Nvidia RTX steht für die Grafikkarten des Herstellers mit Raytracing-Funktion. Aber was genau bringt die Technologie und wie kann Nvidia DLSS den Leistungshunger von Raytracing im Zaum halten? Das haben wir uns in folgendem Beitrag einmal angesehen.

Dazu haben wir uns das Grafikbrett Cyberpunk 2077 geschnappt und zeigen exemplarisch, wie sich Raytracing-Effekte und DLSS auf die Optik sowie Performance auswirken. Cyberpunk ist übrigens nur eines von über 200 Games, die bereits mit RTX-Effekten ausgestattet wurden.

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Was ist Raytracing?

Raytracing ist keine neue Technologie. In animierten Filmen kommt sie bereits seit Jahrzehnten zum Einsatz. Allerdings werden diese auch auf riesigen Render-Farmen Bild für Bild berechnet – was sehr aufwändig ist und lange dauert. Raytracing stellt nämlich den natürlichen Weg von Lichtstrahlen dar. Aber Licht hört nicht auf sich zu verteilen, wenn es auf ein Objekt trifft, sondern wird diffundiert. So springen Lichtstrahlen quasi im Raum umher und geben unserer Realität ihren unverwechselbaren Look.

Selbst Minecraft sieht mit RTX richtig gut aus

Auch wenn alternative Tricksereien zur Lichtdarstellung von Video-Games mittlerweile gut beherrscht werden, unser Gehirn merkt es einfach sofort, wenn sich Licht in einer Umgebung unnatürlich verhält. Dementsprechend ist Real-Time-Raytracing auch so etwas wie der heilige Gral der Lichtdarstellung in Spielen. Denn es bringt uns schlichtweg deutlich näher an das physikalisch korrekte Verhalten von realem Licht heran. Bis Nvidia das Feature aber 2018 mit der RTX 2000er-Reihe vorstellte, war eine Echtzeitberechnung von Licht zu leistungshungrig, um sie ernsthaft in Games zu implementieren.

Nvidia löste dieses Problem durch den Einsatz dedizierter Recheneinheiten. So wurden die RTX-Cores speziell für die Berechnung von Lichtstrahlen und ihrer Interaktion mit der Umgebung entwickelt. Auch wenn dadurch die Chip-Größe ab „Turing“ (RTX 2000) zunahm, war dieser Aufbau dennoch viel effizienter als über klassische universelle Recheneinheiten. Mit „Ampere“ bzw. der RTX-3000er-Reihe wurden die RTX-Cores dann nochmal deutlich verbessert.

Trotzdem bleibt Raytracing eine enorm leistungshungrige Angelegenheit. Auf dem Top-Modell Nvidia GeForce RTX 3090 sind in 4K-Auflösung und maximalen Raytracing-Effekten nur noch etwa durchschnittlich 24FPS in CP 2077 drin. Und wir reden hier von einer Grafikkarte für ca. 1700 Euro. Kleinere Modelle wie die RTX 3060 Ti liefern sogar nur noch einstellige Bildraten ab. Also was tun, um RTX in all seiner Güte flüssig zu erleben?

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DLSS ist die Zukunft – und rettet schon heute die Performance

Raytracing ist also trotz spezieller RTX-Cores sehr leistungshungrig – gerade in hohen Auflösungen wie 4K. Doch genau für diesen Anwendungsfall hat Nvidia DLSS entwickelt. Ausgeschrieben steht die Abkürzung für Deep Learning Super Sampling und beschreibt damit einen KI-Algorithmus, der das Bild aus einer niedrigeren Auflösung heraufberechnet.

Von 1440p zu 4K wächst die Auflösung (und damit verbundene Rechenlast) immerhin um das 2,25-fache. DLSS sorgt nun dafür, dass euer Bild so scharf oder teilweise sogar schärfer als die native 4K-Version aussieht – dabei aber deutlich weniger Leistung frisst.

DLSS Qualität ist genauso gut oder teilweise sogar besser als die native 4K-Auflösung. Gerade kleine Details werden vom Algorithmus sauber hochgerechnet und gewinnen dadurch an Schärfe. Nebenbei spart ihr knapp 78% an Leistung ein.

Nvidia hat durch das Training des KI-Algorithmus mit der Zeit enorme Fortschritte gemacht. Auch hierfür kommen wieder besondere Recheneinheiten zum Einsatz, die sogenannten Tensor-Cores. Mit der GeForce RTX 3090 könnt ihr somit in Cyberpunk 2077 auf maximalen Details in 4K zwischen 40 und 50 Bilder/Sekunde erreichen.

Zum Vergleich das native 4K-Bild

Die RTX 3060 Ti kommt mit DLSS „Auto“ ebenfalls auf spielbare Bildraten in 4K und besonders in 1440p. Mit dem Performance-Modus holt ihr gegenüber der Einstellung „Qualität“ nochmals ca. 33% an Leistung heraus, erkauft euch diese aber mit einem verwascheneren Bild.

DLSS Balanced ist ein guter Mittelweg für ein Bild, das annähernd die Schärfe des nativen 4K-Bilds erreicht und dabei die Grafik-Ressourcen gegenüber Quality nochmal knapp 20% schont.

Wir würden euch in allen Fällen „Balanced“ oder „Qualität“ empfehlen. Nur wenn die Bildrate unbedingt gen 60 FPS zeigen muss, wird „Performance“ oder „Auto“ zur Alternative. Von Ultra-Performance ist hingegen eher abzuraten. Das Bild wird hier oftmals zu verwaschen dargestellt und feinere Muster fallen durch Artefaktbildungen auf.

