HDR ja muut uudet 3D-tekniikat

30.04.2006 00:00 | | 133

HDR- ja muut uudet kiinnostavat 3D-tekniikat ovat jääneet taka-alalle Muropaketin vahvasti laitteistopohjaisessa artikkelivalikoimassa. Tilannetta korjaamaan tässä artikkelissa käsitellään transistorien ja uusien entistä nopeampien muistien sijaan kaikkea sitä, mitä uudella upealla raudalla voidaan toteuttaa. Testipenkkiin on asennettu NVIDIAn GeForce 7900 GTX- ja ATIn Radeon X1900 XTX-näytönohjaimet ja kaupasta on noudettu joukko hienoimpia pelejä ihmeteltäväksi. Mikä HDR on, miten ja mitkä pelit sitä käyttävät, kuinka asetukset viilataan kohti parasta kuvanlaatua ja miten HDR vaikuttaa suorituskykyyn; siinä joukko artikkelin aiheita.

Tavoitteena on siis luoda katsaus 3D-tekniikoihin pelaajan näkökulmasta yksinkertaisten selitysten ja kuvanäytteiden avulla. Artikkelissa pyritään asiat selittämään mahdollisimman yksinkertaisina, joten kuvaputken takana tapahtuviin laskutoimituksiin keskitytään mahdollisimman vähän ja suunnataan katse siihen, mitä ruudulle on piirretty.

HDR

High Dynamic Range (HDR) on usein vastaan tuleva lyhenne, jota käytetään sumeilematta mitä erilaisimmissa käyttötarkoituksessa aina puhtaasti markkinoinnista itse aitoon HDR-renderöintiin. HDR:n ongelmana on se, että kovan markkinoinnin ansiosta se rinnastetaan kyllä oikeaoppisesti parempaan kuvanlaatuun, mutta käytännössä ei juuri tiedetä, kuinka se kuvanlaatua parantaa. Musiikissa Dynamic Range on käytännössä korkeimman säröytymättömän signaalin ja taustakohinan suhde. 16-bittisellä dynamiikalla saavutetaan noin 96 desibelin teoreettinen dynamiikka ja 24-bittisellä signaalilla 144 desibelin dynamiikka. Kuvatekniikan puolella asia on rinnastettavissa siten, että korkein arvo on valkoinen (1) ja alin musta (0), väliin jäävällä lukualueella suoritetaan sitten tarvittavat laskut. Kuten monet tietävät asia ei kuitenkaan mene aivan näin yksinkertaisesti tosielämässä, ihmissilmän dynamiikka on rajallinen, mutta kykenee sopeutumaan nopeasti erilaisiin valaistuksiin. Niinpä täysin pimeästä huoneesta alkaakin hetken kuluttua erottamaan huonekaluja ja muita esineitä. Sama toimii myös toisinpäin ja pimeästä huoneesta valoisaan tilaan tultaessa lähes sokaistuu hetkeksi, pian valosta alkaa kuitenkin erottamaan yksityiskohtia.

Pimeän ja valoisan huoneen ongelma johtaakin suoraan HDR:n perusidean luokse: realistiseen renderöintiin tarvitaan arvoja sekä mustan että valkoisen ulkopuolelta. Kuvaruudulle ilmestyvä lopullinen renderöinti käyttää laskuissa hyväkseen näitä näköalueen ulkopuolelta löytyviä arvoja ja lopputuloksena vaikkapa pimeän metsän lehtiverhon läpi tihkuva päivänvalo on suoraan katsottuna sokaisevan kirkas. Lopputulos on lattean sijaan kontrastikas ja silmälle miellyttävän realistinen.

Yksi HDR:n huonoja ja vaikeita puolia on nykyisten näyttölaitteiden kykenemättömyys HDR-renderöidyn kuvan näyttämiseen. Nykymonitorien 8-bittiset värikanavat eivät taivu riittävään värimäärään ja kontrastisuhteessakin on sanomista. Luonnossa auringon valaiseman maiseman kontrasti voi olla parhaimmillaan 50 000 : 1, mutta parhaatkin näytöt kykenevät vain 1500:1 -kontrastiin tai alle. Aiemmin mainittiin, että ihmissilmä kykenee sopeutumaan nopeasti erilaisiin valaistusolosuhteisiin ja tätä simuloidaan peleissäkin. Täydellisestä HDR-renderöinnistä tavallaan otetaan pala, joka halutaan esittää ja suolletaan ruudulle. Pimeässä huoneessa yksityiskohdat saadaan esiin, vaikka ikkunoista tuleva valo leikkaantuukin valkoiseksi. Tekniikkaa kutsutaan Tone Mappingiksi.

