Z lupą w ręku, czyli rendering ATI i NVIDII pod kontrolą

Skąd wzięło się pojęcie "Nieuczciwych optymalizacji"? Optymalizacje w sterownikach na ogół są zawsze bardzo mile widziane. Nawet jeśli podnoszą wydajność układów graficznych kosztem jakości renderingu, ale możliwe jest ich wyłączenie, problemu z nimi nie ma. Gorzej, gdy producent układu graficznego stosuje sztuczki polegające na wykrywaniu przez sterowniki, jaka w danym momencie aplikacja jest uruchamiana i dostosowywaniu pewnych ustawień na czas jej pracy, nie pozwalając użytkownikowi na ich zmianę lub wręcz ignorowaniu konfiguracji przez niego wykonanych. Przykładem takiej nieuczciwej optymalizacji był swego czasu 3DMark03, po uruchomieniu którego sterowniki NVIDIA Detonator znacznie zmniejszały liczbę próbek tekstur dla wybranych pikseli, co owocowało tym, że pomimo wybrania w programie filtrowania trójliniowego, sterowniki korzystały z niego tylko dla nielicznych tekstur. Większość z nich filtrowana była natomiast jakościowo znacznie gorszą metodą dwuliniową. Aby obejść tę sztuczkę trzeba było zmienić nazwę pliku wykonywalnego z "3dmark03.exe" na inną. To sprawiało, że sterowniki NVIDII "nie zauważały" uruchomienia programu 3DMark03, a tym samym nie stosowały przedstawionej powyżej metody zwiększania wydajności.

Zarówno NVIDIA jak i ATI swoje pierwsze kroki na drodze stosowania optymalizacji w sterownikach stawiały wraz z pojawieniem się "Drugiej Edycji" (Second Edition) programu 3DMark2001. Obaj producenci korzystali z opisanego wcześniej triku. NVIDIA "bawiła się" w zmniejszanie szczegółowości renderowanych scen, a ATI w podmianę kodu Pixel Shader i optymalizacje filtrowania tekstur w teście Nature. NVIDIA podczas "zabaw" z 3DMark2001 SE zaliczyła największą wpadkę, najgorszą jakiej producent układów graficznych mógłby się spodziewać. Manipulując ustawieniami w sterownikach Detonator 44.0x, NVIDII rzeczywiście udało się zmniejszanie szczegółowości niektórych scen w testach 3DMark2001. Poniżej zamieszczam dwa obrazki z testu Draghotic programu 3DMark2001 SE, z włączonym filtrowaniem anizotropowym i wygładzaniem krawędzi. Kto zgadnie, czym różnią się te dwa obrazki? ;-)

Filtrowanie tekstur c.d.

Obecnie producenci układów graficznych zwiększania wydajności kosztem jakości renderowanego obrazu dokonują przede wszystkim poprzez manipulację algorytmami filtrowania tekstur. Aby dobrze zrozumieć, jak producenci "optymalizują" filtrowanie tekstur, przynajmniej pokrótce zapoznajmy się z metodami filtrowania.

Aby np. w grze wszystkie elementy (trójwymiarowej sceny) niepokolorowanych płaszczyzn nabrały kolorowego wyglądu, muszą zostać oteksturowane. Tekstura jest zwykłą bitmapą (mapą bitową), czyli obrazkiem, który po zmapowaniu go na wszystkie piksele określonej płaszczyzny nada jej wygląd owej tekstury. W przypadku gdy teksturowana płaszczyzna ma dokładnie takie same wymiary jak nakładana nań tekstura, na tym ten proces renderingu się kończy. Jednakże prawie nigdy się to już nie zdarza. Jednostka teksturująca ma do dyspozycji jedną teksturę, którą nakłada na różnych rozmiarów płaszczyzny, rozciągając ją (upsampling), lub kurcząc (downsampling). Dzisiejsze akceleratory 3D potrafią wykonywać owe operacje na różne sposoby:

• Próbkowanie punktowe (Point sampling)
• Filtrowanie dwuliniowe (Bilinear filtering)
• Filtrowanie trójliniowe (Trilinear filtering)
• Filtrowanie anizotropowe (Anisotropic filtering)

Próbkowanie punktowe jest najprostszą i najmniej obciążającą pamięć lokalną karty graficznej metodą regulacji rozmiaru tekstury. Spójrzmy na poniższy diagram:

W pierwszym przypadku mamy do czynienia z teksturą o rozmiarze 32x32 tekseli, którą jednostka teksturująca ma zmapować na piksele płaszczyzny (czarny kwadrat) o powierzchni 128x128 pikseli.  Jak widać, obszar teksturowany jest czterokrotnie większy od samej tekstury. Przy próbkowaniu punktowym, w tym przypadku każdy piksel tekstury źródłowej, po jej rozciągnięciu (upsamplingu) zajmuje cztery teksele tekstury wyjściowej.  Takie rozciąganie i zmniejszanie tekstur nazywamy interpolacją. Skutek jest taki jak widać na diagramie, a mianowicie oteksturowana płaszczyzna cierpi na "pikselozę".

W drugim przypadku mamy sytuację odwrotną. Tutaj to tekstura (128x128 tekseli) jest czterokrotnie większa niż obszar 32x32 pikseli, na który ma być zmapowana. Tutaj wyniki mogą być dwa. Pierwszy z nich w praktyce nigdy nie występuje i nie ma nic wspólnego z próbkowaniem. Tekstura o rozmiarach 128x128 tekseli zamiast zostać zmniejszona, została nałożona na płaszczyznę o rozmiarach 32x32 pikseli. Skutek jest taki, że w oteksturowanym obszarze znalazł się tylko fragment tekstury źródłowej. Prawidłowe próbkowanie punktowe (wynik dolny) daje nam na płaszczyźnie tylko co czwarty piksel tekstury źródłowej (płaszczyzna jest o 1/4 mniejsza niż tekstura). Wynik jest taki jak w pierwszym przypadku. Na oteksturowanej płaszczyźnie poza mieszanką pikseli niewiele widać.

