Digital Foundry vs. 4K Gaming

Wie gut laufen Spiele mit dem neuen Ultra-HD-Standard - und sind Next-Gen-Konsolen zur Party eingeladen?

Wenn die CES 2013 ein Indikator ist, sieht es so aus, als würden sich Fernseher in zwei technologische Richtungen entwickeln: Durch die Einführung topaktueller OLED-Panels werden Bildschirme dünner, während andere Displays größer werden. Viel größer. Zu dieser Vergrößerung der HDTVs kommt auch ein entsprechender Sprung bei der Auflösung hinzu, der dem Doppelten von 1080p in beide Richtungen entspricht, was wiederum im neuen 3840x2160 „Ultra-HD"-4K-Standard resultiert.

Da Sony an der Spitze dieser neuen Welle an Displays steht, gibt es bereits Gerüchte, wonach die PlayStation der nächsten Generation (Codename Orbis) irgendeine Art von 4K-Support bieten wird. Und natürlich wissen wir, dass Polyphony Digital einen kleinen Teil von Gran Turismo 5 Prologue an ein 4K-kompatibles Setup angepasst hat, das von vier gleichzeitig laufenden PS3-Konsolen angetrieben wurde. Jede davon renderte ein Vierteil des Displays in einer Auflösung von 1080p. Daher fragen wir uns: Wie viel 3D-Rechenleistung braucht es für ein ansprechendes 4K-Spielerlebnis? Wie sehen aktuelle Spiele in Ultra-HD aus? Und werden die Next-Gen-Konsolen genügend Leistung haben, um moderne Titel in dieser Auflösung darzustellen?

Wir haben bereits ein bisschen Erfahrung mit ultra-hochauflösenden Spielen, da wir eine Reihe von Titeln auf dem Retina Macbook Pro mit seinem wundervollen 15-Zoll-Display in einer Auflösung von 2880x1800 gespielt haben. Moderne Titel wie Battlefield 3 und Crysis 2 bereiteten selbst auf den niedrigsten Einstellungen Probleme, aber Skyrim und Batman: Arkham City waren spielbar, wenn auch mit großen Einschnitten bei der Qualität. Das Retina Macbook Pro ist allerdings ein Laptop mit relativ geringer Rechenleistung. Next-Gen-Demos wie die Unreal Engine 4 und Square Enix' Agni's Philosophy liefen alle auf Basis einer starken Kombination aus Intels Core i7 CPU und einer NVIDIA GeForce GTX 680. Wir entschieden uns also dafür, auf ein ähnliches Setup zu setzen.

Vielleicht haben sich die Dinge mit dieser neuen Welle an Ultra-HD-Displays geändert, aber im Vorfeld der CES war es eine kleine Herausforderung, 4K auf einem vorhandenen Display darzustellen. Man kann es zwar via HDMI erreichen, aber durch die Bandbreiten-Obergrenze liegt die Bildwiederholrate bei 30 Hz - für Spiele kein großes Problem, da 95 Prozent der Konsolen-Spiele mit 30 FPS laufen, aber wir müssen auf den kommenden HDMI-2.0-Standard warten, um 4K-Auflösungen bei 60 Hz zu erzielen. Bis dahin kann 4K-Gameplay mit 60 FPS erreicht werden, aber es ist ein komplexer Aufbau, der vier Digital Video Outputs benötigt, von denen jeder für ein Viertel des Bildschirms zuständig ist - wie bei Polyphonys GT5-4K-Demo. Wir können uns vorstellen, dass AMDs EyeFinity und NVIDIAs Alternative das erreichen könnten, aber wir wollten unsere Arbeit auch aufzeichnen. Daher entschieden wir uns für den Ansatz mit einer einzelnen Verbindung und schlossen unseren PC an unsere in der Entwicklung befindliche Next-Gen-Capture-Card an.

