Сравниваем апскейл на примере TESO - DLSS, FSR и другие

Требования к видеокартам в играх всегда опережали возможности графических ускорителей. Сейчас это стало особенно заметной проблемой. Как минимум 3 года продолжается проблема с недостаточным производством чипов.

Многие геймеры в ковидно-майнинговые времена вынужденно перешли со старших линеек карт к средним. Некоторые остались на своих старых топовых картах, которые за 1-2 поколения из-за морального устаревания перешли из категории топовых в средние. Новые геймеры ориентировались на цены и поэтому сразу шли в низко-средние линейки карт, которые на тот момент находились в средне-высоком диапазоне цен соответственно.

Производителям видеокарт нужно было сохранить игровой рынок, который является основным драйвером покупки видеокарт среди обычных геймеров. Топовые карты часто доставались только майнерам. Геймерам предоставлялся выбор оверпрайс топа или относительно приемлемых вариантов из низко-средних линеек.

Чтобы исправить это, аппаратные и игровые компании ищут способы поддержать продажи игр и видеокарт. Ведь даже в ситуации, когда сложно купить мощную игровую видеокарту, количество геймеров только растёт.

Всё это привело к развитию технологий апскейла игр, позволяющих понизить требования игр к видеокарте пользователя за счёт минимальных потерь качества картинки. В первую очередь это DLSS и FSR. Появились также побочные технологии, позволяющие наоборот повысить качество картинки, такие как DLDSR и DLAA.

В этой статье на примерах и замерах производительности рассмотрим влияние этих технологий на качество картинки.

Протестируем следующие технологии:

В качестве игры для теста я выбрал The Elder Scrolls Online. В TESO есть редкий гость в играх — сглаживание DLAA. При этом в этой игре есть возможность протестировать любые другие технологии апскейла и даунскейла.

Каждому алгоритму дам максимально короткое описание. Не буду подробно останавливаться на алгоритмах работы каждого из методов апскейла. В этой статье меня интересует только качество и производительность в играх, а не то как именно работает каждый метод скейлинга.

За эталонный режим возьму нативное разрешение моего монитора 3840x2160. В игре — максимальные настройки графики со всеми ползунками вправо.

Далее пойду от самых совершенных режимов скейлинга к самым простым. В каждом режиме буду субъективно сравнивать эталонный режим со скейлингом. Буду учитывать производительность эталонного режима и скейлинга.

В тестировании апскейла будет использоваться только 1080p разрешение, потому что мне лень делать 100 000 скриншотов для всех возможных разрешений. К тому же для некоторых алгоритмов скейлинга 1080p единственный возможный выбор. Особенно Integer Scaling в котором выбор небольшой — 1080p, 720p, 540p. В этом списке нет смысла выбирать что-то кроме 1080p. И самое главное — между 1080p и 2160p 4-кратная разница в количестве пикселей. То есть деградация картинки будет очень хорошо видна. А значит и эффективность алгоритмов.

Для тестирования NIS, Integer Scaling и альтернативных методов апскейла я буду использовать программу Lossless Scaling.

В заключении по результатам тестирования составлю субъективный топ по качеству картинки и объективный топ по производительности.

В эталонных скриншотах разрешение игры 3840x2160, сглаживание TAA, максимальные настройки графики со всеми ползунками вправо.

Производительность:

DLDSR (Deep Learning Dynamic Super Resolution) — технология Nvidia рендерит изображение в играх в повышенном разрешении, а затем масштабирует его до разрешения монитора, применяя сглаживание. Благодаря этому повышается детализация и качество картинки, но на видеокарту приходится повышенная нагрузка — это снижает частоту кадров. Доступна на видеокартах с поддержкой DLSS. То есть серия RTX 2000 и новее. Эта технология наследник DSR и DLSS. Оригинальная DSR использовала метод Гаусса. DLDSR использует машинное обучение. DLDSR работает с любыми играми. Это даунскейл или суперсемлинг из более высокого разрешения до разрешения монитора.