Być może wielu z Was sądzi, że technika ta przeszła do lamusa wraz z grami typu Quake czy Doom. Nic bardziej mylnego! Jest ona stosowana do dziś, nawet w najnowszych produkcjach. Próbkowanie punktowe jest bowiem podstawą mapowania tekstur wszystkich obecnie wykorzystywanych technik filtrowania.

Zupełnie inaczej to interpolowana tekstura będzie wyglądać, gdy do akcji wkroczy filtrowanie tekstur. Spójrzmy najpierw na diagram.

W obu przypadkach mamy te same zestawy płaszczyzn i tekstur. Stosując filtrowanie dwuliniowe tekstur, w pierwszym przypadku następuje pomnożenie każdego teksela tekstury źródłowej (32x32 piksele) przez cztery (próbkowanie punktowe). Aby tekstura nie wyglądała jak zlepek różnokolorowych pikseli, wystarczy wykorzystać np. filtrowanie dwuliniowe. Wartość koloru każdego piksela na teksturze wyjściowej wyliczana jest poprzez uśrednienie wartości kolorów czterech tekseli z nim sąsiadujących już po rozciągnięciu (upsampling). W drugim przypadku proces działa w odwrotną stronę.

O dwóch takich, co mipmapowali

Przedstawione na poprzedniej stronie zalety zaawansowanego filtrowania tekstur to tylko szczypta korzyści. Powyższe przykłady oparte były na stałych płaszczyznach (kwadratach). Do omówienia pozostały nam jeszcze dwie techniki filtrowania tekstur: trójliniowe i anizotropowe. Aby dobrze zrozumieć jak działają, musimy zapoznać się z inną techniką renderingu, a mianowicie techniką map MIP (Multum in Parvam, łac. wiele w niewielu).

Na poniższym obrazku po lewej widzimy kwadrat ze zmapowaną teksturą. Po prawej widzimy dwa kwadraty, widziane z innej perspektywy.

Po prawej stronie celowo umieściłem dwa kwadraty, bo na ich przykładzie dowiemy się do czego wykorzystywane są mapy MIP (lub, potocznie, "mipmapy"). Tutaj mamy do czynienia z dwoma kwadratami o różnych wymiarach, ale jest coś, co je łączy. Oczywiście ich wspólnym mianownikiem jest tekstura. W obu kwadratach, tak na naszym przykładzie, jak w grach, wykorzystana jest ta sama bitmapa jako tekstura. Jak doszło do tego, że w mniejszym kwadracie znalazła się mniejsza tekstura? Czy w procesie renderingu ta sama bitmapa, z większego kwadratu została jeszcze raz zmniejszona, zniekształcona i poddana interpolacji? Gdyby tak w rzeczywistości było, nawet najmocniejsze obecnie akceleratory graficzne nieźle musiałby się napocić, nawet z taką grą jak Half-Life 2. Takie ciągłe powtarzanie tego procesu dla każdej, widocznej na ekranie monitora tekstury wymagałoby od karty graficznej poświęcenia ogromu cykli zegarowych na jego wykonanie. Dlatego też stworzono technikę "mipmapowania" (mapowania MIP).

Mipmapowanie tekstur to najprościej rzecz ujmując tworzenie ich kopii, o różnych rozmiarach i przechowywanie w lokalnej pamięci karty graficznej. Aby zapobiec powstawaniu artefaktów przy nakładaniu tej samej bitmapy na coraz mniejsze wieloboki (obrazek powyżej), stosowana jest jedna z utworzonych mipmap, wymiarowo najbardziej zbliżona do teksturowanej powierzchni. Zakładając, że oryginalna tekstura ma rozmiar 256x256 tekseli, jej mimapy powstają poprzez dzielenie przez dwa. W tej sytuacji pierwsza mipmapa będzie miała rozmiar 256x256 tekseli, mipmapa druga 128x128, trzecia 64x64, itd. aż do osiągnięcia rozmiaru 1x1. Przykłady kolejnych poziomów mipmap dla tekstury o rozmiarze 256x256 możecie zobaczyć w tabelce poniżej.

Na poprzednim obrazku, gdzie mogliście zobaczyć dwa kwadraty oteksturowane dwiema różnymi mipmapami uwidocznił się poważny problem. Gdy do filtrowania tekstur wykorzystujemy metodę dwuliniową (bilinear), na ekranie monitora widoczne będą linie oddzielające kolejne poziomy mipmap. Jak już wiemy, filtrowanie dwuliniowe polega na pobieraniu wartości kolorów czterech tekseli sąsiadujących przy tekselu, dla którego ostateczny kolor ma być wyliczony. Owe linie pomiędzy mipmapami powstają dlatego, że wartości kolorów są wyliczane na podstawie sąsiednich tekseli, ale zawsze w obrębie tej samej mipmapy.

Filtrowanie trójliniowe eliminuje tę niedogoność. W tym przypadku wartości kolorów tekseli pobierane są nie tylko z mipmap, na których się znajdują, ale także z mipmap sąsiadujących. Wartość kolorów wyliczana jest ze średniej kolorów ośmiu tekseli sąsiadujących. Dzięki temu pomiędzy mipmapami powstają płynne przejścia, co znacznie poprawia jakość renderowanej sceny. Na poniższym obrazku z 3DMark05 poszczególne mipmapy są pokolorowane. Po lewej stronie wyraźnie widać poszarpane i ostre przejścia pomiędzy nimi. Po prawej, przy zastosowaniu filtrowania trójliniowego widzimy, że przejścia są już gładkie.

W poprzednich przypadkach opieraliśmy się na kwadratach, zarówno jeśli chodzi o element trójwymiarowej siatki, czyli teksturowaną płaszczyznę, jak i samą teksturę. Na trójwymiarowej scenie owe kwadraty mogą zmieniać kształty i rozmiary, zależnie od ich umiejscowienia względem punktu widzenia.

Jeśli będziemy się do nich zbliżać, będą się powiększać, jeśli spojrzymy na nie lekko z boku czy z dołu, przyjmą kształt trapezu czy np. rombu. Aby podczas zniekształcania, obracania oteksturowanych płaszczyzn nie powstawały artefakty, dla zachowania możliwie jak najlepszej jakości tekstur możemy wykorzystać filtrowanie anizotropowe.

