Какой выбрать метод сглаживания в AMD для производительности?
Ещё до того как залезете в настройки сглаживания — разберитесь с последними драйверами для вашей видеокарты, для хорошей производительности нужен режим — адаптивная множественная, однако это не всё — берите стандартный фильтр, поставьте настройки приложений что бы было сглаживании выборки, и в режиме сглаживания дать приложениям так же, так вы сможете в каждой игре свои настройки ставить, морфол.фильтрацию уберите, по текстурам — пусть будет оптимизация формата поверхности, по тесселяции — оптимизировано_AMD
Метод сглаживания какой выбрать amd
При чем, одновременно можно использовать оба метода сразу. Какой выбрать исходя из эстетических соображений и ресурсов видеокарты, решать конечно индивидуально.
Начнем с того, что AA (Anti-Aliasing, Сглаживание) — способ устранения «ступенчатости» на краях объектов, линий, которые находятся под наклоном и не являются ни строго вертикальными и ни строго горизонтальными. Особенно «лесенка» заметна на стыках полигонов с разными цветами.
В играх может использоваться, когда видеокарте не хватает мощности для вывода изображения в высоком разрешении, где все детали плавные и приятны глазу. Если AntiAliasing отрабатывает хорошо и качественно, то из-за этого страдает производительность, падает фпс в играх. Если сглаживает плохо, то страдает графика, появляется замыливание картинки, артефакты. Поэтому, если есть возможность играть при высоком разрешении и фпс при этом падает не на много, не включайте AA, играйте на высоком. Так же из особенностей, сглаживание «лесенки» может быть включено на уровне настроек видеокарты и при этом еще и на уровне приложений. Эффект при этом «усиливается», если используется первый и второй тип сглаживания. Поэтому если собрались испытывать антиальясинг, убедитесь чтобы оно было включено где то в одном месте, дабы не получить замыленность.
Первый тип
Влияние на фпс прямое, в зависимости от метода и пропускной способности видеопамяти.
SSAA (SuperSample Anti-Aliasing, Избыточная выборка сглаживания) — Самое тяжелое, но и самое качественное и жутко нагружающее видеокарту. В ускорителях применяется регулярная маска размером от 2×1 до 4×4. От этого и появляется нагрузка, при разрешении 1920×1440 и маске 2х2 строится кадр с разрешением 3840х2880 (что требует памяти в 4 раза больше), после этого, усредняются цвета всех суб-пикселей в маске и уже после кадр сжимается и подается на вывод на экран в исходном разрешении.
Существовала технология в основном до DirectX 8, пока не появился MSAA. Из-за большого влияния на фпс от него отказались. Но так как мощность видеокарт перманентно росла, NVIDIA его вернули в строй и используется для игр с поддержкой DX9, DX10, DX11.
Хотите 60 фпс? Тогда сами сможете прикинуть под какой нагрузкой будет работать видеоадаптер. Однако, от картинки вы получите наслаждение. Данный метод рекомендуется обладателям производительных видюх для современных игр.
MSAA (MultiSample Anti-Aliasing, Множественная выборка сглаживания) — пришел на смену SSAA, потребляя меньше ресурсов, но и результат дает немного другой. Изображение по-прежнему рендерится в большем разрешении, но производительность достигнута за счет AA только краев объекта, а не всей картинки как в SSAA. Из минусов, на прозрачных полигонах (стекла, вода..) данный метод не работает, поэтому лесенку иногда можно лицезреть. И так как сглаживается только часть изображения, то можно наблюдать еще и артефакты. Плюс несовместимость с методом отложенного освещения. Нужно помнить, что MSAA выгоднее юзать на низких разрешениях. Чем оно выше, тем накладнее по ресурсам. Так же рекомендуется обладателям топовых видеокарт, с большим количеством видеопамяти.
CSAA (Coverage Sampling Anti-Aliasing, Выборка сглаживания с перекрытием) — это продолжение эволюции SSAA->MSAA->CSAA, который сохранил совместимость с алгоритмами используемых в железе. Улучшение достигнуто за счет того, что в буфер кадра передается еще информация о субсэмпле с соседнего пикселя. Что в итоге помогает рассчитать более качественное сглаживание.
При равных уровнях (4,8..) CSAA и MSAA, качество кадра всегда будет у CSAA выше, а по производительности они друг другу не будут уступать.
Другими словами:
SSAA — сглаживает всю сцену
MSAA — сглаживание происходит только по краям объектов
CSAA — за счет добавления сэмплов перекрытия, сглаживание краев объектов происходит с учетом соседних пикселей. Т.е. тут сделан упор на качество кадра, практически при том же уровне уровне нагрузки на видеокарту, что и у MSAA.
FSAA (Full Scene Anti-Aliasing, Полноэкранное сглаживание) — То же что и SSAA, но от AMD и с небольшими отличиями.
QCSAA (Quality Coverage Sampling Anti-Aliasing, Выборка сглаживания с перекрытием) — не трудно догадаться, что это улучшенная версия CSAA, только использует вдвое больше сэмплов для анализа
EQAA (Enhanced Quality Anti-Aliasing, Сглаживание повышенного качества) — У NVidia — CSAA, у AMD — EQAA. Отличаются положениями сэмплов и в зависимости от режима их количеством.
AAA (Adaptive Anti-Aliasing, Адаптивное сглаживание) — Как известно у MSAA есть проблема при сглаживании краев на прозрачных объектах. Данный способ призван устранить такую проблему. Является синергией мультисемплинга (MSAA) и суперсемплинга (SSAA). Как можно догадаться, данный вид ресурсоемок и рекомендуется обладателям топ карт. Используется у AMD.
TrAA (Transparency Anti-Aliasing, Прозрачное сглаживание) — тоже что и AAA, только от NVIDIA.
TrAAA (Transparency Adaptive Anti-Aliasing, Адаптивное Прозрачное сглаживание) — см. TrAA
TrMSAA (Transparency Multi-Sampling Anti-Aliasing, Прозрачная множественная выборка сглаживания) — использует краевой метод (MSAA) для прозрачных объектов. Разновидность TAAA. Может обозначаться как TMAA
TrSSAA (Transparency Super-Sampling Anti-Aliasing, Прозрачная полноэкранная выборка сглаживания) — использует полноэкранное сглаживание (SSAA) для прозрачных объектов. Разновидность TAAA. Может обозначаться как TSAA
OGSSAA (Ordered Grid SuperSampling Anti-Aliasing, Избыточная выборка сглаживания с упорядоченной решеткой) — Классический SSAA в котором используется решетка с упорядоченной выборкой, выровненная по вертикали и горизонтали.
RGSSAA (Rotated Grid SuperSampling Anti-Aliasing, Избыточная выборка сглаживания с повернутой решеткой) — Все тот же SSAA, с уточнением расположения решетки наклоненной под определенным углом. Данный метод показывает качество немного лучше, чем OGSSAA, при почти горизонтальных или вертикальных краях объектов (слегка наклоненных).
SGSSAA (Sparse Grid SuperSampling Anti-Aliasing, Избыточная выборка сглаживания с разряженной решеткой) — выборки располагаются на регулярной сетке, как в OGSSAA. Но выборка производится лишь на некоторых узлах сетки. Здесь заложен компромиссный подход между производительностью и качеством изображения. Метод используется у NVidia
JGSSAA (Jittered Grid Super-sampling Anti-aliasing, Избыточная выборка с искаженной решеткой) — каждый пиксель так же разбивается на субпиксели, но выборка сэмплов располагается случайно (Стохастическая) или со смещением внутри субпикселя.
HRAA (High-Resolution Anti-Aliasing, Полноэкранное сглаживание для высоких разрешений) — метод полноэкранного сглаживания в NVIDIA с 5-ю сэмплами. Качество как 4xSSAA, по нагрузке как 2xSSAA.
HRAA (Hybrid Reconstruction Anti-Aliasing, Гибридное сглаживание) — решение использующее лучшие практики, на основе краевого метода (MSAA, CSAA), постобработки с аналитикой и временного антиалиасинга.
EDAA (Edge Detect Anti-Aliasing, Краевое сглаживание) — так же краевой метод + обсчитываются контрастные переходы еще и на объектах и текстурах. Что в итоге сильнее садит fps. Условно можно назвать это аналогом CSAA, только от AMD. Это разновидность CFAA, описанного ниже.
