Co je to DLSS, upscaling a další technologie grafických karet

DLSS, FSR, Frame generation, Reflex. Ve světě grafických karet se používá spousta termínů pro různé softwarové technologie. Co jsou ale vůbec zač a co vlastně dělají? V následujícím článku se o těchto technologiích dozvíte vše důležité.

V tomto článku se dozvíte:

Jeden název pro mnoho technologií

Počet snímku za sekundu

Upscaling

Frame generation

Technologie pro snížení odezvy

Další softwarové technologie

V našem článku ohledně výběru grafické karty jsme se věnovali především jejich hardwaru a výpočetnímu výkonu. V posledních letech se však stále více do popředí dostáväjí i softwarové části výbavy grafických karet. Mezi ty nejdůležitější patří upscaling a frame generation, nelze však přehlédnout ani jiné technologie. Podívejme se na ně podrobněji.

DLSS, FSR a další technologií

Úvodem je důležité si říct, že názvy jako DLSS či FSR zastřešují více technologií, než tomu bylo dříve. Například DLSS je zkratka pro Deep Learning Super Sampling a označovala se tak technologie pro upscaling obrazu. V dnešní době zahrnuje i další technologie jako Frame Generation či Ray Reconstruction. Pro přehlednost náš článek rozlišuje jednotlivé technologie, i když spadají pod jeden název.

Každý z výrobců má své vlastní technologie a ty zastřešují následující názvy:

• NVIDIA je vývojářem technologie DLSS, poslední verze je DLSS 4.0
• AMD je vývojářem technologie FSR, poslední verze je FSR 4
• INTEL je vývojářem technologie XeSS, poslední verze je XeSS 2

Počet snímků za sekundu jako základní metrika

Při hraní her se obraz skládá z mnoha jednotlivých snímků, které grafická karta musí zpracovat (tzv. renderovat). Následně je postupně posílá do monitoru, který je zobrazuje. Počet snímků vyrenderovaných za vteřinu, se nazývá FPS (Frames per second). Pro hráče je důležité, aby jich pro plynulost hry bylo co nejvíce. Minimum pro pohodlné hraní je v dnes 30 FPS, většinou se doporučuje alespoň 60 FPS.

Renderování je výpočetně velmi náročné a má na něj vliv spousta faktorů. Například graficky náročných akčních her dokáže grafická karta vyrenderovat méně snímků než u třeba jednoduché 2D plošinovky.

Upscaling

Jedním z faktorů, který dává výpočtům grafické karty nejvíce zabrat, je rozlišení. Pokud hrajete ve FullHD, grafická karta renderuje obraz v rozlišení 1920x1080 pixelů, celkem tedy 2 073 600 pixelů. Pokud však přepnete na rozlišení 4K (3840x2160), tak grafická karta rázem renderuje 8 294 400 obrazových bodů, tedy 4x tolik! Nastává zde tedy obrovský skok ve výpočetní náročnosti pro grafickou kartu.

A právě zde přichází na řadu upscaling. Jde o proces, kdy je hra vyrenderována na nižší rozlišení (například 2560x1440) a následně jsou pomocí AI dopočítány detaily obrazu na vyšší rozlišení (na 3840x2160). Takto dosaženému rozlišení se říká upscalované. Pokud je rozlišení vyrenderované bez upscalingu, říká se mu nativní. Velmi tím tak klesá výpočetní náročnost a hry dosahují vyšších FPS. Každý výrobce má své vlastní uscalingové řešení.

Upscaling není dokonalé řešení, protože si AI snaží „domyslet“ detaily a ne vždy se trefí na 100 %. Obraz se tak může zdát například rozmazanějším, oproti nativnímu rozlišení.

Hra War Thunder. Na obrázku v nativním rozlišení bez upscalingu

A nyní se zapnutým uscalingem DLSS 4.0 na úrovni kvalita

DLSS Super Resolution

DLSS Super Resolution je upscalingovým řešením NVIDIA. Poprvé byl představen veřejnosti v roce 2018, jedná se o nejdéle vyvíjený model. Ze všech upscalingových řešení dosahuje obecně nejlepších výsledků – hry si zachovávají nejvyšší kvalitu obrazu.

DLSS Super Resolution je dostupné pouze pro grafické karty NVIDIA, neboť využívá tzv. Tensor jader, jenž se starají o všechny AI výpočty na kartách NVIDIA. Jsou jejich součástí od 2000 série. Aktuální verze je 4.0. Tu lze zpětně importovat do her se starší verzí DLSS, u kterých nedošlo k aktualizaci na novější verzi. DLSS podporuje více než 750 her.

