DCS und Virtual Reality

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DCS und Virtual Reality

Beitrag von JaBoG32T_Popeye » 10. Nov 2018, 13:15

DCS und Virtual Reality

Folgendes ist für bestehende VR-User sicherlich ein alter Hut, soll aber für VR Interessierte, die noch keinen richtigen Zugang zu VR haben oder bereits die Anschaffung einer VR Brille geplant haben, zur Überlegung beitragen.

Das eingesetzte HMD und die Grafikkarte spielt eine entscheidende Rolle für die Qualität und Performance in VR, soll hier für den Moment aber nur auf die Formel
"je höher das HMD auflöst, desto besser die Bildqualität und je leistungsfähiger die Grafikkarte, desto besser die Performance in VR" reduziert werden;
ergänzend dazu: "je höher das HMD auflöst, desto geringer die Performance".

Der Umstand, dass die Grafikkartenhardware derzeit und in absehbarer Zeit, sowie die Displayhardware der HMDs nicht in der Lage ist, VR in der Bildqualität eines gängigen Monitors darzustellen, bedingt den Einsatz verschiedener Softwareeinstellungen, um sich der vom Monitor gewohnten Bildqualität unter den speziellen Bedingungen von VR anzunähern. Dazu kann man aber auch noch ergänzen, dass Monitore und TVs mit einer Bildwiederholfrequenz unter 120 Hz auch nicht geeignet sind, einen echten 3-D Effekt, wie in den VR HMDs zu erzeugen.

HMD Überblick Stand: Nov. 2018

- Oculus Rift mit Infrarot Tracking System und Controller
OLED Displayauflösung: 1080 x 1200 pixel
Bildwiederholfrequenz: 90 Hz
FOV: 110°
API: Oculus SDK / Oculus Tray Tool
Preis: 450,- €

- HTC Vive mit Lighthouse Lasertracking und Controller
OLED Displayauflösung: 1080 x 1200 pixel
Bildwiederholfrequenz: 90 Hz
FOV: 110°
API: Steam VR
Preis: 599,- € - 699,- €

- Microsoft Mixed Reality von u.a. Asus, Dell, HP, Lenovo, Medion, Acer mit Insight-Out Tracking und Controller / ohne Bluetooth Dongle für die Controller
LCD Displayauflösung: 1440 x 1440 pixel
Bildwiederholfrequenz: 90 Hz
FOV: 95-105°
API: Microsoft Windows 10 / SteamVR for Mixed Reality
Preis: 300,- € - 450,- €

- HTC Vive Pro ohne Lighthouse Lasertracking, ohne Controller
AMOLED Displayauflösung: 1600 x 1200 pixel
Bildwiederholfrequenz: 90 Hz
FOV: 110°
API: SteamVR
Preis: 879,- € bzw. 1.399,- € im Set mit Lighthousetracking und Controller

- Microsoft Mixed Reality Samsung Odyssey mit Insight-Out Tracking und Controller / ohne Bluetooth Dongle für die Controller / nicht in Europa erhältlich
AMOLED Displayauflösung: 1600 x 1200 pixel
Bildwiederholfrequenz: 90 Hz
FOV: 110°
API: Windows 10 / SteamVR for Mixed Reality
Preis: 350,- $ - 499,- $

- Microsoft Mixed Reality Samsung Odyssey+ mit Insight-Out Tracking und Controller und speziellem Anti-SDE Display / nicht in Europa erhältlich
AMOLED Displayauflösung: 1600 x 1200 pixel
Bildwiederholfrequenz: 90 Hz
FOV: 110°
API: Windows 10 / SteamVR for Mixed Reality
Preis: 499,- $

- Pimax 5K+ ohne Lighthouse Tracking ohne Controller / verfügbar voraussichtlich Mitte 2019
LCD Displayauflösung: 2560 x 1440 pixel
Bildwiederholfrequenz: 90 Hz
FOV: 170°
API: SteamVR / Pi Tool
Preis: 699,- $

