Ansicht nach die Wünsche der Fans erfüllen dürfte.

Geforce GTX 480/470 im Test: AA in der Praxis
Werfen wir einen Blick auf die Praxis. Das Versuchskaninchen mimt Half-Life 2: Episode 2, ein leicht angestaubter Titel, welcher jede Form der Bildverbesserung dankend entgegennimmt, ohne zur Diashow zu verkommen. Zum Vergleich angetreten sind folgende Modi:

- 8x Multisampling-AA (ohne Zusätze)
- 32x CSAA + 8x TSSAA (das offizielle Maximum an Geforce-Bildqualität)
- 32xS + 4x TSSAA (inoffiziell; 32xS ist ein Hybrid aus 8x SGMSAA + 2x2 OGSSAA)
- 8x SGSSAA + Edge-Detect-Downfilter (24x ED-SGSSAA, das offizielle Radeon-Maximum an Bildqualität)

AA-Modus per Mausklick auswählen

8x MSAA 32x CSAA + 8x TSSAA 32xS + 4x TSSAA 24x ED-SGSSAA

Vollbild-Vergleich

Wenig überraschend fällt das reine 8x Multisampling optisch zurück. Die AA-Zwischenstufen an der horizontalen Schräge lassen sich zumindest in dieser Vergrößerung zählen, die Alphatest-Vegetation wird nicht erfasst. 32x CSAA glättet die Schräge etwas besser und auch das Geäst sieht dank der 8 Supersamples deutlich besser aus. 32xS + 4x TSSAA liefert sich indes mit Atis 24x ED-SGSSAA ein Pixel-an-Pixel-Duell. Beide Modi bieten ein hervorragendes Bild, deutlich besser als 8x MS und 32x CSAA, allerdings zu extremen Leistungskosten. Die Radeon verwischt die AA-Samples, was ihr die bessere Polygonglättung beschert. Die Geforce hingegen stellt mehr feine Details dar, gut zu sehen am unteren Ast. Diese Feinheiten kommen durch das Vollbild-Supersampling zustande, welches auch das Textur-LOD anpasst. TSSAA respektive AAA sampeln und glätten nur aus der MIP-Map, welche bei reinem MSAA zum Einsatz kommt.

Geforce GTX 480/470 im Test: AF in der Praxis
Der GF100 verfügt als Geforce GTX 480 über 60 und als GTX 470 über 56 Textureinheiten. Im Vergleich mit den Vorgängern Geforce GTX 280 und 285 ist das ein Rückschritt, denn diese können beide auf 80 TMUs zurückgreifen. Im Verhältnis zur deutlich gestiegenen Arithmetik-Leistung hat eine Geforce GTX 400 signifikant weniger Texturfüllrate zur Verfügung als ihre Vorgänger. Im Vorfeld der Veröffentlichung bangten viele Interessenten an der Karte um die Qualität des anisotropen Filters, denn dieser ist Aufgabe der TMUs.

Das nachfolgende On-Click visualisiert den Grund für AF: Texturen werden fast immer verzerrt dargestellt. Damit es nicht zu Flimmern kommt, wird auf eine unscharfe Darstellung umgeschwenkt. Anisotrope Texturfilterung bezieht unzählige Texel mehr (im Vergleich mit linearer Filterung) in die Berechnung ein und macht die Tapeten wieder ansehnlich - und das kostet Leistung. Mithilfe von Supersampling-AA lässt sich der AF-Grad weiter erhöhen.

AF-Modus per Mausklick auswählen

1x AF (trilinear) 16x AF 16x AF + 8x SGSSAA (HD 5000) 16x AF + 4x4 OGSSAA (Geforce)

Vollbild-Vergleich

Nach ausführlichen Tests kommen wir zu dem Fazit, dass die Qualität vollständig mit der des GT200 respektive G92 und G80 vergleichbar ist. Der GF100 liefert nicht pixelgenau das gleiche Ergebnis, sowohl die Bildschärfe als auch die Flimmerneigung sind jedoch absolut vergleichbar. Auch der HQ-Modus ("Hohe Qualität" ohne Filteroptimierungen) ist unverändert im Treiber-Panel verfügbar und produziert das von den Vorgängern bekannte, konkurrenzlose AF. Unsere bisherigen Aussagen gelten also weiterhin: Der Treiberstandard beider Hersteller ist vergleichbar. In Härtefällen, Spielen mit hochfrequentem Textur- und Shader-Inhalt, filtert eine Geforce jedoch etwas flimmerärmer. Das gilt insbesondere, wenn HQ-AF an ist. Dieses stellt sicher, dass weitgehend trilinear gefiltert und die richtigen Winkel ausreichend abgetastet werden.

AF-Defizite im Blick
Beim Testen der High-End-Grafikkarten, von denen man erwarten kann, dass sie hochwertige Texturqualität liefern, stießen wir auf Ungereimtheiten in einem oft gebenchten und daher besonders optimierten Spiel: Crysis Warhead. Die IHVs reduzieren zugunsten der Fps die anstehende Arbeit. Da eingesparte Samples beim Anti-Aliasing sofort auffallen würden, ist das AF ein gern beschossenes "Optimierungs"-Ziel. Irgendwann ist die Wahrnehmungsschwelle überschritten - insbesondere auf einer Radeon HD 5870:

AF-Modus per Mausklick auswählen

HD 5870, A.I. Standard GTX 480, Quality + Tri-Opt. GTX 285, Quality + Tri-Opt.

Vollbild-Vergleich

Was Sie auf dem Ausschnitt des Radeon-Renderings sehen, ist sogenanntes Banding. Dieses tritt auf, wenn der standardmäßig aktive trilineare Filter zugunsten eines schnelleren b(r)ilinearen abgeschaltet wird. In Bewegung schiebt der Spieler permanent diese Linien vor sich herum. Bei den meisten Texturen im Spiel ist das abrupte Ende der MIP-Maps durch Flimmern sichtbar. Die beiden Geforce-Karten liefern ein deutlich homogeneres Bild, obwohl auch hier der Treiberstandard inklusive der Trilinearen Optimierung (anders formuliert: trilineare Filterung wird weitgehend abgeschaltet) aktiv ist. Da es sich bei Crysis und Warhead um besonders shaderlastige Spiele handelt, muten die deutlich sichtbaren Einsparungen besonders kurios an. Aber sie zahlen sich definitiv aus: Laut unseren Benchmarks verliert eine Radeon HD 5870 nur rund fünf Prozent ihrer Fps, wenn Sie "16:1" AF anstelle von linearer Filterung darstellt. Diese Zahlen reflektieren, dass hier nicht alles mit rechten Dingen zugeht. Das Differenzbild zwischen Radeon und Geforce fördert dieses eindeutig sichtbare Banding zutage:

Das Ergebnis entnahmen wir dem praktischen Tool "The Compressonator" - ironischerweise eine Entwicklung aus dem Hause AMD. A.I. zu deaktivieren ändert am Banding nichts, lediglich das Flimmern wird minimal reduziert.

Doch dies ist nur ein unrühmlicher Extremfall, in den meisten Spielen nehmen sich die Treiber-Standards von AMD und Nvidia wie erwähnt nicht viel. Angesichts der allerorts gefeierten Fps-Steigerungen mit neuen Catalyst-Treibern sollen diese Probleme jedoch nicht unerwähnt bleiben. Unter Direct3D9 lassen sich sowohl das Flimmern als auch das Banding mithilfe von - sehr rechenintensivem - Supersampling-AA Richtung Horizont verschieben.

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