Что такое антиалиасинг: Digital Foundry о технологиях «сглаживания»

«Лесенка» и другие проблемы.

Digital Foundry, техническое подразделение Eurogamer, выпустило видео о технологиях «сглаживания» (anti-aliasing). Эксперты рассказали о преимуществах и недостатках различных видов антиалиасинга, а мы выбрали из видео главное.

Большинство игроков имеет представление о том, что такое «сглаживание» (anti-aliasing) — это технология, устраняющая «зазубрины». Однако сейчас этим словом обозначают сразу несколько совершенно разных технологий — графические движки становятся всё более сложными, а вслед за ними становятся более сложными и разнообразными методы борьбы с «зазубринами».

Чтобы понять, что такое «антиалиасинг», сначала нужно разобраться, что такое «алиасинг» — именно типами «алиасинга» определяются методы борьбы с ним. Алиасинг — это резкое изменение в визуальной информации, мешающее игроку воспринимать её как нечто непрерывное. Это может быть резкий переход между пикселями, между группами пикселей или между кадрами.

Самый распространённый тип алиасинга — знакомая всем «лесенка», встречающаяся при работе с полигональной геометрией или с растровой графикой. Она возникает при резком переходе между пикселями.

C этой проблемой призван бороться метод «сглаживания» под названием Ordered Grid Super Sampling — это увеличение плотности пикселей. Теперь мы имеем четыре пикселя вместо одного и плавное перетекание вместо резкого перехода. Главная проблема этого метода очевидна: если заменить каждый пиксель на набор из четырёх, это не может не сказаться на производительности.

Менее требователен к системе метод под названием MSAA (Multisample Anti-aliasing), увеличивающий плотность пикселей выборочно, на границах определённых полигональных объектов. Конечно же, такой метод гораздо менее требователен к производительности, чем SSAA, увеличивающий количество всех пикселей в четыре раза.

Эти методы позволяют решить проблемы со статичным изображением, но к ситуациям, в которых алиасинг возникает в результате движения, нужен другой подход. В качестве примера эксперт Digital Foundry использует соломенную крышу из третьего «Ведьмака» — на статичных скриншотах она выглядит потрясающе, но на видео начинает «рябить». В этом случае проблема возникает внутри текстуры, а не по её краям. MSAA тут делу не поможет, а SSAA будет слишком сильно нагружать систему.

От ряби можно избавиться, просто снизив уровень детализации конкретного объекта — этот метод носит название Mip Map. Снижение количества пикселей в текстуре, находящейся на расстоянии, может не только повысить производительность, но и избавить её от ряби и прочих неприятных визуальных эффектов.

Ещё один вид алиасинга связан с переходом между кадрами. Предыдущий кадр может оставлять визуальный след в текущем — объекты будто бы оказываются в двух местах одновременно. Эта проблема не исчезает полностью ни при тридцати, ни при шестидесяти кадрах в секунду — чтобы избавиться от неё, необходима частота в несколько тысяч кадров в секунду и дисплей, способный работать на такой частоте.

На всё многообразие проявлений алиасинга у разработчиков неизменно находятся эффективные ответы — методы борьбы постоянно совершенствуются. Например, в последнее время MSAA встречается в играх всё реже, а популярность приобретает метод PPAA (Post Process Anti-Aliasing), в частности FXAA и SMAA. Его суть заключается в том, что «сглаживание» производится постфактум — уже после того, как изображение было создано. У этого метода есть и недостатки — например, нестабильность изображения, вызванная разницей между двумя следующими друг за другом кадрами после обработки. К тому же при использовании PPAA часть изображения может стать чересчур «сглаженной», или, наоборот, остаться «острой».

Эти проблемы можно решить, если предоставить алгоритму постобработки больше информации. Существуют методы «сглаживания», способные обрабатывать каждый новый кадр на основе предыдущего. Это позволяет добиться эффекта, не уступающего в «гладкости» требовательному SSAA, задействовав гораздо меньше ресурсов.

Здесь тоже есть свои проблемы — изображение, созданное на основе предыдущих кадров, может «сгладиться» слишком сильно. Сейчас с этим тоже научились бороться: теперь один алгоритм занимается сглаживанием, а другой, сразу же вслед за ним, «заострением».

Однако технология TAA (Temporal Anti-aliasing) обостряет проблему перехода между кадрами, о которой было сказано ранее. С ней разработчики борются при помощи старого доброго «размытия» (blur), столь нелюбимого многими игроками. По мнению эксперта Digital Foundry, от «блюра» нам никуда не деться — по крайней мере, пока мы не сможем позволить себе несколько тысяч кадров в секунду.

В финале видео эксперт составляет краткую памятку для тех, у кого возникают проблемы с выбором метода «сглаживания».

SSAA — отличное качество, но очень требователен.

MSAA — полезен лишь в отдельных случаях, сейчас встречается редко.

TAA — отличное качество, не так требователен, как SSAA, но знаменит «блюром» и проблемами при переходе между кадрами.

PPAA — нормальное качество, не требователен, рекомендуется использовать в сочетании с каким-либо другим методом.