Im Augenblick kann man mit dem Fortschritt der beiden Grafikchip-Entwickler in Sachen Bildqualität und Bildqualitäts-"Optimierungen" eigentlich ganz zufrieden sein: Regelmäßig werden mit neuen Grafikchip-Generationen hier und da neue Bildqualitäts-Optionen gebracht, während die früher berüchtigten "Optimierungen" inzwischen abgeschliffen sind und mittels den aktuellen Treibern eine vernünftige Filterqualität geboten wird. Zwar ist nicht alles perfekt in dieser Angelegenheit, aber zumindest auf einem gutem Weg.

Demzufolge verwundert es etwas, daß in unserem Forum in letzter Zeit eine neue Schwäche in der Filterqualität der Radeon HD 5000 Serie entdeckt und ausführlich diskutiert worden ist. Die Entdeckung dieser Filterschwäche liegt schon etwas zurück, aber erst in letzter Zeit konnte genauer ermittelt werden, wo die Probleme auftreten und wie diese gut nachweisbar sind. Wir danken an dieser Stelle schon einmal allen an diesem Forums-Thread beteiligten Nutzern für ihre hingebungsvolle Kleinarbeit bei der Aufdeckung dieser Problematik.

Und damit direkt zum Problem: Die Radeon HD 5000 Serie neigt offenbar zu einem ähnlichen Effekt wie Mipmap-Banding unter höheren Graden des anisotropen Filters – was dann in der Praxis (unter idealen Bedingungen) so aussieht, daß man einzelne Blöcke unterschiedlich scharfer Texturen sehr klar ausmachen kann und in Bewegung dann vor sich her schiebt. Unter TrackMania Forever sieht das dann so aus:

Filterqualitäts-Schwächen auf der Radeon HD 5000 (Klick öffnet Großbild)

Und nur um zu demonstrieren, daß dieser Effekt auf nVidia-Karten nicht zu sehen ist, folgende Vergleichs-Screenshots, wo das nVidia-Bild jeweils links und das AMD-Bild jeweils rechts zu sehen ist (Klick öffnet Großbilder):

nVidia (links) vs. AMD (rechts)

nVidia (links) vs. AMD (rechts)

In Bewegung ist der Effekt noch stärker und kommt natürlich besonders bei derart gleichförmigen Texturen wie oben zu sehen zum tragen. Es muß angemerkt werden, daß dieses Problem nicht durchgehend festzustellen ist, sondern nur bei sehr hochfrequenten Texturen, bei bestimmter Beleuchtung und unter bestimmten Blickwinkeln auftritt. Deswegen ist dies anscheinend bisher auch nicht von der Masse der Anwender festgestellt worden – einen Effekt, der nur ab und zu auftritt, schreibt man gewöhnlich eher dem Spiel zu und nicht gerade der Grafikkarte. Allerdings konnte dieses Problem inzwischen in einer Reihe von Spielen nachgewiesen werden (Crysis, Elite Force 2, GTA 4, GuildWars, Half-Life 2, Max Payne 2, TrackMania Forever).

Interessanterweise zeigt der gern verwendete D3D AF-Tester die vorbeschriebene Filterschwäche im Standard-Test (sogenannte AF-Blume) nicht an – auch andere Tests zeigten ziemlich schnell, daß es sich hierbei nicht um ein Problem der Interpolation zwischen verschiedenen Mipmapping-Stufen handelt. Zu Zeiten der großen Filter-Optimierungen seitens (seinerzeit) ATI und nVidia wurde exakt an diesen Filter zwischen den Mipmaps herumoptimiert – teilweise wurde versucht, nur mit einem bilinearen Filter auszukommen, teilweise wurde ein Mischmasch aus bilinearem und trilinearem Filter ("brilinear") angesetzt. Daß es sich hierbei um ein anderes Problem handelt, wird bei einer Texelanalyse wieder mit dem D3D AF-Tester ganz ohne der Verwendung von Mipmaps deutlich (dafür benutzte Settings im D3D AF-Tester):

