Содержание:
Сгла́живание (англ. anti-aliasing ) — технология, используемая для устранения эффекта «зубчатости», возникающего на краях одновременно выводимого на экран множества отдельных друг от друга плоских или объёмных изображений. Сглаживание было придумано в 1972 году в Массачусетском технологическом институте в Architecture Machine Group, которая позже стала основной частью Media Lab.
Содержание
Основной принцип сглаживания [ править | править код ]
Основной принцип сглаживания — использование возможностей устройства вывода для показа оттенков цвета, которым нарисована кривая. В этом случае пиксели, соседние с граничным пикселем изображения, принимают промежуточное значение между цветом изображения и цветом фона, создавая градиент и размывая границу.
Применяется два варианта сглаживания:
- Общее сглаживание отрисовкой излишне крупного несглаженного изображения с последующим уменьшением разрешения.
- Специализированные алгоритмы сглаживания, работающие на изображениях определённого типа (например, Алгоритм Ву для отрисовки отрезков).
Следует заметить, что сглаживание зависит от гаммы монитора. В частности, среднее между 0,2 и 0,8 — это не обязательно 0,5, а ( 0 , 2 γ + 0 , 8 γ 2 ) 1 / γ <displaystyle left(<frac <0<,>2^<gamma >+0<,>8^<gamma >><2>>
ight)^<1/gamma >> 
Полноэкранное сглаживание [ править | править код ]
SSAA [ править | править код ]
Избыточная выборка сглаживания (англ. Supersample anti-aliasing , SSAA) [1] , также называемое полносценным или полноэкранным сглаживанием (FSAA) [2] , используется для исправления алиасинга (или «зубцов») на полноэкранных изображениях [3] . SSAA было доступно на ранних видеокартах, вплоть до DirectX 7. Начиная с DirectX 8 из-за огромной вычислительной сложности было заменено всеми производителями графических процессоров на множественную выборку сглаживания, который также был заменён другими методами, такими как CSAA + TrAA/AAA. MSAA даёт несколько худшее качество графики, но и обеспечивает огромную экономию вычислительной мощности. Поскольку SSAA даёт более высокое качество изображения, он не был полностью исключён и до сих пор реализуется аппаратно в продуктах AMD и NVIDIA. В модельный ряд AMD HD6xxx он включён в качестве особенности (только для игр на DirectX 9), также он был включён в драйвера NVIDIA Fermi, для всех игр, начиная с игр на DirectX 9, и заканчивая играми на DirectX 11 с использованием любых видеокарт NVIDIA с поддержкой DirectX 10 и выше.
В результате изображение с SSAA выглядит более мягко и реалистично. Однако у фотографических изображений с простым сглаживанием (например, суперсэмплинг, а затем усреднение) может ухудшиться внешний вид некоторых типов линейных рисунков или диаграмм (изображение будет выглядеть размыто), особенно там, где линии наиболее горизонтальны или вертикальны. В этих случаях может быть использован хинтинг.
Полноэкранное сглаживание позволяет устранить характерные «лесенки» на границах полигонов. Однако следует учитывать, что полноэкранное сглаживание потребляет немало вычислительных ресурсов, что приводит к падению частоты кадров.
Качество сглаживания ограничено пропускной способностью видеопамяти, поэтому GPU с быстрой памятью сможет просчитать полноэкранное сглаживание с меньшим ущербом для производительности, чем GPU более низкого класса. Сглаживание можно включать в различных режимах. Например, сглаживание 4x даст более качественное изображение, чем сглаживание 2x, но значительно снизит производительность. Сглаживание 2xSSAA удваивает разрешение, тогда как 4xSSAA его учетверяет [4] .
FXAA [ править | править код ]
FXAA (Fast approXimate Anti-Aliasing) — метод сглаживания от Nv >[5] , представляющий собой однопроходный пиксельный шейдер, который обсчитывает результирующий кадр на этапе постобработки. Является более производительным решением, по сравнению с традиционным MSAA (Multi-Sampling Anti-Aliasing), что, однако, сказывается на точности работы и качестве изображения.
MFAA [ править | править код ]
MFAA (Multiframe Sampled Anti-Aliasing) — метод сглаживания от Nv >[6]
Начнем с определения:
Сгла́живание (англ. anti-aliasing) — технология, используемая для устранения эффекта «зубчатости», возникающего на краях одновременно выводимого на экран множества отдельных друг от друга плоских или объёмных изображений.
