Anti-Aliasing - המדריך המהיר להחלקת קצוות משוננים

[djelectric]

פעמים רבות מוצאים את עצמם גיימרים נתקלים באפשרות ה-AntiAliasing (או בקיצור AA) במשחקים ולא כל כך יודעים במה לבחור. השמות מבלבלים, האפקטים שונים וכך גם ההשפעה על ביצועים.

אנחנו כאן כדי לעשות לכם סדר בכל הקשור לסוגים השונים של המסנן המתקדם כדי שתוכלו לבחור בצורה החכמה ביותר באפקט שמתאים לכם.

חשוב לזכור כי לא כל סוגי ה-AA קיימים בכל משחק. הסוגים הניתנים לבחירה משתנים בהתאם למנוע הגרפי ולבחירה של המתכנתים.

סוגי ה-AA והשפעתם על ביצועים

AA מחולק בעיקרון לשני סוגים - הסוג שחל על התמונה בעת העיבוד והסוג שחל על התמונה לאחר העיבוד (Post-AA).

הסוג שחל על התמונה בעת העיבוד הוא זה המכביד ביותר על משאבי המחשב שכן הוא מעבד את הסצנה ברזולוציה פנימית גבוהה יותר ומכווץ אותה למימדי הרזולוציה הסטנדרטית.

לסוג זה קוראים MSAA או Multi-Sampling Anti-Aliasing. יש לו אח שמבצע פעולה דומה בשם SSAA או SUPER-Sampling Anti-Aliasing (שמו הקודם היה FSAA). אמנם, SSAA ידוע כמוריד מאיכות התמונה וגורם לה להיראות ציורית או משומנת בשל הדרך בה הוא עובד עם החלקה שלא רק מבטלת קצוות משוננים אלא גם מעגלת פינות. כיום לא נהוג להשתמש ב-SSAA כלל אלא רק ב-MSAA.

MSAA עובד בצורה נקייה בכך שהוא מחליק את הקצוות המשוננים של אובייקטים ומשתדל להמנע גם מאלמנטים אחרים בתוך האובייקטים. דבר זה עלול להביא למעט שינונים בתוך גופי האובייקטים אך בדרך כלל איכות התמונה משתפרת פלאים. ישנה מכפלה למסנן (לפילטר), והיא מתבטאת במשחקים דרך MSAA X2 או MSAA X4. המכפלה מסמלת את כמות העיבוד הפנימי שמתבצע. מכפלה של X2 מעבדת רזולוציה פנימית של קצוות משוננים פי 2 וכזאת של 4 מעבדת פי 4, והתוצאה לכך היא תמונה חלקה יותר. אמנם, חשוב לזכור כי לא תמיד ההבדל בין X2 ל-X4 יהיה גדול או מורגש, אך הפגיעה בביצועים היא גבוהה למדי.

לפניכם דוגמאות:

תמונה ללא MSAA

תמונה בתוספת MSAA X4

שימו לב לעמוד התאורה ולקיר הבניין. קצוות משוננים שהובחנו ללא תוספת המסנן רוככו והפכו לעדינים יותר.

מסנני ה-CSAA וה-EQAA

כשהם שייכים מעט לעבר, עדיין ניתן למצוא את המסננים הללו (CSAA באנוידיה ו-EQAA ב-AMD) שהם בעלי אותה צורת פעולה. תפקידם לזהות קיום של אובייקטים כאלה ואחרים ולהחליט האם לבצע עליהם החלקת שינון קצוות. ויזואלית, האפקטים הללו דומים ל-MSAA אך אינם חלים בכל מקרה, רק סלקטיבית. בשל חוסר אחידות באיכויות התמונה, מה שבעבר שומש כיום כבר נדיר במשחקים.

הסוג השני - מסננים לאחר עיבוד התמונה

מסננים לאחר התמונה הם מסננים אשר חלים על תמונה מעובדת רק לאחר שהיא כבר עובדה והיא עושה את דרכה מכרטיס המסך אל מסך המחשב. בשל כך, ההשפעה של מסנן זה על ביצועים נמוכה משמעותית מההשפעה של מסנן ה-MSAA.

מסנן פופולרי ראשון בקטגוריה הוא ה-FXAA. תפקידו של ה-FXAA הוא להעביר 'ויש' של החלקת תמונה לקחת שהיא עובדה ורך להפוך קצוות חדים ודקיקים למעט יותר רכים ונעימים לעין. כאן ניתן למצוא דוגמה של מסנן FXAA החל על תמונה:

שימו לב שקצוות משוננים עדיין נשארו משוננים במידה רבה אך רכה הרבה יותר. אלו לא רק הקצוות שעברו החלקה אלא כל התמונה וכאן מגיע חסרונו של מסנן ה-FXAA. בעוד שהוא יטפל קלות בקצוות המשוננים, הוא עשוי לטשטש אובייקטים שהטשטוש לא בהכרח רצוי להם. כך, ישנו חליפין של מעט מאוד פגיעה בביצועים אל מול איכות תמונה שיכולה להיות בעייתית (תלוי כמובן בסצנה ובמשחק).

