论文部分内容阅读
抗锯齿（Anti-Aliasing，简写为AA）就是这样一项很特别的图形技术，它能够明显的改善游戏画面表现力，同时也会让游戏帧数大幅下降。所以多年以来，不论是显卡厂商还是游戏开发商，都在努力的改进抗锯齿效率，开发出新的抗锯齿模式，让游戏画质变得更好，同时也不至于让性能损失太多。
速度与画质一直都是3D游戏追求的两大终极目标，但很多时候，速度与画质总是鱼和熊掌不可兼得，想要开启高级特效必然会损失帧数导致流畅度下降，因此就需要硬件厂商不断的研发出性能更强的GPU，也需要软件厂商研发出更高效率的图形技术。
抗锯齿（Anti-Aliasing，简写为AA）就是这样一项很特别的图形技术，它能够明显的改善游戏画面表现力，同时也会让游戏帧数大幅下降。所以多年以来，不论是显卡厂商还是游戏开发商，都在努力的改进抗锯齿效率，开发出新的抗锯齿模式，让游戏画质变得更好，同时也不至于让性能损失太多。
所以，大家一定听过或者见过以下这些抗锯齿中的一种甚至多种，如：MSAA、CSAA、CFAA、FXAA、TSAA……今天笔者就为大家详细解读3D游戏中的锯齿是如何产生的，回顾最常见的MSAA技术的原理和优缺点，最后介绍NVIDIA新开发的一种效率极高的抗锯齿技术——MFAA。
我们知道，显示屏是由一个个方块像素点组成的，这些方块像素点在显示斜向或圆形物体时，会不可避免的在边缘产生锯齿状的线条。当显示器的分辨率或显示屏的PPI（每英寸的像素数）足够大时，人眼将无法看清具体的像素点，但相邻像素之间的色彩差异也会产生明显的错落感，高分辨率/PPI由于像素变得非常细腻，可以同比缩小锯齿，但仍不能完全消除锯齿。
前面说过，方块像素显示斜向或圆形物体时，锯齿是无可避免的，抗锯齿也无法消除锯齿，但它能通过欺骗人眼的方法，让锯齿的棱角显得不那么明显。如上图所示，方法就是对锯齿所在位置的像素及相邻像素进行比对采样处理，计算出该像素应该显示多少比例的灰阶值，而不是“非黑即白”的显示模式。比如4xAA就是对每个像素采样4次，原本该像素只有0、1两种显示模式，开启4xAA后就能显示0、1/4、1/2、3/4、1五种模式。如此一来，棱角分明的锯齿边缘，就会显得比较模糊，色彩过渡比较自然，就不会那么刺眼了，锯齿一定程度上被消除了。
MSAA的全称是Multi Sampling Anti-Aliasing，多重采样抗锯齿。MSAA只对Z缓存和模板缓存中的数据进行采样处理，可以简单理解为只对多边形的边缘进行抗锯齿处理，而忽略非边缘像素（因此可能会在一些特殊位置残留一些锯齿）。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，因此MSAA在游戏中使用最广泛，多年来一直占据主导位置。
鉴于高倍MSAA性能损失较大的问题，NVIDIA在MSAA的基础上开发出了一种“投机取巧”的技术：Multi-Frame Sampled Anti-Aliasing（MFAA），从字面上来看它是MSAA的一个变种，可以翻译为“多帧多重采样抗锯齿”。
MFAA有足够的能力提供媲美MSAA的抗锯齿效果，而且在效果相同的前提下还可以大幅降低资源消耗量，提高游戏的帧数。NVIDIA的Maxwell架构给玩家带来了DSR动态超级分辨率以及MFAA多帧采样抗锯齿两项新技术，其中DSR技术已经可以在GeForce 500/600/700/900系列显卡上启用，而MFAA则是在最新的GeForce 344.75 WHQL驱动中正式登陆，目前仅支持GTX 970/980/970M/980M显卡。
MFAA全称为“Multi-Frame Sampled Anti-Aliasing”，与MSAA基于像素采样有所不同，MFAA是基于帧采样的，我们大致可以这么理解，MFAA是在相邻的两帧上各执行一次抗锯齿采样，然后通过NVIDIA自行开发的图像合成处理技术来整合采样结果，最后输出完成抗锯齿运算的图像。
