Neue Texturkompression – Nvidia arbeitet an neuralem Netz

Für ein optimales Spielerlebnis müssen verschiedene Dinge zusammenkommen: Zum einen sollte ein auf Gaming ausgelegtes Betriebssystem zum Einsatz kommen, zum anderen sollte die Grafikkarte über ausreichend Leistung verfügen. Bei den Betriebssystemen gilt Microsoft Windows 11 derzeit als die beste Lösung für Gamer. Wer sich für den Kauf einer neuen Grafikkarte interessiert, hat seit Jahren die Wahl zwischen Modellen auf Basis von AMD Radeon oder Nvidia Geforce. Neben der nackten Spieleleistung haben die beiden Rivalen, um den Alltag und das Spielerlebnis der Gamer weiter zu verbessern, zahlreiche Funktionen und Techniken entwickelt, die zum Teil nur mit den hauseigenen GPUs funktionieren. Dazu gehören Dinge wie Bildoptimierung, Synchronisationstechniken, KI-gesteuerte Funktionen oder Streaming-Unterstützung.

Das Forschungsteam des Grafikkartenherstellers Nvidia hat vor wenigen Tagen eine neue Texturkompression vorgestellt, die auf neuronalen Netzen basiert. In diesem Blogbeitrag erfahren Sie, was Spieler in diesem Zusammenhang erwarten können und vieles mehr.

Welche Probleme sollen mit der Neuentwicklung beseitigt werden?

Bisher wurden Texturen meist mit Blockkompression komprimiert. In den hauseigenen Forschungslabors arbeitet Nvidia jedoch an einer auf künstlicher Intelligenz (KI) basierenden Lösung, die für deutlich mehr Details sorgen soll, ohne dabei den Grafikspeicher nennenswert zusätzlich zu belasten. Die Neuentwicklung von Nvidia, die Texturkompression auf Basis neuronaler Netze, soll nicht nur das Problem lösen, dass Spiele durch detaillierte Texturen immer größer werden, sondern auch, dass diese den Video Random Access Memory (VRAM) schneller füllen und gegebenenfalls zu Rucklern führen können.

Obwohl eine Textur im Grunde nur ein 2D-Element ist, wird eine Textur in der 3D-Grafik durch verschiedene Layer beschrieben. Es gibt die Basisschicht für die Brechungen und Reflexionen. Die darüber liegenden Schichten sind für die Absorption des Lichtes und die Simulation des Durchgangs des Lichtes durch eine solche Schicht zuständig und vieles mehr. Für Neural Texture Compression (NTC) hat NVIDIA die üblichen 14 Texel um zwei weitere Detailstufen ergänzt. Die Kompression erfolgt mit niedriger Bitrate, und die Bildqualität soll besser sein als bei fortgeschrittenen Bildkompressionsverfahren wie AVIF und JPEG XL.

Computerwissen – was ist ein Texel?

Die Grundeinheit einer Textur in der Computergrafik ist das Texel, auch Texturelement oder Texturpixel genannt. Texel wurden erstmals Ende der 1970er Jahre für das Hinzufügen von Texturen zu computergenerierten Bildern entwickelt. Seitdem ist es in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz gekommen, unter anderem in Computerspielen und 3D-Animationen.

Texel sind eine Art Rasterbilder, das heißt sie sind aus einem Raster von Pixeln aufgebaut. Jeder Pixel enthält eine einzelne Farbe oder ein einzelnes Bild und wird zu einer größeren Textur zusammengesetzt. Texturen können sowohl für die Darstellung von 3D-Objekten als auch für die Darstellung von 2D-Bildern verwendet werden.

Neural Texture Compression – was die neue Technologie bieten soll

Eine bis zu vierfach höhere Auflösung gegenüber der Blockkompression soll die Neural Texture Compression (NTC) bieten. Der entwickelte Algorithmus setzt auf die Verwendung von Tensoren zur Darstellung von Texturen, was eine Steigerung um den Faktor 16 bedeutet. Im Gegensatz zur Blockkompression wird zum Beispiel auf Annahmen über das Vorhandensein von Kanälen verzichtet, stattdessen geht das Modell davon aus, dass die Texturen gleich groß sind. Kanäle und Mipmaps werden jedoch gemeinsam komprimiert, was im Vergleich zu gängigen Formaten eine höhere Qualität und Bitrate zur Folge hat. Für die Berechnung nutzt die Technologie die Fähigkeiten moderner GPUs zur Matrix-Multiplikation.

Letztendlich ist die Anwendung der neuronalen Texturkompression langsamer als die der Blockkompression, während etwas mehr Speicherplatz benötigt wird. Die auf künstlicher Intelligenz (KI) basierende Technologie bietet jedoch deutlich mehr Details. Letztendlich soll NTC helfen, Inhalte noch fotorealistischer zu gestalten und gleichzeitig die Grenzen des verfügbaren Grafikspeichers zu umgehen. Der Ansatz arbeitet on-demand und die Dekomprimierung erfolgt in Echtzeit mit wahlfreiem Zugriff, ähnlich wie bei der Blockkomprimierung.

Wie ist der Stand und wie geht es weiter?

Die von Nvidia veröffentlichten Forschungsresultate beschreiben die neue Kompressionstechnik detailliert. Besonders für Texturen und Oberflächen von Materialien soll sich die Technologie eignen. Wie die Neural Texture Compression (NTC) funktioniert und welche Vor- und Nachteile zu erwarten sind, wird im zugehörigen PDF ausführlich erörtert. Auf der Siggraph 2023, die vom 6. bis zum 10. August stattfindet, will Nvidia die Technik in einer Form vorstellen, die dann auch für Entwickler nutzbar ist.

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