- Pimax 8K ohne Lighthouse Tracking ohne Controller / verfügbar voraussichtlich Mitte 2019
LCD Displayauflösung: 3840 x 2160 pixel ( Zuspielung durch Upscaling von 2560 x 1440 pixel )
Bildwiederholfrequenz: 80 Hz
FOV: 170°
API: SteamVR / Pi Tool
Preis: 899,- $

- Pimax 5K BE ohne Lighthouse Tracking ohne Controller / verfügbar voraussichtlich Mitte 2019
OLED Displayauflösung: 2560 x 1440 pixel
Bildwiederholfrequenz: 85 Hz
FOV: 170°
API: SteamVR / Pi Tool
Preis: 999,- $

Recht überschaubar. Alle oben gelisteten HMDs werden von DCS über die APIs von Oculus, SteamVR und SteamVR for Mixed Reality unterstützt.
HMD Prototypen wurden bereits von LG, StarVR und XTAL vorgestellt, darüber ist aber nichts weiter bekannt, als dass sie auch die SteamVR API nutzen und damit auch mit DCS funktionieren.
Standalone HMDs, wie Oculus GO, Oculus Quest oder Vive Focus ( nicht in Europa erhältlich ) funktionieren nicht mit DCS - dies nur als Warnung vor einem Fehlkauf.

SDE

Der Fliegengittereffekt oder Screendooreffect, im Folgenden als "SDE" bezeichnet, beschreibt das Matrixmuster zwischen den Pixeln des Displays, das für das Auge bei einem Sichtabstand von nur wenigen Zentimetern wahrnehmbar wird. Ein Umstand, der sich nachvollziehen lässt, wenn man zuhause ganz dicht an den FlatscreenTV oder den PC Monitor herantritt. Dem entgegen wirkt nur eine höhere Auflösung der Displays im HMD, d.h. die Bildqualität steigt mit einem höher aufgelösten Display, indem der qualitätsmindernde SDE verringert wird. Die Stärke/Wahrnehmbarkeit vom SDE hängt also baubedingt vom verwendeten Display im HMD ab und kann nicht durch Softwareeinstellungen optimiert werden.
An dieser Stelle ist das Anti-SDE Display der gerade neu erschienene Samsung Odyssey+ sehr interessant, weil es nicht mehr Grafikleistung im Vergleich zu höher aufgelösten Displays benötigt, um den SDE zu verringern/eliminieren.

Bildqualität und Performance in DCS

Um die Performance der jeweiligen Softwareeinstellungen zu messen, ist das Programm FPS VR zu empfehlen (https://store.steampowered.com/app/908520/fpsVR/ ). Das Tool erfasst wichtigsten Messdaten in VR und stellt sie direkt im HMD komfortabel dar. Übliche FPS Counter sind weniger adäquat, da sie i.d.R. nur die Performance des Bildes messen, das zeitgleich auf dem Monitor ausgegeben wird und nicht die FPS, die im HMD zustande kommen. Weiter können die Werte von nicht speziell für VR verwendeten FPS Countern dadurch verfälscht werden, wenn die Latenzen vom Monitor sich von den Latenzen im HMD unterscheiden.