Filtrowanie anizotropowe od trójliniowego odróżniają dwie rzeczy. Po pierwsze, liczba próbek kolorów dla każdego piksela wyliczana jest ze średniej kolorów nie ośmiu, a aż szesnastu pikseli sąsiadujących. Po drugie, wartości kolorów pobierane są z kolejno odliczanych pikseli w kierunku, w którym tekstura jest rozciągana. Mówiąc w skrócie, filtrowanie anizotropowe do wyliczania ostatecznych kolorów pikseli wykorzystuje do szesnastu próbek tekseli, dodatkowo dobierając kierunek "odliczania" próbek na podstawie ukształtowania tekstury. Dzięki temu rozciągane i pochylane tekstury są znacznie lepszej jakości niż przy zastosowaniu filtrowania dwu- i trójliniowego.

Na poniższej animacji wszystko wreszcie możecie zobaczyć w akcji. W ramce "Bilinear" zwróćcie uwagę np. na prawy dolny róg, w którym wyraźnie widać przejście z jednego poziomu mipmapy do drugiego (mipmapa wyższego poziomu jest znacznie bardziej rozmazana). W drugiej ramce, w tym samym miejscu ostrego przejścia już nie widać. Tak właśnie działa filtrowanie trójliniowe (Trilinear). Ostatnia ramka "Anizo" zawiera ten sam element trójwymiarowej sceny, ale z teksturami filtrowanymi metodą aniztropową. Wykorzystanie znacznie większej liczby próbek do ustalania kolorów pikseli na rozciągniętych teksturach powoduje, że efekt wyjściowy jest nieporównywalnie lepszy, niż w poprzednich przypadkach.

Filtrowanie zoptymalizowane

Zarówno NVIDIA wraz z GeForce FX, jak i ATI wraz z kartami Radeon 9600 wprowadziły jeszcze jedną technikę filtrowania tekstur. Do tego czasu każda kolejna technika zapewniała coraz lepszą jakość renderowanego obrazu. Pobieranie z lokalnej pamięci karty graficznej coraz większej liczby próbek kolorów tekseli coraz bardziej zapychało jej magistralę. Obaj producenci postanowili, że zamiast ulepszać kontrolery pamięci swoich układów, znacznie łatwiej jest cofnąć filtrowanie tekstur w rozwoju. Jak pomyśleli, tak zrobili. Wraz z pojawieniem się kart graficznych opartych na układach NVIDIA GeForce FX i niewiele później ATI Radeon 9600, rozpoczęła się wojna na optymalizowanie filtrowania tekstur. Owocem "łatwizny" była technika, którą złośliwie do dziś określa się mianem filtrowania "Brilinear" (połączenie Bi- i Tri-linear).

Jak już wiemy, filtrowanie trójliniowe do ustalenia koloru każdego piksela wymaga średniej kolorów ośmiu tekseli sąsiadujących. Filtrowanie dwuliniowe wymaga natomiast tylko czterech. Aby zmniejszyć obciążenie podsystemu pamięci karty graficznej i samego układu filtrowaniem trójliniowym, sterowniki przeznaczone dla kart graficznych GeForce FX analizowały budowę trójwymiarowej sceny i w przypadku określonych tekstur wymuszały filtrowanie ich przy użyciu mniej niż ośmiu tekseli do wyliczania kolorów. Niedługo po tym, jak skandale wokół tychże optymalizacji stosowanych przez firmę NVIDIA ucichły, z okazji skorzystała ATI i po cichu wprowadziła je do swoich sterowników, które upubliczniono wraz z premierą kart graficznych Radeon 9600.

Samo zmniejszanie liczby próbek poniżej ośmiu to jednak nie wszystko, co opracowała NVIDIA. Przy omawianiu filtrowania trójliniowego pisałem, że od dwuliniowego odróżnia je większa liczba próbek, ale jednocześnie wykorzystywanie próbek kolorów także z sąsiadujących map MIP. Ano właśnie...

Obniżenie liczby próbek przy zastosowaniu filtrowania trójliniowego nie sprawia, że staje się ono dwuliniowym. Nie według wizji NVIDII! Sterowniki Detonator FX (obecnie ForceWare) były wyjątkowo sprytne. Podczas analizy każdej ramki te wyszukiwały krawędzie mipmap i na podstawie ich "mapy" wyliczały, które obszary nie zostaną objęte optymalizacjami. Gwarantowało to, że płynne i gładkie przejścia pomiędzy mipmapami nie zamienią się w poszarpane krawędzie, jakie można zaobserwować przy filtrowaniu dwuliniowym.

Podsumujmy zatem. Optymalizacje filtrowania trójliniowego polegają na zmniejszaniu liczby próbek tekseli ze standardowych ośmiu, co sprawia, że efekty jego działania są lekko zbliżone do filtrowania dwuliniowego (Bilinear). Z drugiej strony, sterowniki zapobiegają zmniejszaniu liczby próbek w obszarach wokół krawędzi mipmap, co eliminuje ostre przejścia pomiędzy kolejnymi ich poziomami. Jak się łatwo domyśleć, im dalej obiekt na trójwymiarowej scenie znajduje się od punktu widzenia, tym krawędzie kolejnych poziomów mipmap będą bliżej siebie. Dzięki temu tekstury obiektów znajdujących się w oddali praktycznie zawsze i w całości filtrowanie są trójliniowo.

Poniżej zamieszczam kolejny obrazek z dwoma zrzutami obrazu z programu 3DMark05. Także tutaj mamy pokolorowane poziomy mipmap. Po lewej widzimy jak wyglądają przejścia pomiędzy mapami MIP przy zastosowaniu mipmapowania trójliniowego, z wykorzystaniem filtrowania anizotropowego. Po prawej widzimy "zoptymalizowane" filtrowanie anizotropowe "Brilinear". Myślę, że dość wyraźnie widać, że w tym drugim przypadku przejścia pomiędzy mipmapami są ostrzejsze, ale nadal są gładkie. Zwróćcie uwagę także na fakt, iż porównując kolejne, coraz bardziej oddalone poziomy mipmap, różnice powoli, ale jednak są coraz mniejsze.