Texelanalyse nVidia vs. AMD (Klick öffnet Großbild)

Das Bild sieht auf den ersten Blick auch aus wie die Übergänge zwischen verschiedenen Mipmaps – aber es werden hier wie gesagt keine Mipmaps verwendet, dies täuscht also (dasselbe Bild mit Mipmaps sieht diesbezüglich gleich aus – was nochmals aussagt, daß es sich nicht um ein Problem der Mipmap-Filterung handelt). Vielmehr sehen wir – ganz regulär – die Wirkungsweise des anisotropen Filters (AF), der seine verschiedenen Schärfegrade ja nach Betrachterentfernung ansetzt. Dabei werden für die verschiedenen weit vom Spieler entfernen Zonen jeweils verschieden starke Grade des anisotropen Filters angesetzt – was dann auch bedeutet, daß entsprechend je nach Betrachterentfernung viele oder wenige Texturensamples zur Berechnung herangezogen werden.

Die Übergänge zwischen diesen Schärfegraden bzw. der Anzahl der benutzten Texturensamples sollte aber gewöhnlich nicht all zu abrupt kommen, weil dann das Bild – auch ganz ohne Mipmaps – zur Kantenbildung an diesen Übergängen neigt. Und hier liegt der Unterschied zwischen dem nVidia-Bild (links) und dem AMD-Bild (rechts): Die Radeon HD 5000 zeigt sehr abrupte Übergänge zwischen den AF-Stufen, bei nVidia sind diese deutlich weicher. Und genau diese abrupten Übergänge sehen wir auch in vorstehendem Praxis-Screenshot aus TrackMania Forever – sogar beim ersten Übergang deutlicher zu sehen als bei den folgenden, genauso wie in der Texelanalyse.

Wie gesagt sieht dies optisch so aus wie ungefilterte Mipmap-Übergänge, in der technischen Realität ist es jedoch wahrscheinlich ein zu abrupter Wechsel des AF-Grades bzw. der für den anisotropen Filter benutzten Sampleanzahl. Dabei verwendet AMD gemäß einer weiterführenden Analyse in unserem Forum unter Mipmapping-Bedingungen keine von nVidia abweichende Sampleanzahl für das gesamte Bild, spricht spart nicht zwingend Texturierleistung ein. Die Grundlage für die gezeigte Filterschwäche scheint eher in der ungünstigen Anordnung bzw. Verteilung der Samples zu liegen – genauer läßt sich dies aber unsererseits nicht ergründen, hierzu müsste sich AMD höchstselber äußern. AMD ist zumindest schon seit einigen Tagen über diese Problematik informiert.

Was wir derzeit (noch) nicht aussprechen wollen, ist das böse Wort einer Filter-"Optimierung". Dafür sind derzeit der Möglichkeiten noch zu viele – und vor allem steht nach wie vor, daß man mit derart Optimierungen wahrscheinlich kaum etwas an Performance herausholen kann, kaum ein Spiel limitiert derzeit noch an der Texturierleistung. An dieser Stelle heutzutage noch eine Optimierung anzusetzen, sieht erst einmal widersinnig aus – womit wir momentan davon ausgehen, daß das vorgezeigte Bildqualitäts-Problem bei der Radeon HD 5000 Serie keine Absicht seitens AMD ist. Diese erste Einschätzung bedingt aber natürlich, daß sich AMD nun zu dieser Problematik äußert und vor allem auch eine Lösung dieser Filterschwäche angeht. Denn trotz daß jenes neue Problem nun nicht weltbewegend ist, offenbart sich hier natürlich ein beachtbarer Nachteil der Radeon HD 5000 Serie gegenüber den nVidia-Beschleunigern.