Aussagen zur Bildqualität sind im allgemeinen meist rein subjektiv und lassen sich nicht mit handfesten Werten messen.
Screenshots zur Veranschaulichung der Bildqualität sind nicht wirklich aussagekräftig, da sie 1. nur erstellt werden können, indem man mit der Kamera ein Bild durch die Linsen des HMDs aufnimmt, wodurch z.B. der 3-D Effekt verloren geht und 2. wie in 1. genanntem Verfahren das aufgenommene Bild nie gleich dem tatsächlich im HMD gerenderten Bild entsprechen kann. Dennoch liefern abfotografierte Screenshots durch die Linsen der HMDs immerhin sichtbare Indizien zu Bildqualität im Vergleich.
Indizien der Bildqualität sind z.B. die Klarheit des Bildes insgesamt; der 3-D Effekt in der Tiefe des Bildes, d.h. wie gut heben sich die Objekte in der Entfernung von einander ab; die Lesbarkeit der Instrumententafeln und Anzeigen im Cockpit; Objektkonturen und Schattenkonturen; Kantenflimmern.
Die Stärke und Wahrnehmbarkeit von Doppelbildern bei mittelnahen und nahen sich schnell bewegenden Objekten im Bild ( wie z.B. ein Hochhaus, an dem man sehr nah und schnell vorüberfliegt oder ein Flugzeug, das an einem selbst sehr nah und schnell vorüberfliegt; "verwischen" des Bildes bei schnellen Kopfdrehungen, hängt u.a. davon ab, ob VR spezifische Rendertechniken, wie Asynchroneous Space Warp ( Oculus ) oder Asynchroneous Reprojection ( SteamVR ) zugeschaltet sind.

Render Target / PixelDichte / PixelDensity /Supersampling in VR

Die Einstellung des Render Targets, ist die wichtigste, effektivste und im Grunde auch die einzige Stellschraube, um die gesamte Bildqualität in VR zu beeinflussen.
Das RenderTarget zu erhöhen, kostet Performance; das RenderTarget zu verringern, setzt Performance frei.
DCS hat im Einstellungsmenu unter dem Reiter "VR" einen Regler mit der Bezeichnung "PD", der genau das macht. Steht der PD Regler in DCS auf 1.0, rendert DCS das Bild in VR in der Auflösung 1080 x 1200 Pixel ( entsprechend der nativen Auflösung von Oculus Rift und HTC Vive ).
Der Compositor ( SteamVR, Oculus Tray Tool, SteamVR for Mixed Reality ) passt das von DCS gerenderte Bild dann wieder an die Auflösung des eingesetzten HMDs an. Bei einem HMD, das höher auflöst, empfiehlt es sich, den PD Regler in DCS an die Display Auflösung seines HMD anzupassen, um nicht durch downsampling Bildqualität zu verlieren. Für die Vive Pro und alle Windows Mixed Reality Brillen wäre ein Wert von mindestens 1.4 geeignet, um das Bild von DCS an die native Auflösung vom HMD anzupassen.
Dazu kann man die Bildqualität insgesamt weiter verbessern, indem man die PD weiter erhöht, was dann feiner abgestuft in kleinen Schritten auch über die APIs ( Oculus Tray Tool, SteamVR, SteamVR for Mixed Reality ) geht.

Asynchroneous Space Warp ( Oculus ) / Asynchroneous Reprojection ( SteamVR )

Beide Techniken sind Bestandteil der APIs machen in etwa das gleiche. Sie sind speziell für Virtual Reality entwickelt. Die angepeilte Bildwiederholfreqenz in den HMDs liegt bei 90Hz ( oder 90 FPS im Performance Kontext ), was i.d.R. bei VR Spielen und speziell von DCS selten erreicht wird.
Wenn ASW und AR in den APIs aktiviert ist, schaltet es sich automatisch ein, wenn ein bestimmter Wert ( gemessene ca. 80 Hz/ 80 FPS , ca. 11 Millisekunden Latenz ) unterschritten wird und halbiert die geforderte 90Hz Bildwiederholfrequenz auf 45 Hz; gleichzeitig wird das jeweilige zuvor gerenderte Bild vom Compositor verdoppelt und in die Bildfolge zwischen den echten gerenderten Bildern kopiert. Im Effekt hat man dann wieder gefühlte 90 Hz/ 90 FPS, wobei nur 45 Bilder pro Sekunde tatsächlich gerendert werden. Im Vorteil erzeugt die Technik einen weichen Bildablauf ohne Ruckler im HMD, was auch einem Unwohlsein in VR entgegen wirkt. Die Nachteile sind wie weiter oben beschrieben und sind eigentlich nur selten wirklich wahrnehmbar.