טכניקות נוספות ל-Anti-Aliasing

SMAA או Sub-Pixel Morphological Anti-Aliasing

טכנולוגיה זאת משלבת אלמנטים מ-FXAA ומ-MSAA בכך שהיא לא רק מעבדת פיקסלים ברזולוציה גבוהה יותר לצורך החלקה, אלא גם משתמשת בגווני צבע ובחישובי עומק כדי להחליק קצוות. שיטה זאת לא נחשבת לנפוצה אך קיימים כלים רבים המסייעים למשתמשים להחל אותה באופן חיצוני על משחקים. מדובר במסנן שמיועד יותר למהדרין של אוהבי איכויות התמונה, שלא אוהבים את משקל הכבד של MSAA.

שיטות חדשות ויחודיות - MLAA ו-TXAA

TXAA הוא מסנן חדש המיועד לכרטיסי המסך של אנוידיה מסדרת GTX 600 ומעלה בלבד. מסנן זה נותן אפקט ויזואלי דומה ל-FXAA אך אינו פוגע כמוהו באיכות התמונה של אובייקטים שאינם זקוקים ל-AA. אמנם, מסנן זה נשאר כבד מ-FXAA.

MLAA של AMD היא טכנולוגיה דומה למדי, וגם היא מתבצעת לאחר שעובדה סצנה. העיקרון דומה, עיבוד של מעט מאלמנטים של חדות היכן שחדות רצויה בשביל להחליק קצוות משוננים. הדגמה לפניכם:

בעוד ששיטות אלה אינן כבדות על משאבי כרטיס המסך, מחירן הוא איכות התמונה. MSAA שהוסבר בהתחלה הוא עדיין האופציה העדיפה לחובבי איכות התמונה ועל כך אין עוררין.

MFAA - חדש ויחודי למקסוול

MFAA היא שיטת AA אשר פותחה לאחרונה על ידי אנוידיה ואפשרית לשימוש בכרטיסי המסך הנושאים ליבות מקסוול בלבד (כמו GTX 970 ו-GTX 980).

MFAA היא שיטה בה מתבצע חישוב בין קצה אובייקט לרקע שלו ואך על ידי שימוש בקוד יעיל מתרנדרת התמונה עם אותו החישוב שכולל שינוי צבעים פחות דרסתי.

אמנם טכנולוגיית ה-MFAA אינה מאפשרת איכות תמונה גבוהה כמו MSAA, אבל הפגיעה בביצועים נמוכה משמעותית.

כמו MSAA אבל בלי

לאחרונה השיקה אנוידיה טכנולוגיה בשם DSR שמאפשרת למשתמשי כרטיסי המסך מסדרות GTX 600 ומעלה ליצור רזולוציות שגבוהות מרזולוציות המסך שלהם ובכך לכווץ את מימדי הרינדור בחזרה אל גודל המסך ולהרוויח איכות תמונה. גם משתמשי AMD יכולים להשתמש בכלים מסויימים כדי לקבל אפקט דומה.

מה שלמעשה קורה במצב כזה דומה מאוד למה שמסנן MSAA עושה. ישנו עיבוד גבוה יותר של כמות פיקסלים ביחס לרזולוציית המסך, ולכן כיווץ של הרזולוציה מסייע בהחלקת הקצוות המשוננים. דוגמה לשימוש ב-DSR תהיה עיבוד של רזולוציה 2560X1440 על מסך 1920X1080.

תוספת של 70% ברולוציה משמעה מסנן כמעט כפול של דגימה (MSAA 1.7 אם תרצו). כך, הפגיעה בביצועים לא גבוהה כמו בהחלה של מסנן MSAA X4 ואיכות התמונה מקובלת.

לפניכם נתוני ביצועים מ-Assassin's Creed Unity לפי מסנן (1080P, הגדרות מירביות עם מערכת בחינה מתקדמת)

ללא מסנן - 47FPS

FXAA - 45FPS

MSAA X2 - 37FPS

MSAA X4 - 30FPS

MSAA X8 - 11FPS

TXAA - 30FPS

כאן, שיקול הדעת צריך לבוא בהתאם לאיכות התמונה. המומלצת תהיה MSAA X2 למי שרוצה איכות תמונה יותר טובה, ו-FXAA למי שרוצה ביצועים טובים משמעותית. הרצה ללא מסנן לא תהיה מומלצת במיוחד.

