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AI 技术的加速魔法NVIDIA DLSS 技术解构

随着GeForce RTX 的登场,NVIDIA 一连为用家带来两大绝技— Real Time Ray Tracing 实时光线追踪及DLSS 深度学习反锯齿功能;前者已于去年年底随《Battlefield V》登场,后者比较含糊,直到今年2 月4 日才被《3D Mark》纳入为Feature Test;游戏的支援紧随其后,《Battlefield V》在2 月13 日的更新中追加支援,另外新推出的《METRO EXODUS》游戏也同时提供DLSS 功能。

DLSS 技术原理

NVIDIA 的研究人员表示,过去的问题是因为欠缺有效的演算方法去分析及优化图像,所以DLSS 的重点是学习过程,在不影响游戏画质的大前提下,达到加速的效果。例如在赛车游戏中,只需细致地显示跑车即可,其他路边的景物因为不是主角,可以适度降低精度,这也是DLSS 可以加速的秘密所在。

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DLSS 技术基于NVIDIA 的神经图像架构。

至于DLSS 如何作最佳的绘图优化,秘密在于NVIDIA 背后的NeuralGraphics Framework 的超级电脑,正如NVIDIA 在《Metro Exodus Reviewer’s Guide》指出︰「我们的超级电脑会不睡不休(Our supercomputer never sleeps)」,会持续改进效果并适时发布。NVIDIA 已搜集了过千张以极高画质渲染的Ground Truth 图档作为参考之用,提供在现实世界难以提供的64×Super Sampling 反锯齿取样的超高游戏画质,并拥有人类的在原始像素中分辨出是狗、猫及鸟之能力。

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从NVIDIA 公布的资料推算所指以极高画质渲染的Ground Truth 应该是64× 超级采样渲染的效果。

Turing 架构为DLSS 所作的改变

为了提供DLSS 功能,NVIDIA 除了在Turing 架构上改进其CUDA 及CuDNN Libraries 功能,也新增专门的Tensor Cores,用于处理新增低精度的INT4 Matrix 及INT8 Matrix 运作,这也是DLSS 能够为游戏加速的秘密,但也使NVIDIA DLSS 变成一项非标准的功能,目前仅限于NVIDIA RTX 系列提供。

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Tensor Cores 的运算方式。

DLSS 技术的限制

NVIDIA 宣称使用DLSS 后,最多可为《Battlefield V》游戏带来最多40% 效能的增长,但也承认DLSS 不会适用于所有场合。在《Battlefield V DLSS Reviewer’s Guide》中,NVIDIA 即表示DLSS 对于大部分GPU 在Maximum Load 有用,如果本身FPS 已经很高的话,那么DLSS 的加速作用会大大降低,这点是用家需要注意之处。以2 月13 日《Battlefield V》游戏的更新为例,会因为显示卡的型号、解像度而适度开放DLSS 功能,而且开启DXR(即Ray-Tracing)更是使用DLSS 的先决条件,极不合理。

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以2 月13 日《Battlefield V》游戏的更新为例,会因为显示卡的型号、解像度而适度开放DLSS 功能。

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遇到不合适的解像度,即使已开启DXR 也不能使用DLSS 功能。

早期的DLSS Final Fantasy XV Benchmark

为什么说Ray-Tracing 与DLSS 没有绝对关系呢?现在先让我们看看第一款支援DLSS 的测试程式《Final Fantasy XV Benchmark》。《Final Fantasy XV》并未支援Ray Tracing,所以没有相关选项,但在1.2 版中,可于「Custom Settings」使用NVIDIA DLSS 功能。

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《Final Fantasy XV Benchmark》在1.2 版中支援NVIDIA DLSS 测试。

3DMark NVIDIA DLSS 特性测试

应NVIDIA 要求,3DMark 在2 月4 日发布用于NVIDIA DLSS 的测试更新,可视为《3DMark Port Royal》支援DLSS 功能的测试版本。与《3DMark Port Royal》属于标准Benchmark 不同,NVIDIA DLSS 属于特性测试,不属于3D Mark 正常的得分。测试分为两个部分,首先是DLSS Off 的测试作为基准得分,其次是DLSS On 的测试供用家比较前后之分别。

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NVIDIA DLSS 特性测试可Custom设定解像度。

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得分会分为DLSS Off 及DLSS On 两个部分。

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《Battlefield V》游戏DLSS 更新

《Battlefield V》自2 月13 日开始提供DLSS 功能的更新,在NVIDIA Control Panel 不会出现DLSS 项目的设定,需在游戏的Video 设定中进行。为了统一起见,今次测试统一采用「DRX Reflections Quality: Ultra」及「Graphics Preset for Other Settings: Ultra」之设定,测试场景设定为单人故事模式的五个不同景场。

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分析1:4K 表现较1,080p 好

NVIDIA 表示DLSS 对于高解像度、最大GPU 负载时​​最为有效,因此笔者测试了GeForce RTX 2080 [email protected],840×2,160 及 GeForce RTX [email protected],920×1,080 等显示卡组合,以便测试其分别所在。NVIDIA 所言非虚,DLSS 在GeForce RTX [email protected] 的效能增长较高,在要求最高的《Under No Flag-1942: North Africa》中,从23fps 增至44fps,相当于91% 的增幅。比较GeForce RTX [email protected],080p 从47fps 增至63fps,增长幅度仅为34% 左右。

分析2:DLSS 未能弥补Ray-Tracing 效能损失

测试的另一重点是DLSS 是否如NVIDIA 在CES 2019 的Keynote 中所说,可几乎弥补Ray-Tracing 功能所造成的损失。这里的结果却显示,虽然DLSS 可带来效能的提升,但若要百分百弥补Ray-Tracing所造成的效能损失是不可能的。

画质比较

测试一:比较两图,可见DLSS 适度降低了次要景物的细致度。

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测试二:在《Under No Flag-1942: North Africa》场景中,于流水的细节中可见DLSS On 降低了细致度。

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测试二:在《TIRAILLEUR-1944: Provence》场景中,士兵的细节度在DLSS On 时较差,但由于土兵正高速不断转移中,所以对游戏整体画质影响不大。

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有待成熟

NVIDIA DLSS 的原意是好的,但新的技术往往需要一段时间才能成熟,目前DLSS 在游戏的应用仅属起步阶段,而且设定限制较多,严格来说是个未成熟的功能。另外,本文的画质测试是在撷取图像后慢慢比较才能观察到分别,在游戏进行中基本上是难以察觉得到,这点读者们需要注的。

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