MSAA und SS in DCS

In den Grafikeinstellungen von DCS lassen sich MultiSamplingAntiAliasing und SuperSampling zuschalten. Beide Funktionen kosten viel von der Performance, die die Grafikkarte leistet, verbessern aber die Kanteneffekte der gerenderten Objekte bzw. reduzieren das meist sehr auffällige Kantenflimmern in VR. Durch zuschalten von z.B. MSAA wird die Bildqualität von DCS in VR deutlich verbessert, die maximalen Hz, Latenzen und FPS sinken aber im Darstellungsfluss. Zugeschaltetes ASW oder AR wird dann öfter aktiviert, wenn nicht gar permanent, was mMn nicht so störend ist, wie permanentes Kantenflimmern an allen Objekten, solange die 45Hz/FPS gehalten werden.

Abschließend möchte ich sagen, dass DCS in Virtual Reality einfach super ist und ich hier eigentlich nur allgemein einen Thread zum Thema erstellen möchte, um weitere Entwicklungen, Tipps und Tricks zur Verbesserung oder Allgemeines über DCS in VR zu sammeln, damit jeder Interessierte etwas davon hat.

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Re: DCS und Virtual Reality

Beitrag von JaBoG32_Siddharta » 10. Nov 2018, 21:41

Sehr gute Zusammenfassung! Ein Punkt fehlt mir:

Die Field of View FOV

Die (effektiven) 90° Blickfeld bei der Occulus Rift sind wie ein Blick durchs (schlechte) Fernglas. Je nach Gesichts- und Augenform sowie Positionierung der Rift nervt das deutlich. Zukünftige System wie die Pimax haben das Problem gelöst und schaffen bis zu 170° FOV was fast das gesamte Periphere Sehen abdeckt. Dieser Umstand steigert die Immersion unglaublich. Selbst 2D Content wirkt dann gefühlt fast wie 3D. Natürlich helfen die 170° FOV auch sehr im Messerkampf um das Ziel nicht zu verlieren. Alternativ verrenkt man sich den Hals bis zum Anschlag im Dogfight mit der Rift.
Den großen FOV bekommt man aber nicht geschenkt. Man benötigt ~40% mehr Pixel um die selbe Schärfe im Sweetspot zu bekommen. Daher ist die Pimax 5k auch nicht schärfer als die Vive Pro trotzt deutlich höherer Auflösung.

Zu dem Thema Auflösung gebe ich hier noch einen ketzerischen Denkanstoß:
Die InGame Auflösung ist fast egal!

Um das zu Erklären muss ich zwei Hauptprobleme der Oculus Rift erklären:
Punkt 1. Was viele nervt ist das Fliegengitter.
Das ist nichts anders als feine schwarze Lücken zwischen hell leuchtenden Farbpunkten.
Ohne diese schwarzen Lücken würde unserem Auge das Gitter fast nicht auffallen da der Kontrast zu gering ist.
Auch das wir effektiv nur 720p vor dem Augge haben würde kaum auffallen!
Diesen Umstand kann jeder der einen guten 4K TV daheim hat prüfen. Schaut mal alte DVDs mit 480p auf einem 4K an und dann auf einem nicht HD Fernseher.
Das ist ein Unterschied wie Tag und Nacht und zwar nicht wegen Kontrast und Farben!
Beim 4K sind zwar genauso die Pixeltreppen erkennbar, aber kein fettes Fliegengitter. Und das reicht unserem Auge erstmal.
Fazit: So lange das Display eine sehr gute Auflösung mit hoher Pixeldichte hat, benötigen wir in DCS KEINE InGame 4K Auflösung, die Rift Auflösung reicht völlig!