MFAA的运行原理实际上与MSAA是接近的，基本上可以视为MSAA的精简版。MFAA和MSAA都是把一个像素点放大至原来的数倍，让渲染图像的采样点也增加至原来的数倍，不过MSAA是每一帧图像都会对全部采样点进行采样，而MFAA则是把采样点分为两份，奇数帧和偶数帧各占一半，然后每一帧进行采样后再通过临时合成滤波器把结果整合到一起。这样MFAA的每一帧图像的采样运算数据都只有MSAA的一半，但是数据整合起来后却有着与MSAA相同的效果。
按照NVIDIA的描述，MFAA在提供等同于MSAA抗锯齿效果的同时，性能可以比后者提升30%。这对于认为帧数与画质同样重要的游戏玩家来说，无疑是一个极好的抗锯齿技术。目前MFAA仅支持GTX 970/980/970M/980M等第二代Maxwell架构显卡，而且不是每一款游戏都支持MFAA抗锯齿技术。按照NVIDIA提供的资料显示，目前支持MFAA的游戏数量并不算太多，目前为止确定支持MFAA抗锯齿的只有20款游戏，多数是近年来的游戏大作，属于新近发布的有《刺客信条：大革命》，不过同属育碧的《孤岛惊魂4》不在支持列表中。
开启MFAA的方法也比较简单，首先玩家要确定自己使用的是GTX 970/980/970M/980M显卡，并安装了最新的GeForce 344.75 WHQL驱动，然后在驱动程序的设置面板中我们就可以看到MFAA的选项，把选项从默认的Off改为On就能在游戏中启用MFAA抗锯齿。需要一提的是，目前还没有一款游戏是有直接提供MFAA的选项，因此在驱动程序设置面板中开启MFAA后，还需要在游戏中选择使用MSAA，这样MFAA才会生效。
我们以《刺客信条：大革命》为测试对象，来看看MFAA与MSAA在画质与效能上的区别。测试平台测试平台使用默认频率Core i7-3770K打造，搭配双通道DDR3-2666内存（实际运行在1600MHz），总容量为8GB（4GB*2），使用的显卡为耕昇GTX 980关羽版，安装GeForce 344.75 WHQL驱动。
首先我们来看看MFAA与MSAA在抗锯齿效果上的区别，首先我们可以看到，在《刺客信条：大革命》中，MSAA x2与MSAA x4之间还是有一定差距，但MSAA x4与MSAA x8之间已经几乎分辨不出差别；MFAA x2的效果则与MSAA x4的接近，基本上已经达到了不错的水平，MFAA x4的效果与MSAA x8的接近，不过其与MFAA x2之间的差距并不明显。
在效能上，同样级别的MFAA与MSAA抗锯齿在帧数表现上是比较接近的，严格来说MFAA可能在平均帧数上还要落后1FPS到2FPS。不过如果玩家需要MSAA x4级别抗锯齿效果的话，MFAA x2就可以做到相同的效果，换句话说在相同的抗锯齿效果下，MFAA可以提供比同等质量的MSAA更高的帧数，游戏自然更加流畅了。
纵观近年来的显卡产品，它们的发布总会伴随着新型抗锯齿技术，而且这些抗锯齿技术大都有相同的特点，就是可以提供媲美MSAA抗锯齿效果的同时，资源消耗比MSAA更低。今年与Maxwell同期登场的MFAA自然也不例外，从我们的测试可以看出，MFAA有足够的能力提供媲美MSAA的抗锯齿效果，而且在效果相同的前提下还可以大幅降低资源消耗量，提高游戏的帧数。
不难看出，MFAA是一款追求性能与效果平衡的抗锯齿技术，如果你已经拥有GTX 970/980/970M/980M显卡，那么在上述20款游戏中开启MFAA，就可以拥有媲美MSAA的抗锯齿效果，同时游戏的流畅度也可以提升一个档次。对于重视画质和帧数的游戏玩家来说，MFAA无疑是一个双赢的选择。
MFAA有足够的能力提供媲美MSAA的抗锯齿效果，而且在效果相同的前提下还可以大幅降低资源消耗量，提高游戏的帧数。NVIDIA的Maxwell架构给玩家带来了DSR动态超级分辨率以及MFAA多帧采样抗锯齿两项新技术，其中DSR技术已经可以在GeForce 500/600/700/900系列显卡上启用，而MFAA则是在最新的GeForce 344.75 WHQL驱动中正式登陆，目前仅支持GTX 970/980/970M/980M显卡。