Почему возникает «зубчатость»? Проблема в том, что мониторы современных ПК состоят из квадратных пикселей, а значит на них действительно прямыми будут только горизонтальные и вертикальные линии. Все линии, находящиеся под углом, будут строиться из пикселей, находящихся по диагонали друг к другу, что и вызывает «зубчатость». К примеру, справа на картинке — вроде бы ровная линия. Однако стоит ее увеличить, как сразу становится видно, что никакая она не прямая: 
Чем это грозит в играх? Тем, что, во-первых, при движении будет возникать эффект «мельтешения» — такие неровные линии будут постоянно перестраиваться, что будет и отвлекать от игры, и делать картинку неестественной. Во-вторых — далекие объекты будут выглядеть нечетко.
Сразу же возникает вопрос — а как убрать эти неприятные эффекты? Самый простой способ — сделать пиксели меньше при том же размере экрана (иными словами — сделать разрешение больше и поднять плотность пикселей). Тогда «зубчатость» будет проявляться слабее, и картинка будет выглядеть естественнее. Но увы — способ хоть и простой, но дорогой, да и для видеокарты это достаточно сильная дополнительная нагрузка. И тогда, дабы улучшить картинку не меняя монитора, было придумано сглаживание.
SSAA (Supersample anti-aliasing) — самое тяжелое сглаживание, потому что оно, по сути, описывает способ убирания лесенок, который я привел выше: при четырехкратном (4х) сглаживании видеокарта готовит картинку в разрешении вчетверо выше, чем выводит на экран, потом происходит усреднение цвета соседних пикселей и вывод на экран в исходном разрешении. Получается, что виртуальная плотность пикселей вдвое выше, чем у экрана, и лесенки практически перестают быть заметными. Очень сильно сказывается на производительности: к примеру, если разрешение в игре 1920х1080, то видеокарта вынуждена готовить картинку в 4К — 3840х2160. Однако результат получается великолепным — картинка выглядит как живая, никакого мельтешения нет:
MSAA (Multisample anti-aliasing) — улучшенная версия SSAA, которая потребляет гораздо меньше ресурсов. К примеру — зачем сглаживать то, что находится внутри текстуры, если лесенки есть только на краях? Если текстура представляет собой прямую линию под углом к игроку, то можно сгладить лишь один участок и продолжить эффект на весь край текстуры. В результате нагрузка на видеокарту становится ощутимо меньше, и по тяжести даже 8х MSAA оказывается ощутимо легче 4х SSAA при сравнимом качестве картинки.
CSAA и CFAA (Coverage Sampling anti-aliasing и Custom-filter anti-aliasing) — по сути несколько улучшенный MSAA от Nvidia и AMD (позволяют выбирать дополнительные отсчёты «перекрытия» пикселя, по которым можно уточнять итоговое значение цвета попадающего на край треугольника экранного пикселя). 8x CSAA/CFAA дает сравнимое с 8x MSAA качество картинки, однако потребляет примерно столько же ресурсов, столько и 4х MSAA. На сегодняшний момент оба сглаживания не используются — разработчики игр решили использовать унифицированные для всех видеокарт сглаживания.
FXAA (Fast approXimate anti-aliasing) — нетребовательное быстрое сглаживание. Алгоритм прост — совершается один проход по всем пикселям изображения и усредняются цвета соседних пикселей. Это слабо нагружает видеокарту, однако сильно мылит картинку (обратите внимание на четкость текстуры камня), делая далекие объекты вообще неузнаваемыми:
Такое сглаживание имеет смысл включать только если лесенки терпеть не можете, а видеокарта не тянет лучшее сглаживание. По сути тут идет выбор между замыливанием изображения и лесенками.
MLAA (MorphoLogical anti-aliasing) — аналог FXAA от Intel. Работает схожим образом, однако алгоритм сложнее — все изображение разбивается на Z, L и U -образные части, и сглаживание происходит смешением цветов пикселей, входящих в каждую такую часть:
Из особенностей — это единственное сглаживание, работающее полностью на процессоре, поэтому практически не влияет на fps в играх при мощном процессоре. Из-за более сложного алгоритма изображение получается более качественным, чем с FXAA, однако до 2x MSAA все еще далеко.