HDR

Ei HDR
Parhaiten HDR:llä ja ilman HDR:ää renderöityjen kuvien eron huomaa tietysti vertailemalla kuvia. Ylemmässä kuvassa veden pinta on häikäisevän kirkas ja kontrastin taso on aivan eri luokkaa alemman kuvan kanssa, jossa HDR on kytketty pois päältä. Kuvaruudulla näennäisesti täysin valkoiseksi leikkaantunut auringon valo pystyy tuottamaan laskuissa edelleen ilta-auringon realistiset heijastukset, eikä valkoisen valonlähteen latteaa lopputulosta.

Näytönohjaimella tehdyssä HDR-renderöinnissä raja normaalin ja HDR-renderöinnin väliin voidaan vetää käytännössä DirectX 9.0c:n tukeman Shader Model 3.0:n kohdalle. Shader Model 1.1-versiossa valot laskettiin 8-bittisillä kokonaislukuarvoilla, jolloin mustan ja valkoisen välille jäi vain 256 askelta, toisin sanoen kontrastisuhde oli vain 256 : 1 DirectX 8:n aikoihin. Alkuperäistä tilannetta parantamaan julkaistiin DirectX 9, joka sisälsi Shader Model 2.0:n myötä mahdollisuuden käyttää parhaimmillaan 24-bittisiä kokonaislukuja valoja laskettaessa. Päivitetty 9.0c toi viimein mukanaan minimissään 32-bittiset liukuluvut laskentaan ja kontrastisuhteen 65535 : 1. Jotta tilanne ei olisi aivan näin yksinkertainen, HDR-nimitystä käytetään usein jo Shader Model 2.0:n avulla toteutetuissa renderöinneissä.Kuten arvata saattaa, on HDR-renderöinti 32-bittisillä liukuluvuilla vaativampaa, kuin 8-bittisillä kokonaisluvuilla suoritettu perusrenderöinti. Monissa peleissä HDR:n aikaansaamia efektejä tuotetaankin suorituskyvyn ja yhteensopivuuden nimissä myös muilla keinoin. Yksi näyttävimmistä ja eniten käytetyistä on Light Blooming. Efekti toteutetaan kopioimalla hehkuvaksi haluttu tekstuuri bufferiin ja blendataan se lopuksi muuten renderöidyn maiseman päälle. (Blendaus tarkoittaa kahden tai useamman kuvan yhdistämistä toisiinsa.) Joissain tapauksissa blendattavan tekstuurin ääriviivat voidaan häivyttää Over Bright -efektin aikaansaamiseksi. Tekniikalla saavutetaan erityisesti kirkkaissa kohdissa osittain tummemman alueen päälle ulottuva valo, joka katsojalle tuottaa illuusion kirkkaamasta valosta, kuin mitä ruudulla näkyykään.

Bloom
Oblivion-pelissä Bloom-ominaisuutta käyttäen veden pinnassa tapahtuva heijastus on huomattavasti kirkkaampi, kuin ilman Bloomia. Ero HDR-renderöintiin vaikuttaa aluksi vähäiselle, mutta tarkasteltaessa kaikkea muuta, paitsi kirkasta heijastusta, ero on päivän selvä.

Transparency Anti Aliasing ja näytönohjaimet

Täyden HDR:n lisäksi yksi viimeisimmistä uusista 3D-tekniikoista on NVIDIAn lanseeraama Transparency Anti Aliasing ja ATIn vastaava Adaptive Anti Aliasingiksi nimetty reunojenpehmennystekniikka. Perinteisesti Multi-Sampling-metodilla tehty reunojen pehmennys käsittelee ainoastaan polygonien rajat. Huomattavasti enemmän suorituskykyä vaativa Super-Sampling-tekniikka puolestaan suurentaa alkuperäisen kuvan isommaksi, tutkii lähekkäin olevien pikselien värit ja muuntaa kuvan alkuperäiseen kokoon. Super-Samplingin etuna Multi-Samplingiin on se, että se käsittelee kuvasta joka ainoan pikselin ja kuvanlaatu on Multi-Sampling-tekniikkaa parempi.

