ACM Honored Class Shanghai Jiao Tong University Dolphin·Auditore 黄仁勋的完美AA教室 ACM Honored Class Shanghai Jiao Tong University Dolphin·Auditore

Index 什么是“狗牙” 反锯齿的目的与手段 反锯齿技术 结语 SSAA/DSR MSAA/CSAA FXAA TXAA MFAA A卡算法如EQAA, EDAA, TRAA, AAA, MLAA…… 结语

什么是狗牙 Aliasing/Jaggies 混叠现象/“狗牙” Anti-Aliasing 反锯齿/抗锯齿

锯齿的存在形式 静态： 动态： 图形边缘的锯齿 细长物件的部分消失——如远处的电缆 波纹的滚动——如细电线杆、草地 闪烁——如树叶 细长物件部分忽隐忽现——如坐在车上看远处的电缆

锯齿广泛存在 数字摄影 视频处理 视频游戏 日常应用

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反锯齿的意义 图像质量保真 消除恶心的动态锯齿 增强图像质量

反锯齿的手段 保持人眼到屏幕距离的前提下，增加ppi （以视网膜屏+屏距为上限，再往上则没有意义） 然而没有设备有个*用，然而有也根本跑不动 离屏幕越远越好（仍然以视网膜屏距为上限） 然而收到的信息量是二次方反比级下降的 使用反锯齿算法 注：在本PPT中您将不会见到任何AMD/ATI独占 或明确由AMD/ATI发明的的反锯齿算法保证 100%Nvidia

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不加反锯齿的后果很严重 此处省略两张图片

然而加了反锯齿的后果也很严重 性能 质量 质效比 性能>质量

实时演算需求太高 此处省略两张图片 帧数 4K/60Hz或4K三屏 VR FPS:60Hz ACT/TPS:40~50Hz RTS:20~30Hz Film/Anime:24Hz Gsync:144Hz 4K/60Hz或4K三屏 3840*2160*60Hz = 497664000/s 3840*2160*60Hz*8(256)*3 = 11943936000 = 12Gbps 参考： VGA （模拟）≈ 2.2Gbps HDMI1.2 = 4.95Gbps VR Oculus/Project Morpheus/HoloLens 75Hz->90Hz->120Hz

然而这些和反锯齿有个**关系？ 此处省略一张图片 图像算法基于采样

反锯齿的最坏代价：SSAA/DSR 此处省略一张图片 SSAA-Super Sampling Anti-Aliasing 超级采样反锯齿 DSR -Dynamic Super Resolution 动态超级分辨率 四倍性能消耗即 意味着1/4的帧率

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改进的采样算法：MSAA/CSAA MSAA-Multi-Sampling Anti-Aliasing 多重采样抗锯齿 对Z缓存（Z-Buffer）和模板缓存(Stencil Buffer) 中的数据进行超采处理 CSAA-Coverage Sampling Antialiasing 覆盖采样抗锯齿 覆盖边缘多边形里需要采样的子像素坐标，强制 安置在硬件和驱动程序预告算好的坐标中 近年来应用直接使用的较少

MSAA的缺陷 仅对Z缓存（Z-Buffer）和模板缓存(Stencil Buffer)中的数据进行超采处理 对纹理无效/对透明纹理后物体也无效 边缘极其多时性能就向超采靠齐

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不基于采样的黑科技算法-FXAA FXAA-Fast Approximate Anti-Aliasing （为何不叫FAAA）快速近似抗锯齿 一种基于着色器的后处理（不依赖GPU） -实际运用中与原运算无关，给张图片都能用 应用中没有写也没关系，可以驱动中启用

FXAA惊人的质效比 平均消耗大约为4%（大约每帧1ms，若一秒40 帧则每帧总共可以有25ms渲染时间） 单论反锯齿，其效果约相当于4XMSAA （注：4xMSAA的平均消耗大约50%） 质效比怒翻十倍！ 那么问题来了：我们为何不反复应用FXAA（如 三重FXAA）达到64倍反锯齿效果？！

