DLSS 3.0: Grafický zázrak nebo jen nadceněná technologie?

Co je to DLSS?

NVIDIA DLSS (Deep Learning Super Sampling) je technologie, která přináší revoluční změny v oblasti grafického zobrazování. Tato technologie využívá speciální hardware – tensorová jádra, které se nacházejí pouze na grafických kartách RTX, konkrétně na všech modelech patřících do řad RTX 2000, 3000 a 4000. DLSS využívá technologii AI nebo hlubokého učení k navýšení rozlišení obrázků z nižšího rozlišení na vyšší, přičemž zachovává téměř stejnou úroveň vizuální kvality – díky tomu poskytuje uživateli více FPS při prakticky stejné grafické kvalitě. 

S technologií DLSS se nesetkáváme poprvé, DLSS byla poprvé spuštěna na začátku roku 2019, kdy se objevila první řada grafických karet RTX 2000 od Nvidie. Cíl byl přitom jasný: navýšit ve hrách snímky za sekundu (FPS) při zachování kvality obrazu. Úkol to byl vskutku odvážný, a jak se později i ukázalo, nesl své ovoce – pro mnohé hráče se DLSS stalo druhým důvodem (hned po ray tracingu, který své kořenil zapustil zhruba v polovině roku 2018), proč nakupovat grafické karty právě od Nvidie.

Ostatně to i dávalo smysl, ray tracing (nebo také schopnost simulovat interakce paprsků v reálném čase) byl pro mnohé grafické karty velmi náročný. Využití této technologie, která byla mnohými hráči považována jako za herní svatý grál, bylo možné jen na grafických kartách řady RTX 2000 s architekturou turing a speciálními tensorovými jádry. 

Ray tracing i se svou okázalostí byl na grafické karty prostě moc náročný, a pokud jste vyloženě neměli herní mašinu, neměli jste moc šanci hru s ray tracingem a obstojným nastavením grafiky, včetně rozlišení a kvality obrazu, spustit na rozumné FPS. Technologie DLSS tak měla být odpověď právě na tento problém. Již samotná DLSS 2.0 dosahovala velmi solidních výsledků, a nyní tu máme třetí verzi neboli DLSS 3.0, která svého předchůdce významně přesahuje!

Co je nového v DLSS 3.0?

DLSS 3.0 vyšla 12. října roku 2022, ačkoli si nyní můžete myslet, jak už je to staré, teprve 29. června tohoto roku byla do světa vypuštěna grafická karta RTX 4060, která svou cenovou dostupností může přitáhnout mnohem širší publikum. Co si totiž budeme, ne všichni v době vydání čtvrté řady grafických karet měli peníze na koupi modelu RTX 4090 za cenovku kolem 35 000. A tedy ne všechny v dané době technologie DLSS 3.0 zajímala. 

DLSS 3.0 je založena na technologii DLSS Super Resolution a přidává Optical Multi Frame Generation pro generování zcela nových snímků. Současně integruje technologii NVIDIA Reflex pro optimální odezvu s nízkou latencí. DLSS 3.0 je poháněn novými čtvrtou generací tensorových jader a akcelerátorem optického toku architektury NVIDIA Ada Lovelace, která pohání grafické karty GeForce RTX 40 Series. Jinými slovy, nemáte-li grafickou kartu řady RTX 4000, DLSS 3.0 si bohužel nevyzkoušíte.

Jak funguje DLSS?

Princip je DLSS funguje na principu, kdy bere snímek v původním rozlišení (například 1440p), zmenšuje jej (například na 1080p), a poté, s pomocí algoritmů strojového učení, doplňuje chybějící pixely (v tomto případě zpět do rozlišení 1440p). Cílem je snížit rozlišení obrázku, a poté pomocí DLSS dopočítat jeho původní rozlišení. Díky tomu můžete hru hrát na 1080p, ale DLSS Vám ji dopočítá na rozlišení 1440p.

Ale co je na tomto procesu opravdu zajímavé, je způsob, jakým Nvidia tuto technologii trénuje. Nvidia využívá svůj superpočítač, který hraje hry v ultra vysokém rozlišení 16K. Tento superpočítač generuje tisíce snímků, které jsou pak použity k tréninku DLSS. Díky tomuto tréninku je DLSS schopné „dopočítat“ snímek ve vyšším rozlišení s vysokou přesností a kvalitou. S příchodem verze DLSS 2.0 tak došlo k dramatickému nárůstu množství FPS, přičemž kvalita obrazu zůstávala stejná. V té době se jednalo o něco naprosto revolučního.