Transparency AA on kehitetty kiertämään Multi-Sampling-tekniikan rajoitteita. Usein peleissä toteutetaan käytännöllisyyden nimissä hankalia kohteita, kuten puun lehtiä, verkkoaitoja ja muita monimutkaisia esineitä läpinäkyvää tekstuuria polygonin pinnalla käyttäen. Multi-Samplingiä ajatellen tämä on tietysti huono, sillä tekniikkahan käsittelee vain polygonien reunat, jättäen tekstuureista löytyvät jyrkät rajat käsittelemättä. Transparency AA tutkii ruudulta löytyvät tekstuurit läpinäkyvyyden osalta ja pehmentää reunat löydetyistä tekstuureista. Sekä NVIDIA että ATI tarjoavat kaksi eri reunojenpehmennysmetodia läpinäkyville tekstuureille: suorituskykyisempi tila käsittelee reunat Multi-Sampling-periaatteella ja laadukkaampi Super-Samplingilla. Kuvaruudun kaappauksissa ero Multi-Samplingillä toteutetun Transparency AA:n ja tavallisen reunojen pehmennyksen välillä on pieni, mutta liikkuessa eron huomaa selvästi.

4x AA

4x AA Multi-Sampling Transparency

4x AA Super-Sampling Transparency

200 prosenttia suurennetut kuvat on otettu GeForce 7900 GTX -näytönohjaimella. Ylimmässä kuvassa nähdään kuinka läpinäkyvillä tekstuureilla toteutetut puun lehdet jäävät kokonaan pehmentämättä. Erityisesti liikkuessa puun lehvistön välke ja pikselien nopeat muutokset ottavat silmään. Multi-Sampling Transparency AA:ta käytettäessä lähimpänä ja selvimmin näkyvissä olevat puun lehdet pehmentyvät moitteetta. Erityisesti kaukana olevat kohteet ja lähes läpinäkymätön puun lehvästö jäävät kuitenkin pehmentymättä kunnolla ja pientä välkyntää esiintyy liikuttaessa. Alimmassa kuvassa on käytetty Super-Sampling-tilaa ja kuvasta näkee välittömästi, kuinka reunojen lisäksi myös lehvästön rakenne on tasaisempi. Liikuttaessa ero on valtava, mutta valitettavasti myös suorituskyky tippuu pelattavan rajamaille.

Suorituskykytesti The Elder Scroll IV: Oblivion -pelin hämyisissä metsissä paljastaa Transparency AA:n tehohävikin. Suorituskyky vähenee pahimmillaan puoleen ATI Radeon X1900 XTX -näytönohjaimella, kun kaikki mahdolliset herkut kytketään päälle.

Näytönohjaimet

NVIDIAn ja ATIn huippunäytönohjaimet GeForce 7900 GTX ja Radeon X1900 XTX ovat suorituskyvyltään nykypeleissä tasainen parivaljakko. HDR:ää käyttävissä peleissä näytönohjaimilta vaaditaan kuitenkin suorituskyvyn lisäksi tiettyjä ominaisuuksia, jotka molempien näytönohjaimien tapauksissa ovat jossain määrin puutteelliset. HDR on mahdollista toteuttaa peliin monella eri tapaa ja eri tarkkuuksin, vaihtoehtojen määrä ja näytönohjainten puutteelliset ominaisuudet aiheuttavatkin lopulta mielenkiintoisia ongelmia. Pääeroista muodostuu seuraavankaltainen lista:

  • ATI tukee:
  • FX 10- ja FP 16-blendausta
  • Multi-Sampling ja Super-Sampling reunojen pehmennystä edellämainittujen yhteydessä
  • ATI ei tue:
  • FP 16 -tekstuurien filtteröintiä
  • NVIDIA tukee:
  • FP 16-blendausta ja filtteröintiä
  • Raskasta Super-Sampling-reunojenpehmennystä FP 16 -blendauksen kanssa
  • NVIDIA ei tue:
  • FX 10 -blendausta
  • Multi-Sampling reunojen pehmennystä FP 16 -blendauksen kanssa