CFAA (Custom Filter Anti-Aliasing, Специализированные фильтры сглаживания) — Детище AMD. Включает в себя 4 фильтра: box, narrow-tent, wide-tent, edge-detect. Каждый фильтр, это разный подход к реализации того же MSAA.
box — стандартный подход к MSAA
narrow-tent — аналог CSAA
wide-tent — так же аналог CSAA, только количество субпикселей больше в два раза
edge-detect — при проходе фильтра edge detection по отрендеренному изображению, для определенных им пикселей, которые определяются как границы полигонов или резкие цветовые переходы, используется более качественный метод антиалиасинга с большим количеством сэмплов, а для остальных пикселей с меньшим.
QAA ( Quincunx Anti-Aliasing, Шахматное сглаживание ) — метод от NVidia, в основе которого лежит учет не только своих субпикселей, но и данные берутся от соседних. При этом, при расчете финального цвета, свой сэмпл имеет вес больше, чем данные с соседних. В расчет берется 5 точек. По качеству 2xQSAA, приблизительно так же выглядит как 4xMSAA.
FAA (Fragment Anti-Aliasing, Частичное Сглаживание) — разработана компанией Matrox. Сглаживание применяемое к краям объектов. Отличие от SSAA и MSAA, в том, что края и сами объекты не увеличиваются в несколько раз по маске. Каждый пиксель делится на 16 частей и если покрытие полное, то пиксель отправляется в кадровый буфер, если неполное, то уходит в отдельный буфер. Такой пиксель считается фрагментированным, при чем в дальнейшем над ним проводится анализ и он видоизменяется. Такая реализация очень сильно экономит ресурсы видеокарты. Но есть и проблема, алгоритм определения краев не всегда корректно обнаруживает те самые края. Проблема с прозрачными объектами во всей красе.
TXAA (Temporal approXimate Anti-Aliasing, Временное приблизительное сглаживание) — технология от Nvidia, которая использует основу MSAA. В формуле расчета используется время, данные по пикселям из предыдущих кадров и данные из обрабатываемой сцены. После чего происходит усреднение по цвету. Это позволяет избавиться от мерцания и дерганья объектов в игре. Вдали дает качественную картинку, однако немного мылит близкие объекты и требования к ресурсам почти как для MSAA, хотя качество при тех же значениях лучше.
Со слов производителя, TXAA 2x сравнимо по качеству с 8xMSAA, но при по затратам производительности сопоставимо как с 2xMSAA, а TXAA 4x выше по качеству чем 8xMSAA, но по затратам производительности сопоставимо как с 4xMSAA. Отлично подходит для сглаживания в динамике.
TSSAA (Temporal Super Sampling Anti-Aliasing, Временная избыточная выборка сглаживания) — Этот метод, что и TXAA, только не привязан к видеокартам NVIDIA и завязана на суперсэмплинг.
Второй тип
Влияние на фпс слабое. Так называемые методы пост-обработки, когда сглаживание происходит в момент вывода изображения на экран.
FXAA (Fast approXimate Anti-Aliasing, Быстрое приблизительное сглаживание) — разработка NVidia. Из названия видно, что это более производительное сглаживание по-сравнению с традиционным MSAA. Алгоритм использует простой способ обнаружения разрыва цветов фигур. В момент вывода изображения на экран усредняются по цвету все соседние пиксели. Это не нагружает видеокарту, но жутко мылит кадр. Далекие и затуманенные объекты в игре будут почти не узнаваемы. Такое сглаживание имеет смысл включать на слабых машинах, ноутбуках, нетбуках и прочих эконом вариантах.
MLAA (MorphoLogical Anti-Aliasing, Морфологическое сглаживание) — условный аналог FXAA. Методика придумана компанией Intel. Алгоритм, ищет пиксельные границы на каждом кадре, похожие на Z, L и U буквы и смешивает цвета соседних пикселей, входящих в каждую такую часть. Алгоритм переведен на использование процессора, а не GPU. Отсюда можно рекомендовать его обладателям слабых видеокарт и с более менее производительным процессором. Из-за более сложного алгоритма изображение получается более качественным, чем с FXAA. Имеется реализация у AMD, но технически может использовать и NVidia. Есть проблема: сглаживание не отрабатывает на прозрачных текстурах. Поэтому в довесок этой постобработки нужно подключать еще и TrAA для улучшения изображения. Время обработки занимает 0,9 мс. Так же есть методики MLAA реализованные на GPU.
SRAA (Subpixel Reconstruction Anti-Aliasing, Субпиксельное восстанавливаемое сглаживание) — новый двухпроходный алгоритм от NVidia. SRAA очень схожа с MLAA , но работает с буферами глубины и картами нормалей, из-за чего лучше определяет границы для сглаживания и затененные края. Время выполнения в целом очень низкое, основное время в алгоритме уходит на обработку затенения. На выходе могут появляться артефакты. Для сравнения на сглаживание изображения с разрешением 1280×720 методом SSAA уходит около 5-10 мс, а у SRAA примерно 1,8 мс.
SMAA (Enhanced Subpixel Morphological Anti-Aliasing, Субпиксельное морфологическое сглаживание) — комбо из MSAA/SSAA и MLAA. По сути несколько улучшенный MLAA с добавлением локального контраста и поиском паттернов. Иногда может добавляться еще и временная избыточная выборка. Ресурсов потребляет больше чем MLAA, но задействует при этом видеокарту, а не процессор.
Можно встретить разновидности:
- SMAA 1x : классический алгоритм SMAA, включающий точный поиск расстояний, работа с локальным контрастом для определения краев, геометрических объектов и поиск диагональных линий. Время обработки занимает 1,02 мс.
- SMAA T2x : SMAA 1x +техники из TSAA. Время обработки занимает 1,32 мс.
- SMAA S2x : SMAA 1x +техники из MSAA. Время обработки занимает 2,04 мс.
- SMAA 4x : SMAA 1x +техники из SSAA/MSAA и TSAA/TMSAA. Время обработки занимает 2,34 мс.
CMAA (Conservative Morphological Anti-Aliasing, Консервативное морфологическое сглаживание) — среднее между FXAA и SMAA 1x. Идеально подходит для слабых и средних графических процессоров. Отличие от FXAA происходит за счет обработки линий краев длиной до 64 пикселей. Используется алгоритм, с обрабатыванием только симметричных разрывов цветов, чтобы избежать ненужного размытия. Отличие от SMAA 1x происходит за счет менее полного сглаживания объектов, т.к. обрабатывается меньше типов фигур и обладает повышенной временной стабильностью, т.е меньше мерцаний объектов.
MFAA (Multi-Frame Sampled Anti-Aliasing, Мультикадровое сглаживание) — производится выборка двух сэмплов для каждого пикселя из текущего кадра и двух сэмплов из предыдущих, после чего применяетя фильтр. MFAA, по сути, соответствует 2xMSAA по нагрузке на видеокарту, но даёт качество картинки на уровне 4xMSAA. При этом этот метод работает примерно на 30 процентов быстрее. Падение производительности из-за фильтра минимальное. Для MFAA необходим определенный уровень частоты кадров, чтобы сглаживание можно было рассчитывать на основе двух кадров. NVIDIA утверждает, что частоты кадров 30-40 fps должно быть достаточно.
GPAA (Geometric Post-process Anti-Aliasing, Сглаживание с геометрической постобработкой) — в работе техники заложено копирование буфера с отрендеренными данными и повторной обработки ребер.
GBAA (Geometry Buffer Anti-Aliasing, Сглаживание с буфером геометрии) — усовершенствованный GPAA, в котором границы обрабатываются несколько иначе. За счет чего улучшена производительность.
Остальные методы
За бортом остались менее известные способы, относящиеся и к первому и второму типу. Ссылки на них приводятся в ознакомительных целях.