Das Ergebnis ist überraschend. Auf einem PC, den ihr selbst für rund 800 Pfund (ca. 960 Euro) zusammenstellen könnt, ist 4K machbar und kann wunderschön aussehen. Obwohl Entwickler und Publisher in ihren Pressematerialien noch immer Screenshots in ultra-hoher Auflösung veröffentlichen, die kaum dem finalen 720p-Erlebnis entsprechen, repräsentiert 4K doch gewissermaßen spielbare "Bullshots" - extreme Pixelzahlen, die in Echtzeit gerendert werden. Es läuft nicht ohne Makel, aber es gibt auch Momente, in denen alles so zusammenpasst, dass wir dieses „Dead End Thrills"-Erlebnis in vollständig interaktiver Form erleben.

Gleich für unseren ersten Test hatten wir uns viel vorgenommen: DICE' Battlefield 3. Wir wissen bereits, dass die GTX 680 hier einige exzellente Ergebnisse liefern kann. In unserem Test der Hardware erzielten wir ein gutes 1080p60-Spielerlebnis mit Ultra-Einstellungen. Obwohl sich die Auflösung bei 4K vervierfacht, bedeutet unsere Beschränkung auf 30 FPS doch, dass der Sprung auf 3840x2160 nicht so extrem wäre. Die Ultra-Einstellungen funktionierten zwar nicht (Out-of-Memory-Fehler von DirectX), aber die hohe Qualitätsstufe erwies sich als spielbar.

"Battlefield 3 bietet auf den höchsten Einstellungen und 4K eine ähnliche Performance wie die Konsolen-Versionen auf unserem PC. Weitere Tweaks waren aber nötig, um eine konstante Framerate zu erhalten."

Eine Performance-Analyse mit Battlefield 3 mit aktiviertem V-Sync, hohen Einstellungen und einer Auflösung von 3840x2160 - Standard-4K. Wir haben das ursprüngliche 4K-Video auf die YouTube-Server geladen, auf das ihr über den 'Original'-Button mit einer begrenzten Bitrate zugreifen könnt.

Auf das nur auf den Ultra-Einstellungen verfügbare 4x MSAA müssen wir zwar verzichten, aber in Wahrheit haben wir es nicht allzu sehr vermisst. Post-Processing-Anti-Aliasing hat einige echte Probleme bei 720p, aber je höher die Auflösung, desto weniger bemerkt man diese Probleme. Bei einer Auflösung von 3840x2160 kann man getrost sagen, dass die nervigen Pixel-Popping-Probleme völlig irrelevant sind.

Das soll aber auch nicht heißen, dass unser erster Test ein voller Erfolg war. Die makellose optische Natur des Spiels wirkte ein wenig „klobig". Besonders Objekte mit wenig Polygonen und gewöhnliche Texturen hinterließen einen recht groben Eindruck, aber wir spielten das Spiel auch auf eine Art und Weise, die DICE niemals wirklich anstrebte. Ihr werdet auch feststellen, dass wir einige Framerate-Probleme hatten. Komplizierte Effekte sorgten für spürbare Einbrüche in der Reaktionsgeschwindigkeit und die Steuerung fühlte sich definitiv mehr nach Konsole an (in all unseren Tests spielten wir mit einem 360-Pad, um ein Wohnzimmer-Spielerlebnis nachzustellen). Es besteht die Chance, dass wir durch die Anpassung einiger Einstellungen auf die mittlere Stufe eine beständigere Framerate erhalten, ohne zu viel von der optischen Pracht aufzugeben. In einem Konsolen-spezifischen Szenario hätten die Entwickler den Luxus, für eine feste Plattform zu programmieren und könnten das Spiel Level für Level und Szene für Szene optimieren. Aber das allgemeine Fazit dieses ersten Tests ist positiv - wir spielten in 4K-Auflösung bei hohen Einstellungen und das ganze Erlebnis erwies sich als mehr als spielbar.