לסיכום

הנה בקצרה סוגי ה-AA הנפוצים כיום לפי איכות ומשקל עיבוד

MSAA - משקל כבד, איכות תמונה מעולה וטבעית, נעשה כבד מאוד מ-X4 ומעלה

FXAA - משקל קל מאוד, איכות תמונה בינונית ומעט מטושטשת

TXAA ו-MLAA - משקל קל, איכות תמונה בינונית

MFAA - יחודי למקסוול, משקל קל, איכות תמונה טובה מאוד אם כי מעט פחותה מזאת עם MSAA

הפעילו מסננים באחריות

אחת התופעות שקורות היום ולמעשה הייתה קיימת לא מעט בשנים האחרונות הוא משתמשים שפותחים דיון בפורום על כמה שהם מאוכזבים מכרטיס המסך החדש והמתקדם שלהם. משתמשים אלו במקרים רבים יהיו כאלה שבשבילם ההגדרות הגבוהות ביותר הן פשוטו כמשמעו כך. הם ניגשים להגדרות הגרפיות במשחקים ומרימים כל אפשרות וכל סליידר שרואים למקסימום. לצערי זה כולל גם מסנן MSAA בכפולה של 8. חשוב מאוד לזכור שיש להשתמש במסננים בשיקול דעת ולפי איכות התמונה, ולא להפעילם ללא שיקול כלל בציפיה לקבל ביצועים גבוהים מאוד. אין היום כרטיס מסך שחסין בפני דרגות סינון מירביות במשחקים חדשים.

הדרך המומלצת ביותר להפעיל מסננים תהיה לבחון במו עיניכם את איכות התמונה והסצנה שלפניכם. כמו כן, גם למסכים שונים שיקול הדעת יהיה שונה. במסכים גדולים בעלי צפיפות פיקסלים נמוכה העדיפות ל-AA תהיה גבוהה יותר מאשר במסכים קטנים בעלי רזולוציה גבוהה. שחקו בין הפילטרים, ראו איך התמונה משתנה ותישארו מתונים. לעיתים ההבדלים שבין מכפלה אחת לאחרת במסנן פשוט לא שווים הפסד עצום של ביצועים.

[ALÞHA]

למען יקראו ויפנימו. תבורך.

[Domovoi]

באמת שכל הכבוד! למדתי המון תודה רבה רבה.

[Animor]

תודה רבה!

תוכל להסביר את המשפט הבא:

הסוג שחל על התמונה בעת העיבוד הוא זה המכביד ביותר על משאבי המחשב שכן הוא מעבד את הסצנה ברזולוציה פנימית גבוהה יותר ומכווץ אותה למימדי הרזולוציה הסטנדרטית

ובפרט, מה הכוונה ברזולוציה פנימית גבוהה יותר?

[ag43]

[QttP]

הסבר טכני מעולה.

והתמונות מוכיחות היטב שהרוב המוחלט של הAA זה שטויות לאנשים חסרי חיים שנהנים לזרוק כסף על כרטיסי מסך. כמעט בכל התמונות ההבדלים זניחים לחלוטין (חוץ מהSMAA והDSR שם זה באמת בולט).

[Animor]

מסכים. הייתי צריך להתאמץ כדי לראות את ההבדלים. בזמן משחק מהיר ספק אם אשים לב לזה.

[ag43]

אני לא מחפש את שיא הגרפיקה אבל אני חושב שיש הבדל בלי AA בכלל לAA כלשהו. את ההבדל לדעתי רואים יותר טוב דווקא בוידאו ולא בתמונה ולכן קשה לראות כאן את היתרון.

[SyndromE]

אכן בזמן משחק זה עוד יותר מציק בעין מאשר בתמונה. אפילו וידאו לא עושה צדק בהשוואה.

ישנן מס' טעויות בהסברים אבל שפו על ההשקעה בכל אופן.

ואני מצטער אבל 2 או 4 תמונות בפוסט זה לא מוכיחות כלום עבורינו, "חסרי החיים שנהנים לזרוק כסף על כרטיסי מסך". מבחינתנו, אנשים שזורקים משפטים כאלה הם עיוורים שאינם מבינים איכות תמונה מהיא

לעולם לא תראה סרט קולנוע עם jaggies. ואני חותם שאם היה כזה הוא היה אוכל ביקורות מזוויעות. למזלינו סרטים לא מרונדרים בזמן אמת.

