Aký je rozdiel medzi DLSS, FSR, XeSS a NIS?

Nie je to tak dávno, čo sme zaznamenali významné napredovanie výkonu grafického hardvéru, no spolu s rastúcim výkonom začala rásť aj grafická náročnosť titulov. 

Plynulé hranie vo vysokom rozlíšení sa zdalo na nejakú dobu pomerne vzdialené, no vďaka softvérovým pomocníkom počas renderovania sme zaznamenali solídny progres. 4K rozlíšenie, vyššie nastavenia a 60 FPS už teda nie sú len príjemnou predstavou. Na trhu sa aktuálne nachádza niekoľko riešení, a to DLSS a Image Scaling od Nvidie, FSR od AMD, XeSS od Intelu. Ako to celé funguje a aké sú medzi technológiami rozdiely?

Nvidia DLSS - Deep Learning Super Sampling (AI upscaling)

Deep Learning Super Sampling, skrátene DLSS, je na trhu s nami už od roku 2019. Vtedy ním Nvidia spolu so svojimi RTX grafikami a ray tracingom priniesla niečo nové a zaujímavé. Síce prvá verzia ešte nebola ideálna, postupne DLSS prešlo významnými zmenami a vývojom.

DLSS je teda renderovacia technológia, ktorá získava vyššie FPS vďaka využitiu techník AI akcelerovanému upscalingu. Jednotlivé snímky sa teda renderujú v nižšom rozlíšení, vďaka čomu sa zabezpečí zmenšenie náročnosti renderingu a následne sa snímka pomocou využitia AI a Tensor jadier zvýšia do cieľového (resp. natívneho) rozlíšenia. AI teda doplní chýbajúce pixely vďaka machine learning, ktoré už predtým hru prešlo a naučilo sa ako zvyšovať jej rozlíšenie.

DLSS vo svojej prvej verzii trpelo rozmazávaním obrazu, prípadne rôznymi artefaktami. Rovnako malo obmedzené rozlíšenia a pomery strán obrazy. No s príchodom verzií 2.x a úpravou algoritmov sa väčšina problémov vyriešila a kvalita obrazu sa priblížila kvalite natívnemu obrazu.

Treba ale myslieť na to, že čím agresívnejšie nastavenie zvolíte (Quality, Balanced, Performance, Ultra Performance), tým nižšie rozlíšenie bude použité na rendering a následne cez AI zvyšované do požadovaného rozlíšenia. Tam treba rátať s tým, že čím viac pixelov musí AI dokresľovať tým je aj nižšia kvalita, ale zase vyšší výsledný framerate. Nižšie nastavenia ako Performance alebo Ultra Performance sú teda vhodné hlavne pre vyššie 4K alebo 8K rozlíšenia monitorov. To nakoniec platí pre všetky upscalingy.

Do väčších extrémov ale DLSS technológiu tlačí Nvidia v DLSS 3 verzii, kde už nejde len o dopĺňanie pixelov cez AI, ale AI sa využíva na vytvorenie celých frejmov. Automaticky ich vie doplniť bez potreby záťaže grafickej karty generovanim ďalšieho frejmu. Len medzi dva vygenerované vloží svoj vytvorený. 

Využíva na to takzvaný Frame Generator, ktorý si vstupný obraz rozdelí do sektorov, ktoré obsahujú skupiny pixelov spolu s dátami herných enginov ako napr. vektory alebo hĺbka (depth data). Následne v dvoch snímkach nájde zhodné sektory, z ktorých vypočíta pohybový vektor spolu s optical flow dátami a na základe týchto údajov o každom sektore vygeneruje novú prechodovú snímku. Tú vloží pri vykresľovaní medzi vstupné snímky. Samozrejme, algoritmus pozostáva aj z ďalších optimalizačných techník pre zabezpečenie čo najlepšieho obrazu. Zároveň je k tomu pridaný aj Nvidia Reflex, aby rovno eliminoval mierne zvýšený input lag.

DLSS 3 začali dostávať prvé hry a tu je malé porovnanie kvality a framerate:

AMD FSR -  FX Super Resolution  (nonAI upscaling)

FSR od AMD je rovnako technika renderingu pre zabezpečenie zvýšenia FPS bez nutnosti nárastu výkonu grafickej karty.

Na rozdiel od svojho rivala DLSS nevyužíva Tensor jadrá ani AI, takže je možné FSR využiť aj na starších kartách, ako aj na Nvidia kartách (keďže DLSS je viazané len na RTX sériu). Zároveň však nie je také kvalitné.

