NVIDIA GeForce GTX 680 im Test (4/21)

Adaptive V-Sync

Mit Adaptive V-Sync führt NVIDIA ein weiteres neues Feature ein, das die Probleme mit dem berüchtigten Tearing oder Vsync-Stutter (Stottern) verbessern soll. Monitore laufen heute mit einer üblichen Refreshrate von 60 Hz. Das heißt es werden 60 Bilder pro Sekunde im gleichen Abstand angezeigt. Der optimale Fall wäre also, dass die Grafikkarte jede 1/60 Sekunde ein Bild berechnet und dieses dann auch komplett angezeigt wird. In der Praxis ist das leider nicht der Fall. Zum Teil werden deutlich mehr Bilder / Sekunde berechnet oder auch gerne schon einmal weniger, je nachdem wie aufwendig die dargestellten Szenen sind.

Dies führt zu zwei Problemen. Schaltet man Vsync ein, wie es früher in Games eigentlich der Standard war, so kommt es zu einem stottern, wenn die Karte weniger als 60 Bilder pro Sekunde liefern kann. Die Karte berechnet quasi das nächste Bild nicht schnell genug in den Bildspeicher der Grafikkarte und daher fällt ein Frame aus, weil auf den nächsten fertigen Frame zur Synchronisation mit dem Bildschirm gewartet werden muss. Die Bildrate sinkt damit auf 30Hz. Sollte die Berechnung des nächsten Bildes noch länger dauern sinkt die Bildrate sogar auf 20 oder 15 Hz. Insbesondere bei nicht so leistungsstarken Grafikkarten kann dieses Problem recht schnell auftreten. Tritt der Fall auf, nimmt man das Geschehen auf dem Bild mit einem sehr deutlichen kurzen Stottern war und es entsteht zudem ein deutlicher Inputlag bei Mausbewegungen usw.

Schaltet man Vsync aus, so wird dieser Effekt unterdrückt, da jeder neu berechnet Frame sofort dargestellt wird. Dabei entsteht jedoch ein anderes Problem. Wenn die Framerate höher ausfällt als 60, kommt es oft zu der Situation, dass der Monitor ein Bild darstellt, welches einen Teil des alten und einen Teil des gerade neu fertig berechneten Bildes darstellt. Unterscheiden sich beide Bilder - zum Beispiel Aufgrund einer schnellen Bewegung - deutlich voneinander, so wird dies durch eine Unterbrechungsline - die Tear-Line - auf dem Bild deutlich. Diese Linie ist die Grenze zwischen altem und neuem Bild. Dieser Tearing-Effekt kann äußerst störend ausfallen, insbesondere wenn die Framerate zwischen 60 und 75 FPS liegt. Je höher die Framerate, desto geringer in der Regel die Unterschiede zwischen den Frames und desto weniger sind die Tear-Lines sichtbar.

Um das Problem hier einmal darzustellen für diejenigen, die mit der Materie nicht vertraut sind, haben wir einen Fall konstruiert, der sozusagen die Situation in der Tearing oder Stutter entsteht erzwingt. Dazu bedarf es der Situation, bei der in einer Bewegung die Framrate in bestimmten Bereichen liegt. Tearing tritt vor allem zwischen 60 und 75 FPS auf, VSync-Stottern genau in dem Moment wenn die Framerate unter 60 FPS fällt. Wir haben diese Situation mithilfe von Heaven 3.0 nachgestellt. In der Szene gleiten wir an einem kompliziert mit Tesselation aufgebauten Schiff vorbei.  Bei großer Entfernung geschiet das mit etwa 100-120 FPS, bei mittlerer Entfernung bei 70-100 FPS. Gleitet man besonders dicht am dargestellten Schiff vorbei sinkt die Framerate drastisch von über 100 auf plötzlich 50 FPS.