- DAEAA (Directionally Adaptive Edge Anti-Aliasing)
- DEAA (Distance-to-edge Anti-Aliasing)
- DLAA (Directionally Localized Anti-Aliasing)
- AAA (Amortized Supersampling Anti-Aliasing)
- TRAA (Temporal Reprojection Anti-Aliasing)
- HQTSSAA (High Quality Temporal Supersampling Anti-Aliasing)
- DCAA (Decoupled Coverage Anti-Aliasing)
- TGAA (Triangle-based Geometry Anti-Aliasing)
- SBAA (Surface Based Anti-Aliasing)
- NFAA (Normal Filter Anti-Aliasing)
- SDAA (Second Depth Anti-Aliasing)
- PWAA (Phone-Wire Anti-Aliasing)
- SSSAA (Selective Supersampling Anti-Aliasing)
- Пример сглаживания
- Виды сглаживания
- Традиционные методы
- Избыточная выборка сглаживания — Super-Sampling Anti-Aliasing (SSAA)
- Множественная выборка сглаживания — Multi-Sample Anti-Aliasing (MSAA)
- Мультикадровое сглаживание — Multi-Frame Anti-Aliasing (MFAA)
- Сглаживание повышенного качества — Enhanced Quality Anti-Aliasing (EQAA)
- Выборка сглаживания с перекрытием — Coverage Sampling Anti-Aliasing (CSAA)
- Избыточное шахматное сглаживание — Quincunx Super Anti-Aliasing (QSAA)
- Избыточная выборка сглаживания с разряженной решёткой — Sparse Grid Super-Sampling Anti-Aliasing (SGSSAA)
- Сглаживание гибридной выборки — Hybrid-Sampling Anti-Aliasing (HSAA)
- Быстрое приблизительное сглаживание — Fast Approximate Anti-Aliasing (FXAA)
- Морфологическое сглаживание — Morphological Anti-Aliasing (MLAA)
- Субпиксельное морфологическое сглаживание — Subpixel Morphological Anti-Aliasing (SMAA)
- Субпиксельное восстанавливаемое сглаживание — Subpixel Reconstruction Anti-Aliasing (SRAA)
- Консервативное морфологическое сглаживание — Conservative Morphological Anti-Aliasing (CMAA)
- Направленно локализованное сглаживание — Directionally Localized Anti-Aliasing (DLAA)
- Динамическое супер разрешение — Dynamic Super Resolution (DSR)
- Виртуальное супер разрешение — Virtual Super Resolution (VSR)
- Временное сглаживание — Temporal Anti-Aliasing (TAA)
- Временное приблизительное сглаживание — Temporal approXimate Anti-Aliasing (TXAA)
- Временная избыточная выборка сглаживания — Temporal Super-Sampling Anti-Aliasing (TSSAA)
- Сглаживание гибридной реконструкции — Hybrid Reconstruction Anti-Aliasing (HRAA)
- Избыточная выборка при помощи глубокого обучения — Deep Learning Super-Sampling (DLSS)
- FidelityFX супер разрешение — FidelityFX Super Resolution (FSR)
Пример сглаживания
Слева изображен куб без сглаживания, справа же — со сглаживанием 16x. Как вы видите, слева те самые «лесенки», справа, конечно, тоже «лесенки», но их края «смазаны» и без приближения стороны куба смотрятся более гладкими.
Виды сглаживания
На сегодняшний день существует большое количество методов сглаживания, но все они основываются на одном принципе. Они отрисовывают несколько пикселей для одного исходного пикселя в финальном изображении.
Фактически методы различаются только двумя пунктами:
- Как они определяют пиксели, которые могут быть наложены друг на друга.
- Как они «смешивают» несколько отрисованных пикселей для получения необходимого нам конечного пикселя.
Кроме этого данные алгоритмы используют разное количество пикселей для получения финального пикселя. В видеоиграх данное количество представлено достаточно просто с помощью использования числа 2 в какой-либо степени, т. е. 2x, 4x, 8x и т.д..
Существует несколько терминов, которые ассоциируются со сглаживанием, большинство из них исходит от стандартной формулы сглаживания.
Кроме этого следует отметить, что некоторые методы сглаживания могут использовать видеокарты как Nvidia, так и Radeon, другие же — только Nvidia или только Radeon.
Традиционные методы
Результат более чёткий и чистый, чем методы постобработки.
Форсирование данных методов не гарантирует, что они будут работать в играх с отложенной отрисовкой. Данное ограничение можно обойти с помощью пониженной дискретизации, но данный способ будет сильно влиять на производительность.
Данные методы в большинстве случаев довольно затратны по используемым ресурсам. Методы постобработки могут использоваться, как альтернатива для снижения влияние сглаживания на производительность.
Традиционные методы не конфликтуют с большинством типов временного сглаживания.
Избыточная выборка сглаживания — Super-Sampling Anti-Aliasing (SSAA)
Данный метод также известен как Полноэкранное сглаживание Full Scene Anti-Aliasing (FSAA) от AMD и зачастую заменяется термином снижение масштабирования.
Технически при корректном использовании снижения масштабирования разница с SSAA/MSAA будет заключаться в том, что снижение масштабирования применяется как к 2D, так и 3D объектам, в то время как SSAA/MSAA только к 3D объектам. В некоторых реализациях это может привести к меньшему снижению производительности и лучшей совместимости.
Искажения изображения появляются потому, что в отличии от реальных объектов, которые имеют непрерывные плавные кривые и линии, монитор отображает человеку большое количество маленьких квадратов. Все эти пиксели имеют одинаковый размер и у каждого свой цвет. Линия отображается только как набор пикселей и поэтому выглядит неровной, если она не располагается идеально горизонтально или вертикально. Образцы цвета берутся с нескольких выборок внутри пикселя (а не только в его центре) и вычисляется среднее значение цвета. С помощью отрисовки в более высоком разрешении, чем отображаемое, а затем сжатием до необходимого размера с использованием дополнительных пикселей для расчёта получает субдискретизированное изображение с более плавными переходам от одной строки пикселей к другой по краям объектов.
Данные методы используют общую формулу сглаживания к полноэкранным изображениям, уменьшая «эффект лестницы». По сравнению с отрисованным изображением, которое прошло через MSAA, изображение SSAA/FSAA будет выглядеть более гладким. На 2D текст также могут повлиять большинство из реализации снижения масштабирования, в то время как SSAA/MSAA не должны влиять на текст при их правильной реализации.
Реализованная на системах Nvidia Избыточная выборка сглаживания с упорядоченной решёткой — Ordered Grid Supersample Anti-Aliasing (OGSSAA). Может быть включена с помощью использования Nvidia Profile Inspector в следующих режимах: 2×1, 1×2, 2×2, 3×3, 4×4.
В настоящее время данный метод был заменён менее ресурсоёмкими методами из-за огромной нагрузки на графический процессор, но по причине получения наилучшего результата некоторые игры всё ещё используют его в качестве одного из вариантов сглаживания в настройках.
Ниже визуализирован принцип работы данного метода.
Множественная выборка сглаживания — Multi-Sample Anti-Aliasing (MSAA)
MSAA по своей сути — это «бюджетная» версия SSAA.
Для уменьшения нагрузки, которая создаётся SSAA/FSAA на системы, множественная выборка оптимизирует процесс, оценивая каждый пиксель только один раз, при этом настоящая избыточная выборка происходит только на краях отрисованного объекта и до значений глубины. Это приводит к аналогичному (но менее радикальному) улучшению качества изображения при одновременном снижении нагрузки на систему при отрисовке и снижению масштабирования в высоких разрешениях изображения.
В первую очередь данный метод убирает искажения геометрии, т. е. временное искажение и искажение шейдерных эффектов, текстур и прозрачностей не будут затронуты.
У данного метода также присутствуют как плюсы, так и минусы. Он решает проблемы с субпикселями, а также не искажает основной объект большим количеством выборок. Однако потребление памяти увеличивается линейно с ростом количества выборок, время отрисовки зависит от количества выборок, а также существуют проблемы комплексной интеграции при работе с отложенной отрисовкой.
Мультикадровое сглаживание — Multi-Frame Anti-Aliasing (MFAA)
Данный метод используется на видеокартах серии Nvidia GeForce GTX 900 или выше (в свою очередь метод является преемником выборки сглаживания с перекрытием CSAA).
Метод предназначен для использования с MSAA для уменьшения негативного эффекта в виде снижения производительности за счёт чередования шаблонов выборок, используемых для каждого пикселя, как пространственно в одном кадре (например, каждый последующий пиксель использует один из четырёх разных образцов шаблонов — 2x сглаживание) и чередуются по нескольким кадрам во времени. Конечным результатом является то, что MFAA может обеспечивать качество изображения, приближающееся к 4x MSAA по производительности, сопоставимой с 2x MSAA, или 8x MFAA по производительности, сопоставимой с 4x MSAA.
Однако стоит отметить важный момент: MFAA не работает должным образом при отрисовке ниже 40 FPS (кадров в секунду). При достижении данного порога изображение размазывается и появляется размытие в движении.
Также возможно отключение некоторого списка команд драйвера D3D11, тем самым убивается многопоточная отрисовка. В следствии этого падает производительность, особенно когда центральный процессор работает на пределе своих возможностей.
Сглаживание повышенного качества — Enhanced Quality Anti-Aliasing (EQAA)
Метод используется для видеокарт серии AMD Radeon HD 6900 и выше.