Punkt 2. Die Schärfe der Oculus.
Viele die DCS zocken kritisieren sofort das in der Rift alles unscharf wirkt und man ab 2Nm einen Heli nicht von ner Hornet unterscheiden kann.
Betrachtet man das Bild der Oculus im Zoom auf Pixelgröße, wird klar warum. Jedes Objekt hat doppelte und dreifache Farbsäume (Chromatische Aberration)
Und jetzt das Highlight: Nur in einem ca. 5mm Sweetspot vor den Augen ist die effektive Auflösung tatsächlich sichtbar, daneben ist alles watteweich gezeichnet!
Betrachtet man dagegen die Pimax 5k (und auch nur die) gibt es dort diese Artefakte fast gar nicht mehr, jeder Pixel ist sauber definiert und erkennbar.
Daher ist die 5K auch besser als die 8K die leider mit zig Artefakten kämpft.
Fazit: Nicht die geringe Auflösung der Rift ist das Problem, sondern die mega schlechten Linsen und Displaytechnik.

Zusammen mit dem ersten Punkt denke ich das man DCS auf einer Pimax 5K mit nur 1080 x 1200 px betreiben kann und damit fast alle Piloten voll zufrieden wären.
Ich wette sogar das man mit der Rift Auflösung weit entfernte Flugobjekte schneller und besser erkennen kann als mit der 4K Auflösung!


Hier noch ein Video Pimax durch die Linse:
https://www.youtube.com/watch?v=8QoNuxB45Ig
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Re: DCS und Virtual Reality

Beitrag von JaBoG32_Marsy » 11. Nov 2018, 00:48

Zur Pimax
Die Pimax Brillen haben zwar einen super FOV aber auch große Probleme damit.
Bedingt durch den großen FOV und die dafür nötige Linsenkonfiguration gibt es starke Verzerrungen.
Man kann den FOV per Software von 200° auf 170° oder 140° begrenzen, das soll da abhilfe schafen können.
Trozdem wohl die akutell besten Brillen die man bekommen kann, wenn man dann auch die HW dafür hat.

Jetzt nochmal zur Rift:
Das Fliegengitter nehme ich fast nicht wahr. Wer mal ein DevKit2 von Oculus aufhatte, weiß was Fliegengitter wirklich ist.
Das Problem von VR in DCS mit Rift ist weniger das du die Flugzeuge nicht unterscheiden kannst, viel mehr dass du sie einfach nicht mehr siehst.

PS: Keiner der Pimax Brillen verarbeitet ein natives 4k Signal, ist alles upscaling von 2560 x 1440
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Re: DCS und Virtual Reality

Beitrag von JaBoG32T_Popeye » 11. Nov 2018, 10:06

Also die Pimax 5k+ wäre auch für mich die Brille der Wahl aus dem Pimax Sortiment, nicht zuletzt, weil sie sich nativ mit 1440p ansteuern lässt.
Ich würde behaupten, dass die best mögliche Bildqualität ( Klarheit, Schärfe, Detailgrad ) immer dann erreicht wird, wenn die Displays in ihrer nativen Auflösung angesteuert werden. Da habe ich mal gelesen, dass der HDMI Anschluss nicht mehr als 1440p übertragen kann.

Die Pimax 8k hat einen internen Upscaler, der das 1440p Signal dann auf die 4k Auflösung der Pimax 8k hochskaliert, was das Bild dann wohl weniger klar und "verwaschener" macht - keine so gute Lösung, finde ich. Mit der Pimax 8k ist es ein wenig so, als ob Pimax hier mit dem groben Hammer einer extrem hohen Auflösung eine hohe Bildqualität erreichen will und quasi im Nebenprodukt der 5k+ eine wirklich geniale VR Brille entwickelt hat. Die Displays der 5k+ haben auch eine etwa 10% höhere Pixeldichte ( das bedeutet das "+" in der Bezeichnung ) und eine horizontale Pixelamatrix, statt einer diagonalen, wie in den meisten anderen HMDs, was offensichtlich auch die Bildschärfe und einen weniger wahrnehmbaren SDE begünstigt. Generell sind die LCD Displays wohl auch etwas knackiger in der Bildschärfe als die OLEDs und die einzelnen Pixel lassen sich bei LCDs schneller schalten, als die OLEDs.