Die Szene haben wir dabei direkt vom Monitorbild eingefangen und unten die FPS eingeblendet. Leider gibt es bei der Anzeige der Videos im Browser ein kleines Problem. Der Youtube-Video-Player spielt nur 30Hz ab, die Video sind aber wie die Monitorfrequenz mit 60 Hz aufgenommen. Im Youtube-Video-Player kommt es daher zu zusätzlichem ruckeln. Wir werden die Videos hier in Kürze noch zum Download anbieten. Alternativ kann man sich die MP4 720p Datei auch von Youtube herunter laden und lokal abspielen. Wer den online Player benutzt sollte also mehr auf die Frameraten achten als auf das gelegentliche Ruckeln im Video.

Vsync OFF - Tearing

Bei VSync OFF sieht man gerade bei 70 FPS also im mittleren aber auch nahen Vorbeigleiten am Schiff ein deutliches Tearing des Schiffs. Besonders gut zu sehen am seitlichen Bullauge. Wir haben die Linie im Bild unten einfach einmal weiß eingefärbt.

 Zur Verdeutlichung kann man auch einfach gelegentlich das Video anhalten und dann oft eine auftauchende Tear-Line deutlich sehen.

Vsync ON - 30 FPS Drop und Stutter/Stottern

Mit VSync ON ergeben sich zwei Probleme. Zum einen fällt die Framerate direkt auf 30 FPS wenn weniger als 60 FPS erzeugt werden, wie sofort zu Anfang des Videos zu sehen. In vielen Spielen erhält man dadurch einen deutlichen Lag der Eingaben. Deutlicher schlimmer noch ist das extreme Stottern, welches entsteht wenn die FPS von 60 auf 30 FPS fällt. Zu sehen gegen ende des Videos beim vorbeigleiten am Schiff in naher Entfernung.

Adaptive V-Sync

Um genau dies Probleme zu reduzieren hat Nvidia ab dem 300er Treiber das Adaptive Vsync eingeführt. Adpative Vsync schaltet in Abhängigkeit von der Framerate Vsync ein oder aus und versucht dadurch störendes Tearing und stottern zu unterbinden.

Wenn die Frame-Rate unter 60 Frames pro Sekunde fällt wird Vsync deaktiviert und die berechneten Frames werden sofort dargestellt. Damit wird ein Stottern vermieden, es kann dafür aber wieder zu Tearing kommen, was aber den Spielfluss weniger stört. Geht die Frame-Rate wieder über 60 FPS, so wird Vsync wieder eingeschaltet um den Tearing-Effekt zu unterbinden.

Es gibt dabei zwei Optionen Adaptive-Vsync und Adaptive-Vsync (Intervall 2). Die zweite Option ist dazu gedacht, wenn die Framerate typischerweise zwischen 30 und 60 FPS liegt. In diesem Fall wird Vsync bei 30 FPS oder mehr eingeschaltet und bei weniger als 30 FPS deaktiviert. Dies geschieht in Abhängigkeit der Monitor-Frequenz. Beträgt die Monitorfrequenz zum Beispiel nur nur 50 Hz so bedeutet Adaptive-Vsync bei halber Rate eine Limitierung auf 25 FPS. Adaptive Vsync funktioniert nicht nur auf der neuen GeForce GTX 680, sondern auch auf älteren NVIDIA Karten und wird einfach im NVIDIA Control Panel aktiviert. Auch hier haben wir wieder unsere Szene als Demo-Video aufgezeichnet.

Bei Adaptive Vsync ON wird zwar nach oben die FPS auf 60 begrenzt und damit ein Tearing verhindert, sollte die FPS aber unter 60 fallen, so wird Vsync abgeschaltet. Man sieht deutlich, dass beim nahen Vorbeiflug die Framrate nur auf 50 fällt und es daher nicht zu einem extremen Ruckeln kommt. Damit wird dann auch der drastische Inputlag in Games verhindert, der genau in dieser Situation auftritt.