AMD утверждает, что предлагает улучшенное качество сглаживания по сравнению со стандартными режимами MSAA, добавляя большее количество выборок для перекрытия на единицу пикселя, но сохраняя такое же количество выборок цвета/глубины/образцов для достижения лучшего качества сглаживания, чем стандартные режимы MSAA.
Тестовая выборка проверяет, есть ли полигон в определённой точке выборки и возможно ли использовать их вес для вычисления окончательного цвета пикселя. Поскольку такие выборки достаточно просто получать, то мы имеем конечный результат в виде повышенного качества, которое в меньшей степени воздействует на производительность по сравнению с выборками MSAA. К сожалению, значения данных выборок зависит от определённого пикселя, поэтому мы можем получить как улучшение качества, так и отсутствие каких-либо видимых изменений.
Выборка сглаживания с перекрытием — Coverage Sampling Anti-Aliasing (CSAA)
Кроме данного метода существует и Выборка сглаживания с перекрытием с упором на качество — Quality Coverage Sampling Anti-Aliasing (QCSAA), которая направлена на ещё большее увеличение качества путём использования вдвое большего количества выборок для анализа.
Для метода необходимы видеокарты серии Nvidia GeForce 8000 и выше. Да, именно тех самых старых видеокарт.
В графических процессорах, которые базируются на архитектуре Maxwell, в таких как GTX 750 Ti и серия GTX 800M/900, поддержка данного сглаживания удалена.
Метод нацелен на снижение дополнительной нагрузки, которую создаёт MSAA на систему, при этом Nvidia утверждает, что отрисовка с помощью CSAA конкурирует по качеству с 8x-16x MSAA, при этом нагрузка на систему сравнима с 4x MSAA. Данное качество достигается за счёт уменьшения количества настроек, определяемых каждой выборкой (с помощью создания новой выборки для перекрытия) при одновременном увеличении общего количества выборок.
Данный метод аналогичен EQAA от AMD, поэтому если вы хотите узнать принцип работы сглаживания, то изучите метод EQAA.
Избыточное шахматное сглаживание — Quincunx Super Anti-Aliasing (QSAA)
Данный метод — это эксклюзив от Nvidia.
Немного улучшает стандартный MSAA. Для примера: 2x QSAA примерно соответствует 3x MSAA с точки зрения качества. Данный метод по своей сути — фильтр размытия, который сдвигает отрисованное изображение вверх на половину пикселя и влево на половину пикселя для создания субпикселей. Данная технология убирает большинство неровных краёв, при этом общая детализация изображения также растёт.
Избыточная выборка сглаживания с разряженной решёткой — Sparse Grid Super-Sampling Anti-Aliasing (SGSSAA)
Метод — эксклюзив от Nvidia.
Современная версия SSAA, обладающая превосходным качеством по сравнению с другими методами сглаживания при сохранении высокой производительности.
Существует две разновидности метода: FSSGSSAA (Полноэкранная избыточная выборка сглаживания с разряженной решеткой — Full Scene Sparse Grid Supersampling Anti-Aliasing, чаще всего называемая SGSSAA) и TrSGSSAA (Прозрачная полноэкранная выборка сглаживания — Transparency Sparse Grid Supersampling Anti-Aliasing, чаще всего называемая TrSSAA).
Прозрачная версия включается с помощью настройки в панели Nvidia. Полноэкранная версия требует установить настройки сглаживания — Режим переопределения настроек приложения, Сглаживание — Настройки для 2x 4x или 8x избыточной выборки и Сглаживание — Прозрачность на аналогичное значение в тех же настройках. Обратите внимание, что со стороны игр требуется поддержка данных видов сглаживания, небольшой список вы можете просмотреть по ссылке: NVidia Profile Inspector — AA Flags — Google Диск или воспользоваться Nvidia Profile Inspector.
Если вспомнить немного истории, то Nvidia внедрила поддержку TRSSAA в одном из своих альфа тестов. Однако в одном из драйверов присутствовала ошибка и метод SGSSAA применялся ко всем пикселям. Они исправили ошибку в следующем релизе, но многие пользователи начали жаловаться, что с SGSSAA изображение было лучше. Это заставило Nvidia заново включить данную ошибку в свой драйвер. На текущий момент данный вид сглаживания не поддерживается и Nvidia предупреждает, что данный метод вы используете на свой страх и риск, но другой разработчик включил данную ошибку в другой инструмент nvidia inspector, если данной настройки у вас нет.
SGSSAA может оказаться лучше или хуже OGSSAA в nvidia inspector в зависимости от игры. В некоторых играх один из методов может сделать картинку размытой, а другой — нет, и наоборот. Метод работает практически на любом API. Он работает путём многократной отрисовки в нескольких промежуточных выборках вне экрана, каждый раз применяя смещение к выборкам в разных направлениях. После этого он смешивает постобработку буферов. В настоящее время никто, кроме nvidia не знает наверняка, является ли данная реализация аппаратной или основана на драйверах (шейдерах).
Сглаживание гибридной выборки — Hybrid-Sampling Anti-Aliasing (HSAA)
Данный метод использует комбинацию SSAA и MSAA.
Пользователи Nvidia могут использовать Nvidia Profile Inspector для принудительной установки необходимой версии, которая использует SSAA с упорядоченной сеткой вместе с обычным MSAA в некоторых играх (режимы с расширением xS).
Иногда работает в тех случаях, когда SGSSAA не работает или работает с слишком высоким размытием из-за ошибки в драйвере.
Методы постобработки
Данные методы используют меньше ресурсов по сравнению с традиционными методами.
Данные методы используются после отрисовки изображения, в отличии от традиционных методов. Это означает, что они совместимы практически с каждой игрой, видео или даже фотографиями.
При использовании данных методов изображения (в частности текстуры) иногда могут становиться размытыми, так что общее качество может стать даже хуже оригинала, если метод реализован некачественно. Размытие в некоторой степени можно уменьшить с применение технологий повышения резкости.
Данные методы должны применяться перед отрисовкой элементов интерфейса в игре для исключения воздействия на них.
Быстрое приблизительное сглаживание — Fast Approximate Anti-Aliasing (FXAA)
Метод не требует больших вычислительных мощностей. Это достигается за счёт сглаживания неровных краёв («неровностей») исходя из того, как они изображаются на экране в виде пикселей, вместо того, чтобы анализировать сами 3D — модели, как при обычном сглаживании. Кроме этого метод достаточно быстрый, он выполняется за 1,3 миллисекунды на 1 кадр.
Однако улучшение качества изображение, которое достигается данным методом по качеству несколько хуже, чем традиционные методы сглаживания, такие как MSAA. Данный метод может быть применён дважды с использованием двух отдельным инструментов (например, внутриигровые настройки и панелью управления видеодрайвера и т. д.) или же поверх SMAA или TAA для дальнейшего удаления неровностей, но с большой долей вероятности данный метод ухудшит размытие наравне с увеличением производительности.
Немного подробнее рассмотрим данный метод. Для этого воспользуемся изображением:
FXAA принимает на вход нелинейные цветовые данные RGB, которые он преобразует в скалярную оценку яркости для шейдерной логики. FXAA проверяет локальный контраст, чтобы не обрабатывать края изображения. Обнаруженные края отмечены красным, со смешиванием в сторону жёлтого для представления обнаруженного наложения субпикселей. Пиксели, прошедшие тест на локальный контраст, затем классифицируются как горизонтальные (золотые) или вертикальные (синие). При заданной ориентации края самая контрастная пара пикселей, которая расположена под углом 90 градусов к выбранному краю (синее и зелёное). Алгоритм ищет конец ребра как в отрицательном, так и в положительном аспекте (красное и синее), в направлении длинного края. После этого происходит проверка на существенное изменение средней яркости пары высококонтрастных пикселей по краю изображения. Учитывая концы краёв, положение пикселя на краях преобразуются в субпиксельный сдвиг на 90 градусов перпендикулярно краю для уменьшения искажения (красный и синий для отрицательного и положительного горизонтального сдвига и золотой и небесный для отрицательного и положительного вертикального сдвига). Для входной текстуры делается повторная выборка с учётом данного субпиксельного смещения. В конечном итоге добавляется низкочастотный фильтр в зависимости от количества обнаруженных субпиксельных искажений.
Слева направо: без сглаживания, 4x MSAA и FXAA preset 3.
В ответ на данный метод от Nvidia существует MLAA метод от AMD.
Морфологическое сглаживание — Morphological Anti-Aliasing (MLAA)
Доступно на картах AMD на Windows и может быть принудительно запущено для всех игр через панель управления драйвером видеокарты независимо от используемого графического API, а также для игр OpenGL под Linux с драйверами Mesa.
