讓視界更平滑

ｍａｌａｄａｎａ

小D是一個游戲玩家，看到很多游戲大作新鮮上市，比如《Call of Duty 5：World at War》、《極品飛車12》等。不過讓小D苦惱的是，這些游戲的畫面總有一些“很影響視覺效果”的地方，比如空中好好的電線，看上去偏偏就支離破碎；游戲畫面中的墻體邊緣也是犬牙交錯，而且無論怎么調節顯卡特效設置，都沒辦法讓它們更真實。這是怎么回事呢?看來，這抗鋸齒的知識，真的該好好普及一下了。

恐怕很多玩家都會有和小D一樣的苦惱，為什么游戲畫面看起來不精致呢?反而有種破碎或者粗糙感?好好的兩點間連接成的一條直線，電腦為什么就顯示出來有小格子甚至干脆丟失呢?難道電腦連一段漂亮而流暢的圓弧都畫不出來嗎?要解答這些問題，我們需要從電腦的顯示原理來探尋一下!

鋸齒的產生

假設我們需要畫一條曲線，應該怎么做呢?可以使用圓規，甚至直接用手在紙上隨便畫，我們畫出的線都是平滑的，和想象中的線條完全相同。但對計算機，特別是3D游戲來說，想得到平滑的線條是非常困難的。為了解釋清楚這個問題，我們先了解一個簡單的概念：采樣點。

對計算機來說，采樣是有條件的使用數據。比如我們需要將一個曲線描繪在計算機上，計算機必須確定曲線上每一個點的位置，才能記錄這個曲線。我們給計算機這樣的條件：建立一個26×18的方格陣列，將曲線通過的格子全部染色。

當我們在方格陣列上描繪出這些曲線通過的格子后，就完成了采樣工作。對計算機來說，下一步工作就是確定坐標，進行計算。我們可以清楚地看到，這些染色的方格連起來后形成的圖形非常粗糙、不平滑，并且這些方格的坐標難以代表原始的曲線，因此計算機顯示出來的線條并不是我們最開始繪制的平滑曲線，而是那些灰色的格子代表的非常粗糙的曲線。為什么會這樣?采樣點過少嗎?我們在一個確定的面積內最多只有26×18個采樣點，如果增加采樣點會怎么樣呢?

我們將同樣面積內的方格數量增加到55×48個，然后采用上述同樣的方法對曲線進行采樣。這次我們可以明顯看出，格子的數量增加后，采樣得出的曲線更為接近原始圖形，重要的是它更為平滑。

分辨率上升，每一個像素點更小，圖像更為細膩，鋸齒情況也大為減輕。但從本質上來說，這是數據更為精確的結果。在格子較多的系統中，相當于坐標的單位值更小，計算機的采樣點更精細，數據更為接近真實值，近似后誤差降低，因此，鋸齒現象就大大減少了。由此看來，分辨率越高，計算機采樣點越多，鋸齒現象就越少。

主流抗鋸齒技術介紹

抗鋸齒技術不僅僅是上文介紹的提高分辨率那么簡單。每一種技術，都有其最核心的部分存在。抗鋸齒技術最核心的部分就是算法。

目前在游戲和顯卡中使用最多的是全屏抗鋸齒技術，Full Scene Anti-aliasing(簡稱為FSAA)。FSAA對全屏幕所有的圖像都進行抗鋸齒處理。比較常見有以下幾種方法：

1．SSAA：超級采樣抗鋸齒

超級采樣抗鋸齒使用的方法正是我們在第二部分中介紹的方法。它通過將整個畫面的分辨率提高來得到更為平滑的畫面效果。比如19英寸顯示器(16:10)的分辨率為1440×900，SSAA在計算的時候，將分辨率大幅度提升，比如2880×1800，獲得更為精確的畫面數據后再將圖像顯示在1440×900的畫面上，效果自然更為平滑。

SSAA作為最早出現的一種抗鋸齒技術，從Radeon7000系列顯卡到GeForce 256等老顯卡都支持，甚至在后期的Voodoo顯卡中都提供了對SSAA的支持。但是，這種技術對顯卡的資源耗費巨大，提升分辨率來抗鋸齒的方式看似非常簡單，實際上還是有大量的不需要抗鋸齒的部分也被納入了計算范圍，浪費了顯卡的資源。

2．MSAA：多重采樣抗鋸齒

由于SSAA浪費資源比較嚴重，因此各家廠商都開發了更先進的MSAA抗鋸齒技術，ATI和NVDIA的顯卡都對這種抗鋸齒技術提供了大力支持。

MSAA的原理很簡單，它只對畫面中多邊形的邊緣部分做抗鋸齒處理。比如一個紅色的圓，只對圓周作抗鋸齒多重采樣計算，但是圓周以內的部分則不會處理。這樣就大幅度降低了顯卡的計算壓力，也一躍成為了最有效的抗鋸齒計算方法。MSAA的資源耗費只和圖像中采用的多邊形數量有關，因此在實際使用中有比較出色的表現。

不過，MSAA還是有問題，比如遇到了半透明的物體，如何采樣?其它諸如鐵絲網、密集草葉等，邊緣不明確或者無比復雜，如何抗鋸齒?因此，NVIDIA提出了透明抗鋸齒、ATI提出了自適應抗鋸齒技術，來專門針對如鐵絲網、樹葉等部位，采用額外的采樣計算甚至局部使用SSAA技術，強行進行抗鋸齒處理。

3．G80中出現的CSAA和R600采用的CFAA

CSAA是NVIDIA在G80中全新推出的一種抗鋸齒技術。CSAA是對MSAA抗鋸齒技術的更深一步發展。舉例來說，如果使用16XMSAA，需要在周圍取得16個采樣點的色彩值和Z軸值，然后保存這些數值進行計算。而16XCSAA，則全部在被采樣的像素點中心取得色彩之和Z軸值，然后對比并去掉同樣的數據。一般來說，16XCSAA最后只需要保存4份色彩值和Z軸值即可。換句話來說，4XMSAA耗費的資源和16XCSAA是相同的，但是，16XCSAA的畫面效果相比4XMSAA勝出太多。

相比之下，ATI在R600上新采用的CFAA技術，也是MSAA技術的深化。它通過驅動判斷對視覺效果影響大的多邊形，然后針對這些多邊形進行有目的的處理，以較小的性能損失達到較高的MSAA效果。根據ATI給出的展示圖樣，8×CFSS的效果比8×CSAA效果要更好，邊緣更為平滑，鋸齒現象更為輕微。

抗鋸齒的故事我們就講到這里了。除了本文敘述的各種抗鋸齒技術外，AMD和NVIDIA還配合CrossFire和SLI技術開發出了更為精細，效果更出色的抗鋸齒技術。

相信看了本文后，玩家們在實際使用中也會更為注意抗鋸齒技術了。實際上，在保證性能的基礎上，打開抗鋸齒，獲得更為精美的畫面，何樂而不為呢?但是，面對形形色色的反鋸齒算法，游戲中該怎么進行設置?是直接選擇FSAA，還是NVIDIA或ATI自家的CSAA或CFAA呢?

下期我們將結合具體游戲教你使用好抗鋸齒，在打開抗鋸齒的情況下，減少顯卡的性能損失，敬請大家關注。