抗锯齿技术革命:FX/TXAA画质性能实测

● 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。

    超级采样抗锯齿中使用的采样法一般有两种：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。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。

● 自适应抗锯齿（AAA）

    MSAA虽然得到了大量使用，但有一个重要缺陷就是不能处理Alpha材质，因此在一些栅栏、树叶、铁丝网等细长的物体上就不能起作用了。为了解决这种问题，ATI在X1000系列加入了自适应（Adaptive）抗锯齿，通过额外的多重采样甚至是超级采样来强制提升画质。自适应抗锯齿可以专门针对Alpha材质选择性的进行多级或是超级采样，这样就比完全采用SSAA拥有更低的性能损失，画面质量依旧完美！

● 覆盖采样抗锯齿（CSAA）

　　覆盖采样抗锯齿（CoverageSampling Anti-Aliasing，简称CSAA）是NVIDIA G80系列出现时一并出现的抗锯齿技术。它的原理是将边缘多边形里需要采样的子像素坐标覆盖掉，抒原像素坐标强制安置在硬件和驱动程序预告算好的坐标中。这就好比采样标准统一的MSAA，能够最高效率地运行边缘采样，交通提升非常明显，同时资源占用也比较低。

● 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。

● 形态抗锯齿（MLAA）

    从G80发布至今，NVIDIA的CSAA技术得到了越来越多游戏开发商的认可，相信很多玩家都注意到了，现在不少游戏都直接在菜单中提供了CSAA选项，N卡用户不用进入驱动控制面板就能非常方便的调用。而AMD的CFAA虽然从HD2000时代已经沿用到了HD5000时代，但几乎无人问津。

    到了HD6000时代，AMD抛弃了实用价值并不高的CFAA，开发了一种新的抗锯齿方案——Morphological AA，直译为形态抗锯齿。这种抗锯齿采用了DirectCompute计算技术来进行高效率的后处理器过滤，新的抗锯齿模式适用范围比传统的MSAA更广，而且精度最高可达24x，效率方面比SSAA（超级采样抗锯齿）快很多，与最高精度的CFAA差不多，但画质要更好。

● MLAA的进化——SMAA

   SMAA核心原理来源MLAA。由于SMAA技术来源于MLAA，因此该技术的首要工作仍是利用MLAA技术平滑锯齿。SMAA技术需要做的—改进边缘检测算法。一帧图像中的边缘有很多，但并非每一条都需要处理。据研究，若周围区域里存在一条颜色反差较大的边缘时，人的视觉系统会忽略对比度相对较低的边缘，因此可以把低对比度的部分从处理过程中早早剔除，保留图像的锐度，同时节约了处理时间。

    占据高对比度优势的边缘将对下方的其余边缘产生遮盖作用，通常情况下人的注意力将集中在高对比度的边缘上。若是使用MLAA技术，在抗锯齿处理时，不考虑对比度的影响就会带来位居中间的图样，它对不该处理的边缘也做了处理，导致了一串不平滑的颜色改变。而将对比度纳入考量的SMAA技术则会形成，此时颜色过渡就更为平滑。若使用MLAA技术，像素的每条边都需要访问所有边。而使用SMAA技术后大大降低了访问次数。

    强大的“启发式模糊”，稳定性，对锐度的保留，只有MSAA十分之一的处理速度，SMAA在MLAA开辟的道路上迈出了更坚实的一步。

● 快速近似抗锯齿FXAA（Fast Approximate Anti-Aliasing）

    快速近似抗锯齿（Fast Approximate Anti-Aliasing）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。FXAA在得到与MSAA相近的画面品质时，运行帧率却能高出一倍。

    随着开普勒显卡GK104系列驱动的推出，FXAA正式加入驱动面板中，玩家可以通过驱动面板选择打开FXAA，而且FXAA几乎可以应用于所有3D游戏中。

● 新型抗锯齿技术：TXAA

    TXAA是全新一代硬件渲染的抗锯齿技术，可以提供电影级别的画面品质，专为发挥高端NVIDIA显卡强大的纹理性能而设计。TXAA将会通过HDR后处理管线从硬件层面上提供颜色矫正处理。目前TXAA分为TXAA1、TXAA2两个级别，TXAA1可以实现8x MSAA的效果，执行效率与2x MSAA相当，而TXAA2则会提供更高的画面品质。