Jedním z velkých témat ohledně poslední verze 4.0 byl změna AI modelu z CNN na tzv. Transformer. Technické vysvětlení je složité ale hlavní rozdíl je v tom, že nový model lépe rozumí obrazu jako celku a obecně tak dosahuje lepších výsledků při jeho rekonstrukci z nižšího rozlišení. Je taktéž zpětně kompatibilní a využívat jej tedy mohou karty od série RTX 2000 a vyšší. Nevýhodou je, že transformer je o něco málo pomalejší než CNN, a to má mírný vliv na FPS. NVIDIA umožňuje si zvolit jaký model chcete ve hrách používat.

Přes NVIDIA aplikaci si můžete zvolit, jaký model chcete používat u jednotlivých her. Předvolby A-D jsou starší CNN model, J-K pak nový transformer

FSR FidelityFX Super Resolution

FSR je řešením upscalingu od AMD. Verze 4 je exkluzivní pro karty AMD série 9000 a co se týče kvality obrazu, dosahuje téměř stejných výsledků jako nejnovější DLSS. Nejnovější verze je exkluzivní pro karty 9000 série, z toho důvodu, že podobně jako DLSS používají dedikovaný AI hardware (v případě AMD nazvány AI akcelerátory) přítomný na grafických kartách AMD.

Předchozí generace karet AMD tímto AI hardwarem nedisponovala a výpočet probíhal na běžných jádrech karet. Díky tomu bylo starší verze FSR (3.1 a nižší) možné využívat i na kartách jiných výrobců, kvalita obrazu u starších verzí FSR je však výrazně horší než u DLSS. Obecně je taktéž slabší podpora těchto technologií. Do konce roku bude FSR 4 podporovat okolo 75 her, starší verze jsou dostupné u cca 400 her, s tím, že hry podporující starší verzi 3.1 se dají aktualizovat na verzi 4.

XeSS Super Resolution

XeSS Super Resolution je pak upscalingovým řešením od Intelu. XeSS SR funguje na rozdíl od DLSS a FSR ve zvláštním režimu, kdy existují 2 verze ale nejsou na první pohled rozděleny. XeSS je podobně jako starší verze FSR agnostické k platformě a můžete jej tedy zapnout u karet jiných výrobců. Pokud je však zapnete přímo na kartách INTEL, XeSS využívá jejich dedikovaného hardwaru a kvalita obrazu je na těchto kartách lepší.

Obecně je kvalita XeSS lepší než u FSR 3 ale zatím nedosahuje kvalit posledních verzí DLSS a FSR. Podpora je taktéž mnohem horší. Aktuální verze 2 je dostupná pouze na 19 hrách, starší verzi podporuje něco málo přes 100 her.

Úroveň upscalingu

To, jak moc bude hra obraz upscalovat, záleží na nastavení, které si zvolíte. Platí pravidlo, že čím vyšší úroveň, tím lepší bude kvalita obrazu ale zároveň bude nižší zisk FPS. Úrovně nastavení kvality používá NVIDIA u DLSS a AMD u FSR stejné a stejné je dokonce i jejich škálování. INTEL s XeSS používá více úrovní, některé se však taktéž překrývají.

Následující tabulky ukazují, jak funguje škálování při jednotlivých úrovních upscalingu. V první tabulce je zvoleno rozlišení 4K jako cílové rozlišení, na kterém chceme, aby hra běžela. Tabulka pak ukazuje, z jakého rozlišení pak daná úroveň obraz upscaluje.

Porovnání DLSS ve 4K. Vlevo úroveň nastavení kvalita, vpravo nastavení ultra výkon

Pro zajímavost stejná tabulka tentokrát pro FullHD.

Porovnání DLSS ve FullHD. Vlevo úroveň nastavení kvalita, vpravo nastavení ultra výkon

Zde lze vidět jedna z velkých nevýhod upscalingových technologií. Pokud je kvalita výchozího rozšíření dostatečně vysoká, tak kvalita obrazu příliš netrpí, jak je tomu vidět třeba u 4K příkladu. U nižších rozlišení však dochází k upscalingu z obrazu o velmi nízké kvalitě. Pokud zvolíme úroveň ultra výkon při upscalingu na FullHD, kvalita původního rozlišení je pouze 640x360. AI pak má velmi málo informací, ze kterých dokáže rekonstruovat obraz a výsledná kvalita je velmi nízká. Takový obraz je rozmazaný, detaily mají nízkou kvalitu a některé zmizí úplně. Často se objevuje i ghosting.

