Radeon X1000 und GeForce 7 im Vergleich: Ein zweiter Blick mit neuen Treibern

High Dynamic Range

„High Dynamic Range Rendering“ ist wohl zweifellos eines der Features, welches in Zukunft eine grandiose Grafikpracht in Spielen ermöglichen wird. Ein extrem hohes Farbspektrum, eine hohe Farbgenauigkeit, eine dynamische Lichtanpassung an die Reaktion eines menschlichen Auges beim Blick in eine Lichtquelle und noch vieles mehr wird der Spieler mit HDRR genießen können – erste Kostproben für ein (heutzutage) vollwertiges High-Dynamic-Range-Rendering sind in Far Cry und Splinter Cell 3 zu begutachten.

Der NV4x-Chip von nVidia unterstützt als erste GPU HDRR, was unter anderem durch FP-Blending fähige ROPs und FP16-fähige TMUs in der Hardware realisiert wird. Ein weiterer wichtiger Punkt hört auf den Namen „FP-Filtering“ und ermöglicht es, Floating-Point-Texturen auf Wunsch bilinear oder trilinear zu filtern. Der NV4x und dessen Nachfolger G70 unterstützen FP-Filtering, der R520 sowie die kleineren Ableger von ATi sind aber allesamt nicht in der Lage, FP-Texturen zu filtern – sie können sie nur lesen. Aus diesem Grund müssen HDR-Anwendungen per Hand, sprich durch den Software-Entwickler, angepasst werden. Keine Probleme hat der R5x0 dagegen beim Filtern von Integer-Texturen (FX8 oder FX16), die aber mit einer geringeren Genauigkeit daherkommen. Da alle derzeit im Handel erhältlichen Spiele, die HDRR unterstützen, auf FP16-Filtering setzen, muss diese Rendermethode zuerst abgeändert werden – geschehen ist dies beispielsweise in dem aktuellen Beta-Patch zu Far Cry.

Die Alternative für den Spielentwickler ist die Filterung der Texturen mit Hilfe des Pixel-Shaders, die jedoch deutlich aufwendiger und eventuell auch langsamer ist. Zudem besteht die Möglichkeit, dass die Berechnungen den Pixel-Shader für einige Zeit blockieren. Positiv anzumerken ist dagegen die Möglichkeit, bei FP16-HDR auf einer Radeon X1800, X1600 oder X1300 Multi-Sampling-Anti-Aliasing hinzuzuschalten. Dies ist auf einem G70 im Gegenzug nicht möglich. ATi hat das Fehlen von FP-Filtering mit einer Designentscheidung begründet. Es war laut eigenen Angaben so möglich, Transistoren zu sparen und dafür MSAA bei HDR zu ermöglichen.

Performance

Um die Performance bei aktiviertem High-Dynamic-Range-Rendering zu messen, haben wir die Spiele Splinter Cell 3, Serious Sam 2 sowie Far Cry ausgesucht, die dieses Feature explizit unterstützen. ATi konnte uns freundlicherweise eine frühe Beta-Version eines Patches für Far Cry zukommen lassen, welcher HDR auf einem R5x0 ermöglicht. Mit diesem Patch ist das Spiel der CryTek-Entwickler auch die erste 3D-Anwendung, die auf einer Radeon-X1800-Karte HDR inklusive Multi-Sampling-Antialiasing ermöglicht. Erneut muss die Radeon X1800 XT sowie die GeForce 7800 GTX für diesen Vergleich herhalten. Als Auflösung haben wir uns für 1600x1200 entschieden.

In Splinter Cell 3 geht der Sieg ganz klar an die Karte aus Kanada. Die Radeon X1800 XT ist mit aktiviertem High-Dynamic-Range-Rendering deutlich schneller als das nVidia-Pendant. Erfreulicherweise ist auf beiden Grafikkarten ein flüssiges Spielen im HDR-Modus möglich. Bei Serious Sam 2 ergibt sich ein ähnliches Bild, nur haben die Hersteller die Rollen getauscht. ATi hat sowohl mit als auch ohne HDR kleine Probleme, an der GeForce 7800 GTX dranzubleiben. Dies spielt allerdings bei den Karten nur eine untergeordnete Rolle, da keine von beiden in dieser Auflösung das Spiel mit HDRR flüssig darstellen kann.