Das Gleiche können wir von Cryteks visuellem Meisterwerk Crysis 2 nicht behaupten. Im DX11-Modus verloren wir unsere konstanten 30 FPS, indem wir einfach von den hohen auf die sehr hohen Einstellungen wechselten (bei anderen Spielen würde das dem Wechsel von niedrig zu mittel entsprechen). Extrem und Ultra konnten wir komplett vergessen, da hier die Framerate zusammenbrach, wann immer Effekte eine Szene dominierten. Das heißt jedoch nicht, dass wir kein prächtiges Spielerlebnis hatten. Im DX9-Modus war alles über den sehr hohen Qualitätseinstellungen zu viel, aber mit den sehr hohen Einstellungen erhielten wir - auch mit den High-Resolution-Texturen - eine beständige Performance. Der allgemeine Eindruck ist noch bemerkenswerter als bei Battlefield 3: 4K befördert dieses Spiel auf eine völlig neue Stufe mit einer erstaunlichen Detailvielfalt bei Optik und Effekten. Zugleich leistete das Motion Blur hervorragende Arbeit bei der Abschwächung der üblichen 30-FPS-Ruckler.

"Trefft eure Wahl: Crysis 2 bietet sowohl auf Hoch/DX11 als auch auf Sehr hoch/DX9 ein atemberaubendes, reibungsloses 4K-Erlebnis auf unserem PC mit Core i7/GTX 680."

Crysis 2 in DX9-Form mit sehr hohen Einstellungen bietet ein prächtiges visuelles Erlebnis, das nicht sehr von den durch den 4K-Standard angestrebten 30 Hz abweicht. Hochgeladen haben wir es in nativem 4K, also schaut euch die Videos in höherer Qualität an.

Darüber hinaus haben wir nur selten schwache Texturen ausmachen können und was die Details betrifft, hinterließen lediglich Blätter und Bäume einen leicht enttäuschenden Eindruck - und das lag hauptsächlich am Mangel an Geometrie bei diesen Elementen, was in dieser extremen Auflösung wirklich hervorstach. Tatsächlich war alles in bestimmten Schauplätzen so detailliert, dass wir Probleme damit hatten, Aufnahmen in Echtzeit zu machen - durch eine rechnerisch verlustfreie Kompression konnten wir ein Video erhalten und es mit rund 180 MB/s auf eine Samsung-840-SSD streamen. Der Detailgrad von Crysis 2 erwies sich in bestimmten Bereichen als Alptraum für die Kompression, an manchen Stellen überstieg die Bandbreite die maximale Schreibgeschwindigkeit des Laufwerks von 260 MB/s.

Alles in allem waren wir hier mit der Performance sehr zufrieden - das Spiel sah fantastisch aus und indem wir uns an die sehr hohen Einstellungen hielten, erlebten wir nur eine Handvoll von Framedrops, von denen keiner große Auswirkungen auf das Gesamterlebnis hatte.

Als nächstes ist Criterion Games' Need for Speed: Most Wanted an der Reihe. Wir waren aus mehreren Gründen scharf darauf, dieses Spiel unter die Lupe zu nehmen. Einerseits ist die Arbeit des Entwicklers in puncto Beleuchtung und Effekte vorbildlich und wir wollten unbedingt sehen, wie sich das in höheren Auflösungen widerspiegelt. Und zweitens sehen originalgetreue Fahrzeugmodelle absolut fantastisch aus, wenn man in extremen Auflösungen spielt. Außerdem waren wir sehr begeistert von dem, was Dead End Thrills vom Spiel zeigte und fragten uns, was wir mit einer noch höheren Auflösung erreichen können.

Allerdings hatten wir auch ein wenig Angst davor, da die aktuelle Version von Most Wanted auf dem PC ein paar Performance-Probleme hat. Das ging so weit, dass wir kein 1080p60-Gameplay auf einer GTX 670 mit allen Einstellungen bei unserer Technik-Analyse von Need for Speed erreichen konnten. Auf einer etwas schnelleren NVIDIA-Karten lief das Spiel aber mit allen Einstellungen auf Maximum bei nahezu fixen 30 Frames pro Sekunde - lediglich die Ambient-Occlusion-Einstellung ließen wir auf der mittleren Stufe. Wir waren besonders zufrieden damit, dass wir die Geometrie-Einstellung auf das Maximum hieven konnten, um das Meiste aus den detaillierten Modellen herauszuholen - und bei 4K zahlt sich das wirklich aus.

"Wir konnten großzügig mit den Qualitätseinstellungen von Need for Speed: Most Wanted umgehen und das 4K-Gaming mit den gleichen 30 FPS wie bei den aktuellen Konsolen-Versionen genießen."