Anti-Aliasing

Upscaling souvisí pak ještě s Anti-Aliasingem, neboť jej sám do jisté míry provádí. Jelikož je obraz složen z pixelů, tak se všude nacházejí ostré hrany. Tyto ostré hrany působí velmi rušivě, proto se přistupuje na anti-aliasing tedy vyhlazování hran. Nejjednodušší verzí je vyhlazení přechodu mezi 2 objekty, čímž dojde k rozmazání jejich okrajů. Tento způsob je relativně účinný ale má ten nedostatek, že obraz celkově působí rozmazaně a ztrácí detaily.

Anti-aliasing v praxi. Nahoře nevyhlazené hrany, dole vyhlazování

Všechna upscalingová řešení mají možnost nativního režimu, který s Anti-Aliasingem pomáhá. Hra je renderovaná v nativním rozlišení, není tedy upscalovaná, ale obraz je ještě zpracován skrz AI. Díky tomu dochází k přesnějšímu vyhodnocení toho, co je potřeba vyhlazovat a co ne. Vzniká zde pak určitá výpočetní náročnost a hra pak běží o něco hůře, kvalita obrazu je ale lepší. Jedná se o ideální řešení u her, u nichž máte dostatek FPS a chcete kvalitnější obraz.

U DLSS se tento režim nazývá DLAA (Deep Learning Anti-Aliasing), u většiny her je však nazván většinou jako Nativní AA, a stejný název je pak většinou aplikován pro FSR i XeSS.

Pokud vás zajímá, jakou verzi upscalingových technologií podporují jednotlivé hry, můžete se podívat zde.

Frame generation

Další technologií je frame generation (zkratka FG). Cílem je FG je zvýšit FPS bez nutnosti renderovat další snímky. V podstatě se jedná o to, že mezi 2 klasicky vyrenderované snímky se vloží další, který vygeneruje AI, a to na základě informací z vyrenderovaných snímků. Zjednodušeně tedy AI vezme 2 hotové snímky a odhaduje, co se mezi nimi stalo.

FG je zahrnut jako součást upscalingových technologií. Nejnovější verze FG u NVIDIE se nazývá Multi Frame Generation a je zahrnuta do DLSS 4.0. Tato verze podporuje vložení až tří vygenerovaných AI snímků, mezi dva vyrenderované snímky. Teoreticky lze tedy FPS ve hře zvýšit až 4x. Tato verze je však podporována pouze u karet série 5000, karty 4000 série umožňují vložení pouze jednoho AI snímku (FPS lze tedy zvýšit 2x). DLSS Frame generation není podporován u karet 3000 série a starší.

Frame generation na kartách RTX. Ačkoliv obrázek od naznačuje, že se další snímky generují z předchozího, ve skutečnosti se jedná o interpolaci 2 vyrenderovaných snímků, mezi které ve vkládají AI snímky

FG podporuje i FSR a označuje se jako AMD Fluid Motion Frames (AFMF). Zde však existuje pouze režim vložení jednoho snímku. Podporován je u karet od 6000 série a vyšší. XeSS od INTEL taktéž disponuje vlastní verzi FG označenou XeSS-FG.

Důležité je upozornit, že ne každá hra, která obsahuje nejnovější verze DLSS, FSR či XeSS podporuje FG a záleží tedy na integraci vývojářů.

FG má taktéž jednu významnou nevýhodu. V režimu bez FG se snímek vyrenderuje a co nejdřív se posílá na výstup jako obraz. Při FG však musí druhý snímek čekat na to, než jej AI zpracuje a na jeho základě vygeneruje snímek, co mu předchází a teprve pak je druhý vyrenderovaný snímek poslán na výstup. FG tedy přináší do hry jisté zpoždění ve formě odezvy a nehodí se proto například do multiplayerových her, ve kterých záleží na každém okamžiku.

Kvůli odezvě se taktéž doporučují minimální FPS, kterých je potřeba dosáhnout, aby FG správně fungoval a nedocházelo k přílišnému zpoždění. Minimální doporučená hodnota je 40 FPS před zapnutím FG, ale obecně se doporučuje alespoň 60 FPS.

Příklad použití FSR. Při použití upscalingu a FG lze dosáhnout až několikanásobného zvýšení FPS pro hladší pocit ze hry

Technologie pro snížení odezvy

Dalšími technologiemi, kterými se výrobci grafický karet chlubí, jsou technologie pro snížení odezvy systému. V tomto případě se jedná o odezvu celého systému od momentu, kdy provede nějakou akci do momentu, než se daná akce zobrazí na monitoru.

