抗锯齿

编辑:泛滥网互动百科 时间:2020-07-03 23:43:14
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抗锯齿(英语:anti-aliasing,简称AA),也译为抗锯齿或边缘柔化、消除混叠、抗图像折叠有损等。它是一种消除显示器输出的画面中图物边缘出现凹凸锯齿的技术,那些凹凸的锯齿通常因为高分辨率的信号以低分辨率表示或无法准确运算出3D图形坐标定位时所导致的图形混叠(aliasing)而产生的,反锯齿技术能有效地解决这些问题。它通常被用在在数字信号处理数字摄影电脑绘图与数码音效及电子游戏等方面,柔化被混叠的数字信号。
中文名
抗锯齿
外文名
anti-aliasing
别    名
抗锯齿或边缘柔化
作    用
消除显示图像边缘凹凸锯齿

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抗锯齿出现的原因

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由于高分辨率下的来源信号或连续的模拟信号能够存储较多的数据,但在通过取样(sampling)时将较多的数据以较少的数据点代替,部分的数据被忽略造成取样结果有损,使机器把取样后的数字信号转换为人类可辨别的模拟信号时造成彼此交叠且有损,在声音中,便会出现刺耳、不和谐的音调或是噪音。同样,在3D绘图时,每个图形由像素组成,每段瞬间画面由组成,因为屏幕上的像素有限,如果要表现出多边形的位置时,因技术所限,使用绝对坐标定位法是无法做到的,只能使用在近似位置采样来进行相对定位。由于没有足够的采样来表现出3D世界中的所有物品的图形,所以在最后图像显示上,这些现象便会造成在物品与物品中过渡的边缘就会产生波浪状、圆形、锯齿和闪烁等有损现象,严重影响了画面的质量。

