0
Perfekcyjny obraz to marzenie każdego gracza. Jednym ze sposobów osiągnięcie tego celu jest antyaliasing. Na czym polega wygładzanie krawędzi, ile jest sposobów i czy każdy może z niego korzystać? Sprawdź w naszym poradniku, co to jest antyaliasing.
Co to jest antyaliasing?
Antyaliasing to pochodzące z języka angielskiego pojęcie oznaczające wygładzanie krawędzi. Związane jest z technologią grafiki rastrowej. Aby zrozumieć, czym jest antyaliasing, w pierwszej kolejności należy wyjaśnić, czym jest grafika rastrowa.
Grafika rastrowa, zwana inaczej bitmapą jest sposobem prezentacji obrazu przy użyciu punktów rozlokowanych na prostokątnej siatce. Punkty te, zwane pikselami, są najmniejszymi widocznymi pojedynczymi elementami obrazu. Jedną z cech piksela jest określony kolor, zawsze tylko jeden. Drugą – kwadratowy kształt. I to właśnie on jest tu kluczowy.
Zobacz: Jakie znaczenie w grach ma V-Sync? Informacje o synchronizacji pionowej
Każdy obraz w grafice rastrowej złożony jest z tysięcy pikseli. Znajdując się obok siebie, mogą stworzyć określony kształt. Najłatwiejsze do stworzenia są pionowe lub poziome linie proste. Zbudowana z pikseli linia będzie miała regularny kształt bez poszarpanych krawędzi. Jest to możliwe ze względu na fakt, że tworzące ją piksele są jednakowej wielkości.
Świat rzeczywisty nie składa się jednak wyłącznie z pionowych lub poziomych linii. Już oddanie wyglądu skośnej prostej nastręcza trudności związanych ze schodkowaniem. Linia skośna zbudowana jest bowiem z szeregu pikseli, które są przesunięte względem siebie. Rezultatem jest powstanie struktury przypominającej z wyglądu właśnie schody. Odwzorowanie innych kształtów jest jeszcze trudniejsze. Najlepszymi przykładami, jak wygląda obiekt, gdy na krawędziach widać piksele są stare gry, np. te z lat 90.
Antyaliasing w grach – czyli jak poprawić grafikę
Najprostszym sposobem na poprawę grafiki jest zwiększenie rozdzielczości obrazu. Z im większej ilości mniejszych pikseli składa się obraz, tym mniej pikseli na ekranie widać (paradoksalnie im więcej pikseli, tym mniej widocznych pikseli). Dlatego właśnie obrazy lepiej wyglądają w rozdzielczości 4K niż w Full HD.
W nieodległej przyszłości jedynie wysoka rozdzielczość zapewne może wystarczyć, by dostrzeżenie pojedynczych pikseli stało się niemożliwe. Jak na razie nie jest jednak wystarczającym remedium na uzyskanie ostrego obrazu.
Receptą jest właśnie antyaliasing. Jako że tworzenie zagiętych krawędzi z kwadratowych pikseli nie jest możliwe niezależnie od rozdzielczości, stosuje się pewną sztuczkę. Polega ona na uzupełnianiu obrazu o piksele o różnej jasności. Kluczem jest dobranie jasności do odległości ich środków od linii prostej. Piksel, przez którego środek przechodzi linia prosta, będzie np. czarny, a piksele położone dalej będą miały odcienie szarości. Wadą tej metody jest nieznaczne rozmywanie się obrazu. Z tego względu powstał inny sposób na zniwelowanie efektu schodkowania.
Metodą tą jest sampling, czyli próbkowanie. Polega ona na renderowaniu obrazu w wysokiej rozdzielczości. Obraz taki jest następnie skalowany do rozdzielczości ekranu użytkownika. Dzięki temu grafika wyświetlona w niższej rozdzielczości (np. Full HD) może być bardziej szczegółowa, przypominając obraz wyświetlony np. w 4K. Próbkowanie jest techniką mocno obciążającą procesor i kartę graficzną komputera. Aby zredukować spadki wydajności, powstało kilka metod samplingu.