Davon abgesehen wird es interessant sein, was die kommende Radeon HD 6000 Serie in dieser Frage der Filterqualität zu bieten hat. Vorab war nebulöserweise etwas von Bildqualitätsverbesserungen bei der Texturenfilterung wie auch beim Anti-Aliasing zu hören – allerdings wird das in dem Sinne zu jeder kommenden Grafikchip-Generation vorab gesagt und nicht in jedem Fall war dies bisher auch zutreffend. Wichtig für die Radeon HD 6000 Serie wäre erst einmal, nicht diese Filterschwäche der Radeon HD 5000 Serie mitzuschleppen.

Wichtige Forenpostings mit mehr Hintergrundinformationen zu diesem Thema:
• ältere Zusammenfassung mit Links zu verschiedenem Bild- und Videomaterial
• D3DFilterTester-Bildervergleich
• D3DAFTester Vergleich 2

Nachtrag vom 20. Oktober 2010

Zu unserem aktuellen Artikel über eine neu entdeckte Filterschwäche auf der Radeon HD 5000 Grafikkarten-Serie gibt es gleich ein wichtiges Update in dieser Form, als daß AMD anscheinend mit der Radeon HD 6000 Serie sich genau diesem Problem der zu abrupten Übergänge zwischen den einzelnen AF-Graden angenommen hat. Darauf deutet jedenfalls eine AMD Präsentations-Folien hin, welche – erstellt im übrigen mit unserem 3DCenter Filter Tester, welcher von AMD auch erwähnt wird – bei der Radeon HD 5000 Serie ziemlich exakt das in unserem Artikel beschriebene Problem darstellt, bei der Radeon HD 6000 Serie dann dagegen sanfte Übergänge zwischen den einzelnen AF-Graden anzeigt. Natürlich sind derzeit die von AMD für den 3DCenter Filter Tester benutzten Einstellungen nicht bekannt, so daß es nicht gänzlich sicher ist, ob hier wirklich dieselbe Problematik aufgegriffen wird (Anmerkung zu folgendem Screenshot: den Unterschied sieht man nur richtig gut im verlinkten Großbild).

AF-Filterqualität: Radeon HD 6000 vs. 5000 (Klick öffnet Großbild)

Allerdings geht derzeit alles in diese Richtung hin, daß AMD mit der Radeon HD 6000 Serie tatsächlich das "AF-Banding-Problem" der Radeon HD 5000 Serie fixt. Dies ist gut für die Radeon HD 6000 Serie, weil diese dann ohne diesen Ballast der Radeon HD 5000 Serie antritt – trotzdem bleiben ein paar Fragen offen: Erstens einmal kann man dies (im Gegensatz zur AMD-Präsentation) kaum als "Verbesserung" gegenüber der Radeon HD 5000 Serie bezeichnen, das ist eher ein Bugfixing. Wenn AMD ein mathematisch korrektes AF anbieten würde (macht nVidia allerdings auch nicht), könnte ein solcher Fehler schließlich nie auftreten. Und zweitens bleibt jenes Bugfixing bei der Radeon HD 5000 Serie weiterhin offen – auch dort würden wir gern denselben Fortschritt sehen.

Schließlich ist die Radeon HD 5000 Serie sehr weit verbreitet und da die Radeon HD 6000 Serie jetzt nicht deutlich mehr Performance zu bringen scheint, werden viele Nutzer von Radeon HD 5000 Karten diese wohl noch eine ganze Weile weiterverwenden (einmal ganz abgesehen davon, daß sowieso nur ein Bruchteil der Nutzer seine Grafikkarte einmal im Jahr wechselt). Wenn AMD es hingegen nicht schafft, dieses Problem auf der Radeon HD 5000 Serie zu fixen, dann wäre dies ein Nachteil für diese Grafikkarten-Serie – meinetwegen ein erst sehr spät entdeckter, nichtsdestotrotz jedoch existenter und in der Spielepraxis wirkender Nachteil. Und mit Sicherheit kann man sagen, daß AMD dem Nutzer wenigstens eine Erklärung zu diesem Problem der Radeon HD 5000 Serie schuldig ist, selbst wenn das Problem durch Hardware-Limitierungen eventuell nicht fixbar sein sollte.