速度与画质一直都是3D游戏追求的两大终极目标，但很多时候，速度与画质总是鱼和熊掌不可兼得，想要开启高级特效必然会损失帧数导致流畅度下降，因此就需要硬件厂商不断的研发出性能更强的GPU，也需要软件厂商研发出更高效率的图形技术。
抗锯齿（Anti-Aliasing，简写为AA）就是这样一项很特别的图形技术，它能够明显的改善游戏画面表现力，同时也会让游戏帧数大幅下降。所以多年以来，不论是显卡厂商还是游戏开发商，都在努力的改进抗锯齿效率，开发出新的抗锯齿模式，让游戏画质变得更好，同时也不至于让性能损失太多。
所以，大家一定听过或者见过以下这些抗锯齿中的一种甚至多种，如：MSAA、CSAA、CFAA、FXAA、TSAA……今天笔者就为大家详细解读3D游戏中的锯齿是如何产生的，回顾最常见的MSAA技术的原理和优缺点，最后介绍NVIDIA新开发的一种效率极高的抗锯齿技术——MFAA。
我们知道，显示屏是由一个个方块像素点组成的，这些方块像素点在显示斜向或圆形物体时，会不可避免的在边缘产生锯齿状的线条。当显示器的分辨率或显示屏的PPI（每英寸的像素数）足够大时，人眼将无法看清具体的像素点，但相邻像素之间的色彩差异也会产生明显的错落感，高分辨率/PPI由于像素变得非常细腻，可以同比缩小锯齿，但仍不能完全消除锯齿。
前面说过，方块像素显示斜向或圆形物体时，锯齿是无可避免的，抗锯齿也无法消除锯齿，但它能通过欺骗人眼的方法，让锯齿的棱角显得不那么明显。如上图所示，方法就是对锯齿所在位置的像素及相邻像素进行比对采样处理，计算出该像素应该显示多少比例的灰阶值，而不是“非黑即白”的显示模式。比如4xAA就是对每个像素采样4次，原本该像素只有0、1两种显示模式，开启4xAA后就能显示0、1/4、1/2、3/4、1五种模式。如此一来，棱角分明的锯齿边缘，就会显得比较模糊，色彩过渡比较自然，就不会那么刺眼了，锯齿一定程度上被消除了。
MSAA的全称是Multi Sampling Anti-Aliasing，多重采样抗锯齿。MSAA只对Z缓存和模板缓存中的数据进行采样处理，可以简单理解为只对多边形的边缘进行抗锯齿处理，而忽略非边缘像素（因此可能会在一些特殊位置残留一些锯齿）。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，因此MSAA在游戏中使用最广泛，多年来一直占据主导位置。
鉴于高倍MSAA性能损失较大的问题，NVIDIA在MSAA的基础上开发出了一种“投机取巧”的技术：Multi-Frame Sampled Anti-Aliasing（MFAA），从字面上来看它是MSAA的一个变种，可以翻译为“多帧多重采样抗锯齿”。
MFAA有足够的能力提供媲美MSAA的抗锯齿效果，而且在效果相同的前提下还可以大幅降低资源消耗量，提高游戏的帧数。NVIDIA的Maxwell架构给玩家带来了DSR动态超级分辨率以及MFAA多帧采样抗锯齿两项新技术，其中DSR技术已经可以在GeForce 500/600/700/900系列显卡上启用，而MFAA则是在最新的GeForce 344.75 WHQL驱动中正式登陆，目前仅支持GTX 970/980/970M/980M显卡。
MFAA全称为“Multi-Frame Sampled Anti-Aliasing”，与MSAA基于像素采样有所不同，MFAA是基于帧采样的，我们大致可以这么理解，MFAA是在相邻的两帧上各执行一次抗锯齿采样，然后通过NVIDIA自行开发的图像合成处理技术来整合采样结果，最后输出完成抗锯齿运算的图像。