Данный метод больше воздействует на производительность, чем FXAA, хотя и позволяет получить более чёткое изображение.
MLAA предназначен для уменьшения артефактов искажения в отображаемом изображении без использования дополнительных лучей или спектров. Он содержит 3 основных этапа:
1. Находим разрывы между пикселями на изображении.
2. Определяем переопределённые выборки.
3. Смешиваем цвета по соседству с данными шаблонами.
Слева вы можете видеть изображение без сглаживания, а справа с применением MLAA.
Субпиксельное морфологическое сглаживание — Subpixel Morphological Anti-Aliasing (SMAA)
Данный метод может быть добавлен в большинство игр через ReShade (даже в игры с определение глубины границ)
В своей основе используется метод MLAA. Качество изображения меняется от игры к игре в связи с разной реализацией, но в большинстве случаев данный метод бывает лучше чем FXAA или MLAA.
Метод использует функции локального контраста для определения краёв, а также ускоренный и более точный поиск по расстоянию между пикселями, что позволяет лучше распознавать шаблоны для сглаживания. Это позволяет восстанавливать субпиксели, сопоставимо с сглаживанием 4x MSAA, кроме этого данное сглаживание гибко настраивается под конкретные нужды разработчиков.
Субпиксельное восстанавливаемое сглаживание — Subpixel Reconstruction Anti-Aliasing (SRAA)
В настоящее время используется только в Unigine 2.13.
Метод сочетает в себе однопиксельное затенение с субпиксельной видимостью для создания сглаженных изображений без значительного уменьшения производительности. SRAA направлено на отрисовку с отложенным затенением, которую не может использовать MSAA. SRAA работает как постобработка на отрисованном изображении с глубиной сверхвысокого разрешения и нормальными буферами, поэтому его возможно включить в существующий метод отрисовки без изменения шейдеров. SRAA по своему принципу действия похож на Морфологическое сглаживание (MLAA), но новый метод лучше учитывает геометрические границы и имеет фиксированное время выполнения, независимо от сцен и сложности изображения. SRAA приносит пользу приложениям, привязанных к затенению. SRAA обеспечивает ускорение по сравнению с SSAA, которые тратят больше 1 мс на затенение, для понимания — в большинстве современных игр на этот процесс уделяется от 5 до 10 мс.
Слева изображено сглаживание 16x SSAA, справа 4x SRAA.
Консервативное морфологическое сглаживание — Conservative Morphological Anti-Aliasing (CMAA)
Метод CMAA находится между FXAA и SMAA 1x по необходимой вычислительной мощности (требует в 1.0-1.2 больше чем FXAA 3.8 и в 0.55-0.75 раза больше чем SMAA 1x).
По сравнению с FXAA, CMAA обеспечивает значительно лучшее качество изображения и стабильность времени кадра, поскольку метод правильно обрабатывает линии краёв длиной до 64 пикселей и основан на алгоритме, который работает только с симметричными неоднородностями, чтобы избегать нежелательного размытия.
У CMAA четыре основных логических шага (шаги не всегда связаны с порядком при реализации):
Анализ изображения на предмет неоднородности цвета (впоследствии сохраняется в локальном сжатом «рёберном» буфере). Используемый метод не является уникальным для CMAA.
Извлечение доминирующих рёбер с небольшим ядром (уникальная особенность среди существующих методов).
Обработка симметричных длинных ребер (уникальный подход к оригинальному алгоритму обработки форм в MLAA).
Ниже вы можете увидеть примеры работы данного метода в сравнении с другими.
Направленно локализованное сглаживание — Directionally Localized Anti-Aliasing (DLAA)
Метод используется в Star Wars: The Force Unleashed II, но вы можете его найти в некоторых других играх, особенно на движке Unity.
Согласно информации от автора, данный метод сопоставим с MLAA, но с лучшей стабильностью по времени кадра.
Динамическое сверхвысокое разрешение — Dynamic Super Resolution (DSR)
Метод, представленный Nvidia.
В данном методе происходит отрисовка игры в высоком разрешении (до формата 4K), после этого изображение масштабируется до разрешения дисплея. Это позволяет повысить качество изображения, но производительность в таком режиме снижается, т. к. отрисовка происходит в более высоком разрешении.
Виртуальное сверхвысокое разрешение — Virtual Super Resolution (VSR)
Метод, представленный AMD.
Технология аналогична Dynamic Super Resolution от Nvidia, поэтому если вы хотите более подробно ознакомиться с данным методом, то посмотрите немного выше в статье.
Временные методы
Методы стараются смягчить эффекты временного искажения.
Большинство методов вызывают значительное размытие во время движения.
Временное сглаживание — Temporal Anti-Aliasing (TAA)
Временное сглаживание — общий термин для различных временных методов. Не ограничен конкретным производителем.
Метод включает в себя алгоритм на основе шейдера, который объединяет два кадра с использованием векторов движения для определения места выборки предыдущего кадра, является одним из наиболее распространённых алгоритмов улучшения изображения, используемых сегодня.
Временное приблизительное сглаживание — Temporal approXimate Anti-Aliasing (TXAA)
Метод предназначен для видеокарт серии Nvidia GeForce GTX 600 и выше.
Техника в стиле кино предназначена для уменьшения временного искажения (ползание и мерцание, наблюдаемые в движении во время игры).
Метод сочетает в себе грубую мощь MSAA со сложными фильтрами, аналогичными тем, которые используются в фильмах с использованием компьютерной графики для получения гладкого изображения.
Временное искажение вызвано тем, что частота дискретизации (число кадров в секунду) сцены слишком мала по сравнению с скоростью преобразования объектов внутри сцены. Из-за этого объекты кажутся прыгающими или появляются в каком-то месте вместо того, чтобы создавать впечатление плавного движения к ним. Во избежание артефактов искажения частота дискретизации сцены должна быть как минимум в два раза выше, чем у самого быстро движущегося объекта. Поведение затвора в испытательной выборке (обычно камеры) сильно влияет на наложение, поскольку общая форма экспозиции с течением времени определяет систему с ограниченной полосой перед дискретизацией, что является важным фактором при сглаживании. Типичный пример временного сглаживания в кино — это появление колес транспортного средства, движущихся назад, так называемый эффект вагонных колёс.
Ниже вы можете увидеть сравнение нескольких режимов: без сглаживания, FXAA, SMAA и TXAA
Временная избыточная выборка сглаживания — Temporal Super-Sampling Anti-Aliasing (TSSAA)
Данный метод также известен как TMAA.
В данном случае сглаживание применяется не только к текущему кадру, но и к некоторым кадрам, которые были отрисованы ранее, восстанавливая старые положения пикселей и используя их скорость. Это создаёт более плавные и кинематографические сцены в игре, лишь немного увеличивая нагрузку на видеокарту.
В отличии от TXAA, TSSAA не привязан к конкретному производителю и работает для всех видеокарт. Данный метод сглаживания был применён в World of Tanks с версии 9.9. В данной игре он поделился на две версии:
TSSAA-LQ — это более лёгкий вариант нового метода сглаживания, использующий меньшее количество предыдущих кадров во время обработки изображения.
TSSAA-HQ — метод сглаживания высочайшего качества. Даже если у вашего компьютера недостаточно производительный процессор, вы можете не заметить разницы в производительности между HQ и LQ, т. к. основная нагрузка ложится на видеокарту.
Ниже вы можете увидеть сравнение изображения: без сглаживания, FXAA, TSSAA-LQ и TSSAA-HQ.
Методы реконструкции
Сглаживание с использованием методов реконструкции — попытка снизить нагрузку на графический процессор за счёт рендеринга с более низким разрешением, затем масштабирования до выходного разрешения с одновременным сглаживанием.
Сглаживание гибридной реконструкции — Hybrid Reconstruction Anti-Aliasing (HRAA)
Данный метод — гибридное решение аппаратной выборки, постобработки, временной обработки и анализа. Сглаживание было разработано Ubisoft Montreal и применено в Far Cry 4. Метод основан на лучших элементах постобработки, равен SMAA с точки зрения четкости изображения в статических моментах при попытке устранить мерцание, которое вызвано отсутствием временной выборки.
