抗鋸齒

抗鋸齒

消除顯示器畫面凹凸鋸齒技術
反鋸齒(英語:anti-aliasing,簡稱AA),也譯為抗鋸齒或邊緣柔化、消除混疊、抗圖像折疊有損等。它是一種消除顯示器輸出的畫面中圖物邊緣出現凹凸鋸齒的技術,那些凹凸的鋸齒通常因為高分辨率的信号以低分辨率表示或無法準确運算出3D圖形坐标定位時所導緻的圖形混疊(aliasing)而産生的,反鋸齒技術能有效地解決這些問題。[1]它通常被用在數字信号處理、數字攝影、計算機繪圖與數碼音效等方面,柔化被混疊的數字信号。現在最新的全屏抗鋸齒可以有效的消除多邊形結合處(特别是較小的多邊形間組合中)的錯位現象,降低了圖像的失真度。
    中文名:抗鋸齒 外文名:anti-aliasing 别名:抗鋸齒或邊緣柔化 作用:消除顯示圖像邊緣凹凸鋸齒

出現的原因

由于高分辨率下的來源信号或連續的模拟信号能夠存儲較多的數據,但在通過取樣(sampling)時将較多的數據以較少的數據點代替,部分的數據被忽略造成取樣結果有損,使機器把取樣後的數字信号轉換為人類可辨别的模拟信号時造成彼此交疊且有損,在聲音中,便會出現刺耳、不和諧的音調或是噪音。同樣,在3D繪圖時,每個圖形由像素組成,每段瞬間畫面由幀組成,因為屏幕上的像素有限,如果要表現出多邊形的位置時,因技術所限,使用絕對坐标定位法是無法做到的,隻能使用在近似位置采樣來進行相對定位。由于沒有足夠的采樣來表現出3D世界中的所有物品的圖形,所以在最後圖像顯示上,這些現象便會造成在物品與物品中過渡的邊緣就會産生波浪狀、圓形、鋸齒和閃爍等有損現象,嚴重影響了畫面的質量。

介紹

由于在3D圖像中,受分辨的制約,物體邊緣總會或多或少的呈現三角形的鋸齒,而抗鋸齒就是指對圖像邊緣進行柔化處理,使圖像邊緣看起來更平滑,更接近實物的物體。它是提高畫質以使之柔和的一種方法。如今最新的全屏抗鋸齒(FullSceneAnti-Aliasing)可以有效的消除多邊形結合處(特别是較小的多邊形間組合中)的錯位現象,降低了圖像的失真度。全景抗鋸齒在進行處理時,須對圖像附近的像素進行2-4次采樣,以達到不同級别的抗鋸齒效果。簡單的說也就是将圖像邊緣及其兩側的像素顔色進行混合,然後用新生成的具有混合特性的點來替換原來位置上的點以達到柔化物體外形、消除鋸齒的效果。

相關分類

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後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後,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,最後輸出到顯示器,顯示出一幀畫面。這樣就等于把一幅模糊的大圖,通過細膩化後再縮小成清晰的小圖。如果每幀都進行抗鋸齒處理,遊戲或視頻中的所有畫面都帶有抗鋸齒效果。而将圖像映射到緩存并把它放大時,放大的倍數被用于分别抗鋸齒的效果,如:圖1,AA後面的x2、x4、x8就是原圖放大的倍數。 超級采樣抗鋸齒中使用的采樣法一般有兩種:

1.順序栅格超級采樣(Ordered Grid Super-Sampling,簡稱OGSS),采樣時選取2個鄰近像素。

2.旋轉栅格超級采樣(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隻對Z緩存(Z-Buffer)和模闆緩存(Stencil Buffer)中的數據進行超級采樣抗鋸齒的處理。可以簡單理解為隻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。

複蓋采樣抗鋸齒(CSAA)

複蓋采樣抗鋸齒(CoverageSampling Anti-Aliasing,簡稱CSAA)是nVIdia G80系列出現時一并出現的抗鋸齒技術。它的原理是将邊緣多邊形裡需要采樣的子像素坐标複蓋掉,抒原像素坐标強制安置在硬件和驅動程序預告算好的坐标中。這就好比采樣标準統一的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-ATI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。

快速近似抗鋸齒(FXAA)

快速近似抗鋸齒(Fast Approximate Anti-Aliasing) 它是傳統MSAA(多重采樣抗鋸齒)效果的一種高性能近似值。它是一種單程像素着色器,和MLAA一樣運行于目标遊戲渲染管線的後期處理階段,但不像後者那樣使用DirectCompute,而隻是單純的後期處理着色器,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。

時間性抗鋸齒(TXAA)

讓電影畫質的遊戲體驗達到逼真水平。

TXAA 抗鋸齒: 比 MSAA 和 FXAA 以及 CSAA 的畫質更高制作CG電影的電影制片廠會在抗鋸齒方面花費大量的計算資源,從而可确保觀衆不會因不逼真的鋸齒狀線條而分心。如果想要讓遊戲接近這種級别的保真度,那麼開發商需要全新的抗鋸齒技術,不但要減少鋸齒狀的線條,而且要減少鋸齒狀閃爍情形,同時還不降低性能。為了便于開發商實現這種保真度的提升,英偉達設計了畫質更高的抗鋸齒模式,名為TXAA.該模式專為直接集成到遊戲引擎中而設計。

與CG電影中所采用的技術類似,TXAA集MSAA的強大功能于複雜的解析濾鏡于一身,可呈現出更加平滑的圖像效果,遠遠超越了所有同類技術。此外,TXAA還能夠對幀之間的整個場景進行抖動采樣,以減少閃爍情形,閃爍情形在技術上又稱作時間性鋸齒。目前,TXAA有兩種模式:TXAA 2X和TXAA 4X。TXAA 2X可提供堪比8X MSAA的視覺保真度,然而所需性能卻與2XMSAA相類似;TXAA 4X的圖像保真度勝過8XMSAA,所需性能僅僅與4X MSAA相當。

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