NVIDIA的黑科技：MFAA超高效能抗鋸齒

    速度與畫質(zhì)一直都是3D游戲追求的兩大終極目標(biāo)，但很多時候，速度與畫質(zhì)總是魚和熊掌不可兼得，想要開啟高級特效必然會損失幀數(shù)導(dǎo)致流暢度下降，因此就需要硬件廠商不斷的研發(fā)出性能更強的GPU，也需要軟件廠商研發(fā)出更高效率的圖形技術(shù)。

    抗鋸齒（Anti-Aliasing，簡寫為AA）就是這樣一項很特別的圖形技術(shù)，它能夠明顯的改善游戲畫面表現(xiàn)力，同時也會讓游戲幀數(shù)大幅下降。所以多年以來，不論是顯卡廠商還是游戲開發(fā)商，都在努力的改進抗鋸齒效率，開發(fā)出新的抗鋸齒模式，讓游戲畫質(zhì)變得更好，同時也不至于讓性能損失太多。

    所以，大家一定聽過或者見過以下這些抗鋸齒中的一種甚至多種，如：MSAA、CSAA、CFAA、FXAA、TSAA……今天筆者就為大家詳細解讀3D游戲中的鋸齒是如何產(chǎn)生的，回顧最常見的MSAA技術(shù)的原理和優(yōu)缺點，最后介紹NVIDIA新開發(fā)的一種效率極高的抗鋸齒技術(shù)——MFAA。

● 為什么會產(chǎn)生鋸齒？

    我們知道，顯示屏是由一個個方塊像素點組成的，這些方塊像素點在顯示斜向或圓形物體時，會不可避免的在邊緣產(chǎn)生鋸齒狀的線條。就像馬賽克一樣，只不過是薄碼而已……

● 高分屏能否自動消除鋸齒？

    當(dāng)顯示器的分辨率或顯示屏的PPI（每英寸的像素數(shù)）足夠大時，人眼將無法看清具體的像素點，但相鄰像素之間的色彩差異也會產(chǎn)生明顯的錯落感，高分辨率/PPI由于像素變得非常細膩，可以同比縮小鋸齒，但仍不能完全消除鋸齒。

● 抗鋸齒技術(shù)是如何抵抗鋸齒的？

    前面說過，方塊像素顯示斜向或圓形物體時，鋸齒是無可避免的，抗鋸齒也無法消除鋸齒，但它能通過欺騙人眼的方法，讓鋸齒的棱角顯得不那么明顯：

    如上圖所示，方法就是對鋸齒所在位置的像素及相鄰像素進行比對采樣處理，計算出該像素應(yīng)該顯示多少比例的灰階值，而不是“非黑即白”的顯示模式。比如4xAA就是對每個像素采樣4次，原本該像素只有0、1兩種顯示模式，開啟4xAA后就能顯示0、1/4、1/2、3/4、1五種模式。

    如此一來，棱角分明的鋸齒邊緣，就會顯得比較模糊，色彩過渡比較自然，就不會那么刺眼了，鋸齒一定程度上被消除了。

● MSAA占據(jù)主導(dǎo)位置，4xMSAA使用最廣泛

    MSAA的全稱是Multi Sampling Anti-Aliasing，多重采樣抗鋸齒。MSAA只對Z緩存和模板緩存中的數(shù)據(jù)進行采樣處理，可以簡單理解為只對多邊形的邊緣進行抗鋸齒處理，而忽略非邊緣像素（因此可能會在一些特殊位置殘留一些鋸齒）。這樣的話，相比SSAA對畫面中所有數(shù)據(jù)進行處理，MSAA對資源的消耗需求大大減弱，因此MSAA在游戲中使用最廣泛，多年來一直占據(jù)主導(dǎo)位置。

    通常在游戲中會提供2x、4x、8x三種抗鋸齒級別，一般最常用的就是4x這種模式，因為4x和8x的畫質(zhì)差別已經(jīng)很小了。

● 開啟抗鋸齒性能損失有多大？

    可以看出，4x抗鋸齒雖然效果優(yōu)秀，但性能損失比較大，而2x性能損失最小，可以說效率最高。

● NVIDIA的黑科技：超高效能的MFAA

    鑒于高倍MSAA性能損失較大的問題，NVIDIA在MSAA的基礎(chǔ)上開發(fā)出了一種“投機取巧”的技術(shù)：Multi-Frame Sampled Anti-Aliasing（MFAA），從字面上來看它是MSAA的一個變種，可以翻譯為“多幀多重采樣抗鋸齒”。

    上圖為MFAA的工作原理，奇數(shù)幀在水平方向進行一次2xMSAA采樣，偶數(shù)幀在垂直方向進行另外一次2xMSAA采樣，然后通過軟件算法將其合成，最終的采樣結(jié)果與直接進行4xMSAA沒有區(qū)別。

    可能會有人擔(dān)心，對相鄰的兩幀進行兩次2xMSAA采樣合成會不會造成畫質(zhì)損失，尤其是當(dāng)畫面運動幅度較大時？其實MFAA都是對物體邊緣進行采樣，無論運動幅度多大都有固定的幾何軌跡，因此兩幀始終會在固定的像素點進行合成，不會產(chǎn)生錯亂，合成之后的采樣效果自然也不會與MSAA有啥區(qū)別。

● 4xMSAA的畫質(zhì)與4xMFAA完全相同，4xMSAA的性能接近與2xMSAA

4xMFAA的畫質(zhì)與4xMSAA沒有區(qū)別

    當(dāng)然，通過算法將兩次2xMSAA合成為4xMFAA，性能肯定會有損失的，NVIDIA官方稱性能損失會在5%以內(nèi)，這樣4xMFAA的性能自然會遠超4xMSAA，只是略低于2xMSAA。同理可以實現(xiàn)8xMFAA的性能遠超8xMSAA，略低于4xMSAA。

4xMFAA的幀數(shù)比4xMSAA高30%

    通過這樣一個簡單而有創(chuàng)意的技術(shù)，可以免費讓NVIDIA顯卡的抗鋸齒性能提高30%，這不是黑科技是什么^_^