Во время тестирования заметил, что в TESO не настоящий эксклюзивный полноэкранный режим. А лишь окно без рамок. Из-за чего DLDSR не работает. Игра всего лишь рендерит картинку 5120x2880 в «окно без рамок». Сглаживание, свойственное DLDSR, при этом не работает, поэтому и заметил проблему. Чтобы DLDSR заработал в TESO пришлось включить разрешение 5120x2880 для рабочего стола. Заметил, что в таком режиме разрешение скриншотов всё-равно равняется нативному разрешению монитора — 3840x2160.

Результат:

Рендер игры и рабочего стола 5120x2880, нативное разрешение монитора 3840x2160, DLDSR, игровое сглаживание отключено, максимальные настройки

DLDSR vs Эталон:

Производительность:

DLAA (Deep Learning Anti-Aliasing) — метод сглаживания с использованием машинного обучения. Работает с нативным разрешением в тех играх, где его специально имплементировали. Это не апскейл и не даунскейл. DLAA доступен на видеокартах с поддержкой DLSS. То есть серия RTX 2000 и новее.

В TESO есть специальная настройка для DLAA.

Результат:

DLAA vs Эталон:

Производительность:

DLSS (Deep Learning Super Sampling)— технология апскейла nvidia, основанная на машинном обучении. Призвана повысить производительность игр без потери качества картинки. Доступна на RTX 2000 и новее. На мой взгляд настоящая магия, потому что кроме апскейла выполнят качественное сглаживание сравнимое с MSAA. Вы только вдумайтесь — сглаживание, которое только повышает FPS в играх!

В TESO есть специальная настройка для DLSS. Я буду тестировать в режиме Performance, чтобы внутренний игровой рендер соответствовал разрешению 1080p.

Результат:

DLSS vs Эталон:

Производительность:

FSR (FidelityFX Super Resolution) — технология апскейла, разработанная AMD. Доступна для почти всех относительно современных видеокарт, включая Intel, AMD и Nvidia. Официально работает только в поддерживаемых играх, но с помощью Lossless Scaling FSR можно использовать в любых играх с поддержкой оконного режима на любых видеокартах.

В TESO есть специальная настройка для FSR. Я буду тестировать в режиме Performance, чтобы внутренний игровой рендер соответствовал разрешению 1080p. Своего сглаживания в режиме FSR нет, поэтому в настройках выставлю TAA.

Результат:

FSR vs Эталон:

Производительность:

NIS (Nvidia Image Scaling) — технологический аналог FSR. Апскейл из более низкого разрешения до разрешения монитора. Официально работает только на видеокартах Nvidia GTX 1000 и новее в любых играх с поддержкой эксклюзивного полноэкранного режима. Но с помощью Lossless Scaling можно использовать в любых играх с поддержкой оконного режима на любых видеокартах.

Из-за того, что в TESO не настоящий эксклюзивный полноэкранный режим, NIS не включается при понижении разрешения игры. Я нашёл 2 способа это обойти:

Результат:

NIS vs Эталон:

Производительность:

Integer Scaling (Цело­чис­ленное масштаби­рование) — способ увеличения изображений без размытия и искажений. Превращает каждый пиксель в квадратную или прямо­угольную группу из целого количества пикселей одинакового цвета. Предот­вращает потерю резкости в фильмах и трёх­мерных играх при увеличении 720p/1080p до 2160p и сохраняет пикселизацию в старых играх и играх на основе пиксельной графики.

Чтобы протестировать целочисленное масштабирование я воспользовался программой Lossless Scaling. Также можно настроить драйверы Nvidia на целочисленное масштабирование, но как и с DLDSR и NIS для этой игры придётся переключать разрешение рабочего стола.

Результат:

Integer Scaling vs Эталон:

Производительность:

В документации по Windows нашёл информацию, что в режиме «окно без рамок» Windows растягивает игры с помощью билинейного алгоритма. Это добавляет мыло в изображение.