抗锯齿分类

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超级采样抗锯齿(SSAA)
超级采样抗锯齿(Super-Sampling Anti-aliasing,简称SSAA)此是早期抗锯齿方法,比较消耗资源,但简单直接,先把图像映射到缓存并把它放大,再用超级采样把放大后的图像像素进行采样,一般选取2个或4个邻近像素,把这些采样混合起来后,生成的最终像素,令每个像素拥有邻近像素的特征,像素与像素之间的过渡色彩,就变得近似,令图形的边缘色彩过渡趋于平滑。再把最终像素还原回原来大小的图像,并保存到帧缓存也就是显存中,替代原图像存储起来,最后输出到显示器,显示出一帧画面。这样就等于把一幅模糊的大图,通过细腻化后再缩小成清晰的小图。如果每帧都进行抗锯齿处理,游戏或视频中的所有画面都带有抗锯齿效果。而将图像映射到缓存并把它放大时,放大的倍数被用于分别抗锯齿的效果,如:图1,AA后面的x2、x4、x8就是原图放大的倍数。 超级采样抗锯齿中使用的采样法一般有两种:
1.顺序栅格超级采样(Ordered Grid Super-Sampling,简称OGSS),采样时选取2个邻近像素。
2.旋转栅格超级采样(Rotated Grid Super-Sampling,简称RGSS),采样时选取4个邻近像素。
多重采样抗锯齿(MSAA)
多重采样抗锯齿(MultiSampling Anti-Aliasing,简称MSAA)是一种特殊的超级采样抗锯齿(SSAA)。MSAA首先来自于OpenGL。具体是MSAA只对Z缓存Z-Buffer)和模板缓存(Stencil Buffer)中的数据进行超级采样抗锯齿的处理。可以简单理解为只对多边形的边缘进行抗锯齿处理。这样的话,相比SSAA对画面中所有数据进行处理,MSAA对资源的消耗需求大大减弱,不过在画质上可能稍有不如SSAA。
覆盖采样抗锯齿(CSAA)
覆盖采样抗锯齿(CoverageSampling Anti-Aliasing,简称CSAA)是nVidia在G80及其衍生产品首次推向实用化的AA技术,也是目前nVidia GeForce 8/9/G200系列独享的AA技术。CSAA就是在MSAA基础上更进一步的节省显存使用量及带宽,简单说CSAA就是将边缘多边形里需要取样的子像素坐标覆盖掉,把原像素坐标强制安置在硬件和驱动程序预先算好的坐标中。这就好比取样标准统一的MSAA,能够最高效率的执行边缘取样,效能提升非常的显著。比方说16xCSAA取样性能下降幅度仅比4xMSAA略高一点,处理效果却几乎和8xMSAA一样。8xCSAA有着4xMSAA的处理效果,性能消耗却和2xMSAA相同。[1] 
可编程过滤抗锯齿(CFAA)
可编程过滤抗锯齿(Custom Filter Anti-Aliasing)技术起源于AMD-ATI的R600家庭。简单地说CFAA就是扩大取样面积的MSAA,比方说之前的MSAA是严格选取物体边缘像素进行缩放的,而CFAA则可以通过驱动和谐灵活地选择对影响锯齿效果较大的像素进行缩放,以较少的性能牺牲换取平滑效果。显卡资源占用也比较小。
快速近似抗锯齿(FXAA)
快速近似抗锯齿(Fast Approximate Anti-Aliasing) 它是传统MSAA(多重采样抗锯齿)效果的一种高性能近似值。它是一种单程像素着色器,和MLAA一样运行于目标游戏渲染管线的后期处理阶段,但不像后者那样使用DirectCompute,而只是单纯的后期处理着色器,不依赖于任何GPU计算API。正因为如此,FXAA技术对显卡没有特殊要求,完全兼容NVIDIA、AMD的不同显卡(MLAA仅支持A卡)和DX9、DX10、DX11。
时间性抗锯齿(TXAA)
让电影画质的游戏体验达到逼真水平。
TXAA 抗锯齿: 比 MSAA 和 FXAA 以及 CSAA 的画质更高,制作CG电影的电影制片厂会在抗锯齿方面花费大量的计算资源,从而可确保观众不会因不逼真的锯齿状线条而分心。如果想要让游戏接近这种级别的保真度,那么开发商需要全新的抗锯齿技术,不但要减少锯齿状的线条,而且要减少锯齿状闪烁情形,同时还不降低性能。为了便于开发商实现这种保真度的提升,英伟达设计了画质更高的抗锯齿模式,名为TXAA.该模式专为直接集成到游戏引擎中而设计。与CG电影中所采用的技术类似,TXAA集MSAA的强大功能与复杂的解析滤镜于一身,可呈现出更加平滑的图像效果,远远超越了所有同类技术。此外,TXAA还能够对帧之间的整个场景进行抖动采样,以减少闪烁情形,闪烁情形在技术上又称作时间性锯齿。目前,TXAA有两种模式:TXAA 2X和TXAA 4X。TXAA 2X可提供堪比8X MSAA的视觉保真度,然而所需性能却与2XMSAA相类似;TXAA 4X的图像保真度胜过8XMSAA,所需性能仅仅与4X MSAA相当。[2] 
多帧采样抗锯齿(MFAA)
NVIDIA英伟达)根据MSAA改进出的一种抗锯齿技术。目前只有使用麦克斯韦架构GPU的显卡才可以使用。在 Maxwell 上,英伟达推出了用于光栅化的可编程采样位置,它们被存储在随机存取存储器 (RAM) 中。如此一来便为更灵活、更创新的全新抗锯齿技术创造了机会,这类抗锯齿技术能够独特地解决现代游戏引擎所带来的难题,例如高画质抗锯齿对性能的更高要求。只要在NVIDIA控制面板里为程序开启MFAA并在游戏中选择MSAA就可以开启。画面表现明显强于同级别的MSAA,这种全新抗锯齿技术在提升边缘画质的同时能够将性能代价降至最低。通过在时间和空间两方面交替使用抗锯齿采样格式,4xMFAA 的性能代价仅相当于 2xMSAA,但是抗锯齿效果却与 4xMSAA 相当。[3] 
支持MFAA的显卡GPU):GTX TITAN Z、GTX TITAN X、GTX980Ti、GTX980、GTX970、GTX960、GTX950[4] 
参考资料
词条标签:
计算机学