Tak oto przedstawia się najpopularniejszy do dziś sposób na uzyskanie wyższej wydajności w grach, kosztem jakości renderowanego obrazu. Zapewne ciekawi jesteście, jak to wszystkie mipmapy, filtry, próbki kolorów tekseli wyglądają w praktyce, czyli w grach? Tym się właśnie zajmiemy! Porównajmy wreszcie obrazy renderowane przez układy najnowszej generacji, od ATI i od NVIDII. Poza filtrowaniem anizotropowym zobaczymy też, jak karty graficzne z układami obu producentów realizują pełnoscenowe wygładzanie krawędzi (FSAA).

Jak testowaliśmy

Wszystkie testy przeprowadziłem z wykorzystaniem komputera o następującej konfiguracji:

Jakość renderowanego obrazu porównywałem na podstawie zrzutów z 3DMark05 oraz z gier, przede wszystkim najczęściej wykorzystywanych w recenzjach kart graficznych:

• 3DMark05
• Age of Empires III
• Call of Duty 2
• Chronicles of Riddick - Escape from Butcher Bay
• Far Cry
• Half-Life 2: Lost Coast
• Serious Sam 2

W trakcie testów wykorzystałem sterowniki ATI Catalyst 5.12 oraz NVIDIA Forceware 81.95. Jako że obaj producenci obecnie stosują m.in. optymalizacje filtrowania tekstur, wszystkie ustawienia konfiguracji zostały pozostawione bez jakichkolwiek zmian. Porównań jakości renderingu z i bez tych optymalizacji dokonałem na podstawie obrazów w artykule oznaczonych skrótem "HQ" (High Quality - Wysoka jakość). Wszystkie obrazy tworzone były w rozdzielczości 1024x768 i porównywane na dwóch, siedemnastocalowych monitorach - kineskopowym, w rozdzielczości 1024x768 i z matrycą LCD (1280x1024).

Zanim przejdę do pierwszego porównania jakości, wyjaśnienia wymaga brak obrazków z GeForce 7800 w trybie 6x. Otóż karty NVIDIA GeForce 7800  posiadają zbyt mały bufor próbek AA (Antialias samples) w obrębie rasteryzatorów (jednostek ROP). Karty ATI Radeon z trybem FSAA 6x radzą sobie natomiast znakomicie, korzystając z multipróbkowania (Multisampling). Dla układów GeForce NVIDIA opracowała jego odpowiednik, w postaci trybu 8xS. Jego nazwa może sugerować, że jest to jakościowo znacznie lepszy tryb 8x. W rzeczywistości FSAA 8xS NVIDII to wykonanie jednocześnie Multisamplingu 4x i Supersamplingu 2x. Jakościowo efekt wyjściowy jest podobny do trybu 6x. Pierwszą różnicę można zauważyć w postaci lekkiego rozmycia tekstur. Tryb 8xS obejmuje Supersampling polegający na renderowaniu obrazu w wyższej rozdzielczości i skalowaniu go w dół. Powoduje to, że nie tylko krawędzie, ale wszystko jest wygładzone. NVIDIA w sterownikach umieściła filtr wyostrzający tekstury w trybach opartych na Supersamplingu, aby zapobiec nadmiernemu rozmywaniu ich treści. Drugą rzeczą odróżniającą tryb NVIDIA FSAA 8xS od ATI 6x jest wydajność, w przypadku tego pierwszego katastrofalnie niska. Włączenie trybu 8xS powoduje nawet do 50% spadku wydajności, względem FSAA 4x.

Niektóre programy i gry na GeForce 7800 pozwalają korzystać co najwyżej z trybu 4x. Powodem jest wspomniany wcześniej brak trybu 6x i stosowanie trybu "mieszanego", nieobsługiwanego przez wiele silników graficznych programów i gier.

3DMark05

Wygładzanie krawędzi

3DMark05 właśnie doczekał się następcy, ale przez ostatni rok stanowił bez mała podstawę każdej recenzji kart graficznych. Zaczynamy od porównania jakości pełnoscenowego wygładzania krawędzi (FSAA). W 3DMark05 niemożliwe jest włączenie trybu 6x na GeForce 7800, stąd brak obrazka.

• FSAA 2x - ogólnie lepszą jakość prezentuje układ NVIDIA GeForce 7800. Przejścia pomiędzy kolorami pikseli, niezależnie od kąta nachylenia krawędzi są znacznie mniej zauważalne, zwłaszcza podczas oglądania animacji. Na nieruchomych obrazkach nie jest to tak łatwe do wychwycenia, ale po "rozruszaniu ich" Radeon X1800 wyraźnie przegrywa. Z drugiej strony na renderze GeForce 7800 można zauważyć, że kilka krawędzi jest wyraźnie poszarpanych (np. fragment belki widoczny w prawym, górnym rogu oraz wewnętrzna część uchwytu koła sterniczego - w lewym, dolnym rogu). Najwyraźniej GeForce 7800 w trybie 2x nie radzi sobie z krawędziami nachylonymi pod kątem około 45 stopni. Radeon X1800 w tych przypadkach także pozostawia lekko "zaostrzone" krawędzie. Radzi sobie z nimi jednak trochę lepiej od konkurenta.
• FSAA 4x - zwycięstwo GeForce 7800. Tym razem to Radeon X1800 ma problemy z krawędziami, z którymi nie radził sobie GeForce w trybie 2x. Ogólna jakość renderowania sceny jest lepsza na karcie z układem NVIDII, zwłaszcza podczas oglądania animacji. Różnicę na stałych obrazach i w animacji najlepiej widać na monitorze LCD.
• FSAA 6x - W tym trybie obraz renderowany przez kartę z układem Radeon X1800 nadal nie dorównuje GeForce 7800 w trybie 4x! Stosując FSAA 6x na karcie Radeon niektóre krawędzie okazują się nawet ostrzejsze niż w trybie 4x. Na małych obrazkach (ATI: tryby 4x i 6x) zwróćcie uwagę na krawędzie pionowe i poziomie. W trybie 6x gładsze są linie pionowe, ale poziome wręcz przeciwnie. Podczas oglądania animacji efekt ten jest praktycznie niezauważalny. Mimo to tryb 6x w wykonaniu Radeona X1800 wydaje się być porównywalny z trybem 4x w wykonaniu układu NVIDIA GeForce 7800 i niewiele lepszy od trybu 4x we własnym wykonaniu.