Käytännössä esimerkiksi FarCry-pelin käyttämä 64-bittinen HDR-renderöinti toteutetaan neljän FP 16 -komponentin avulla. Maisema ja muut elementit renderöidään 64-bittiseen bufferiin ja kasataan lopulliseksi kuvaksi. Teoriassa näytönohjaimen pitää prosessin läpiviemiseksi tukea sekä FP 16 -blendausta että FP 16 -tekstuurien filtteröintiä. FP 16 -tekstuurien filtteröinnin puute on mahdollista kiertää toteuttamalla filtteröinti Shader-yksikön avulla. ATIn tarjoama ominaisuusvalikoima on NVIDIAn vastaavaa laajempi ja esimerkiksi Age of Empires 3 -pelissä ATIlla käytetään FX 10 -tarkkuutta raskaamman FP 16:sta sijaan paremman suorituskyvyn aikaansaamiseksi. Samaisessa pelissä NVIDIAlla käytetään HDR-renderöinnissä FP 16 -tarkkuutta, joka erityisesti blendauksessa on muistikaistaa kysyvä operaatio FX 10:iin verrattuna.

Lisäksi lienee syytä mainita, että Multi-Sampling reunojen pehmennnys voidaan toteuttaa pelissä NVIDIAn tai ATIn näytönohjaimilla myös Shadereiden kautta. Tekniikkaa on esitelty muun muassa NVIDIAn teknologiademoissa, mutta varsinaisia peliesimerkkejä on vaikea löytää.

0x AA HDR NVIDIA GeForce 7900 GTX

4x AA HDR ATI Radeon X1900 XTX

The Elder Scroll IV: Oblivion -pelissä HDR-renderöinti suoritetaan hyväksikäyttäen tuttuja FP 16 -operaatioita. ATIn tapauksessa FP 16 -tekstuurien filtteröinti suoritetaan shaderien avulla. HDR:n laadun puolesta filtteröintitekniikalla ei ole merkitystä, mutta parasta kuvanlaatua haettaessa HDR:n ja Multi-Sampling reunojen pehmennyksen on ylivoimainen yhdistelmä. Oblivion-peli ei virallisilla ajureilla tue edes ATIn korteilla HDR:n ja AA:n yhdistelmää, joten ATI julkaisi sivuillaan epävirallisen korjauksen asiaan. Saman ratkaisun kimpussa on tällä hetkellä myös FarCry-pelin kehittäjätiimi, joka on työstänyt HDR:n ja AA:n ATIn korteilla avaavan beta-päivityksen peliin.Pelaajan kannalta ATIn ylivoimaisuus ei siis olekaan aivan hehkutetun kaltainen. Useimmat markkinoilta löytyvät HDR:ää tukevat pelit tarvitsevat ajuri- ja päivityskikkailuja AA-tuen esiin kaivamiseksi. Tilannetta ei helpota myöskään epäselvyys tukien olemassaolosta ja HDR-toteutusten tavoista. Esimerkiksi Microsoftin Age of Empires 3 -peli tarjoaa suoraan valikoista NVIDIAlle HDR- ja AA-ominaisuudet. Reunojen pehmennys on pelissä toteutettu Super-Samplingia hyväksikäyttäen ja lopputulos on hidas ja kunnollista Multi-Sampling-ratkaisua heikompilaatuinen.

Oblivion ja Call of Duty 2

Testikokoonpanosta yhteenveto alla olevassa listassa

  • Prosessori: Athlon 64 FX-60
  • Muisti: Mushkin Redline & Kingston KHX3500 4 x 512 MB 2.5-3-3-7 2T
  • Emolevy: Asus A8N-SLI
  • Kiintolevy: Seagate 7200.7 160 GB
  • Näytönohjaimet: NVIDIA GeForce 7900 GTX 512 MB & ATI Radeon X1900 XTX 512 MB
  • Virtalähde: Nexus 400W

Testikokoonpanon komponentit on valittu rajoittamaan mahdollisimman vähän suorituskykyä muilta, kuin näytönohjaimen osalta. Prosessoriksi on valittu kaksiytimellinen AMD Athlon 64 FX-60 ja muistia kokoonpanoon on kerätty kaksi gigatavua. Käyttöjärjestelmän pelitesteissä toimi Windows XP SP2.

