抗鋸齒技術革命:FX/TXAA畫質性能實測

● 超級采樣抗鋸齒（SSAA）

　　超級采樣抗鋸齒（Super-Sampling Anti-aliasing，簡稱SSAA）此是早期抗鋸齒方法，比較消耗資源，但簡單直接，先把圖像映射到緩存并把它放大，再用超級采樣把放大后的圖像像素進行采樣，一般選取2個或4個鄰近像素，把這些采樣混合起來后，生成的最終像素，令每個像素擁有鄰近像素的特征，像素與像素之間的過渡色彩，就變得近似，令圖形的邊緣色彩過渡趨于平滑。再把最終像素還原回原來大小的圖像，并保存到幀緩存也就是顯存中，替代原圖像存儲起來，最后輸出到顯示器，顯示出一幀畫面。

    這樣就等于把一幅模糊的大圖，通過細膩化后再縮小成清晰的小圖。如果每幀都進行抗鋸齒處理，游戲或視頻中的所有畫面都帶有抗鋸齒效果。而將圖像映射到緩存并把它放大時，放大的倍數被用于分別抗鋸齒的效果。

    超級采樣抗鋸齒中使用的采樣法一般有兩種：順序柵格超級采樣（Ordered Grid Super-Sampling，簡稱OGSS），采樣時選取2個鄰近像素。旋轉柵格超級采樣（Rotated Grid Super-Sampling，簡稱RGSS），采樣時選取4個鄰近像素。

● 多重采樣抗鋸齒（MSAA）

　　多重采樣抗鋸齒（MultiSampling Anti-Aliasing，簡稱MSAA）是一種特殊的超級采樣抗鋸齒（SSAA）。MSAA首先來自于OpenGL。具體是MSAA只對Z緩存（Z-Buffer）和模板緩存(Stencil Buffer)中的數據進行超級采樣抗鋸齒的處理。可以簡單理解為只對多邊形的邊緣進行抗鋸齒處理。這樣的話，相比SSAA對畫面中所有數據進行處理，MSAA對資源的消耗需求大大減弱，不過在畫質上可能稍有不如SSAA。

● 自適應抗鋸齒（AAA）

    MSAA雖然得到了大量使用，但有一個重要缺陷就是不能處理Alpha材質，因此在一些柵欄、樹葉、鐵絲網等細長的物體上就不能起作用了。為了解決這種問題，ATI在X1000系列加入了自適應（Adaptive）抗鋸齒，通過額外的多重采樣甚至是超級采樣來強制提升畫質。自適應抗鋸齒可以專門針對Alpha材質選擇性的進行多級或是超級采樣，這樣就比完全采用SSAA擁有更低的性能損失，畫面質量依舊完美！

● 覆蓋采樣抗鋸齒（CSAA）

　　覆蓋采樣抗鋸齒（CoverageSampling Anti-Aliasing，簡稱CSAA）是NVIDIA G80系列出現時一并出現的抗鋸齒技術。它的原理是將邊緣多邊形里需要采樣的子像素坐標覆蓋掉，抒原像素坐標強制安置在硬件和驅動程序預告算好的坐標中。這就好比采樣標準統一的MSAA，能夠最高效率地運行邊緣采樣，交通提升非常明顯，同時資源占用也比較低。

● 可編程過濾抗鋸齒（CFAA）

　　可編程過濾抗鋸齒（Custom Filter Anti-Aliasing）技術起源于AMD的R600家庭。簡單地說CFAA就是擴大取樣面積的MSAA，比方說之前的MSAA是嚴格選取物體邊緣像素進行縮放的，而CFAA則可以通過驅動和諧靈活地選擇對影響鋸齒效果較大的像素進行縮放，以較少的性能犧牲換取平滑效果。顯卡資源占用也比較小。

● 形態抗鋸齒（MLAA）

    從G80發布至今，NVIDIA的CSAA技術得到了越來越多游戲開發商的認可，相信很多玩家都注意到了，現在不少游戲都直接在菜單中提供了CSAA選項，N卡用戶不用進入驅動控制面板就能非常方便的調用。而AMD的CFAA雖然從HD2000時代已經沿用到了HD5000時代，但幾乎無人問津。

    到了HD6000時代，AMD拋棄了實用價值并不高的CFAA，開發了一種新的抗鋸齒方案——Morphological AA，直譯為形態抗鋸齒。這種抗鋸齒采用了DirectCompute計算技術來進行高效率的后處理器過濾，新的抗鋸齒模式適用范圍比傳統的MSAA更廣，而且精度最高可達24x，效率方面比SSAA（超級采樣抗鋸齒）快很多，與最高精度的CFAA差不多，但畫質要更好。

● MLAA的進化——SMAA

   SMAA核心原理來源MLAA。由于SMAA技術來源于MLAA，因此該技術的首要工作仍是利用MLAA技術平滑鋸齒。SMAA技術需要做的—改進邊緣檢測算法。一幀圖像中的邊緣有很多，但并非每一條都需要處理。據研究，若周圍區域里存在一條顏色反差較大的邊緣時，人的視覺系統會忽略對比度相對較低的邊緣，因此可以把低對比度的部分從處理過程中早早剔除，保留圖像的銳度，同時節約了處理時間。

    占據高對比度優勢的邊緣將對下方的其余邊緣產生遮蓋作用，通常情況下人的注意力將集中在高對比度的邊緣上。若是使用MLAA技術，在抗鋸齒處理時，不考慮對比度的影響就會帶來位居中間的圖樣，它對不該處理的邊緣也做了處理，導致了一串不平滑的顏色改變。而將對比度納入考量的SMAA技術則會形成，此時顏色過渡就更為平滑。若使用MLAA技術，像素的每條邊都需要訪問所有邊。而使用SMAA技術后大大降低了訪問次數。

    強大的“啟發式模糊”，穩定性，對銳度的保留，只有MSAA十分之一的處理速度，SMAA在MLAA開辟的道路上邁出了更堅實的一步。

● 快速近似抗鋸齒FXAA（Fast Approximate Anti-Aliasing）

    快速近似抗鋸齒（Fast Approximate Anti-Aliasing）是傳統MSAA（多重采樣抗鋸齒）效果的一種高性能近似值。它是一種單程像素著色器，和MLAA一樣運行于目標游戲渲染管線的后期處理階段，但不像后者那樣使用DirectCompute，而只是單純的后期處理著色器，不依賴于任何GPU計算API。正因為如此，FXAA技術對顯卡沒有特殊要求，完全兼容NVIDIA、AMD的不同顯卡（MLAA僅支持A卡）和DX9、DX10、DX11。FXAA在得到與MSAA相近的畫面品質時，運行幀率卻能高出一倍。

    隨著開普勒顯卡GK104系列驅動的推出，FXAA正式加入驅動面板中，玩家可以通過驅動面板選擇打開FXAA，而且FXAA幾乎可以應用于所有3D游戲中。

● 新型抗鋸齒技術：TXAA

    TXAA是全新一代硬件渲染的抗鋸齒技術，可以提供電影級別的畫面品質，專為發揮高端NVIDIA顯卡強大的紋理性能而設計。TXAA將會通過HDR后處理管線從硬件層面上提供顏色矯正處理。目前TXAA分為TXAA1、TXAA2兩個級別，TXAA1可以實現8x MSAA的效果，執行效率與2x MSAA相當，而TXAA2則會提供更高的畫面品質。