FXAA-快速“近似”反锯齿 工作原理： 收到图像，在图像中寻找边缘（通过对比度）， 确认垂直锯齿像素与竖直锯齿像素，将它们转移 90度将它们变成亚像素，混合之后，搞定输出。 怎么听起来这么像涂抹工具？！

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然而由于反锯齿算法中性能>质量 FXAA在现今被广泛的运用 字幕只要注意别被AA了也能用 纹理等是损失了但是总比掉帧好啊 （参考面“实时演算需求太高”一张） 但当性能有剩余时，应尽量避免单独使用 建议MSAA混合使用，因MSAA对纹理无效

更加合理和高效的算法 此处省略一张图片 比如从非即时演算上找一些算法来

来自于CG和电影的反锯齿-TXAA TXAA-Temporal Anti-Aliasing 时间性抗锯齿 特点： 利用了……时间性过滤器、硬件抗锯齿以及定制的 CG 电影式抗 锯齿解算法 属于极高质量，但有中低性能的算法（FXAA则有极高性能） 理论上从截图中无法看出真正效果

TXAA的优缺点 优点： 缺点： TXAA 2X大约相当于8XMSAA的效果 同时性能消耗相当于4XMSAA 动态降低波纹和闪烁效果明显 基本保证纹理等其他非锯齿的质量 N卡独占！还必须要Kepler及以上的核心！ 缺点： 因为使用了时间性过滤器、硬件抗锯齿以及定制的 CG 电影式抗 锯齿解算法导致软件中应用需要额外成本 因为使用了时间性过滤器、硬件抗锯齿以及定制的 CG 电影式抗 锯齿解算法导致无法驱动级别启动 因为使用了时间性过滤器、硬件抗锯齿以及定制的 CG 电影式抗 锯齿解算法导致截图效果不好宣传都要靠视频

MSAA和TXAA的结合-MFAA MFAA-Multi-Frame Sampled Anti-Aliasing 多帧采样抗锯齿（为什么不叫MFSAA） 它基于MSAA的采样，加上了时间性滤镜 参考：TXAA使用了时间性过滤器、硬件抗锯齿以及定制的 CG 电影式抗锯齿解算法中的时间性滤镜 由于新核心Maxwell的AA采样位置并不固定（而 是光栅化的可编程采样位置）而得以实现

MFAA从两帧中用滤镜算出一帧的数据 此处省略一张图片

MFAA的特性： 优点： 缺点： 性能：MFAA=NoAA(1x)，2xMFAA=2xMSAA（95%）… 质量：MFAA=2xMSAA，2xMFAA=4xMSAA… 基于MSAA，故基本安全无副作用 可驱动级启动（不需要为每个应用写时间性过滤器、硬件抗锯齿 以及定制的 CG 电影式抗锯齿解算法） N卡独占！这次还必须要Maxwell及没有以上的核心！ 缺点： 作为新技术，目前应用中可直接开启的普及率不高 目前不支持sli

不断研究抗锯齿算法的意义 既然大家都是采样同级别时间复杂度，为何如此 深究 (除了FXAA这个O(1)反锯齿之外)

此处剩略两张图片

不断研究抗锯齿算法的意义 此处省略一张图片 采样抗锯齿与原本图形计算的复杂度同级别 原运算量：DXGI，HBAO+，PCSS， HairWorks，Surround / 3DVision / VR… 4XSSAA/4XDSR: 原运算量*3（帧数变为1/4) 4XMSAA: 约为原运算量的1/2（帧数变为65%） （视边缘多边形数量而定，较少时帧数可80%） 4XSSAA+4XDSR: 6480*3840*60Hz*4*4=…

Unreality makes a better reality. 虚拟，让现实更美好。

Reference 各个算法的百度百科 各个算法的维基百科 Nvidia技术介绍http://www.geforce.cn/hardware 以及各式实机评测

谢谢 Q&A