Ide rovnako o rendering v nižšom rozlíšení a následné zvýšenie obrazu do požadovaného rozlíšenia. Ale samotný obraz dopočítavajú len scripty podľa okolitých pixelov. Výhodou je, že vďaka svojej jednoduchosti je pre vývojárov jeho implementácia jednoduchšia a rovnako je menej náročná na hardvér. Zároveň je kvalitnejšia ako jednoduché staršie upscalingy hlavne vďaka pridaniu sharpening filtra, ktorý zväčšený obraz ešte zostrí, aby nebol rozmazaný.

AMD sa síce vo verzii 2.0 snaží odstrániť nedostatky a zlepšila sa aj ostrosť obrazu pri nižších rozlíšeniach, ale priniesla aj nové problémy. Pridala temporálne spracovanie s analýzou predchádzajúceho frejmu, čo pridalo mierny ghosting, ale aj vyššiu kvalitu. Verzie 2.1 a 2.2 postupne obraz vylepšujú.

AMD už medzitým ohlásilo FSR 3 s Fluid Motion frame funkciou. Ním sa snaží udržať krok s DLSS 3 a síce ho ešte nezadefinovala, zrejme sa bude rovnako snažiť generovať celé frejmy a vkladať ich medzi dva existujúce. Prvé reálne implementácie prídu, ale až v roku 2023. 

Aktuálne napríklad FSR 2.2 prišlo do Forzy:

Intel XeSS - Xe Super Sampling (mix)

Intel sa spolu so vstupom na trh grafických kariet rozhodol priniesť svoju vlastnú verziu algoritmu pre AI upscaling rozlíšenia. Vydalo sa cestou Nvidie a XeSS pracuje z veľkej časti podobne ako DLSS, ale jeho kvalita nie je taká konzistentná.

Na úvodných porovnaniach je kvalitou niekde medzi FSR a DLSS, ale záleží od samotnej hry alebo scény, niektoré mu ešte nejdú. Je to ešte len prvá verzia.

XeSS má ale jednu konkurenčnú výhodu oproti DLSS, a to, že ho môžu využívať rôzne karty (AMD - RDNA2 a 3, Intel, Nvidia – RTX aj GTX) a nie je viazaný na jedného výrobcu, ale zároveň na iných ako Intel kartách funguje inak. Na Intel kartách využíva na AI XMX jadrá, na ostatných DP4a inštrukcie, kde bude nižšia kvalita obrazu a výkonu. Preto aj rôzne porovnania môžu líšiť.

Intel má zatiaľ dostupné len karty nižšieho výkonu.

XeSS teraz zapracovalo napríklad Call of Duty Modern Warfare 2:

Všetky tri funkcie sú aj v Spider-manovi:

Nvidia Image Scaling  (nonAI upscaling)

Nakoniec ešte spomeňme Nvidia Image Scaling. Táto funkcia je obdobou FSR od Nvidie a rovnako ide plne softvérovo bez nutnosti AI jadier, čím podporuje prakticky všetky grafické karty.

Image Scaling je postavené na novom upscalingovom algoritme, ktorý používa smerové prevzorkovanie (directional upscaling) v 4 smeroch a zároveň obsahuje aj adaptive sharpening filter. Oba algoritmy bežia v rovnakom čase v post-process renderingu. Teda podobne ako FSR, len FRS má iný algoritmus.

Image scaling bol dlho len malý doplnok, ktorý mala Nvidia v ovládačoch, kde sa dá využívať na upscaling celého obrazu aj v systéme a v každej hre, ale teraz ho umožnila využívať aj vývojárom samostatne v hrách a to na všetkých grafických kartách. Napríklad Call of Duty ho už natívne zapracovalo.

A čo to vlastne hovorí?

Hovorí to, že je to aktuálne potrebný smer vývoja grafických technológií. Keďže na jednej strane je grafika v hrách stále náročnejšia, na druhej aj v menej graficky náročných hrách. hlavne multiplayerovkách. je vyšší framerate veľmi dôležitá vec. Minimálne zníženie kvality za získaný framerate často stojí. Pritom vďaka týmto technológiám sa už oplatí vlastniť 4K monitor.

Ak ich porovnáme, samozrejme najlepšie je DLSS na RTX kartách, ale uvidíme, ako sa bude vyvíjať XeSS na Intel kartách, kde bude mať rovnako plné AI a zároveň ani AMD nespí a teraz čakáme, čo ukáže v FSR 3.0.

Zároveň je dobré, že sa do tohto súperenia zapojili všetky firmy, keďže vyššia konkurencia je lepšia pre ďalší vývoj týchto funkcií. Aj keď má to malý mínus a to, že v hrách sa tieto funkcie zbierajú a niektorí hráči nemusia vedieť, ktorá je práve pre ich kartu najlepšia.