Filtrowanie tekstur

• Trilinear (Anizotropowe 0x) - na wierzch wypływają optymalizacje zawarte w sterownikach. Na obrazkach z trybu mipmapowania trójliniowego bardzo wyraźnie widać skutki stosowania omawianego wcześniej trybu "Brilinear". Zarówno na karcie z układem Radeon oraz GeForce na obrazkach widać przejście pomiędzy mipmapami. Co ciekawe, na obu układach w tym samym miejscu. Tym razem wygrywa Radeon X1800. Na niekorzyść GeForce 7800 przemawia zastosowanie mipmap wyższych poziomów. Widać to na poręczy, tuż za głową kapitana (po prawej stronie), czy na wewnętrznej części uchwytu koła sterniczego, w lewym, dolnym rogu.
• Anizotropowe 2x, 4x, 8x, 16x - różnice w renderowanym obrazie są ledwo zauważalne. Jednakże w każdym z tych trybów minimalnie lepiej wypada GeForce 7800. 3DMark05 korzysta z tekstur o bardzo niskiej rozdzielczości, stąd brak wyraźnego zwycięzcy.
• Anizotropowe 16x HQ - wymuszenie stosowania mipmapowania trójliniowego powoduje, że GeForce 7800 renderuje troszke mnie wyostrzone tekstury, w wielu miejscach. Można odnieść wrażenie, że w trybie High Quality GeForce 7800 bardziej rozmywa tekstury niż w trybie z włączonymi optymalizacjami. Tekstury jednak dopiero teraz wyglądają tak, jak powinny. Jak już wcześniej mogliście zobaczyć, przejścia pomiędzy mipmapami w trybie "Brilinear" są krótsze i ostrzejsze. Po wyłączeniu tej optymalizacji, przejścia te są już gładsze i to właśnie ten fakt powoduje, że mylnie można stwierdzić, że w trybie High Quality na GeForce 7800 obraz w paru miejscach ulega rozmyciu. Przejście do trybu High Quality na karcie z układem Radeon X1800 nie powoduje żadnych, zauważalnych na pierwszy rzut oka zmian w renderowanym obrazie. Świadczy to o tym, iż optymalizacje filtrowania tekstur, stosowane przez ATI mają mniejszy wpływ na końcowy render, niż ma to miejsce w przypadku GeForce 7800.

Cieniowanie

Na karcie z układem Radeon X1800 w teście Canyon Flight występują poważne problemy z cieniowaniem. Skutek jest taki, jak widać na obrazkach powyżej - cienie wyglądają, jakby poddawane były interpolacji punktowej. Wygląda to po prostu brzydko, choć podczas oglądania animacji nie szpeci już tak bardzo. Winny jest tutaj nietypowy sposób cieniowania w 3DMark05 z użyciem perspektywicznych map cieni.

Chronicles of Riddick - Escape from Butcher Bay

Wygładzanie krawędzi

• FSAA 2x - podobnie jak w 3DMark05, GeForce 7800 nie radzi sobie z krawędziami nachylonymi pod kątem około 45 stopni. Ogólna jakość wygładzania krawędzi jest jednak minimalnie lepsza niż w przypadku Radeona X1800. W grze jest zazwyczaj ciemno i dlatego też trudniej zauważyć różnice pomiędzy obiema kartami podczas grania niż podczas porównywania stałych obrazów.
• FSAA 4x - w tym trybie na stałych obrazach trudno wyłonić zdecydowanego zwycięzcę. Różnice co prawda występują, ale są na tyle drobne, że jednoznaczne ustalenie, która implementacja FSAA 4x jest lepsza, obiektywnie patrząc jest niemożliwe. Dopiero podczas gry można dojść do wniosku, że lepiej krawędzie wygładza GeForce 7800.
• FSAA 6x / 8xS - silnik graficzny gry - Starbreeze - umożliwia wymuszenie dowolnego trybu FSAA w sterownikach. Dlatego też, tym razem obok ATI FSAA 6x możemy postawić tryb 8xS w wykonaniu układu NVIDII. Ogólnie krawędzie wygładzane są lepiej przez GeForce 7800. Dzięki zastosowaniu Supersamplingu 2x, uzyskujemy coś na kształt Transparency FSAA - podobnie jak ATI Adaptive Antialiasing, funkcji mającej na celu poprawianie jakości obiektów przezroczystych, jak np. siatki. Taką widzimy na obrazach po prawej stronie. Przy zastosowaniu Supersamplingu, po zeskalowaniu obrazu w dół, linie, z których się ona składa stają się gładkie. Przy użyciu trybu 8xS na GeForce 7800 tekstury ulegają rozmyciu, co w kilku miejscach widać bardzo wyraźnie. Dlatego też pomimo troszkę słabszej jakości wygładzania krawędzi, dzięki zachowaniu jakości tekstur, za zwycięzcę uznać należy kartę z układem ATI Radeon X1800.
• Adaptive/Transparency Antialiasing - jak widać na obrazku Radeona, Adaptive Antialiasing działa nieprawidłowo. Siatka wydaje się grubsza, ale z pewnością nie gładka. W trybie 4x na GeForce 7800 problem się powtarza. W trybie 8xS Transparency Antialiasing nie działa w ogóle. Na szczęście w tym przypadku krawędzie siatki są i tak wygładzane, dzięki stosowaniu Supersamplingu 2x.

