MFAA多幀采樣抗鋸齒簡(jiǎn)單測(cè)試

格倫

抗鋸齒（Anti-Aliasing，簡(jiǎn)寫(xiě)為AA）就是這樣一項(xiàng)很特別的圖形技術(shù)，它能夠明顯的改善游戲畫(huà)面表現(xiàn)力，同時(shí)也會(huì)讓游戲幀數(shù)大幅下降。所以多年以來(lái)，不論是顯卡廠(chǎng)商還是游戲開(kāi)發(fā)商，都在努力的改進(jìn)抗鋸齒效率，開(kāi)發(fā)出新的抗鋸齒模式，讓游戲畫(huà)質(zhì)變得更好，同時(shí)也不至于讓性能損失太多。

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

抗鋸齒（Anti-Aliasing，簡(jiǎn)寫(xiě)為AA）就是這樣一項(xiàng)很特別的圖形技術(shù)，它能夠明顯的改善游戲畫(huà)面表現(xiàn)力，同時(shí)也會(huì)讓游戲幀數(shù)大幅下降。所以多年以來(lái)，不論是顯卡廠(chǎng)商還是游戲開(kāi)發(fā)商，都在努力的改進(jìn)抗鋸齒效率，開(kāi)發(fā)出新的抗鋸齒模式，讓游戲畫(huà)質(zhì)變得更好，同時(shí)也不至于讓性能損失太多。

所以，大家一定聽(tīng)過(guò)或者見(jiàn)過(guò)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(xì)解讀3D游戲中的鋸齒是如何產(chǎn)生的，回顧最常見(jiàn)的MSAA技術(shù)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，最后介紹NVIDIA新開(kāi)發(fā)的一種效率極高的抗鋸齒技術(shù)——MFAA。

我們知道，顯示屏是由一個(gè)個(gè)方塊像素點(diǎn)組成的，這些方塊像素點(diǎn)在顯示斜向或圓形物體時(shí)，會(huì)不可避免的在邊緣產(chǎn)生鋸齒狀的線(xiàn)條。當(dāng)顯示器的分辨率或顯示屏的PPI（每英寸的像素?cái)?shù)）足夠大時(shí)，人眼將無(wú)法看清具體的像素點(diǎn)，但相鄰像素之間的色彩差異也會(huì)產(chǎn)生明顯的錯(cuò)落感，高分辨率/PPI由于像素變得非常細(xì)膩，可以同比縮小鋸齒，但仍不能完全消除鋸齒。

前面說(shuō)過(guò)，方塊像素顯示斜向或圓形物體時(shí)，鋸齒是無(wú)可避免的，抗鋸齒也無(wú)法消除鋸齒，但它能通過(guò)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(duì)鋸齒所在位置的像素及相鄰像素進(jìn)行比對(duì)采樣處理，計(jì)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(duì)每個(gè)像素采樣4次，原本該像素只有0、1兩種顯示模式，開(kāi)啟4xAA后就能顯示0、1/4、1/2、3/4、1五種模式。如此一來(lái)，棱角分明的鋸齒邊緣，就會(huì)顯得比較模糊，色彩過(guò)渡比較自然，就不會(huì)那么刺眼了，鋸齒一定程度上被消除了。

MSAA的全稱(chēng)是Multi Sampling Anti-Aliasing，多重采樣抗鋸齒。MSAA只對(duì)Z緩存和模板緩存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣處理，可以簡(jiǎn)單理解為只對(duì)多邊形的邊緣進(jìn)行抗鋸齒處理，而忽略非邊緣像素（因此可能會(huì)在一些特殊位置殘留一些鋸齒）。這樣的話(huà)，相比SSAA對(duì)畫(huà)面中所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，MSAA對(duì)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(lái)一直占據(jù)主導(dǎo)位置。

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

MFAA有足夠的能力提供媲美MSAA的抗鋸齒效果，而且在效果相同的前提下還可以大幅降低資源消耗量，提高游戲的幀數(shù)。NVIDIA的Maxwell架構(gòu)給玩家?guī)?lái)了DSR動(dòng)態(tài)超級(jí)分辨率以及MFAA多幀采樣抗鋸齒兩項(xiàng)新技術(shù)，其中DSR技術(shù)已經(jīng)可以在GeForce 500/600/700/900系列顯卡上啟用，而MFAA則是在最新的GeForce 344.75 WHQL驅(qū)動(dòng)中正式登陸，目前僅支持GTX 970/980/970M/980M顯卡。

MFAA全稱(chēng)為“Multi-Frame Sampled Anti-Aliasing”，與MSAA基于像素采樣有所不同，MFAA是基于幀采樣的，我們大致可以這么理解，MFAA是在相鄰的兩幀上各執(zhí)行一次抗鋸齒采樣，然后通過(guò)NVIDIA自行開(kāi)發(fā)的圖像合成處理技術(shù)來(lái)整合采樣結(jié)果，最后輸出完成抗鋸齒運(yùn)算的圖像。

MFAA的運(yùn)行原理實(shí)際上與MSAA是接近的，基本上可以視為MSAA的精簡(jiǎn)版。MFAA和MSAA都是把一個(gè)像素點(diǎn)放大至原來(lái)的數(shù)倍，讓渲染圖像的采樣點(diǎn)也增加至原來(lái)的數(shù)倍，不過(guò)MSAA是每一幀圖像都會(huì)對(duì)全部采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，而MFAA則是把采樣點(diǎn)分為兩份，奇數(shù)幀和偶數(shù)幀各占一半，然后每一幀進(jìn)行采樣后再通過(guò)臨時(shí)合成濾波器把結(jié)果整合到一起。這樣MFAA的每一幀圖像的采樣運(yùn)算數(shù)據(jù)都只有MSAA的一半，但是數(shù)據(jù)整合起來(lái)后卻有著與MSAA相同的效果。