Analogie k funkci DLSS

Představte si, že máte před sebou složené puzzle s 1440 dílky, které tvoří komplexní a detailní obrázek. Nyní si představte, že z tohoto obrazu odstraníte některé dílky, takže vám jich zůstane jen 1080. Obrázek je stále rozpoznatelný, ale některé detaily se prostě ztratily.

DLSS funguje podobně jako člověk, který se pokouší obnovit původní obraz puzzle. Jeho cílem je s pouhými 1080 dílky rekonstruovat původní obrázek s 1440 dílky. K tomuto úkolu používá svou paměť, v níž si pamatuje, jak obrázek vypadal, když byl celý – na základě toho je schopen velmi přesně odhadnout, jak by měly vypadat chybějící dílky, a kam je dosadit, aby vznikl ucelený obraz se 1440 dílky. Lze tedy říct, že hlavním cílem je dotvořit zpátky neucelený obrázek do jeho původní detailnosti a velikosti.

Co přináší DLSS 3.0?

DLSS 3.0 kromě své běžné funkce upscalingu (umělého navýšení rozlišení), kterou jsme si výše popsali, využívá ve své nové funkci frame generation – sofistikovaný proces zvaný konvoluční autoenkodér pro generování snímků. Tento proces bere čtyři různé typy vstupů: aktuální a předchozí snímky hry, optické pole toku generované pomocí speciálního nástroje zvaného akcelerátor optického toku Ada, a také data z herního enginu, jako jsou vektory pohybu a hloubka.

Optické pole toku generované akcelerátorem optického toku Ada je technický termín, který se vztahuje na proces sledování pohybu mezi dvěma snímky. Tento proces je základním krokem v mnoha aplikacích v oblasti počítačového vidění a umělé inteligence, včetně DLSS. Akcelerátor optického toku Ada je speciální nástroj, který tento proces urychluje.

Data z herního enginu, jako jsou vektory pohybu a hloubka, jsou dalšími důležitými informacemi, které DLSS využívá. Vektory pohybu jsou v podstatě informace o tom, jak se objekty ve hře pohybují, zatímco hloubka se vztahuje na informace o tom, jak daleko jsou tyto objekty od kamery. Tyto informace pomáhají DLSS lépe porozumět scéně a vytvořit obraz s vysokou kvalitou.

Analogie funkce DLSS 3.0 pro generování snímků

Představte si, že sledujete auto, které jede po dálnici. Váš úkol je odhadnout, kde bude auto v příštím okamžiku. Nemáte žádné informace o rychlosti auta, ale máte sérii fotografií, které ukazují, kde auto bylo v minulých okamžicích.

DLSS funguje podobně. Nezná přesnou „rychlost“ (změny v herním prostředí), ale má „fotografie“ (snímky) z minulých okamžicích. DLSS pak využívá tyto snímky, spolu s dalšími informacemi jako jsou vektory pohybu a hloubka, k odhadu, jak by měl vypadat příští snímek.

Akcelerátor optického toku Ada v této analogii funguje jako nástroj, který vám pomáhá lépe sledovat pohyb auta mezi jednotlivými fotografiemi. Pomáhá vám odhadnout, jak rychle se auto pohybuje a jakým směrem se pohybuje, což vám umožňuje lépe předpovědět, kde bude auto v příštím okamžiku.

Ačkoli DLSS nemá přesné informace o tom, co se v herním prostředí bude dít v následujících okamžicích, dokáže využít dostupné informace (snímky toho, co bylo před chvílí) k tomu, aby vytvořila kvalitní a realistický snímek toho, co by mělo následovat.

Může být tato technologie využita i mimo herní odvětví?

Jestliže nejste vyložen+ hráči, nemusíte si zoufat! Technologie Deep Learning Super Sampling (DLSS) od společnosti Nvidia se neomezuje pouze na herní průmysl. Její potenciál je mnohem širší. 