Filtrowanie tekstur

• Trilinear (Anizotropowe 0x) - poza błędnym renderowaniem cieni przez Radeona X1800 - po prawej, przed skrzyniami widać na podłodze podłużny, ciemny kwadrat - trudno wypatrzyć jakiekolwiek różnice, pozwalające ustalić mniej "agresywne" optymalizacje.
• Anizotropowe 2x - na skrzyniach i podłodze bardzo wyraźnie widać, że Radeon X1800 znacznie szybciej przechodzi do wyższych poziomów mipmap niż GeForce 7800. Skutkuje to większym rozmyciem filtrowanych tekstur. Zdecydowane zwycięstwo układu NVIDII!
• Anizotropowe 4x - sytuacja identyczna jak powyżej. Manipulowanie mipmapami przez ATI widać jeszcze lepiej, jeśli porównamy obrazy Radeona z trybu 2x i 4x. Na skrzyniach ewidentnie widać zmianę zakresu zmian poziomów mipmap. W przypadku GeForce 7800 w obu trybach poziomy mipmap pozostają bez zmian. GeForce 7800 ponownie lepszy.
• Anizotropowe 8x - na ATI Radeon X1800 przejście z trybu 4x do 8x nie przynosi większych, zauważalnych zmian. Zwróćcie uwagę na skrzynię znajdującą się obok postaci stojącej w oddali. Zarówno na Radeonie, jak i GeForce możemy zauważyć większą precyzję próbkowania w trybie 8x, co owocuje większą szczegółowością tekstury. Jest to zachowanie w pełni normalne. Ale teraz przyjrzyjcie się podłodze, na wysokości owej skrzyni. Taką samą zmianę można zaobserwować na GeForce, ale na Radeonie już nie! Tutaj podłoga w trybie 8x wygląda praktycznie tak samo, jak w trybie 4x. Podczas gdy na GeForce 7800 zmiana jest widoczna już na pierwszy rzut oka, to na Radeonie X1800 trzeba się już przyjrzeć, aby dostrzec, że coś się zmieniło. Efekt? Kolejne zwycięstwo GeForce, najwyraźniej przez "nadmierne" optymalizowanie liczby próbek interpolacji tekstur w przypadku Radeona.
• Anizotropowe 16x - zarówno w przypadku karty z układem GeForce 7800, jak i Radeon X1800 przejście z trybu 8x do 16x nie niesie ze sobą jakichkolwiek, zauważalnych gołym okiem zmian. Jedynie na GeForce 7800, tylko na skrzyniach po lewej można zauważyć drobną poprawę. Większą szczegółowość tekstur nadal można przypisać karcie z układem NVIDII.
• Anizotropowe 16x HQ - Albo sterowniki ATI, w przypadku Chronicles of Riddick, nawet po wymuszeniu trybu wysokiej jakości "nie rezygnują" z optymalizacji, albo nie stosują ich w ogóle. To ostatnie, patrząc na poprzednie porównania można chyba wykluczyć. Wymuszenie trybu High Quality na karcie Radeon praktycznie nic nie daje. GeForce po wyłączeniu optymalizacji wydaje się renderować tekstury troszkę rozmyte. Sterowniki NVIDII w trybie High Quality nie tylko wyłączają optymalizacje filtrowania i mipmapowania, ale dodatkowo zmniejszają efekt aliasingu tekseli, potocznie zwanego pełzaniem (shimmering). Na nieruchomych obrazach nie da się tego zobaczyć. Pełzanie pikseli objawia się poprzez jakby losowe migotanie pikseli tekstur podczas poruszania się po trójwymiarowej scenie. W trybie High Quality na karcie z GeForce, na stałych obrazach tekstury wydają się lekko rozmyte. Podczas grania owo rozmycie przeistacza się w zwiększenie komfortu poprzez wyeliminowanie wspomnianego "pełzania".

Far Cry

W grze Far Cry, przy zastosowaniu maksymalnych ustawień jakości grafiki, niektóre elementy środowiska generowane są podczas ładowania poziomów. Z tego powodu na niektórych obrazach występują różnice, np. wygląd niektórych drzew i krzewów, czy ułożenie kamiennych bloków. Wynika to ze sposobu działania silnika gry.

Wygładzanie krawędzi

• FSAA 2x - wnioski podobne jak w przypadku 3DMark05. Dopiero podczas grania, za zwycięzcę uznać można GeForce 7800. Porównując nieruchome obrazy trudno dojść do takiego samego wniosku ;-)
• FSAA 4x - jakby nie patrzeć, w tym trybie GeForce 7800 po prostu błyszczy! Jego przewagę nad Radeonem, zarówno na obrazkach jak i podczas gry, najwyraźniej widać na monitorze LCD.
• FSAA 6x/8xS - W tym porównaniu Radeon X1800 pozostaje bez najmniejszych szans. GeForce 7800 dzięki zastosowaniu dodatkowo Supersamplingu 2x oddaje nam obraz znacznie lepszej jakości. W tym przypadku aby zapobiec skutkom skalowania obrazu bardzo dobrze widać, że tekstury są mipmapowane inaczej. Z lepszym skutkiem jakościowym oczywiście ;-)

Filtrowanie tekstur

• Trilinear (Anizotropowe 0x) - podczas filtrowania trójliniowego GeForce trochę szybciej przechodzi do wyższego poziomu mipmap. Widać to dość wyraźnie na ścianie po lewej podczas szybkiego przełączania obrazów, z obu kart. Ten wyjątek sugeruje, że optymalizacje NVIDII także działają. ATI Radeon X1800 tym razem górą!
• Anizotropowe 2x - a teraz obejrzyjcie sobie tę ścianę, tym razem z filtrowaniem anizotropowym 2x. Teraz to Radeon dobiera sobie mipmapy tak, jak mu pasuje, czyli tak, aby było wydajniej. Po włączeniu filtrowania anizotropowego powtarza się sytuacja z Chronicles of Riddick!
• Anizotropowe 4x - dokładnie jak w Chronicles of Riddick - GeForce 7800 ponownie wypada lepiej.
• Anizotropowe 8x - Choć różnice pomiędzy zawodnikami zaczynają się zacierać, to nadal GeForce 7800 okazuje się prezentować lepsze algorytmy filtrowania anizotropowego. Możliwe także jest to, że optymalizacje próbkowania tekseli podczas filtrowania anizotropowego są lepiej dopracowane i w mniejszym stopniu wpływają na jakość renderingu.
• Anizotropowe 16x - znowu można odnieść wrażenie, że obrazki trybu 8x i 16x w wykonaniu Radeona X1800 są identyczne. Konia z rzędem temu, kto wypatrzy różnicę! Przyglądając się obrazom z Radeona dopatrzyłem się dosłownie trzech minimalnie różniących się kolorami pikseli. W przypadku GeForce 7800 widać dalszą poprawę, względem trybu 8x. W tym trybie wygrywa jednak Radeon X1800. Podczas grania na GeForce w tym trybie widać delikatne "pełzanie" (shimmering).
• Anizotropowe 16x (Wysoka jakość) - porównując nieruchome obrazy trudno ustalić zwycięzcę. Wystarczy pograć chwilę, aby rozwiać wątpliwości.  W trybie High Quality znika shimmering na GeForce 7800, który szkodzi mu w trybie "zoptymalizowanym".