Suorituskykytestit on mitattu Fraps-ohjelmaa apuna käyttäen käytännön pelitilanteessa. Jokainen testipätkä on ajettu kolme kertaa ja testiajojen keskimääräisen ruudunpäivitysnopeuden keskiarvo on laskettu taulukkoon yhden FPS:n tarkkuudella.

The Elders Scroll IV: Oblivion

Yksi vuoden kovimmista roolipeleistä on saanut viime aikoina huomiota muun muassa ATIn epävirallisen ”The Chuck Patch” -päivityksen muodossa. Ajuripäivitys mahdollistaa pelissä HDR- ja AA-ominaisuuksien samanaikaisen käyttämisen Radeon X1000-sarjan näytönohjaimilla. Peli käyttää HDR-renderöinnissä FP 16 -lukuja, joten NVIDIAlla HDR:n ja reunojen pehmennyksen yhtäaikainen käyttö ei onnistu.

NVIDIAlla epäviralliset ForceWare 84.43 -ajurit toimivat pelissä ongelmitta ja ATI:lla paras kuvanlaatu saadaan aikaiseksi Catalyst 6.3 -ajureihin perustuvaa Chuck Patchia käytettäessä. ATI:lla grafiikkavirheitä esiintyy erityisesti varjoissa, joista ruohikkoon piirtyvät varjot välkkyvät epämiellyttävällä tavalla. Toinen ongelmallinen varjokohta selviää seuraavista kuvista.

No Shadow GeForce 7900 GTX

Ilman varjoja.

Shadow GeForce 7900 GTX

NVIDIA GeForce 7900 GTX piirtää kaikki varjot oikein.

Shadow Radeon X1900 XTX

ATIlla osa varjoista, kuten kuvan mieshenkilö, piirtyvät vastaavalla tavalla kuin NVIDIAn ohjaimella.

Shadow problems Radeon X1900 XTX

ATIn ongelmaksi heinikon välkkyvien varjojen lisäksi koituu päähenkilöön piirtyvät päällekkäiset varjot, jotka aiheuttavat muun muassa kuvassa näkyvää saha-aaltoa. Varjo-ongelmien takia suorituskyky-testit on suoritettu molemmilla näytönohjaimilla ilman varjoja.

Perustesti käsittää ruohikkoisilla mäenrinteillä käytävän hurjan tappelun maantierosvoja vastaan, siirtymätaipaleen kohti Anvilin satamaa ja kävelyä satama-alueen läpi iltahämärässä. Testi ei ole kokonaisuutena yhtä raskas, kuin sakeimmat metsäalueet pelissä, mutta antaa hyvän kuvan näytönohjaimien keskimääräisestä suorituskyvystä eri tilanteissa.

Ero näytönohjainten välillä pysyy lähes vakiona oli käytössä sitten HDR-, Bloom- tai perusrenderöinti. ATIn vahvuus pelissä on tasainen ruudunpäivitysnopeus, joka ei tiukoissakaan tilanteissa laske pelattavuuden alapuolelle. Testitulosten perusteella huipputason näytönohjaimella ei kannata edes harkita muita kuin HDR-renderöinnin käyttämistä.

Kaikki mahdolliset pelistä kytkettävät herkut päällä GeForce 7900 GTX:n suorituskyky alkaa tippumaan pelattavan rajamaille 1600×1200-resoluutiolla erityisesti taistelun aikana. ATIlla osaksi bugittavat varjot eivät hidasta menoa edes tiukoissa tappeluissa, toisaalta myöskään kuvanlaatu ei ole samaa tasoa NVIDIAn kanssa.

4x Multi-Sampling reunojenpehmennyksen käyttäminen on lähes ilmainen ominaisuus Radeon X1900 XTX:llä ja kannattaa ehdottomasti käyttää hyväksi. Kokonaisuutena Oblivion on ATIn selvää johtoa niin ominaisuuksien, kuin suorituskyvynkin osalta, joka pelitilanteessa tuntuu jopa mitattua suuremmalta. Toisaalta ATIa vaivaa vielä pienet bugit erityisesti varjoissa ja HDR + AA -ominaisuuksien käyttöönottaminen vaatii erikoisajurin.