Pimax hat auch eine 8k X angekündigt, die dann über 2 x HDMI in nativen 4k angesteuert werden kann, wie das dann in der Praxis ist, bleibt jetzt halt noch offen, da VR SLI bisher nicht wirklich unterstützt wird.

Ich glaube, das eigentliche Problem bei den derzeitigen HMDs ist, dass die Displays halt direkt vor dem Auge sind und die Linsen zumindest nach außen hin konvex sind und dadurch die Pixel, die durch die Linse gebrochen werden, noch etwas aufblähen. Aber gelesen habe ich auch schon von Entwicklungen speziell für VR HMDs designten Mikrodisplays mit extrem hoher Pixeldichte, aber das ist noch Zukunftsmusik.

In DCS nehme ich den Screendooreffect auch nicht mehr wahr, wenn ich mich nicht darauf fokussiere. Er fällt meistens nur dann auf, wenn helle Flächen in einem hohen Kontrast zu dunklen Flächen dargestellt werde, dann fällt der SDE in den hellen Flächen schon ins Auge, während er in den dunklen Flächen verschwunden ist ( wie in der ostfriesischen Nationalflagge: schwarzer Adler auf schwarzem Grund :lol: ) .

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Re: DCS und Virtual Reality

Beitrag von JaBoG32_Marsy » 11. Nov 2018, 14:54

Die 5k+ ist auch mit upscaling. 5k wären ja 5120 × 2880 Pixel.
Ich denke aber auch das die 5k+ momentan die beste Wahl ist.

Die Pimaxbrillen werden nicht per HDMI sondern DisplayPort angeschlossen. Der genutzte 1.4 Standard bietet die Möglichkeit zur Übertragung von unkomprimierten 5k (5120 × 2880) bei 60fps und 8bit Farbtiefe.
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Re: DCS und Virtual Reality

Beitrag von JaBoG32T_Popeye » 11. Nov 2018, 15:01

... die heißt ja nur 5k+ und hat natürlich keine echte 5K Auflösung ;)

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Re: DCS und Virtual Reality

Beitrag von JaBoG32_Siddharta » 12. Nov 2018, 08:34

JaBoG32_Marsy hat geschrieben:
11. Nov 2018, 00:48
Zur Pimax
Die Pimax Brillen haben zwar einen super FOV aber auch große Probleme damit.
Bedingt durch den großen FOV und die dafür nötige Linsenkonfiguration gibt es starke Verzerrungen.
Man kann den FOV per Software von 200° auf 170° oder 140° begrenzen, das soll da abhilfe schafen können.
Trozdem wohl die akutell besten Brillen die man bekommen kann, wenn man dann auch die HW dafür hat.

Jetzt nochmal zur Rift:
Das Fliegengitter nehme ich fast nicht wahr. Wer mal ein DevKit2 von Oculus aufhatte, weiß was Fliegengitter wirklich ist.
Das Problem von VR in DCS mit Rift ist weniger das du die Flugzeuge nicht unterscheiden kannst, viel mehr dass du sie einfach nicht mehr siehst.

PS: Keiner der Pimax Brillen verarbeitet ein natives 4k Signal, ist alles upscaling von 2560 x 1440
- Die Pimax kann man FOV nur auf 170°, 150° und 110° einstellen
- Die Verzerrungen bei der Pimax betreffen nur den äußersten Rand wo man sowieo nur Perimfär sieht.
- Das Fliegengitter nehme ich extrem war
- Du siehst in der Rift das Flugzeug nicht, weil der Pixel durch die Linseverzerrung, Konvergenzfehler und das Display weichgespült wird. Das hat wie gesagt nichts mit der Auflösung zu tun.
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Re: DCS und Virtual Reality

Beitrag von JaBoG32T_Wattl » 13. Nov 2018, 18:14

Danke für diese Info's! :captain:

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