SMAA (Subpixel Morphological anti-aliasing) — смесь FXAA и MLAA. По сути несколько улучшенный MLAA, но работающий на видеокарте (так как процессор для сглаживания подходит гораздо хуже). Дает картинку, сравнимую с MLAA, лучше, чем FXAA (обратите внимание на бочки), однако потребляет больше ресурсов:
Такое сглаживание является хорошей заменой FXAA, и по уровню нагрузки на видеокарту находится между отсутствием сглаживания и 2x MSAA, так что есть надежда, что в будущем игр с ним будет все больше.
TXAA(Temporal antialiasing) — новая технология сглаживания от Nvidia. В отличии от других типов сглаживания, которые работают только с одним кадром (то есть с неподвижной картинкой), это умеет работать с движущимися объектами и хорошо убирает «мельтешение» картинки. По сути является смесью MSAA и SMAA, дает очень качественную картинку, однако немного ее мылит и очень требовательно к ресурсам.
В итоге — какое сглаживание выбрать? Если видеокарта совсем плохо тянет игру, то или оставаться без сглаживания и смотреть на лесенки, или же выбрать FXAA и любоваться на мыло. Если же система по-мощнее, но MSAA все еще не тянет — стоит выбрать MLAA или SMAA. Если видеокарта играючи справилась с 8х MSAA — стоит смотреть на SSAA или TXAA.
MSAA даёт несколько худшее качество графики, но и даёт огромную экономию вычислительной мощности.
Вместе с видеокартами GeForce восьмой серии публике был представлен режим сглаживания coverage sampling (CSAA). Инженеры NVIDIA провели ряд исследований, которые показали, что при расчете цвета «пограничного» пикселя важны не столько значения цвета соседних пикселей, сколько точная информация о расположении пикселя относительно цветовой границы.
CSAA — один из самых сильных методов сглаживания, может сказываться на производительности.
Начну с самого крутого, правильного качественного и самого «жрущего» сглаживания – SSAA или по-другому — Super-Sampling. Простой пример потребляемых ресурсов этим методом сглаживания: для разрешения 1280×1024 с SSAA 4x необходим экранный буфер такого же размера, как при разрешении 2560×2048 без SSAA. Размытие картинки – НЕТ. Еще этот метод сглаживания называют FSAA. Рекомендую применять владельцам только самых топовых ПК (видеокарт).
MSAA – улучшенный вариант суперсемплинга (SSAA). Практически такой же по качеству, но требующий меньшее количество ресурсов видеокарты, по сравнению с SSAA. Размытие картинки – очень незначительное, практически не уловимое. И хотя этот метод сглаживания требует меньше ресурсов, чем его первый собрат, этот вариант АА так же рекомендуется владельцам топовых видеокарт.
CSAA – разработка NVIDIA. Усовершенствованный (немного) MSAA. Качество картинки примерно на уровне MSAA 8x, но по ресурсам ест как MSAA 4x. Размытие картинки – незначительное, практически не уловимое. Из последних игр, в которых его использовал – Star Wars Battlefront (DICE).
FXAA – известен своим низким требованиям к видеосистеме. Сглаживает вполне прилично, я бы сказал хорошо. Но есть один недостаток, который заметен, скажем, при сравнении с MSAA – «замыливание» картинки. Оно больше, чем среднее. Подойдет для тех, кто не терпит лесенки, но не может себе позволить предыдущие алгоритмы сглаживания.
MLAA – малоизвестный алгоритм сглаживания. Единственный алгоритм, который работает за счет процессора, а не видеокарты. Он не зависит от сложности сцены, так что можно гарантировать отсутствие «подтормаживаний» в любой момент. Intel позиционирует MLAA как конкурента MSAA. Если судить объективно, MSAA работает немного медленней, но и качественней. По сравнению MLAA с FXAA первый будет медленнее, но при этом качество картинки – без заметного «замыливания».
SMAA – смесь FXAA и MLAA. По скорости находится между FXAA и MSAA. По качеству – картинку практически не блюрит.
TXAA – новый алгоритм сглаживания. Сочетает преимущества MSAA и FXAA. Разработка NV >
Итог: чОткий, но самый древний алгоритм сглаживания – SSAA. MSAA – очень хороший по качеству, но ест заметно много ресурсов. CSAA – практически такой же по качеству, но ресурсов ест меньше. FXAA – если видеокарта не позволяет, но «сглаживать» хочется, то этот вариант для вас. MLAA – на него можете забить. SMAA – нормальный вариант, можете его опробовать. TXAA – сглаживает очень хорошо. Очень. Но блюр очень раздражает. Поэтому могу рекомендовать этот алгоритм, если вам плевать на «замыливание».