Half-Life 2: Lost Coast

• Trilinear / FSAA 0x - ogólna jakość obrazu obu kart jest bardzo podobna. Lepiej jednak, znowu bez filtrowania anizotropowego wypadł Radeon X1800. Tekstury skarpy widocznej na obrazkach powyżej, a także na znajdującej się przy prawej krawędzi skale, na GeForce 7800 widać nienaturalne rozmycie.
• Anizotropowe 8x + FSAA 4x - filtrowanie anizotropowe wygląda bardzo podobnie. Tym razem Radeon X1800 znowu wykorzystuje optymalizacje liczby próbek filtrowania anizotropowego. Objawia się to przez lekkie rozmycie tekstur, dokładnie w tych samych miejscach, gdzie GeForce 7800 rozmywał w poprzednim przypadku.

• Anizotropowe 8x + FSAA 4x - ogólnie lepszą jakość wygładzania krawędzi znowu prezentuje GeForce 7800. Ten jednak ma jakiś błąd w sterownikach, związany z realizacją FSAA. Na obrazku powyżej, fragment horyzontu w tle wygląda gorzej niż na Radeonie. Co ciekawe, podczas gry trudno dostrzec różnicę. Bezbłędnie nie pracuje także Radeon. Przyjrzyjcie się cienkim, pionowym i poziomym liniom na obrazku powyżej. Nawet one są wygładzone, co miejsca mieć nie powinno.

Rendering HDR

Jak już wcześniej wspominałem, renderowane przez obie karty obrazy są bardzo podobne. Zobaczmy teraz, czy coś się zmieni, jeśli włączymy tryb HDR (High Dynamic Range).

Efekt Bloom realizowany jest już po wyrenderowaniu trójwymiarowej sceny (tzw. Postprocessing). W porównaniu do "rasowego" renderingu HDR, Bloom wygląda po prostu źle. Wszystko jest mocno przejaskrawione, a jasne tekstury (np. niebo) robią się bez mała w całości białe. Bloom bardzo często mylony jest z HDR.

Prawdziwy rendering HDR z filtrem Bloom to już zupełnie inna para kaloszy. Obraz wyjściowy na Radeonie i GeForce jest praktycznie taki sam.

Call of Duty 2

Wygładzanie krawędzi

Jako że Call of Duty 2 wykorzystuje efekt Bloom, na nieruchomych obrazach bardzo trudno wybrać, który układ lepiej wygładza krawędzie, niezależnie od ustawionego trybu. Podczas gry wszelkie, widoczne na obrazach, drobne różnice ulegają zatarciu. Pozostaje mi więc uznać ten pojedynek za zakończony remisem.

Filtrowanie tekstur

• Trilinear (Anizotropowe 0x) - nic nowego! GeForce 7800 częściej korzysta z wyższych poziomów mipmap, co skutkuje nieznacznie większym rozmyciem tekstur. Wygrywa Radeon X1800.
• Anizotropowe 2x, 4x, 8x - w każdym z tych trybów ogólnie wygrywa GeForce 7800. W jego przypadku nie wszędzie stosowane jest mipmapowanie trójliniowe, a dwuliniowe. Widać to przede wszystkim na ścianie wieży, ponad wejściem do budynku. Jeśli szybko będziecie przełączać obrazy Anizo 0x i Anizo 2/4/8x, z pewnością też to zauważycie.
• Anizotropowe 16x - tylko w tym trybie GeForce 7800 wydaje się pracować jak należy. Wyraźne przejście pomiędzy dwoma poziomami mipmap znika. Jego przewagę nad Radeonem najlepiej widać na broni, której tekstury renderowane przez układ ATI są wyraźnie rozmazane, w porównaniu do  obrazu z GeForce 7800.

Serious Sam 2

Wygładzanie krawędzi

Podobnie jak w Far Cry, silnik gry Serious Sam 2 losowo generuje niektóre elementy środowiska, przez co na niektórych obrazach mogą występować różnice w wyglądzie otoczenia (traw, kwiatów, kamieni, itd.).

• FSAA 2x - ponownie wydaje się, że na nieruchomych obrazach minimalnie lepiej wypada Radeon X1800, a sytuacja podczas grania jest odwrotna. Jeśli chodzi o wygładzanie krawędzi, zawsze należy mieć na uwadze fakt, że najlepiej porównywać jego jakość oglądając animację. Nieruchome obrazy należy oceniać oddzielnie.
• FSAA 4x - jeśli chodzi o animację, to GeForce 7800 wyraźnie góruje. Na nieruchomych obrazach już tylko nieznacznie.
• FSAA 6x - w tym trybie wygładzone przez Radeona krawędzie wyglądają znacznie lepiej niż w trybie 4x. Dopiero w tym przypadku Radeon X1800 wyrównuje poziom z GeForce 7800 w trybie 4x.
• Adaptive/Transparency Antialiasing - Pomimo że GeForce pracuje w niższym trybie FSAA (4x) niż Radeon (6x), to wygładzanie takich elementów sceny, jak liście idzie mu lepiej. Różnicę widać gołym okiem - zarówno na nieruchomych obrazach, jak i podczas gry.

