Radeon X800 und die Texturen

In den letzten Tagen hat neben der Leistungsfähigkeit besonders auch ATIs isotrope und anisotrope Texturfilter der X800 Grafikchips für Aufregung gesorgt.
Wie viel Optimierung verträgt der Mensch? Ein Grund für uns, einmal näher hinzuschauen.

Der intelligente Algorithmus ist zum Teil schon seit der Radeon 9600 XT aktiv und wurde bis vor einigen Wochen nicht entdeckt.

Details

Laut ATI wird die intelligente Optimierung nur bei typischen Fällen angewandt, in denen Mipmaps durch den Boxfilter erstellt werden.
Der Boxfilter wird aufgrund seiner guten optischen Ergebnisse bei vergleichsweise geringem Aufwand für das automatische Erzeugen von Mipmaps genutzt und wird von DirectX als Default-Filter für die Texture-Load-Funktion genutzt.
Um von der Basistextur den Mip-Level 1 zu berechnen, fügt der Boxfilter ein Quadrat von 2x2 Pixels der Ausgangstextur bzw. Mip0 mit jeweils 25% Gewichtung zu einem Pixel der Mip1 zusammen, für Mip-Level 2 sind es vier Pixel zu einem Pixel usw.

Erkennt der Algorithmus eine atypische Situation, bei der starke Differenzen zwischen den einzelnen Mip-Levels zu erwarten wären, wird die Optimierung nicht genutzt, wodurch Artefakte und optische Auffälligkeiten verhindert werden sollen.

Weitere Informationen können den Artikeln von unseren Kollegen entnommen werden:

Computerbase
3D Center
Tom’s Hardware

Unsere Kollegen von Computerbase haben zudem noch herausgefunden, dass ATI neben dem intelligenten Algorithmus zusätzlich noch das LOD beim R420 leicht anhebt.
Durch diesen angehobenen LOD filtert man länger aus der hochauflösenderen Mip-Stufe, kommt dabei aber auch länger mit einer, im Verhältnis zum korrekten LOD gesehen, niedrigeren Anzahl an Textursamples bzw. bei anisotroper Filterung aus.
Von der Idee ist diese Optimierung eigentlich ideal. So erzeugt man zwar auf Standbildern ein schärferes Bild, was aber in Bewegung zum Flimmern neigen dürfte, denn umsonst wird der Nullpunkt beim LOD im Allgemeinen nicht eingehalten.

Was ist LOD Mip Mapping?

LOD steht für "Level of Detail", was aus dem Englischen übersetzt etwa soviel wie "Detailstufe" bedeutet. Den Nutzen von LOD Mip Mapping lässt sich am besten anhand eines Beispiels darstellen:

Man stelle sich in Far Cry ein Außenlevel mit einem Transport-Container vor, der sehr weit entfernt steht. Die Textur, welche auf den Container projiziert wird, muss stark verkleinert werden. Dadurch entstehen - trotz Filterung - hässliche Effekte ("Shimmering"), da für das dargestellte Pixel abwechslungsweise verschiedene Texel verwendet werden können. Durch die große Entfernung macht es keinen Sinn, immer eine 512x512 Pixel große Textur zu nutzen, wenn im Endeffekt nur 32x32 Pixel dargestellt werden sollen.

Nun kommt LOD MIP Mapping ins Spiel. Zuerst wird der "Level of Detail" berechnet. Dieser setzt sich zusammen aus dem Verhältnis zwischen "Anzahl Texel vorhanden" und "Anzahl Pixel sichtbar". Würde man bei einer eingestellten Auflösung von 640x480 direkt vor einer 640x480 großen Textur stehen, so ist das Verhältnis 1:1 und die LOD - Stufe 0 wird gewählt (größte MIP - Map Textur). Vergrößert man nun den Abstand zur Textur, dass schlussendlich nur noch 100x100 Pixel dargestellt werden müssen, ist das Verhältnis ca. 5:1 und die LOD - Stufe wird um eins erhöht auf 1. Je nach Spiele-Engien werden normalerweise 5 bis 10 Stufen unterstützt.

Für jede dieser Stufen steht eine eigene, ideal skalierte Textur zur Verfügung, welche dann schlussendlich für das Texture Mapping verwendet wird. Idealerweise sind also meistens mehrere gleiche Texturen unterschiedlicher Größe zur Auswahl vorhanden, für die Referenztextur der Größe 128x128 noch weitere der Größe 64x64, 32x32 und 16x16 Pixel (jeweils immer Seitenlänge / 2). Je näher man sich dem Objekt nähert, umso größer muss die Textur sein, da man durch der geringen Abstand mehr Details erkennen kann.

Die hochdetaillierten 512x512 - Texturen werden fast nur dann verwendet, wenn man sich fast unmittelbar vor dem Objekt befindet. Die meisten Spielentwickler liefern die verschiedenen selbst skalierten Texturen mit, es gibt allerdings auch 3D - Chips, welche diese verschiedenen MIP - Maps automatisch erzeugen können.

Die Optimierung auf einem Blick:

• Stage-Optimierung:
  Die Stage-Optimierung wird bei allen R3x0 und R420 basierenden Grafikkarten mit aktiver anisotroper Filterung angewandt. Es wird nur die erste Texturschicht mit trilinear gefiltert, alle weiteren Texturschichten bekommen nur noch bilinear.

  • Nachteil: Sichtbares Mip-Banding bsw. bei Detail-Texturen.
  • Deaktivieren: Dank dem rTool ist diese Optimierung sehr leicht zu umgehen.
• Reduzierung des trilinearen Filters:
  Im RV360 und R420 enthalten und immer aktiv auch ohne AF. Der Übergang zwischen zwei Mip-Stufen einer Textur wird nur noch in einem schmaleren Streifen trilinear gefiltert. Daraus resultiert ein größerer Bereich, wo nur bilinear gefiltert wird, wodurch die Übergänge nicht mehr ineinander fließen.

  • Nachteil: Mip-Banding kann sichtbar werden.
• Deaktivieren: Manueller Eintrag in die Registry
• Reduzierung der Sampelzahl innerhalb der Basistextur:
  Wie zuvor immer aktiv bei RV360 und R420 Chips. Die Optimierung senkt die Schwelle, wo in die nächst höhere Samplezahl zur Texturfilterung umgeschaltet wird. Durch die geringe Menge an Textursamples spart man deutlich an Leistung.

  • Nachteil: Texturflimmern möglich
  • Deaktivieren: Manueller Eintrag in die Registry
• LOD-Optimierung:
  Neu und bis jetzt nur in der X800-Reihe mit anisotroper Texturfilterung aktiv.
  Wieder einmal wird hier die Schwelle, ab welcher eine Erhöhung der Textursamplezahl nötig wird, weiter nach hinten ins Bild hinein geschoben.

  • Nachteil: Texturflimmern möglich
  • Deaktivieren: Manueller Eintrag in die Registry