На практике на PS4 HRAA достаточно успешно обрабатывает неровности, избегая остаточного размытия текстуры. Данная проблема присутствует при использовании популярного метода FXAA. С геометрическими искажениями трудно справиться и при работе с конечной целью растеризации субпиксельные элементы тщательно очищаются. В неподвижных изображениях игра сохраняет резкость во всех нужных местах. Вторая же цель метода — улучшить работу сглаживания в движении. Высококонтрастные элементы, такие как промежутки между листвой деревьев (типичная жертва временного мерцания), выигрывают от смешивания текущего и предыдущего кадров, чтобы уменьшить визуальные помехи. Конечным результатом является очень небольшое мерцание, напоминающее метод TXAA, используемый на ПК.
Ниже вы можете увидеть пример работы метода: без сглаживания, со сглаживанием, со сглаживанием и увеличением резкости.
Избыточная выборка при помощи глубокого обучения — Deep Learning Super-Sampling (DLSS)
Метод — эксклюзив видеокарт Nvidia RTX.
DLSS эмулирует избыточную выборку с использованием нейронной сети для вывода дополнительных деталей поверх внутриигровой отрисовки, сопоставляя его с эталонным изображением, которое было отрисовано с использованием избыточной выборки 64x (64xSS).
В то время, как TAA выполняет отрисовку с конечным целевым разрешением, затем объединяет кадры и вычитает детали, DLSS снижает количество ресурсов необходимых для отрисовки, используя меньшее количество выборок, тем самым практически не влияя на конечную производительность, т. к. для сглаживания используются тензорные ядра.
DLSS использует 2/3 от окончательного разрешения для отрисовки, а затем масштабирует его до полного разрешения.
DLSS 2X — единственный метод, который может отрисовать разрешение игры таким же, как выходное разрешение.
Ниже вы можете рассмотреть примеры работы метода.
Ниже один из примеров различия в качестве DLSS, кроме этого вы можете посмотреть подробное видео по DLSS у нас на Youtube – канале.
FidelityFX супер разрешение — FidelityFX Super Resolution (FSR)
FidelityFX супер разрешение — это пространственное масштабирование, которое берёт текущий сглаженный кадр и масштабирует его до разрешения дисплея, не учитывая другие данные, как например история кадров или векторы движения. Логичным вопросом будет, а почему данный метод находится в методах реконструкции, хотя это масштабирование? Ответ на данный вопрос рассмотрим немного ниже.
В основе FSR лежит передовой алгоритм, который обнаруживает и воссоздаёт края с высоким разрешением из исходного изображения. Эти края с высоким разрешением являются критическим элементом, необходимым для превращения текущего кадра в изображение «супер разрешения».
FSR обеспечивает постоянное качество масштабирования независимо от того, находится ли кадр в движении или нет, что может обеспечить качественные преимущества по сравнению с другими типами масштабирования.
FSR состоит из двух основных этапов:
- Этап масштабирования называется гранично-адаптивной пространственной повышающей дискретизации (EASU — Edge-Adaptive Spatial Upsampling), который выполняет реконструкцию краёв. На этом этапе входной кадр анализируется, и основная часть алгоритма обнаруживает изменение градиента смотря на отличия соседних градиентов из набора входных пикселей. Интенсивность изменения градиента определяет веса, применяемые к реконструированным пикселям на конечном разрешении экрана.
- Этап повышения резкости называется активной контрастно-адаптивной резкостью (RCAS — Robust Contrast-Adaptive Sharpening), который извлекает детали пикселя из масштабированного изображения.
У FSR также есть вспомогательные функции для преобразования цветового пространства, шумов и сопоставления тонов, помогающие интегрировать его в общие конвейеры отрисовки, которые используются в современных играх.
FSR FidelityFX супер разрешение ищет изменение градиента в исходном изображении для восстановления краев высокой четкости при повышении разрешения.
Сравнение качества сглаживания в разных сценах
Теперь рассмотрим несколько примеров разных видов сглаживания для сравнения.
Выводы
Подводя итоги, обращаем ваше внимание на то, что некоторые методы остались за кадром, некоторые со временем улучшаются. Как вы могли видеть, все методы преследуют одинаковые цели. Зачастую это избавление от «неровностей» и «лесенок» на изображении. Кто-то скажет, да я ничего подобного не вижу и зачем мне нужно сглаживание, и он будет по-своему прав. Также необходимо отметить, что практически все методы снижают итоговую производительность и требуют некоторых ресурсов для их реализации. Конечно, некоторые используют малое количество, другие и вовсе показывают нам производительность выше, чем оригинальная игра (методы реконструкции), и такие методы всё чаще появляются в играх. Также производители игры не всегда включают разные виды сглаживания в игры и хорошо, если будет добавлен хотя бы 1 вид, который хоть как-то улучшает изображение.
Пользоваться сглаживанием или нет? Решать только вам!
Сглаживание в играх: история и реализации
Любому человеку, игравшему в компьютерные игры, скорее всего знакомы «лесенки» на изображении. Какой бы реалистичной ни казалась графика, эти искажения мешают воспринимать игровую картинку как единое целое. Именно поэтому с начала появления 3D-игр производители видеокарт и игровых движков борются с ними с помощью сглаживания. Каким оно бывает и как работает?
Изображение, формируемое графическим движком компьютерной игры, отличается от картинки реальной видеозаписи не только уровнем реалистичности. В «сыром» виде 3D-картинка обладает большим количеством стыков полигонов разных цветов, которые игрок воспринимает как «лесенки».
С этим призвано бороться сглаживание. Несмотря на огромное количество его видов, основной принцип работы любого сглаживания, за исключением основанных на постобработке, прост: чтобы убрать искажения, для каждой точки на итоговой картинке просчитывается несколько точек, называемых сэмплами. Затем сэмплы объединяются и смешиваются, образуя итоговый цвет целевой точки. Количество сэмплов определяет уровень сглаживания, которое всегда кратно двум — 2x, 4x, и так далее.
В процессе эволюции видеокарт и графики в играх способы сглаживания тоже эволюционировали и усовершенствовались. Как же развивалось сглаживание в играх с появления компьютерной 3D-графики и по сей день?
Избыточная выборка (SSAA)
Избыточная выборка, или Super Sampling Anti-Aliasing (SSAA), является старейшим типом сглаживания. Суть его работы достаточно проста — картинка просчитывается в большем разрешении, а потом принудительно уменьшается до разрешения устройства вывода.
Несмотря на появление на сегодняшний день большого количества других типов сглаживаний, SSAA до сих пор является самым качественным методом, устраняющим искажения. Но при этом и самым требовательным — просчет картинки в большем разрешении кратно снижает производительность. Например, для игры в разрешении 1920 x 1080 при SSAA 4x видеокарте требуется просчитывать картинку размером 3840 x 2160 точек. Это значительно увеличивает требования к ее мощности и объему графической памяти. SSAA 4x снижает производительность в 2 раза и более, более щадящий SSAA 2x — примерно в полтора раза.
В 90-х годах графическое оборудование было не особо быстрым, поэтому проблема производительности с применением SSAA была достаточно острой. В итоге, массовые игры перешли на другие типы сглаживания. Но к концу первого десятилетия нового века AMD и NVIDIA возродили принудительный SSAA в драйверах. Для его применения в нужной игре необходимо принудительно включить настройку в драйвере и выбрать уровень сглаживания. Такой способ работает во многих приложениях, но бывают и редкие исключения: в некоторых играх он попросту не включается, в некоторых — приносит дополнительные артефакты изображения.
Принудительный способ может использоваться и для актуальных видеокарт, но во многих современных проектах и так есть встроенный SSAA в настройках. Правда, теперь под другим названием — масштаб изображения. Если классический суперсэмплинг был представлен кратными режимами, то современная реализация позволяет практически плавно настраивать исходное разрешение, чтобы добиться более точного компромисса между качеством и производительностью для каждой индивидуальной конфигурации оборудования.
К разновидности SSAA можно отнести и другие современные технологии: Dynamic Super Resolution (DSR) от NVIDIA и Virtual Super Resolution (VSR) от AMD. Кроме графики с этими технологиями просчитывается в повышенном разрешении и сам интерфейс игры, что делает его более мелким. Также драйвером накладывается размытие на итоговую картинку. Потери производительности при этом схожие.
Множественная выборка (MSAA)
Тяжесть SSAA подтолкнула компьютерный мир к поиску технологии, которая будет сглаживать края, но при этом не так сильно просаживать производительность. Ей стала Multi Sampling Anti-Aliasing (MSAA), или множественная выборка.
Принцип MSAA чем-то похож на SSAA, но с одним важным отличием. При SSAA в повышенном разрешении просчитывается вся картинка. При MSAA же сначала анализируется буфер глубины, а потом повышенное количество сэмплов накладывается только в местах, где видны стыки ребер полигонов. Это приводит к значительному повышению производительности по сравнению с аналогичным количеством сэмплов SSAA. Если первый при пресете 4x снижает производительность минимум в пару раз, то включение второго в таком же режиме стоит в среднем лишь около трети всей производительности.