Call of Duty 2

Call of Duty 2 on paljon suosiota ja menestystä saaneen ykkösosan visuaalisesti komeampi jatko-osa. Pelillisesti epäjatkuva juonikuvio saattaa muodostua kyllästyttäväksi räiskinnäksi, mutta efektien puolella peli tarjoaa monenlaista nähtävää. Varsinaisen HDR-renderöinnin sijaan pelissä on käytössä dx9- ja dx7-renderöintitilat. DirectX 9 -yhteensopivalla tehokkaalla näytönohjaimella ruutuun saadaan hienompia savu- ja utu-efektejä, Bloom, Bumb Mapping, heijastuksia ja muuta kivaa. Kokonaisuudessa peliin on saatu HDR-näyttävyys ilman HDR:n käyttöä ja näinollen sekä ATIn että NVIDIAn korteilla reunojen pehmennyksen käyttäminen pelissä onnistuu moitteetta.

DX7 GeForce 7900 GTX

DX9 GeForce 7900 GTX

Ulkotiloissa savu ja valoefektit ovat dx9-renderöintiä käytettäessä verrattavissa HDR:n tuomiin parannuksiin. Testikuvissa mallia näyttää GeForce 7900 GTX.

DX7 Radeon X1900 XTX

DX9 Radeon X1900 XTX

Kaupungissa parempi renderöintimenetelmä tuo ruutuun huomattavasti lisäpotkua. Tekstuurien ”syveneminen”, valaistuksen parantuminen ja muun muassa räjähdykset tuovat peliin HDR-vaikutelman.Suorituskykytestit ajettiin tuttuun tapaan El Daban maisemissa iloisesti saksalaista isänmaallisuutta karsien. Radeon X1900 XTX:llä ajureina käytettiin Catalyst 6.4 -ajureita ilman näkyviä kuvanlaatuvirheita ja GeForce 7900 GTX:llä ajuriversiona oli 84.43.

Dx9-efektien käyttäminen kangistaa suorituskykyä merkittävästi ja nopeatempoisessa pelissä alkaa jo häiritsemään pelattavuutta. Call of Duty 2 osoittaa, että koneen saa kyykyyn ilman HDR:ääkin.

FarCry ja Lost Coast

FarCry tuli markkinoille ilman HDR-tukea, mutta innokkaan kehitystiimin johdosta viimeisimmät päivitykset ovat tuoneet toimivan HDR-tuen niin ATI:lle, kuin NVIDIAllekin. Itseasiassa FarCry oli yksi ensimmäisistä HDR:ää tukevista peleistä ja käyttää HDR-ominaisuuksien renderöinnissä OpenEXR-kuvaformaattia, joka on yhteensopiva NVIDIAn FP 16 -blendauksen kanssa. Tuen tullessa vuonna 2004 peliin, oli markkinoilla ainoastaan NVIDIAn GeForce 6800- ja 6600-näytönohjaimissa tuki FP 16 -blendaukselle. Pelin uraa uurtava HDR-tuki toimii versiosta 1.3 ylöspäin NVIDIAn näytönohjaimilla. Pelissä HDR:n käynnistäminen onnistuu r_hdrrendering 7 -komennolla ja 84.43-ajureilla GeForce 7900 GTX suoriutuu HDR:n vaatimista tempuista ongelmitta. ATI:n nykyisellä lippulaivalla Radeon X1900 XTX:llä HDR-tuen päälle saaminen ei ole aivan yhtä yksinkertaista. Uusin virallinen 1.33-päivitys ei tue edelleenkään ATIn näytönohjaimia ja HDR-tuen päälle saaminen vaatii epävirallisen 1.4-päivityksen lataamisen. Epävirallisella päivityksellä HDR-toimiikin mainiosti, mutta ainakaan Catalyst 6.4 -ajureilla HDR + AA ei onnistu lupauksista huolimatta.

Normaali GeForce 7900 GTX

HDR GeForce 7900 GTX

HDR näkyy pelissä selvästi perusrenderöintiä kontrastikkaampana lopputuloksena. Iltahämärässä ja sisätiloissa lopputulos on toisinaan epärealistisemman näköinen, kuin ilman HDR:ää, mutta kokonaisuutena tuki ja ominaisuus on pelissä selvä kuvanlaadullinen parannus.Suorituskykytestien puitteissa suoritettiin reipas kävelylenkki automaattiaseella niin palkkasotureita, kuin paikalle eksynyttä helikopteriakin paukutellen. Lopuksi suoritettiin huima hyppy jyrkänteeltä ilman riippuliidintä, joka houkuttelevasti jäi odottamaan seuraavaa uhkarohkeaa kallion kielekkeelle.