Jak putuje akce ze vstupního zařízení na monitor

Pro příklad lze vzít výstřel ve hře. Při stisknutí tlačítka myši dojde k pokynu vystřel. V tu chvíli dochází k zavedení počáteční odezvy. Informace o stisknutí tlačítka putuje do procesoru. Ten provede výpočty, vyhodnotí a rozhodne, jak má snímek ve hře s touto informací vypadat. Informace je pak předána do fronty pro renderování, ve které čeká, než si ji převezme GPU aby na základě těchto informací vyrenderoval snímek a ten následně poslal do monitoru k zobrazení.

Právě tato fronta je část, na kterou se technologie pro snížení odezvy zaměřují. Snaží se tuto frontu minimalizovat tak, aby CPU bylo s GPU co nejvíce synchronizované a GPU začalo pracovat na vykreslení snímku co nejdříve.

Tyto technologie dokáží odezvu snížit až o polovinu. Uplatnění nacházejí hlavně u eSport her jako například Counter-Strike či Valorant, kde záleží na každém momentu.

Technologie pro snížení odezvy musí implementovat každá hra zvlášť. Záleží tedy na spolupráci vývojářů her a výrobců grafických karet. Technologie pro snížení odezvy jsou následující:

• NVIDIA Reflex – podporuje přes 100 her
• AMD Anti-Lag – podpora nejnovější verze 2 prozatím u 12 her
• XeSS Low Latency – podpora u her s verzí XeSS 2

Další softwarové technologie

Grafické karty nabízí spousty softwarových vychytávek, které ocenění hráči (ale i nehráči). Vybrali jsme pro vás ty nejzajímavějších.

Ray Reconstruction

Ray Tracing má v dnešní době jeden z největších vlivů na celkový dojen z grafiky her. Do her totiž přidává realistickou simulaci toho, jak různé materiály reagují na dopad světelných paprsků. Hry pak díky tomu vypadají lépe, neboť světelné efekty vypadají více realisticky, odrazy objektů ve vodě jsou přesnější a stíny lépe reaguji na změny světla ve scéně.

Ray Tracing je však extrémně náročný na výpočet, a proto se simuluje jenom omezené množství paprsků. Zde pak přichází na řadu technologie Ray Reconstruction, jenž je součástí DLSS od verze 3.5 a pomocí AI se snaží zpřesnit to, jak má scéna správně vypadat. Výsledkem je věrnější zpracování snímků, které se zobrazují na monitoru.

Vylepšení obrazu za pomoci Ray Reconstruction. Lepší zpracování odrazů je jedním z přínosů této technologie

AMD oznámilo podobnou funkci se jménem Ray Regeneration, která bude dostupná v příští verzi FSR pro karty 9000 série.

RTX Video super resolution

Další technologií, která využívá AI jádra u karet NVIDIA je RTX Video Super Resolution. Podobně jako Super Resolution provádí upscaling rozlišení u her, tak RTX Video provádí upscaling v reálném čase u aktuálně přehrávaných videí. Vylepšuje tak kvalitu obrazu u videí, které jsou v nižším rozlišení.

Poslední verze pak představuje RTX Video HDR a cílem této technologie je převést SDR videa do HDR a vylepšit tak kvalitu obrazu. Obě funkce lze zapnout na kartách série RTX 2000 a novějších v ovládacím panelu NVIDIA.

AMD ani Intel zatím nemají ekvivalentní funkci k této technologii.

Screen recording a monitoring

Všichni výrobci taktéž poskytují vlastní řešení pro záznam obrazovky. Ať už jde o snímky obrazovky, videa z her či streamování, každý nabízí své vlastní technologie, jak tyto úkony provádět. Nemusíte se tak spoléhat na software třetích stran. Výhoda je v tom, že software přímo od výrobce má menší vliv na výkon a dosahujete lepších výsledků.

Výrobci grafických karet taktéž nabízejí aplikace pro monitorování systému. Můžete tak sledovat teploty, jakých váš systém dosahuje, kolik FPS máte ve hrách či kolik % vaší paměti je využíváno danou aplikaci. Všechny tyto nástroje mohou pomoc při odstraňování problémů, pokud k nějakým dojde, neboť můžete rychle odhalit původce.

Příklad rozhraní NVIDIA. Přímo v něm můžete pořídit snímky obrazovky, nahrát video či třeba monitorovat výkon

Závěr

Evoluce v hardwaru nepostupuje tak rychle jako dříve a nové generace hardwaru tak nepředstavují takový pokrok ve výkonu. Technologie jako upscaling a FG se tak snaží vykompenzovat pomalejší vývoj pomocí software.

FAQ - na co se ptáte nejčastěji

Související články:

Jak vybrat SSD?

Jak vybrat chladič CPU?

Jak vybrat počítačovou skříň?

Jak vybrat počítačový zdroj?

Jak vybrat grafickou kartu?

Jak vybrat procesor

Jak vybrat RAM