DLSS-Performance bringt nochmal einen ordentlichen Leistungsschub, lässt das Bild aber auch verwaschener erscheinen.

Trotzdem ist es beeindruckend, wie gut das Hochrechnen per KI mittlerweile funktioniert – und wieviel mehr Performance ihr bei gleicher oder besserer Bildqualität dadurch erhalten könnt. DLSS sollte in Cyberpunk also immer an sein.

Nun aber genug über die Performance. Raytracing muss gegenüber klassischeren Lichtsimulationen zeigen, was es kann.

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Ein Unterschied wie Tag und Nacht – Raytracing vs Screen Space Reflections:

Cyberpunk 2077 sieht auch ohne RTX nicht schlecht aus. Aber einige Objekte wirken unrealistisch flach oder aufgesetzt, da die Schattierungen nicht stimmen.

DLSS Qualität

Der größte Nachteil an klassischen Screen Space Reflections – sie können nur reflektieren, was gerade im Bild berechnet wird. RTX nimmt hingegen die Lichtstrahlen der gesamten Umgebung mit auf. Hier gut zu sehen an der Pfütze auf dem Parkplatz. Nebenbei wirkt auch das Riesenrad im Hintergrund plastischer und „tiefer“, da die Schatten darauf korrekt berechnet sind.

Die Reflexionen stoppen, sobald das reflektierte Objekt aus dem Bild verschwindet.

RTX sorgt hier für Abhilfe

Dramatischer werden die Unterschiede bei Nacht. Hier kommen Screen Space Reflections endgültig an ihre Grenzen.

Screen Space Reflections mögen ihren Job auf den ersten Blick ganz gut machen. Doch besonders die Lichtstrahlen der Werbebanner und die Spiegelungen der Straße sind entweder zu dezent oder komplett übertrieben.

RTX sorgt hingegen für eine realistische Verteilung des ausgehenden Lichts der Werbebanner links und platziert die Reflexion der Ampeln nicht wahrlos unter ihr.

Senkt ihr nun den Blick nach unten, geschieht Folgendes:

Aufgrund der Beschränkungen von Screen Space Reflections verschwinden alle Reflexionen urplötzlich und reißen euch aus der sonst so immersiven Spielwelt.

Mit RTX On spielen eure Blickrichtung oder die gezeigten Bildinformationen hingegen keine Rolle. Die Reflexionen bleiben realistisch und konstant. Die Texturoberflächen profitieren weiterhin von einem korrekten Lichtverhalten.

Wie ihr sehen könnt, sorgt RTX durch die Reflexionen auch für bessere Texturen. Bei einer guten Implementierung (wie hier in Cyberpunk) können nämlich die verschiedenen Materialeigenschaften und ihre Interaktion mit dem Licht via RTX dargestellt werden. Stein reflektiert naturgemäß also anders als Leder, Holz oder Stahl. Auch nasse Oberflächen werden realistischer abgebildet.

Ohne Raytracing sieht ein Game wie Cyberpunk 2077 zwar immer noch toll aus, aber die verschwindenden Reflexionen, flacheren Texturen und unrealistischen Schatten sorgen dafür, dass viel Atmosphäre verloren geht. Mit aktiviertem Raytracing bekommt ihr dafür eine stellenweise atemberaubende Optik, die das Gehirn ein ums andere Mal verführt, eine Szene für annähernd fotorealistisch zu halten.

Mit RTX On solltet ihr aber auch immer DLSS aktivieren, da ihr per Knopfdruck mehr Leistung bekommt und oft ein gleichwertiges (oder sogar besseres) Bild erhaltet als in nativer Auflösung.

Insgesamt ist Raytracing eine Technik, die hier ist, um zu bleiben. Und aktuelle Nvidia-Grafikkarten sowie -Notebooks der RTX 3000er-Serie sind dank ihrer dedizierten RT-Cores sowie dem Upscaling via DLSS die beste Möglichkeit, um schon jetzt in die Gaming-Zukunft zu reisen.

Nvidia RTX: Weitere Features

Auf ultraportablen Gaming-Notebooks profitiert ihr dabei zudem von der Max-Q-Technik: Sie verfügt über eine dynamische Boost-Funktion (Dynamic Boost 2.0), die das Leistungsbudget der GPU noch besser mit dem Rest des Systems aufteilt. Zudem wird die Lautstärke der Lüfter von CPU, GPU und Mainboard nun über den WhisperMode 2.0 besonders zielführend minimiert. Hierfür zeichnen sich smarte KI-Algorithmen verantwortlich.

Auch für Kreativ-Anwender:innen bringt RTX übrigens einen ordentlichen Schub. NVIDIA Broadcast sorgt etwa dafür, dass eure Audio- und Videoqualität verbessert wird, indem es ebenfalls auf künstliche Intelligenz setzt.

Dadurch kann es zum Beispiel einfacher sein, in Online-Vorlesungen zu interagieren oder auf der ganzen Welt im Team zusammenzuarbeiten. Ihr seht also: Nvidia hat sich mit den RTX-Grafikkarten ein ganzes Omniversum an Features aufgebaut, die ihr erkunden und für euch nutzen könnt. In Games – oder auch im (Arbeits-)Alltag.

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Stand: Juli 2022