HDR-renderöinnin päälle laittaminen vaikuttaa suorituskykyyn melko dramaattisesti molemmilla näytönohjaimilla.

Half-Life 2: Lost Coast

Valven näkemys HDR:stä julkaistiin teknologiademona, joka on Steam-palvelun kautta ilmaiseksi ladattavissa Half-Life 2 -pelin omistajille. Lost Coastin HDR -toteutus ei suorita renderöintiä FP 16 -tarkkuuksia RGB-arvoissa käyttäen, vaan lähinnä simuloi suorituskykytehokkaasti erilaisia HDR-tilanteita. Etuna Shadereiden käytöstä on tietysti parempi toimivuus nykynäytönohjaimilla, suorituskyky ja efektien muokattavuus. Lost Coastissa käytetyn Source-pelimoottorin HDR-ominaisuuksiin on listattu Light Blooming, Cube Maps, Sky Boxes, heijastukset ja valon ominaisuudet.

Nykyisen kaltaiseen ratkaisuun päädyttiin alunperin siksi, että Source-engine haluttiin saada tukemaan kaikkia DirectX 9 -yhteensopivia näytönohjaimia ja toimimaan myös Multi-Sampling reunojen pehmennystä käytettäessä. Nykyratkaisussa tekstuurit, jotka tarvitsevat HDR-käsittelyä, tallennetaan yhdessä Bloom-buffereiden kanssa. Kartat tutkitaan etukäteen ja analysoidaan missä kohteissa HDR:ää käytetään: HDR-valot, tekstuurit jne. Nämä arvot tallennetaan FP 16 -ominaisuuksin varustetuilla näytönohjaimilla 16-bittiseen liukulukuun (FP 16) ja esimerkiksi vanhemmilla ATIn näytönohjaimilla 4.12-kokonaislukuun. HDR-tuki näin toteutettuna ei tietenkään käsitä aivan kaikkia mahdollisia tilanteita, mutta toimii myös vanhemmilla näytönohjaimilla ja epätäydellisyydestään johtuen on myös suorituskyvyn puolesta tehokas.

HDR-yhteensopivien karttojen tekeminen vaatii muun muassa ulkokenttien Skybox-tekstuureiden ja Cube Mapsien (kuinka esineet heijastavat valoa) muuttamista myös HDR-muotoon.

Normal GeForce 7900 GTX

Bloom GeForce 7900 GTX

HDR GeForce 7900 GTX

Lost Coastin kolme mahdollista renderöintitilaa näkyvät ylläolevista kuvista. Täydet HDR-efektit, Bloom ja tavallinen renderöinti näyttävät kovin erilaisilta, lähempää tutkiessa osa pinnoista säilyy kuitenkin kuvasta toiseen aivan samanlaisina.

Normal GeForce 7900 GTX

Bloom GeForce 7900 GTX

HDR GeForce 7900 GTX

Kirkas näyttää todellakin kirkkaalta, kun HDR kytketään teknologiademosta päälle. Ylivalotusta simuloiden holvikaaren reunat peittyvät Over Bright -efektin sumentamana ja silmä tulkitsee valon entistä kirkkaammaksi.

HDR GeForce 7900 GTX

Bloom GeForce 7900 GTX

Normal GeForce 7900 GTX

HDR-valonlähde valaisee kirkon sisäosat aivan eri tavalla, kuin muissa renderöintitavoissa. Epätäydellisestä toteutuksestaan huolimatta Source-pelimoottori tarjoaa yhden näyttävimmistä efektitykityksistä ja paikkapaikoin realistisimman oloisista valon heijastumisista.Yksi Source-pelimoottorin HDR-tuen toteuttamisen lähtökohdista oli alunperin mahdollisimman laaja tuki ja niinpä kummatkin testinäytönohjaimet toimivat ilman ongelmia pelin kanssa. Suorituskykytestissä urhea kumipukuun sonnustautunut sankarimme kiipeili jyrkän kallion ylös saapuen lopulta kirkon sisään. Mittaukset suoritettiin tuttuun tyyliin Fraps-ohjelmaa apuna käyttäen.