Zatímco filmový průmysl může DLSS využít pro vylepšení digitálních efektů a akceleraci renderování (ano slyšíte správně, DLSS můžete použít i při náročných renderovacíh procesech v například Blenderu)! Ve světě virtuální a rozšířené reality může DLSS zlepšit kvalitu obrazu a snížit nároky na výpočetní výkon. V oblasti strojového učení a umělé inteligence může DLSS přispět k pokročilým analýzám obrazových dat. A konečně, v oblasti vědy a výzkumu má DLSS potenciál pomoci zlepšit kvalitu obrazu a urychlit zpracování dat. 

Jak je vidět, DLSS je technologie s obrovským potenciálem, který sahá daleko za hranice herního průmyslu. Jedná se o další ukázkový příklad toho, jak nově vyvinutá technologie původně pro určitý účel se přejala i do dalších odvětví.

Výkon DLSS 3.0

DLSS 3.0 dokáže výkon zvýšit až čtyřnásobně oproti tradičnímu renderování. Díky DLSS 3.0 mohou uživatelé GeForce RTX 40 Series dosáhnout až dvojnásobné (i vyšší) snímkové frekvence oproti tomu, co je schopen vypočítat procesor. Například v Microsoft Flight Simulator, který velmi realisticky vykresluje naší planety, dokáže DLSS 3.0 zvýšit FPS až o dvojnásobek. U další velmi náročné hry na hardware Cyberpunk 2077 se zapnuté DLSS 3.0 spolu s povolenou funkcí frame generation (generování snímků) hra dostala ze 30 FPS až na 110 FPS – jednalo se tedy až o téměř 4násobný výkon!

Pakliže Vaše oblíbená hra ještě není v seznamu podporovaných her pro DLSS 3.0, nemusíte si zoufat – Nvidia má v plánu tento seznam postupně rozšiřovat, takže v budoucnu v seznamu budeme moci nalézt daleko větší výběr.

Ukázky

Cyberpunk 2077

Microsoft Flight Simulator

Podpora DLSS 3.0

DLSS 3.0 již získal podporu od mnoha předních světových vývojářů her a enginů (platforem určených k vytváření her – např. unreal engine), s více než 35 hrami a aplikacemi, které oznámily podporu. První z nich se spustili v říjnu roku 2022. Hry s DLSS 3.0 jsou zpětně kompatibilní s technologií DLSS 2. Technologie DLSS 3.0 je podporována na grafických kartách GeForce RTX 40 Series. Obsahuje 3 funkce: naši novou technologii generování snímků, Super Resolution, klíčovou inovaci DLSS 2 a Reflex. Pakliže vývojáři jednoduše integrují DLSS 3.0, technologie DLSS 2 je automaticky podporován jako výchozí, díky čemuž není třeba zařizovat funkci obou verzí DLSS odděleně.

Podporované hry:

Obrázek 1 – Zdroj: https://images.nvidia.com/aem-dam/Solutions/geforce/ada/news/dlss3-supports-over-35-games-apps/nvidia-dlss3-geforce-rtx-games.jpg

Má DLSS vůbec nějaké nevýhody?

Jak jsme si již ukazovali, pozitiv je zde mraky. Ale co takhle nějaké nevýhody? Něco tak dobrého přece nemůže být bez nějakých závad, ne? Máte-li otázky podobného rázu, do jisté míry máte pravdu – v některých hrách může DLSS způsobovat určité problémy. Může se například stát, že některé detaily ve hře nebudou tak ostré, jak by měly být, a to zejména v případě textur s vysokým rozlišením. Mimo jiné může DLSS způsobit určité artefakty, jako jsou rozmazané textury nebo nejasné či blikající okraje objektů (zejména ve větších vzdálenostech).

I tak se těchto nedostatků ve hrách objevuje poskrovnu, a máte-li zapnutý DLSS Quality mode, je velmi nepravděpodobné, že byste si něčeho takového vůbec všimli.

Ukázka artefaktu:

Obrázek 2– Zdroj: https://i.redd.it/sfg7wfvme0q91.jpg

Závěr

DLSS je revoluční technologie, která mění způsob, jakým hrajeme hry. Díky AI a hlubokému učení může DLSS poskytnout vyšší výkon a lepší vizuální kvalitu, aniž by bylo nutné obětovat výkon. Ačkoli existují určité nevýhody, výhody, které DLSS přináší, jsou tak významné, že tato technologie se stává standardem moderních her.