Need for Speed: Most Wanted. Von vielen wurde es für seine Performance-Probleme auf dem PC kritisiert, aber mit unserem i7/GTX680-Setup erhielten wir ein exzellentes 4K-Erlebnis - und das mit nur einem winzigen, unmerklichen Downgrade bei der Qualität.

Bei Unfällen und in bestimmten Szenen mit Effekten brach die Framerate ein, aber alles in allem war die Performance recht konstant und konnte recht gut mit den Xbox-360- und PS3-Versionen mithalten. Allerdings erweist sich wie auch bei den anderen getesteten Spielen das 30-Hz-Limit des derzeitigen 4K-Standards als Problem: Der PC bietet die Möglichkeit, das Spiel bei 2.5K - 2560x1440 bei 16:9 oder 2560x1600 bei 16:10 - und 60 Hz laufen zu lassen. Und es ist zu vermuten, dass dies das beste Gesamtpaket darstellt, indem es für einen deutlichen Schub bei der Bildschirmauflösung sorgt, ohne dabei die Bildrate zu beeinträchtigen.

Für unseren finalen Test kehren wir zur Sternstunde des Retina Macbook zurück - Batman: Arkham City. Wenn wir schon auf einem mobilen Grafikchip eine vernünftige Performance erzielen können, sollten wir von einem Core i7 in Kombination mit einer GTX 680 viel, viel mehr erwarten können - und die Hardware enttäuschte nicht. Die an der Performance zehrenden DX11-Modi waren erneut keine Option und einmal mehr entschieden wir uns gegen das Bandbreiten-intensive Multi-Sampling-Anti-Aliasing und für FXAA auf der höchsten Qualitätsstufe. Aber selbst mit aktiviertem PhysX auf normalem Level konnten wir ein Gameplay genießen, das in etwa festen 30 Frames pro Sekunde entsprach. Wir haben das Gefühl, dass wir mit mehr Zeit noch mehr hätten herausholen können, aber wir waren schon sehr zufrieden mit diesen Resultaten. Bei vielen Unreal-Engine-3-Spielen sieht man in ihren Artworks eine große Menge an komplexen Details - und auch bei Arkham City ist das der Fall. 4K bietet die Pixeldichte, um das alles ohne das irritierende Specular Aliasing zu rendern.

In seinen besten Momenten sieht Arkham City einfach großartig aus, wenn es sich auf diese Art und Weise präsentieren kann. Aber wie bei allen Spielen, die wir in 4K getestet haben, zeigen sich hier die offensichtlichsten Schattenseiten, wenn die Assets in Auflösungen dargestellt werden, für die sie nie gedacht waren. Trotz einiger Artwork-Upgrades gegenüber den Konsolen-Versionen zeigen sich bei genauer Betrachtung von Batman und anderen Charakteren sowie Umgebungsdetails Texturen, die schlicht zu niedrig aufgelöst sind, um in Ultra-HD wirksam dargestellt zu werden.

"Batman: Arkham City kann in 4K atemberaubend aussehen, zeigt aber ebenso, dass Texturen und Geometrie der aktuellen Generation bei näherer Betrachtung ziemlich schwach sind."

Batman: Arkham City konnte auf einem Retina Macbook Pro mit der relativ mageren GT650M GPU in einer Auflösung von 2880x1600 gespielt werden. Auf unserem Testsystem konnten wir die Einstellungen deutlich hochfahren und beim Spielen immer noch rund 30 FPS erhalten. Entschuldigt den nicht vorhandenen Ton. Auf unserem Testsystem gab es damit Probleme, dafür könnt ihr stattdessen ein paar Auszüge aus dem Soundtrack genießen.

Die große Frage: Werden Next-Gen-Konsolen 4K unterstützen?