Rodzaje antyaliasingu w grach
Antyaliasing to świetne rozwiązanie problemu poszarpanych krawędzi. Z tego powodu złotego środka umożliwiającego poprawę grafiki w grach przy jednoczesnym zachowaniu właściwej wydajności podzespołów szukają m.in. producenci kart graficznych, Nvidia i AMD.
MSAA
Multisampling Antyaliasing polega na generowaniu obrazu w rozdzielczości wyższej niż docelowa. W tej technice próbkowany w wyższej rozdzielczości jest nie jeden, lecz większa liczba pikseli. Co więcej, w przypadku pikseli w tym samym kolorze, które znajdują się obok siebie, nie ma konieczności dokładnej analizy każdego z nich. Pozwala to zredukować moc obliczeniową procesora, a tym samym poprawić wydajność.
MSAA ma jednak pewną wadę. Powierzchnie przezroczyste i cienie nie są dobrze odwzorowane. Wynika to z faktu, że cieniowanie i wypełnianie teksturami odbywa się w rozdzielczości domyślnej, a nie podwyższonej tak jak rasteryzacja trójwymiarowego obiektu na dwuwymiarowej siatce pikseli.
Skorzystanie z dobrodziejstw tej technologii polecane jest posiadaczom mocnych kart graficznych. Słabsze układy nie są w stanie zapewnić wystarczającej wydajności, co skutkuje spadkiem wydajności nawet o kilkadziesiąt klatek na sekundę. Duże obciążenie podzespołów przyczyniło się do poszukiwania bardziej energooszczędnych rozwiązań. Owocem tych poszukiwań jest antyaliasing postprocesorowy.
FXAA
Jedną z postprocesorowych technik antyaliasingu jest opracowana przez Nvidię Fast Approximate Antyaliasing. Określenie „postprocesorowa” oznacza, że algorytmy wygładzające zaczynają działać już po wyrenderowaniu obiektu przez kartę graficzną. Zaletą tego rozwiązania jest dość niewielkie obciążenie procesora komputera. Niewielkie nie oznacza jednak, że niemal niezauważalne. Możliwy jest spadek wydajności o kilka lub kilkanaście klatek na sekundę.
W technologii FXAA analizowany jest każdy piksel. Pozwala to zidentyfikować nierówności i skorygować, zanim jeszcze wyrenderowany obraz zostanie wyświetlony na ekranie. Dodatkową korzyścią jest wykrywanie i poprawianie nierówności nie tylko na krawędziach, ale także wewnątrz wyświetlanych obiektów. Co więcej, FXAA dość dobrze radzi sobie z powierzchniami przezroczystymi i cieniami. Ze względu jednak na analizę samych pikseli, a nie całego obiektu zdarzają się błędy w obliczeniach skutkujące gdzieniegdzie postrzępionymi krawędziami.
TAA
Jest to kolejna z technik postprocesorowych stworzonych przez Nvidię. W przeciwieństwie do TXAA jest to standard otwarty, a więc możliwy do wykorzystania także przez posiadaczy kart graficznych innych niż Nvidia GeForce.
Temporal Antyaliasing jest metodą polegającą na analizowaniu obrazu z dwóch klatek. Algorytmy porównują obecnie wyświetlaną klatkę z poprzednią, co pozwala określić, gdzie powinny znaleźć się krawędzie obiektu. Dzięki temu możliwe jest wyeliminowanie efektu ząbkowania, czyli poruszających się krawędzi.
Wadą TAA jest delikatnie rozmazany obraz, co jest szczególnie widoczne w niższych rozdzielczościach. Słabość TAA tkwi bowiem w samym zamyśle – poleganie na informacji z poprzedniej klatki bywa przyczyną niewłaściwych obliczeń. Jest to szczególnie widoczne w dynamicznych scenach, gdzie brak pełnych danych z poprzedniej klatki prowadzi czasem do zjawiska ghostingu.
