Screen-Tearing und VSync einfach erklärt

Screen-Tearing ist ein Problem, dass viele Nutzer bei PC-Spielen kennen. Die Bilder werden verzerrt und nicht richtig dargestellt. Aber was ist Screen-Tearing genau? Wie entsteht es und was hat es mit dem sogenannten VSync auf sich, das dem-Tearing entgegen wirken soll?

Screen-Tearing – Das zerrissene Bild

Tearing simuliert
Bild: Vanessaezekowitz [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons
Screen-Tearing ist ein technisches Phänomen, das entsteht, wenn die einzelnen Komponenten eines Computers nicht miteinander synchron verlaufen. Auf Deutsch übersetzt heißt es schlicht „Bildschirm zerreißen“. Damit ist gemeint, dass die Bilder auf einem Monitor versetzt dargestellt werden. Das Screen-Tearing entsteht dadurch, dass gleichzeitig aufeinanderfolgende Bilder – sogenannte Frames – dargestellt werden.

Der Bildschirm setzt das dann so um, dass die obere Hälfte zum Beispiel zum ersten Frame gehört und die untere Hälfte zum zweiten Frame. Diese „Doppeldarstellung“ wird dann durch deutliche Trennlinien auf dem Bildschirm zwischen den einzelnen Frames.

Die Ursache vom Screen-Tearing

Bei einem Computer gibt es drei Faktoren die beeinflussen, wie Bewegung dargestellt wird: das Spiel bzw. ein Film oder eine Serie, die Grafikkarte und der Bildschirm. Im Idealfall sind alle drei Faktoren aufeinander abgestimmt. Das Spiel nutzt 60 Frames pro Sekunde, um eine Bewegung darzustellen und sowohl die Grafikkarte als auch der Bildschirm können diese 60 Bilder auch darstellen.

Man spricht auch von einer „Bildwiederholungsrate“ oder einem „Auffrischungszyklus“, der in der Einheit Hz für Hertz darstellt wird. Dieser Wert gibt an, wie viele Frames ein Gerät pro Sekunde ablaufen lassen kann.

Im Idealfall werden alle Bilder wie vorgesehen geladen und nacheinander wiedergegeben, sodass eine fließende Bewegung entsteht. Alte Spiele und Filme arbeiten mit weniger Frames. Serien und Filme werden standardgemäß mit 24 Frames pro Sekunde wiedergegeben. Alte Spiele nutzen oftmals um die 30 Frames pro Sekunde.

Wenn der Monitor mit einer Frequenz von 60Hz arbeitet, zeigt die Grafikkarte jedes Bild in doppelter Länger. Auf diese Weise werden die 30 Bilder pro Sekunde vom Spiel in der Wiederholungsrate von 60 Bildern pro Sekunde vom Monitor flüssig dargestellt.

Wenn ein Spiel allerdings deutlich mehr Frames erzeugen möchte, als der Monitor darstellen kann, wird es unangenehm. Neuere Spiele arbeiten zum Beispiel mit 120 Frames pro Sekunde. Die Grafikkarte versucht, diese 120 Bilder darzustellen. Der Bildschirm kann aber nur 60 Frames in einer Sekunde darstellen.

Darum passiert es, dass sich immer zwei Frames versuchen, den Platz auf dem Bildschirm zu teilen. Beide Bilder werden „fragmentiert“, also in Teilen dargestellt, die überlagert werden. Das ist dann Screen-Tearing.

Die Rolle von VSync

Screen-Tearing und VSync erklärt

Die vertikale Synchronisation, kurz VSync, wurde entwickelt, um dem Screen-Tearing entgegen zu wirken. Es ist quasi eine Bremse für die Grafik, damit die Bildwiederholungsrate eines Bildschirms mit der Leistung einer Grafikkarte synchron laufen. Angenommen ein Spiel will 120 Bilder pro Sekunde erzeugen, aber der Monitor kann nur 60Hz Leistung bieten. Ohne VSync würde es zu Screen-Tearing kommen.

Wenn aber VSync eingeschaltet wird, dann wird die Leistung der Grafikkarte auf die Frequenz des Monitors gedrosselt, also auf 60Hz. Die Grafikkarte erzeugt nur noch halb so viele Frames und der Wechsel der einzelnen Bilder wird flüssiger.

Das Problem von VSync

Bei der Nutzung der vertikalen Synchronisierung kommt es häufig dazu, dass es zu Input Lags kommt. Damit sind Verzögerungen zwischen dem Drücken einer Taste und der Umsetzung im Spiel gemeint. Einfach gesagt drückt der Spieler eine Taste und es dauert ein paar Frames, bevor die Spielfigur sich entsprechend bewegt.

Diese Input Lags entstehen, da das Spiel ganz normal in seinen 120 Bildern pro Sekunde berechnet wird, bevor VSync die Grafikkarte ausbremst. Ein Spieler hat also 120 Bilder, um eine Aktion auszuführen. Durch die vertikale Synchronisierung wird aber die Berechnung auf 60 Bilder pro Sekunde verlangsamt.

Das ist dann ungefähr so, als würde ein Auto mit 120 km/h gegen ein Auto mit 60 km/h ein Rennen fahren. Das schnellere Auto würde schneller am Ziel ankommen. So ähnlich ist es auch mit VSync. Eine Eingabe, die bei 120 Bildern pro Sekunde getätigt wird, wird schneller umgesetzt als die gleiche Aktion bei 60 Bildern pro Sekunde.

Darum arbeiten auch Entwickler von Grafikkarten und Monitoren an neuen Möglichkeiten, um Screen-Tearing zu vermeiden. Die vielversprechendste Idee ist dabei ein Monitor mit einer „adaptiven Bildwechselrate“. Der Monitor arbeitet dann im Normalbetrieb zum Beispiel mit 60Hz, während die Grafikkarte 120Hz leisten kann.

Wenn ein Spiel die 120 Bilder pro Sekunde erzeugen will, wird nicht die Leistung der Grafikkarte auf die Frequenz vom Monitor gedrosselt, sondern die Frequenz vom Monitor auf die Leistung der Grafikkarte beschleunigt. Auf diese Weise würden flüssige Bildabläufe ganz ohne Screen-Tearing entstehen.