Но есть у MSAA и свои недостатки. При движении в кадре может возникать небольшая рябь, для сглаживания прозрачных текстур он подходит плохо. В играх, чьи движки полагаются на отложенный рендеринг, из-за особенностей последнего реализовать MSAA достаточно сложно и более затратно для производительности. Поэтому чаще всего в таких проектах этот тип сглаживания можно вообще не обнаружить.
При всем этом MSAA за всю историю сглаживания — самый распространенный алгоритм, работающий как на старом, так и на новом оборудовании. Его можно встретить как в проектах прошлых лет, так и в современных, часто — в комбинации с другим доступным методом сглаживания. Однако штраф производительности MSAA на фоне современных методов довольно велик, из-за чего сейчас разработчики игр чаще всего обращают внимание на другие виды сглаживания.
Выборка со смещением (Quincunx)
В начале 2000-х, с приходом в игры DirectX 8 и шейдеров, компания NVIDIA разрабатывает новый тип сглаживания, который легче классического MSAA — Quincunx. Суть его работы отличается от предыдущих типов сглаживания и основана на смещении: вместо классических сэмплов строго по сетке точек берется сэмпл, смещенный на половину точки вправо и вверх.
По сути, видеокарта просчитывает только два сэмпла, как при MSAA 2x. Но из-за наличия смещенных точек каждому пикселю итогового изображения достается уже пять сэмплов, и само сглаживание даже превосходит MSAA 4x. Но есть у такого способа один существенный недостаток. Из-за того, что сэмплы берутся не только от целевой точки, но и от соседних, изображение теряет четкость и становится размытым.
После появления карт поколения DirectX 9 Quincunx применялся в игровых проектах все реже и реже, ведь мощности карт стало достаточно на MSAA, с которым не приходилось идти на компромиссы в виде размытости. Чуть позже можно было встретить более новую реализацию Quincunx в виде QSAA 2x, которая представляла собой комбинацию метода с SSAA 2x, но большого распространения и она не получила.
Множественная краевая выборка (CSAA, CFAA и EQAA)
С приходом карт поколения DirectX 10 и появлением универсальных шейдеров, NVIDIA решает улучшить стандартный мультисэмплинг и дает свет новой технологии — Coverage Sampling Anti-Aliasing, или CSAA. Он представляет собой гибридный подход, сочетающий усреднение результата MSAA с информацией от соседних пикселей. При одинаковом с MSAA количестве выборок, края при CSAA сглаживаются больше, а производительность ухудшается лишь незначительно. Работает такой метод только на картах GeForce 8000 серии и выше.
CSAA можно встретить в основном в проектах 2008-2011 годов, в дальнейшем игроделы технологию практически не использовали. Иногда встречается еще более редкий вариант — QCSAA, который удваивает количество выборок по сравнению с обычным вариантом. Недостатки у CSAA такие же, как и у его «родителя» MSAA. К тому же при слишком большом количестве выборок (а у QCSAA оно может достигать аж 64) производительность снижается довольно сильно.
Примерно в то же время компания AMD реализовала сглаживание, аналогичное CSAA, для карт Radeon. Оно получило название Custom Filter Anti-Aliasing (CFAA). CFAA обладает четырьмя уровнями качества, которые отличаются по принципу работы. Самый простой из них — Box. Это аналог MSAA без дополнительных выборок. Второй — Narrow-tent, дублирует возможности CSAA. Третий, Wide-tent, является аналогом QCSAA с большим количеством выборок. Последний — Edge-detect, тоже похож на QCSAA, но использует еще один проход, который в конце дополнительно проходит только по острым краям полигонов.
Преимущества и недостатки CFAA аналогичны разработке конкурента. Нативно CFAA поддерживается совсем небольшим количеством игр конца первого десятилетия, но принудительно может быть форсирован из драйвера для практически любого проекта, который поддерживает MSAA. В 2010 году AMD представлен еще один похожий вариант сглаживания — Enhanced Quality Anti-Aliasing (EQAA). Доработанный алгоритм должен показывать лучший результат, сохранив былую производительность.
Адаптивная выборка (AAA и TrAA)
Так как ни одно из сглаживаний, основанных на множественной выборке, не может справиться с прозрачными текстурами, в середине нулевых обе компании добавили в драйверы для видеокарт еще один метод сглаживания. Он имеет гибридный подход, который может справиться со сглаживанием прозрачных текстур, но при этом не так тяжел, как чистый SSAA. Это — Adaptive Anti-Aliasing (AAA) у AMD и Transparency Anti-Aliasing (TrAA) у NVIDIA.
Принцип работы такого сглаживания прост: берутся выборки как SSAA, так и MSAA. При минимальном для такого сглаживания значении 4x каждой из выборок делается по две, при значении 8x — комбинируется 2x SSAA с 4x MSAA. Такой подход довольно затратен для производительности, но все же легче классического SSAA 4x. Нативно в играх такая настройка практически никогда не встречается, но форсировать из драйвера ее можно для любой игры с поддержкой MSAA.
Сглаживание постобработкой (FXAA и MLAA)
В поисках метода сглаживания без потерь производительности производители видеокарт пришли к сглаживанию на основе постобработки готового изображения.
Первой такой способ в конце нулевых предложила NVIDIA, назвав его Fast approXimate Anti-Aliasing — FXAA. Его суть в том, что специальный алгоритм ищет на уже отрендеренной картинке края объектов. Затем пиксели, попавшие в эти зоны, сдвигаются на небольшое расстояние, чтобы создать размытие краев.
FXAA сглаживает все изображение, независимо от типов текстур. Но главный его недостаток в том, что он размывает изображение, делая его не таким четким. Хотя есть и плюсы — такой подход работает на шейдерах и минимально влияет на производительность. Даже на старых видеокартах производительность с FXAA остается практически такой же, как и без него.
Похожий подход использует сглаживание Morphological Anti-Aliasing (MLAA), первоначально разработанное Intel. В нем для вычислений используются не шейдерные процессоры видеокарты, а центральный процессор компьютера. Эта реализация дает меньшую размытость изображения, но взамен обладает другим недостатком — прозрачные текстуры она не сглаживает.
Субпиксельное сглаживание (SMAA и CMAA)
Сглаживание на основе постобработки — самое быстрое, но из-за размытости изображения подходит далеко не во всех ситуациях. Именно поэтому в начале второго десятилетия в игровых проектах появилось дальнейшее развитие технологий FXAA и MLAA. Оно получило название Subpixel Morphological Anti-Aliasing (SMAA). К созданию данного типа сглаживания приложили руку разработчики небезызвестных игр серии Crysis и оригинального Far Cry — компания Crytek.
Эта технология, как и множественная краевая выборка, насчитывает несколько реализаций. Самая простая из них — SMAA 1x. Этот алгоритм был создан на основе MLAA, и в новой реализации гораздо менее агрессивно работает с краями, практически не замыливая итоговое изображение.
Более сложный и качественный SMAA T2x вдобавок к этой технике использует временную компоненту. Реже встречающийся SMAA S2x вместо временной компоненты комбинирует постобработку с MSAA 2x. Старший, но при этом достаточно редко встречающийся в игровых проектах SMAA 4x комбинирует все вышеописанные способы, позволяя добиться максимального качества. Однако, в отличие от младших режимов, штраф производительности у него самый большой. Две базовые реализации SMAA — 1x и T2x — достаточно легки и не сильно влияют на производительность, чаще всего отнимается лишь несколько процентов. При этом они не мылят картинку, а по качеству T2x не сильно уступает младшим вариантам MSAA.
Благодаря комбинации методов SMAA 1x и FXAA появилось еще одно прогрессивное сглаживание — Conservative Morphological Anti-Aliasing (CSAA). Сочетая преимущества обоих типов, оно мылит изображение меньше FXAA, но при этом сглаживает линии лучше базового SMAA 1x. Производительность при таком методе практически не страдает, но по распространенности в играх CMAA уступает старшему брату.
Временное сглаживание (TAA, TXAA, MFAA, TSSAA и DLAA)
В годы появления SMAA NVIDIA уже работала над новым типом сглаживания, и вскоре после выхода GeForce 600 серии представила его публике. Оно получило название Temporal approXimate Anti-Aliasing (TXAA). Реализация от NVIDIA была разработана для ее собственных карт GeForce. И хотя начало было положено именно TXAA, популярность получила похожая по принципу работы технология Temporal Anti-Aliasing (TAA), которая работает на любых видеокартах. Именно она является самым распространенным типом сглаживания в современных игровых проектах на сегодняшний день.