MFAA的运行原理实际上与MSAA是接近的，基本上可以视为MSAA的精简版。MFAA和MSAA都是把一个像素点放大至原来的数倍，让渲染图像的采样点也增加至原来的数倍，不过MSAA是每一帧图像都会对全部采样点进行采样，而MFAA则是把采样点分为两份，奇数帧和偶数帧各占一半，然后每一帧进行采样后再通过临时合成滤波器把结果整合到一起。这样MFAA的每一帧图像的采样运算数据都只有MSAA的一半，但是数据整合起来后却有着与MSAA相同的效果。
按照NVIDIA的描述，MFAA在提供等同于MSAA抗锯齿效果的同时，性能可以比后者提升30%。这对于认为帧数与画质同样重要的游戏玩家来说，无疑是一个极好的抗锯齿技术。目前MFAA仅支持GTX 970/980/970M/980M等第二代Maxwell架构显卡，而且不是每一款游戏都支持MFAA抗锯齿技术。按照NVIDIA提供的资料显示，目前支持MFAA的游戏数量并不算太多，目前为止确定支持MFAA抗锯齿的只有20款游戏，多数是近年来的游戏大作，属于新近发布的有《刺客信条：大革命》，不过同属育碧的《孤岛惊魂4》不在支持列表中。
开启MFAA的方法也比较简单，首先玩家要确定自己使用的是GTX 970/980/970M/980M显卡，并安装了最新的GeForce 344.75 WHQL驱动，然后在驱动程序的设置面板中我们就可以看到MFAA的选项，把选项从默认的Off改为On就能在游戏中启用MFAA抗锯齿。需要一提的是，目前还没有一款游戏是有直接提供MFAA的选项，因此在驱动程序设置面板中开启MFAA后，还需要在游戏中选择使用MSAA，这样MFAA才会生效。
我们以《刺客信条：大革命》为测试对象，来看看MFAA与MSAA在画质与效能上的区别。测试平台测试平台使用默认频率Core i7-3770K打造，搭配双通道DDR3-2666内存（实际运行在1600MHz），总容量为8GB（4GB*2），使用的显卡为耕昇GTX 980关羽版，安装GeForce 344.75 WHQL驱动。
首先我们来看看MFAA与MSAA在抗锯齿效果上的区别，首先我们可以看到，在《刺客信条：大革命》中，MSAA x2与MSAA x4之间还是有一定差距，但MSAA x4与MSAA x8之间已经几乎分辨不出差别；MFAA x2的效果则与MSAA x4的接近，基本上已经达到了不错的水平，MFAA x4的效果与MSAA x8的接近，不过其与MFAA x2之间的差距并不明显。
在效能上，同样级别的MFAA与MSAA抗锯齿在帧数表现上是比较接近的，严格来说MFAA可能在平均帧数上还要落后1FPS到2FPS。不过如果玩家需要MSAA x4级别抗锯齿效果的话，MFAA x2就可以做到相同的效果，换句话说在相同的抗锯齿效果下，MFAA可以提供比同等质量的MSAA更高的帧数，游戏自然更加流畅了。
纵观近年来的显卡产品，它们的发布总会伴随着新型抗锯齿技术，而且这些抗锯齿技术大都有相同的特点，就是可以提供媲美MSAA抗锯齿效果的同时，资源消耗比MSAA更低。今年与Maxwell同期登场的MFAA自然也不例外，从我们的测试可以看出，MFAA有足够的能力提供媲美MSAA的抗锯齿效果，而且在效果相同的前提下还可以大幅降低资源消耗量，提高游戏的帧数。
不难看出，MFAA是一款追求性能与效果平衡的抗锯齿技术，如果你已经拥有GTX 970/980/970M/980M显卡，那么在上述20款游戏中开启MFAA，就可以拥有媲美MSAA的抗锯齿效果，同时游戏的流畅度也可以提升一个档次。对于重视画质和帧数的游戏玩家来说，MFAA无疑是一个双赢的选择。
MFAA有足够的能力提供媲美MSAA的抗锯齿效果，而且在效果相同的前提下还可以大幅降低资源消耗量，提高游戏的帧数。NVIDIA的Maxwell架构给玩家带来了DSR动态超级分辨率以及MFAA多帧采样抗锯齿两项新技术，其中DSR技术已经可以在GeForce 500/600/700/900系列显卡上启用，而MFAA则是在最新的GeForce 344.75 WHQL驱动中正式登陆，目前仅支持GTX 970/980/970M/980M显卡。