[IlanF]

שאלה לי לגבי ה- DSR, שמתי לב גם ב- BF4 שניסיתי עכשיו וגם אתמול שניסיתי עם tales from the borderlands שה- DSR גורם לי ל- input lag נוראי בעכבר. לוקח ממש לעכבר כמעט שנייה להגיב שהזזתי אותו ואז גם מרגיש כאילו ה- sensitivity נמוך בהרבה. בלי DSR הכל עובד כרגיל.

זה משהו ידוע שקורה או שזה סתם בעיה אצלי?

DSR של 2560x1440 למסך של 1920x1080

[SyndromE]

שאלה לי לגבי ה- DSR, שמתי לב גם ב- BF4 שניסיתי עכשיו וגם אתמול שניסיתי עם tales from the borderlands שה- DSR גורם לי ל- input lag נוראי בעכבר. לוקח ממש לעכבר כמעט שנייה להגיב שהזזתי אותו ואז גם מרגיש כאילו ה- sensitivity נמוך בהרבה. בלי DSR הכל עובד כרגיל.

זה משהו ידוע שקורה או שזה סתם בעיה אצלי?

DSR של 2560x1440 למסך של 1920x1080

הגיוני שהרגישות נמוכה עבור רז' גבוהות מאחר וישנם יותר פיקסלים (מאחורי הקלעים במקרה זה) שהעכבר צריך לעבור מנקודה לנקודה.

לגבי input lag, אכן ניתן להרגיש עליה בהשהייה, אולי בשל העיבוד הנוסף של פילטר ה-downsampling. נסה להוריד את ערך ה - maximum pre-rendered frames אולי זה יעזור.

[IlanF]

אני אנסה, תודה...

[QttP]

ואני מצטער אבל 2 או 4 תמונות בפוסט זה לא מוכיחות כלום עבורינו, "חסרי החיים שנהנים לזרוק כסף על כרטיסי מסך". מבחינתנו, אנשים שזורקים משפטים כאלה הם עיוורים שאינם מבינים איכות תמונה מהיא

לא, אנחנו פשוט בני מזל שיש לנו פילטרים מובנים במוח ואנו לא תלויים בציוד של אלפי שקלים שגם צריך להחליף אותו פעם בשלושה חודשים כדי להנות מהמשחק.

[SyndromE]

אני יכול להינות גם ממשחקי flash (אולי לא הדוגמא הכי טובה כי אפילו הם משתמשים ב-AA ! ), בכל אופן זה לא סותר את השאיפה לאיכות וביצועים גבוהים ככל שניתן במדיה שאני צורך. AA זה לא הכי חשוב, רק עוד אחד מהשיקולים וכשצריך להתפשר אני מתפשר, העניין הוא שאני לא מתכחש לעובדה שמדובר בפשרה באיכות לטובת ביצועים. אני בסך הכל עם כרטיס בודד על מסך FullHD, ותאמין לי זה תחביב זול יחסית עבור אדם עובד.

[QttP]

כל דבר הוא פשרה באיכות לטובת ביצועים, איפשהו. הרי אפשר מראש לתת למנוע לרנדר את כל הסצנות ברזולוציית 8K, ואפשר גם לבנות רנדורים יותר ויותר מציאותיים, שלא מבצעים שום קירובים ועיגולי פינות ברמת האלגוריתם. לעניות דעתי, לא עושים את זה משתי סיבות - (א) גם הפלצן הכי פלצני לא יוכל להצדיק השקעה בציוד שיכול לרנדר את זה בזמן אמת, ו(ב) זה לא באמת משפר שום דבר חוץ מאת היכולת להגיד ש"האיכות גבוהה יותר" או "הגרפיקה מציאותית יותר". זה לא נראה יפה יותר ולא גורם למשחק להיות כיפי יותר בשום צורה. זו פשוט פלצנות למטרת פלצנות.

איפה עובר הגבול? אין לי מושג, אבל די ברור שהתמונה הראשונה (MSAA לעומת בלי MSAA) היא כבר מעבר לגבול, כי פאקינג אין שם שום הבדל. אולי פשוט הבחירה של התמונה היא גרועה, לא יודע.

העניין הכספי (שהוא באמת לא כזה משמעותי במכלול הכללי של הדברים למישהו עם הכנסה מסודרת) לא מפריע לי כמו ההתעסקות הבלתי-נגמרת בשטויות האלה. נותנים לכרטיסי מסך high-end הרבה יותר במה ממה שצריך, לטעמי בכל אופן. מזל שדעתי לא קובעת כלום, אחרת היה נורא משעמם בכל הפורומים של הפריקים של המחשבים.