Während in Far Cry beide Hersteller mit ihren Top-Modellen in 1600x1200 ohne Anti-Aliasing, dem anisotropen Filter sowie High-Dynamic-Range-Rendering auf einem Performancelevel liegen, ändert sich das Ergebnis mit aktivierten Überblendeffekten. Die GeForce 7800 GTX geht deutlich in Führung und lässt der Radeon X1800 XT keine Chance – hier vermuten wir, dass ATi in neueren Treibern noch einige Reserven zur Verfügung stehen. Mit zusätzlich aktiviertem MSAA wird den Polygonkanten zwar effektiv der Kampf angesagt, die Performance sinkt logischerweise aber weiter in den Keller. Auf der ATi-Karte kann man Far Cry somit nicht flüssig in den ausgesuchten Qualitätseinstellungen spielen. Nichtsdestotrotz bekommt ATi den Bonuspunkt, auch bei aktiviertem HDRR noch Kantenglättung zu bieten. Die Spielbarkeit mit einer GeForce 7800 GTX liegt dagegen auf des Messers Schneide und ist vom jeweiligen Level sowie der Spielsituation abhängig.

Bildqualität

Wie man anhand der Screenshots gut erkennen kann, ist der Nutzen von High-Dynamic-Range-Rendering in Serious Sam 2 sehr gering, da das Spiel unseren Informationen zu Folge kein dynamisches „Tone Mapping“ benutzt. Somit wird kein „Gewöhnen“ an die hohe Lichtintensität simuliert, weswegen die starke Helligkeit nicht nach einigen Sekunden abnimmt, wie es beispielsweise in Far Cry der Fall ist. Die Radeon X1800 weist eine minimal abweichende Bildqualität zur GeForce 7800 auf. Jedoch kann man nicht von einem besseren oder schlechteren Bild reden. In Serious Sam 2 empfehlen wir, die HDR-Option generell ausgeschaltet zu lassen. Die nur minimal bessere Bildqualität steht in keinem Verhältnis zur geringen Performance.

Ein völlig anderes Ergebnis zeigt dagegen Splinter Cell 3, bei dem es zwischen den beiden Grafikkarten bereits ohne HDRR deutlich sichtbare Qualitätsunterschiede gibt. So weist unter anderem der Scheinwerfer auf dem R520 ein unnatürliches Bild auf. Mit aktiviertem HDDR werden die Unterschiede noch deutlicher. Das gesamte Bild wirkt auf der GeForce 7800 heller und besser ausgeleuchtet als auf dem ATi-Pendant.

Im „Dschungel-Shooter“ Far Cry gibt es ohne HDR-Rendering nur geringe Unterschiede in der Bildqualität. So wird das Ende des Pfades auf dem R520 nicht korrekt dargestellt, auf der Gegenseite bereitet der G70 von nVidia Probleme bei der Schattendarstellung auf der Waffe, die unnatürlich hart ausfällt. Ansonsten gibt es allerdings keine nennenswerten Unterschiede. Derselbe Effekt wie in Splinter Cell zeigt sich auch bei Far Cry mit aktiviertem HDRR. Das gesamte Bild wirkt auf der GeForce 7800 heller ausgeleuchtet, ganz so als würde die Sonne kräftiger scheinen. Bei der Radeon X1800 wirkt das gesamte Bild zu dunkel, obwohl die Einstellungen bezüglich des HDR-Modus' komplett identisch sind. Einen Blick wert ist das Bild auf dem R520 mit HDR und aktiviertem Anti-Aliasing, was auf einer GeForce 7800 technisch nicht möglich ist.

Unsere Theorie zur unterschiedlichen Ausleuchtung bei HDRR: Es liegt an der Verfahrensweise beim „Tone Mapping“. Dynamisches Tone Mapping rechnet das erzeugte HDR-Bild in ein sogenanntes LDR-Bild (Low Dynamic Range) anhand der Gesamthelligkeit um, da es zur Zeit keine Monitore gibt, die einen entsprechend hohen Kontrast aufweisen, um HDR ohne Tricks darzustellen. Dabei simuliert das Tone Mapping die Reaktion des menschlichen Auges, das sich auf den hohen Lichtunterschied erst einstellen muss – so wird in Far Cry und Splinter Cell 3 erreicht, dass sich das Bild, nachdem man längere Zeit in einen Lichtquelle geblickt hat, wieder abdunkelt. Serious Sam 2 benutzt dagegen kein dynamisches, sondern nur ein statisches Tone Mapping. Da das Spiel keine Unterschiede in der Helligkeit bei aktiviertem HDR auf beiden Grafikchips zeigt, liegt die Vermutung nahe, dass eine andere Berechnung des Tone Mappings für die unterschiedliche Ausleuchtung verantwortlich ist.