按照NVIDIA的描述，MFAA在提供等同于MSAA抗鋸齒效果的同時(shí)，性能可以比后者提升30%。這對(duì)于認(rèn)為幀數(shù)與畫(huà)質(zhì)同樣重要的游戲玩家來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)極好的抗鋸齒技術(shù)。目前MFAA僅支持GTX 970/980/970M/980M等第二代Maxwell架構(gòu)顯卡，而且不是每一款游戲都支持MFAA抗鋸齒技術(shù)。按照NVIDIA提供的資料顯示，目前支持MFAA的游戲數(shù)量并不算太多，目前為止確定支持MFAA抗鋸齒的只有20款游戲，多數(shù)是近年來(lái)的游戲大作，屬于新近發(fā)布的有《刺客信條：大革命》，不過(guò)同屬育碧的《孤島驚魂4》不在支持列表中。

開(kāi)啟MFAA的方法也比較簡(jiǎn)單，首先玩家要確定自己使用的是GTX 970/980/970M/980M顯卡，并安裝了最新的GeForce 344.75 WHQL驅(qū)動(dòng)，然后在驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)置面板中我們就可以看到MFAA的選項(xiàng)，把選項(xiàng)從默認(rèn)的Off改為On就能在游戲中啟用MFAA抗鋸齒。需要一提的是，目前還沒(méi)有一款游戲是有直接提供MFAA的選項(xiàng)，因此在驅(qū)動(dòng)程序設(shè)置面板中開(kāi)啟MFAA后，還需要在游戲中選擇使用MSAA，這樣MFAA才會(huì)生效。

我們以《刺客信條：大革命》為測(cè)試對(duì)象，來(lái)看看MFAA與MSAA在畫(huà)質(zhì)與效能上的區(qū)別。測(cè)試平臺(tái)測(cè)試平臺(tái)使用默認(rèn)頻率Core i7-3770K打造，搭配雙通道DDR3-2666內(nèi)存（實(shí)際運(yùn)行在1600MHz），總?cè)萘繛?GB（4GB*2），使用的顯卡為耕昇GTX 980關(guān)羽版，安裝GeForce 344.75 WHQL驅(qū)動(dòng)。

首先我們來(lái)看看MFAA與MSAA在抗鋸齒效果上的區(qū)別，首先我們可以看到，在《刺客信條：大革命》中，MSAA x2與MSAA x4之間還是有一定差距，但MSAA x4與MSAA x8之間已經(jīng)幾乎分辨不出差別；MFAA x2的效果則與MSAA x4的接近，基本上已經(jīng)達(dá)到了不錯(cuò)的水平，MFAA x4的效果與MSAA x8的接近，不過(guò)其與MFAA x2之間的差距并不明顯。

在效能上，同樣級(jí)別的MFAA與MSAA抗鋸齒在幀數(shù)表現(xiàn)上是比較接近的，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)MFAA可能在平均幀數(shù)上還要落后1FPS到2FPS。不過(guò)如果玩家需要MSAA x4級(jí)別抗鋸齒效果的話(huà)，MFAA x2就可以做到相同的效果，換句話(huà)說(shuō)在相同的抗鋸齒效果下，MFAA可以提供比同等質(zhì)量的MSAA更高的幀數(shù)，游戲自然更加流暢了。

縱觀(guān)近年來(lái)的顯卡產(chǎn)品，它們的發(fā)布總會(huì)伴隨著新型抗鋸齒技術(shù)，而且這些抗鋸齒技術(shù)大都有相同的特點(diǎn)，就是可以提供媲美MSAA抗鋸齒效果的同時(shí)，資源消耗比MSAA更低。今年與Maxwell同期登場(chǎng)的MFAA自然也不例外，從我們的測(cè)試可以看出，MFAA有足夠的能力提供媲美MSAA的抗鋸齒效果，而且在效果相同的前提下還可以大幅降低資源消耗量，提高游戲的幀數(shù)。

不難看出，MFAA是一款追求性能與效果平衡的抗鋸齒技術(shù)，如果你已經(jīng)擁有GTX 970/980/970M/980M顯卡，那么在上述20款游戲中開(kāi)啟MFAA，就可以擁有媲美MSAA的抗鋸齒效果，同時(shí)游戲的流暢度也可以提升一個(gè)檔次。對(duì)于重視畫(huà)質(zhì)和幀數(shù)的游戲玩家來(lái)說(shuō)，MFAA無(wú)疑是一個(gè)雙贏的選擇。

MFAA有足夠的能力提供媲美MSAA的抗鋸齒效果，而且在效果相同的前提下還可以大幅降低資源消耗量，提高游戲的幀數(shù)。NVIDIA的Maxwell架構(gòu)給玩家?guī)?lái)了DSR動(dòng)態(tài)超級(jí)分辨率以及MFAA多幀采樣抗鋸齒兩項(xiàng)新技術(shù)，其中DSR技術(shù)已經(jīng)可以在GeForce 500/600/700/900系列顯卡上啟用，而MFAA則是在最新的GeForce 344.75 WHQL驅(qū)動(dòng)中正式登陸，目前僅支持GTX 970/980/970M/980M顯卡。endprint