Im wahrscheinlichsten Fall wird mit der 4K-Entwicklung auf den Next-Gen-System das passieren, was beim 1080p-Support der aktuellen Konsolen der Fall war. Die Mehrheit der Entwickler entschied sich dafür, dass die 720p-Auflösung die beste Balance zwischen Details und Effekten bot. Nur wenige peilten wirklich Full-HD an, da die Anforderungen von den GPUs der Xbox 360 und PlayStation 3 einfach nicht zufriedenstellend erfüllt werden konnten. Rückblickend haben wir nur eine Handvoll AAA-Titel gesehen, die aktiv 1080p angestrebt haben. Und selbst dann schafften es die modernsten Spiele nur, indem man deutliche Kompromisse einging - die native Auflösung von 1280x1080 von Gran Turismo 5 wäre so ein Fall.

Die Herausforderungen bei der 4K-Entwicklung zeigen sich vielleicht noch deutlicher, wenn man es mit dem Unterschied zwischen 720p und 1080p vergleicht. Full-HD bietet rund 2,5 Mal so viele Pixel wie 720p, während es bei 4K eine Vervierfachung der Details gibt. Wir konnten einige überraschend gute Resultate bei unseren ausgewählten PC-Spielen erreichen, aber man sollte daran denken, dass sie eigentlich auch nur Current-Gen-Titel sind - von Spielen, die mit neuerer Hardware im Hinterkopf entwickelt wurden, würden wir mehr erwarten.

Es wird vermutlich einige Vorzeigeprojekte für 4K geben, aber wir vermuten, dass sie insgesamt eher rar gesät sein werden. Unsere Informationen von Entwicklerquellen deuten darauf hin, dass selbst Sony - die durch das Bewerben von 4K-Gameplay in Anbetracht der kommenden Welle an neuen Fernsehern viel gewinnen könnten - keine großen Anstrengungen unternimmt, um die Dritthersteller von diesem Format zu überzeugen, 1080p sei die angepeilte Auflösung für Orbis-Spiele. Da sowohl die Next-Gen-PlayStation als auch Microsofts Durango von einem technologischen Standpunkt aus gesehen verdammt viel gemeinsam haben (mehr dazu bald), würden wir auch vermuten, dass 1080p das Ziel für die neue Xbox ist.

Da 1080p so fest als Display-Standard etabliert ist, betrachten wir 4K eher als Nischenmarkt, der am besten über PC-Hardware gefüttert werden kann. Hier kann man mit entsprechenden Investitionen optimale Resultate erzielen. Auf dem PC gibt es auch die praktischeren Budget-Optionen - eine Reihe von 27-Zoll großen koreanischen IPS-Monitoren mit 2560x1600-Auflösung und ähnlicher Display-Technologie wie bei den High-End-Geräten von Dell und Apple stellt eine interessante Desktop-Alternative für diejenigen dar, die sich für das Spielen in ultra-hohen Auflösungen interessieren. Wir hoffen, uns das in einem kommenden Feature näher anschauen zu können. Im Vergleich zu den vollen 4K klingt 2.5K vielleicht nach einem ziemlichen Downgrade, aber in einer Desktop-Umgebung mit dem Bildschirm direkt vor dem Nutzer würden wir dennoch einige wundervolle Ergebnisse erwarten.

Man kann wohl sagen, dass die Reaktionen auf den 4K-Fokus der CES eher negativ waren. Bei Bildschirmen handelt es sich um einen Bereich, in dem die Leute von ihrer Technologie erwarten, dass sie sie für fünf oder sogar zehn Jahre nutzen können. Und nachdem 3D nicht wirklich in Schwung kommt, betrachten viele auch diesen neuen Standard mit Skepsis - ein sinnloses Upgrade, wenn ihr so wollt. Wir sehen die Dinge jedoch anders - wir betrachten 4K als Option, wie das auch bei 1080p zum Start der PlayStation 3 im Jahr 2006 der Fall war. Niemand zwingt uns zum Upgrade und die Ankunft der Next-Gen-Konsolen wird die Position von Full-HD als Industriestandard nur noch weiter stärken. Aber für diejenigen, die über das nötige Geld verfügen, und bereit sind, ihren Spiele-PC so anzupassen, dass er diese Rendering-Herausforderung meistert, kommen wir nach unseren Test zu dem Schluss, dass 4K wirklich das Potenzial hat, etwas ganz Besonderes zu werden ...

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