Testitulokset ovat varsin mielenkiintoiset, sillä NVIDIAlla lisäefektien päällelaittaminen ei vaikuta suorituskykyyn läheskään yhtä dramaattisesti kuin ATI:lla. Lienee mahdollista, että teknologiademo ei tunnista Radeon X1900 XTX:n kaikkia ominaisuuksia ja renderöi demoa kuten vanhemmilla ATIn näytönohjaimilla.

Need for Speed Most Wanted ja loppusanat

Viimeinen testipeli Need for Speed: Most Wanted ei sisällä lainkaan HDR-ominaisuuksia. Pelin ulkonäköä on viilattu lukuisilla eri valoefekteillä, jotka yhdessä muodostavat reilusti HDR:ää vaikuttavamman ja tyrmistyttävämmän efektin. Over Bright simuloi HDR-ominaisuuksia esimerkiksi polttamalla puhki tunnelin päästä pursuavan valon. Lisäksi taivaan ja tien valot ovat paikkapaikoin kirkkaammat. Toinen pelin säätönappi, Visual Treatment, tekee koko pelin aivan eri näköiseksi. Valojen lisäksi asetus muokkaa myös värejä ja tekee pelistä hehkuvan ja valossa kylpevän. Asetus kontroloi myös Motion Blur- ja muita tuttuja efektejä jo vanhemmista Need for Speed -saagan tuotteista.

Normal GeForce 7900 GTX

Visual Treatment GeForce 7900 GTX

Over Bright & Visual Treatment GeForce 7900 GTX

Tutun turvallinen synkkä autopelifiilis muuttuu parilla napin painalluksella Top Gearista tuttujen filttereiden sävyttämäksi ylikirkkaaksi ja värikylläiseksi hurjasteluksi, jonka realistisuus on kaukana todellisuudesta. Efekti on kuitenkin varsin näyttävä ja sen voi pahimmillaan helposti sekottaa HDR:ään.

Suorituskykypuolella efektien päällekytkeminen vaikuttaa varsin vähän keskimääräiseen ruudunpäivitysnopeuteen. NVIDIA hallitsee HDR:n simuloinnin ATIa huomattavasti paremmin, jonka vahvuus puolestaan on nähtävissä aitoa HDR-renderöintiä käyttävissä peleissä.

Loppusanat

Useimmat markkinoilta löytyvät HDR:n kaltaisia renderöintitiloja sisältävät pelit eivät käytä laskennassa HDR:n edellyttämiä tarkkuuksia, vaan simuloivat HDR-efektejä. Tilanne on kuitenkin muuttumassa kovalla vauhdilla uusien entistä parempien näytönohjainten tehdessä tuloaan markkinoille. Tällä hetkellä ATIn Radeon X1900 XTX tarjoaa parasta kuvanlaatua sekä ominaisuuksia HDR:ää tukevissa peleissä ja NVIDIA:n tarjokkaat joutuvat nuolemaan näppejään erityisesti reunojen pehmennys -tilojen puutteesta johtuen.

Koko HDR-renderöinnin tila pelimarkkinoilla on vähintäänkin mielenkiintoinen, sillä käytännössä yksikään nykynäytönohjain ei tue suoraan kaikkia vaadittavia ominaisuuksia. Tilanne on johtanut siihen, että pelinkehittelijät ovat joutuneet soveltamaan ja muokkaamaan pelit kullekin näytönohjainmallille yhteensopivaksi. Ratkaisu ei ole optimaalinen ja on johtanut siihen, että useimmat pelit vaativat erinäisiä kikkoja HDR ja reunanpehmennystilojen yhdistämiseen Radeon X1900 XTX-näytönohjaimella.

Lähitulevaisuudessa molemmat näytönohjainvalmistajat tuonevat markkinoille ominaisuuksiltaan täydellisempää rautaa ja tätä myöten myös pelit siirtynevät HDR-efektien simuloimisesta aitoon HDR:ään. Näyttölaitteet sen sijaan tuskin pääsevät HDR:n vaatimalle tasolle lähitulevaisuudessa ja peleissä joudutaan tyytymään erinäisten ilmiöiden simuloimiseen HDR-datan pohjalta vielä kauan.

>> Takaisin pääsivulle

Antti Valkeinen 30. Huhtikuuta 2006 ([email protected]://muropaketti.com)