Filtrowanie tekstur

• Trilinear (Anizotropowe 0x) - ot, niespodzianka. Filtrowanie trójliniowe obu układom w Serious Sam 2 idzie tak samo. Widzi ktoś różnice?
• Anizotropowe 2x, 4x, 8x - w dalszych trybach filtrowania anizotropowego nadal bardzo trudno dopatrzyć się jakichś widocznych różnic. Czyżby w Serious Sam 2 nie działały żadne optymalizacje filtrowania, czy mipmapowania?
• Anizotropowe 16x - kolejny raz przejście z trybu 8x do 16x, na Radeonie powoduje ledwo zauważalną poprawę. Tymczasem zmiana trybu na 16x w przypadku GeForce 7800 nadal się opłaca. W tym zestawieniu GeForce 7800 radzi sobie lepiej.

HDR

Silnik graficzny gry Serious Sam 2 pozwala korzystać z dobrodziejstw renderingu HDR. Niemniej jednak włączenie tej funkcji zmienia bardzo niewiele. Kolory wydają się odrobinkę bardziej skontrastowane. HDR GeForce 7800 i Radeon X1800 realizują tak samo. Dopatrzenie się jakichkolwiek różnic podczas grania graniczy z cudem!

Age of Empires III

Filtrowanie tekstur i wygładzanie krawędzi

• FSAA 0x (Anizo 8x) - bardzo wyraźnie widać, że niektóre tekstury są rozmyte na karcie z układem ATI Radeon X1800. Przykładem może być dach widocznego na obrazkach powyżej budynków. Po stronie, na której znajduje się amerykańska flaga, bardzo wyraźnie widać dość znaczne rozmycie tekstury, w porównaniu do obrazka wykonanego na GeForce 7800. Podobne rozmycie można zauważyć na kilku innych budynkach.
• FSAA 4x (Anizo 8x) - ATI Radeon X1800 z wygładzaniem radzi sobie jakby trochę lepiej, ale wygląda na to, że w sterownikach tkwi błąd powodujący, że cienie renderowane są nieprawidłowo. Jak widać na obrazach, cienie są pogrubione i pozbawione szczegółów. Po włączeniu renderowania HDR problem znika.

Wygładzanie krawędzi + HDR

Włączenie renderowania HDR, a zarazem efektu Bloom sprawia, że Age of Empires III nabiera zupełnie innego, ciekawszego wyglądu. Z włączonym wygładzaniem krawędzi w trybie 4x GeForce 7800 ponownie wypada lepiej od Radeona X1800. Podczas gry różnica jest naprawdę znaczna, zwłaszcza gdy na ekranie widzimy dużo rozmieszczonych blisko siebie jednostek.

Podsumowanie

Muszę szczerze przyznać, że przygotowując się do opracowania niniejszego artykułu, mając w pamięci wspomnienia o nieuczciwych optymalizacjach i kiepskiej jakości wygładzania krawędzi w wykonaniu NVIDII, byłem święcie przekonany, że przyjdzie mi dreptać drogą tych stereotypów. Po spędzeniu ponad miesiąca na porównywaniu jakości renderingu na kartach z układem NVIDIA i ATI, owo przekonanie gdzieś umknęło. Zacznijmy od faktów.

Fakt 1 - optymalizacje mipmapowania tekstur stosuje nie tylko, jak dotąd sądzono, NVIDIA. ATI dotrzymuje jej kroku, a wręcz idzie nawet dalej, co było widać m.in. w Far Cry czy Chronicles of Riddick.

Fakt 2 - optymalizacje filtrowania trójliniowego i anizotropowego także stosują obaj producenci. Patrząc na wiele gier można dojść do wniosku, że optymalizacje stosowane przez NVIDIĘ są lepiej dopracowane, bo skutki ich działania są mniej zauważalne, niż ma to miejsce w przypadku Radeona X1800.

Fakt 3 - różnice "jakości" filtrowanych tekstur pomiędzy ATI i NVIDIA oczywiście istnieją. Zobaczyć je możemy przede wszystkim na nieruchomych obrazach. W trakcie grania trzeba być już dość upartym aby je dostrzec.

Fakt 4 - w wielu grach widać różnice w algorytmach odpowiedzialnych za wygładzanie krawędzi. W tej materii lepiej radzi sobie siódma generacja układów NVIDIA GeForce. Dotyczy to zarówno standardowych trybów Multisamplingu, jak i wygładzania krawędzi typu Transparency Antialiasing.

Kto zatem wypadł lepiej? Mając na uwadze fakt, iż podczas grania zazwyczaj nie zwracamy uwagi na jakieś tam detale, to i tak muszę stwierdzić, że owych detali więcej zobaczymy na kartach siódmej generacji GeForce. Oczywiście zawsze może znaleźć się jakiś wyjątek. Ale skoro w tak popularnych grach, wśród których mamy bardzo popularne benchmarki, GeForce 7800 prezentuje się lepiej, to trudno podejrzewać, że w grach rzadko lub w ogóle nie używanych jako benchmarki którykolwiek producent stosowałby "sztuczki", nigdzie indziej niespotykane. Na dużą pochwałę NVIDIA zasługuje za dopracowanie algorytmów (m.in. obrotowej siatki pikseli) wygładzania krawędzi. Na stałych obrazach przewaga GeForce 7 jest zależnie od trybu minimalna bądź mała, ale już podczas grania (zwłaszcza na monitorze LCD) ta urasta to rangi może nie ogromnej, ale zauważalnej na pierwszy rzut oka.

Podczas gdy NVIDIA z nauczki, jaką dostała po skandalach z optymalizacjami dla kart GeForce FX, wyciągnęła poważne wnioski, ATI chyba wykorzystując fakt, iż uwaga w tej materii i tak skupia się na konkurencie, sama zaczyna iść w niedobrą stronę. W Far Cry i Chronicles of Riddick bardzo dobrze widać, że z filtrowaniem tekstur Radeon jest w tyle za GeForce, co jeszcze nie aż tak dawno temu byłoby nie do pomyślenia.