Механизм временного сглаживания отличается от привычных методов использованием в качестве основы сглаживаемой картинки не только текущего, но и прошлых кадров изображения. При таком сглаживании в одном кадре используется только одна выборка. Движок игры собирает информацию о векторах движения объектов в каждом кадре, и для построения каждого нового кадра со сглаживанием использует сэмплы из прошлых кадров.
Такой подход дает качественное изображение, особенно в статике — где-то на уровне гибридного подхода AAA, часто превосходя MSAA. А в движении, благодаря используемой информации от прошлых кадров, не возникает мерцания, как при использовании MSAA и основанных на ней техник. Но есть у этого метода недостатки, несвойственные другим типам сглаживаний. Первый — размытость. В отличие от FXAA, который «мылит» все подряд, TAA часто переусердствует с тонкими линиями и краями, в результате чего они выглядят специфически «толсто» и довольно неестественно. Второй недостаток — шлейфы объектов, которые могут возникнуть при быстром движении камеры.
Несмотря на это, штраф к производительности у TAA небольшой — чуть выше SMAA, на уровне или чуть ниже MSAA 2x. Именно поэтому TAA и его разновидности являются основными типами сглаживания в современных играх. В некоторых проектах он даже сделан неотключаемым без возможности выбора альтернативного метода сглаживания. К тому же, по мере доработки алгоритмов, точность и качество такого сглаживания можно улучшить для каждой отдельной игры, что было невозможно с классическими методами сглаживания.
В 2015 году специально для карт линейки GeForce 900 NVIDIA представила Multi Frame Anti-Aliasing (MFAA). Он является комбинацией TAA с MSAA, являясь менее требовательным по сравнению с последним. Широкого распространения метод не получил, ограничившись лишь несколькими игровыми проектами.
Помимо вышеописанных методов, существует еще TSSAA — Temporal Super Sampling Anti-Aliasing, то есть комбинация возможностей TAA и SSAA. Он более качественный, но при этом и более «тяжелый» для графического оборудования. Нативно TSSAA можно найти лишь в нескольких игровых проектах. Сейчас разработчики предпочитают разделять TAA и SSAA, представляя последний как масштаб рендера в настройках игры. Такой подход более гибкий и позволяет точнее подстраиваться под производительность конфигурации.
Недавно компанией NVIDIA был представлен ещё один вид временного сглаживания — Deep Learning Anti-Aliasing (DLAA). Он комбинирует методы TAA с вычислениями на тензорных ядрах, присутствующих только в картах серии RTX.
Временное сглаживание на основе масштабирования (DLSS и FSR 2.0)
Временное масштабирование, если закрыть глаза на его небольшие недостатки, является лучшим способом сохранить качество при минимальных потерях производительности. Но появление трассировки лучей в 2018 году сделало поддерживающие её игровые проекты очень тяжелыми для рендера даже без всяких сглаживаний, а уж со сглаживанием — и тем более.
Именно поэтому после появления карт серии RTX компания NVIDIA представила технологию масштабирования Deep Learning Super Sampling (DLSS), которая была призвана убить двух зайцев одновременно: и производительность повысить, и про сглаживание при этом не забыть. В основе метода лежит все то же временное масштабирование, но с одним трюком. Если при обычном TAA каждый кадр рендерится в исходном разрешении, то при активном DLSS разрешение рендера меньше исходного. Несколько кадров пониженного разрешения алгоритм склеивает в один на основе все тех же векторов движения, образуя итоговую картинку. За счет рендера в меньшем разрешении поднимается производительность, за счет временной компоненты — добавляется сглаживание.
Для работы DLSS использует специальные тензорные ядра, входящие в состав видеокарт RTX. Первая версия DLSS, увидевшая свет в начале 2019, требовала предварительного обучения нейросети на суперкомпьютерах для каждой определенной игры, а в процессе работы постоянно сопоставляла картинку с эталонными примерами, «вшитыми» в игру. Это было достаточно неудобно для разработчиков и затрудняло внедрение алгоритма в большое количество игр. DLSS 2.0, датируемая 2020 годом, исправила эту недоработку, научив нейросеть анализировать картинку «на лету». Внедрять вторую версию технологии тоже стало легче, и вскоре ее стали поддерживать многие крупные игровые движки. Текущая версия DLSS поддерживает четыре пресета качества, отличающиеся входным разрешением. Благодаря этому можно гибко регулировать работу технологии для достижения нужной производительности. Качество изображения в старших режимах достаточно близко к нативной картинке со сглаживанием TAA.
Как и в случае с временным сглаживанием, уникальной для собственного железа разработка NVIDIA была недолго. Уже в этом году AMD выпустила на рынок аналогичную открытую технологию без привязки к определенному «железу» — Fidelity FX Super Resolution 2.0 (FSR 2.0).
Первая версия FSR представляла масштабирование с похожим на FXAA алгоритмом сглаживания. А вот вторая, как и DLSS, является масштабированием на основе временного сглаживания, только без задействования специфических тензорных ядер — в варианте AMD аналогичную работу выполняют шейдеры. К тому же, внедрить ее в игровые проекты при поддержке последними TAA очень просто, что в ближайшем будущем явно поспособствует массовому распространению FSR 2.0.
Как показывают тесты, FSR 2.0 при одинаковом исходном разрешении не уступает DLSS 2.0 ни в качестве, ни в производительности. Как и конкурент, разработка AMD имеет четыре пресета, благодаря которым можно гибко управлять работой технологии для достижения компромисса между качеством и производительностью.
Итоги
Сглаживание в играх прошло долгий путь, на всем протяжении которого уменьшалось его влияние на производительность: SSAA мог просадить количество кадров в несколько раз, а современные технологии масштабирования DLSS и FSR, наоборот, могут повысить производительность.
По этой причине раньше качественное сглаживание было доступно только топовым видеокартам, а сейчас его можно получить и на бюджетных — иногда почти «бесплатно», а иногда еще и вдобавок к повышенной производительности. Технологии временного сглаживания вытесняют прошлые разработки, и в ближайшем будущем их работа будет только совершенствоваться, радуя глаз игроков еще более четкой и сглаженной картинкой без отрицательного влияния на производительность.
Виды сглаживания и их особенности
Что такое сглаживание? Какие виды существуют? Начнём немного разбираться в рамках данной статьи. Постараемся охватить все, которые существуют, но некоторые всё равно останутся за «кадром» в связи с их большим количеством, а также текущей неактуальностью. Да, некоторые методы активно используются разработчиками тех же игр, другие же — достаточно редкие гости в тех или иных приложениях. Про каждый из методов сглаживания вы сможете более подробно ознакомиться в интернете, т. к. в рамках одной статьи это слишком объёмный материал и по большинству из сглаживаний можно писать по отдельной статье. А пока мы с вами приступим к рассмотрению некоторой терминологии.
Сглаживание (Anti-aliasing) — это метод компьютерной графики, который пытается минимизировать нежелательные «лесенки» или неровные контуры объектов, которые возникают из-за ограниченного разрешения в 3D-рендерерах, по сути путём «сглаживания» этих линий.
Необходимо ещё затронуть несколько терминов, среди которых выборка, репрезентативность выборки и генеральная совокупность, а также шейдеры.
«Генеральная совокупность — это совокупность всех объектов или наблюдений, относительно которых исследователь намерен делать выводы при решении конкретной задачи».
Выборка — это ограниченная по численности группа объектов, отбираемая из определённого множества или совокупности для изучения их свойств. Тем самым изучение с помощью выборки свойств определённой совокупности называется выборочным исследованием.
Выборка должна соответствовать определённым критериям, чтобы была возможность обобщить и распространить её на генеральную совокупность. Основные критерии — это репрезентативность выборки и статистическая достоверность результатов.
Репрезентативность выборки, если говорить более простым языком — это её представительность, т. е. способность выборки представить явления или объекты достаточно полно с точки зрения их изменчивости в генеральной совокупности.
«Шейдер — это программа для графического процессора, которая используется в трёхмерной графике для определения окончательных параметров объекта или изображения. Кроме этого она может включать в себя описание поглощения и рассеяния света, наложения текстуры, отражения и преломление, затенение, смещение поверхности и множество других параметров».
Ниже мы перейдём к оглавлению. Материала достаточно много — вы можете выбрать только тот пункт, который вас интересует, либо ознакомиться со всей статьёй целиком.