В TESO фейковый полноэкранный режим, то есть на самом деле это окно без рамок. Для активации этого алгоритма достаточно оставить разрешение рабочего стола нативным, то есть 3840x2160 в моём случае. Затем в настройках TESO сменить разрешение рендера до 1920x1080. Содержимое безрамочного окна будет растянуто благодаря встроенному в Windows билинейному апскейлу.

Результат:

Билинейный апскейл Windows vs Эталон:

Производительность:

Вроде бы алгоритмически то же самое, что апскейл в Windows, а результат хуже. Скриншоты в таком режиме проблему не покажут. Но в реальности на мониторе видно, что некоторые границы между цветами имеют странные промежуточные оттенки. Например, между чёрным и белым я вижу фиолетовые пиксели. Эффект замыливания намного хуже, чем апскейл Windows.

Очень хотел продемонстрировать это в статье, но не получилось. Камера iPhone 13 не очень хорошо показывает проблему. Можете поверить на слово — это худший скейлинг из всех протестированных. По возможности не используйте скейлинг силами монитора. Большинство мониторов, как и мой плохо скейлят из ненативных разрешений. В ТВ ситуация чуть получше.

Голова персонажа

Качество апскейла иногда очень субъективная метрика, поэтому предлагаю выбрать лучший вариант самостоятельно с помощью опроса.

Трава рядом

Цветы вдали

Игровые шрифты

Забыл добавить оконный режим 1080p без скейлинга (Average 191, FPS 1% 164). Исправляюсь:

Из этой таблицы можно сделать вывод, что любой способ апскейла влияет на производительность. Кроме относительно бесплатного способа — Билинейный апскейл Windows. Но использовать его я бы стал только при отсутствии альтернатив. Разница с оконным режимом минимальная и я бы сказал, что в районе погрешности. Возможно дело в фоновых программах.

DLDSR ожидаемо в самом низу по производительности, но картинка мне нравится больше всего. Впрочем это никакой не апскейл, а наоборот даунскейл. Использовать его получится когда цель 60 фпс. Впрочем в старых и нетребовательных играх он себя очень хорошо раскрывает.

DLAA замедляет производительность, несмотря на то, что для сглаживания используются тензорные ядра. Честно говоря я ожидал увидеть близкую к эталонной производительность.

DLSS хоть и самый медленный метод апскейла, но благодаря качеству картинки я всегда выбирал и буду выбирать его. При условии, что разработчики игр дадут такую возможность.

FSR и NIS алгоритмические родственники и потому близки по производительности. По качеству картинки в целом тоже. Хотя в моих тестах NIS даёт акварельный эффект, а FSR мыльный. Но на самом деле вся разница в настройках шарпенинга. Я никак это не тюнил для теста и только поэтому результирующая картинка разная. Если откалибровать оба метода — картинка будет очень похожей.

Integer Scaling на втором месте по производительности. И это неудивительно — самый примитивный способ апскейла. Каждый пиксель растягивается на 4 пикселя. При этом он самый честный по картинке. На 27 дюймов 2160p мониторе картинка полностью соответствуют 27 дюймов 1080p монитору. Я иногда использую этот скейлинг. Он идеально подходит для пиксельных игр. Но и 3d игры смотрятся неплохо, если вам не критична повышенная детализация.

Из недостатков моего тестирования добавлю, что для NIS и Integer Scaling я использовал стороннюю программу Lossless Scaling. Что могло сказаться на результатах по производительности, но не по качеству.

Я хотел использовать больше примеров со скриншотами из самой игры. Но оказалось, что даже в элементах одной картинки один и тот же алгоритм справляется с разной эффективностью. Кроме того в отличие от сетевой игры у экрана логина идеальная повторяемость по контенту, освещению и производительности. В самой игре бегают люди, меняется день и ночь. А ещё я ленивый.

Интересно как DTF оценит такой субъективный материал, как качество апскейла:

#DLDSR #DLAA #DLSS #FSR #NIS #Scaling #апскейл #upscale #downsclale