TAA jest rozwiązaniem wymagającym od procesora więcej mocy obliczeniowej niż FXAA. Przyczyną jest konieczność przechowywania danych na temat poprzedniej klatki. Mimo nieco większej zasobożerności niż FXAA korzystanie z TAA przez graczy posiadających słabsze karty graficzne nie odbije się znacząco na wydajności. Rekompensatą większego obciążenia procesora są również lepsze rezultaty niż w przypadku FXAA.
TXAA
Czym więc różni się TAA od TXAA? Po pierwsze z TXAA skorzystać mogą jedynie właściciele kart graficznych Nvidia GeForce. Po drugie TXAA jest wzbogacona o upscaling. TXAA łączy metodę analizy dwóch klatek ze skalowaniem obrazu z rozdzielczości wyższej do niższej. Pozwala to na redukcję efektu ząbkowania przy jednoczesnym uzyskaniu większej liczby detali. Krawędzie obiektów są dzięki temu mniej postrzępione i jednocześnie nie są rozmazane.
SMAA
Subpixel Morphological Antyaliasing łączy zalety FSAA, SSAA i stworzonego przez AMD MLAA. Pierwsza z metod, FSAA, polega na zlaniu poszarpanych krawędzi obiektów z otoczeniem, dzięki czemu są one mniej widoczne. Z SSAA zapożyczony został upscaling. Wszystkie obliczenia wykonywane są tak jak w MLAA, czyli postprocesorowo.
Łącząc zalety, SMAA eliminuje wady tych technik. Poprawa grafiki już po wyrenderowaniu umożliwia zredukowanie problemu dużej zasobożerności, które jest bolączką SSAA i FSAA. Z tego powodu SMAA uznaje się za antyaliasing o najlepszym stosunku wydajności do oferowanych możliwości.
DLSS – nowa sztuczka Nvidii
Sposobów na to, jak poprawić wygląd gier jest wiele. Wszystkie mogą jednak niedługo odejść do lamusa. Reguły gry może bowiem zmienić Deep Learning Super Sampling (DLSS).
Jednym z kluczowych komponentów pozwalających na działanie DLSS są rdzenie Tensor obecne w kartach GeForce. Od podstawowych rdzeni CUDA odróżnia ich to, że nie wykonują jednego, dokładnego obliczenia w jednym takcie zegara, lecz operują na macierzy 4 × 4, wykonując obliczenia z precyzją mieszaną. Przyspiesza to szybkość ich wykonywania, a tym samym umożliwia zwiększenie liczby generowanych klatek. Dzięki rdzeniom Tensor zwalniane są także zasoby potrzebne rdzeniom CUDA do renderowania grafiki.
Sprawdź: DLSS — co to jest? Czy dzięki DLSS gry wyglądają lepiej i działają płynniej?
Drugim elementem jest autoenkoder splotowy będący jednym z rodzajów sieci sztucznej inteligencji (AI). Stworzony obraz porównywany jest tym wygenerowanym w poprzedniej klatce. Otrzymując od silnika gry informację o wektorze ruchu, AI może przewidzieć, co znajdzie się w kolejnej klatce. Jest on następnie porównywany ze wzorcowymi grafikami stworzonymi w rozdzielczości 16K. AI analizuje różnice, starając się stworzyć obraz jak najbliższy modelowi.
Czy warto włączyć antyaliasing w grach?
Na to pytanie nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Zależy bowiem ona od trzech czynników: modelu procesora i karty graficznej oraz rodzaju antyaliasingu, z jakiego można skorzystać w danej grze. Jak zawsze jednak w świecie gamingu, także i tu działa uniwersalna zasada, że im mocniejszy komputer, tym lepiej.
Antyaliasing to świetny sposób na poprawienie wrażeń wizualnych podczas rozgrywki. Choć żadna z jego odmian nie jest doskonała, zalety, jakie daje, przeważają nad wadami. Technologia takie jak DLSS jest przykładem ciągłej ewolucji antyaliasingu, co w przyszłości zapewne pozwoli cieszyć się z pięknej oprawy wizualnej niezależnie od posiadanego sprzętu. Być może ewolucja ta nie będzie jednak potrzebna. Zasady gry na zawsze zmienić może bowiem granie w chmurze.
Źródło obrazka głównego: pcmod.pl
