全屏抗锯齿技术FSAA是什么 - 已解决 - 搜搜问问

　　锯齿在电脑动画中的影响
　　接下来我们以图2来讨论锯齿在电脑动画中的影响。图2(a)为原始平滑的影像，图2(b)为图2(a)经由取样过後的图形，现在请各位想像一下图2(a)中的图形垂直的往下移动，移动过後的图形我们以图2(c)表示，而图2(d)为图2(c)经过取样後的图形。

　　首先我们先将焦点放在图2(a)及图2(c)中绿色的长方形上，在图2(a)中此绿色的长方形是涵盖四个像素的中心位置，因此这四个像素会被取样(如图2(b)所示)然而当它向下移动到图2(c)的位置时，此时这绿色的长方形并不涵盖任何的像素中心位置，因此没有任何一个像素被取样(如图2(d))。所以当我们比较图2(b)及图2(d)时，发现此绿色的长方形在图2(d)中消失了，因此当图形上下移动时，我们会发现此绿色的长方形会一下出现，一下消失，而产生闪动(flash)的现象，像这样的问题，我们可以藉由抗锯齿的演算法及技术来减少锯齿及闪动的现象。

　　在抗锯齿的演算法中，使用了一个重要的取样技术，我们称之为超级取样(SuperSampling)，我们将在下一个章节中详细的介绍这个技术。

　　超级取样(SuperSampling)
　　所谓的超级取样，就是藉着对一个像素作多次的取样来解决锯齿的问题，以这样的取样方式所获得的图形会更接近原来的图形，因此超级取样就是利用更多的取样点来增加图形的密度。举一个例子来说，图3(a)是一般的取样方式，也就是一个像素只取样一次，而图3(b)就是经过超级取样的结果。由图3(b)可以发现我们对每一个像素作多次的取样(此例为对每个像素作四次的取样)，而每一个取样的点我们称它为子取样(sub-sample)。

　　根据每个像素中子取样的位置可分为：OrderedGridSuper-Sampling(OGSS)以及RotatedGridSuper-Sampling(RGSS)两种超级取样抗锯齿的技术。

　　OrderedGridSuper-Sampling(OGSS)
　　OrderedGridSuper-Sampling是一种最常被使用来作为抗锯齿的超级取样技术。"OrderedGrid"就如它的名称一样，它将每一个像素中的子取样以整齐的方式排列，这些子取样像榘阵(matrix)的元素一样，依照水平和垂直的方式整齐的排列着(如图4(a)所示)。在图4(a)中，使用了水平和垂直皆向上取样(up-sampling)两倍(2X)的方式，我们可以用一个系数(如:2X,4X,16X,..等)来表示OGSS的形式，例如："2XOGSS"(如图4(a)所示)或是"4XOGSS"(如图4(b)所示)。有时候我们也可以用"tap"这个字来表示子取样的数目，如"4-tap"""16-tap"。所以一个16-tap的OGSS，就表示在水平及垂直这两个方向皆取样四次，如图4(b)所示。
　　我们可以利用上面介绍的OGSS的技术来实现FullSceneAnti-aliasing(FSAA)，在下一个章节中，我们将仔细的描述如何透过OGSS来达到FSAA的效果。

　　利用OGSS来实现FSAA的技术
　　在这个章节中，我们将描述如何以OGSS的方式来实现FSAA，其流程方块图如图5所示。

　　转换(Transform)及打光(Lighting)过程：
　　游戏引擎将一个真实的3D世界制造成一个虚拟的3D环境再藉由转换的过程转换到一个2D的萤幕上。在这个转换的过程中是使用了Direct3D以及OpenGL这两个3DAPI(ApplicationProgramInterface)。Direct3D和OpenGL是利用许多三角形来构成3D图形，每一个三角形在3D的空间中都有它们自己的顶点座标(Vertexcoordinates)，这些座标藉由3D显示卡及API的连结，来达成转换及打光的过程。


　　将3D虚拟座标作向上取样(Up-sampling)或超级取样(Super-sampling)：
　　当经过转换及打光的过程後，接着我们将对这些转换过後的座标作向上取样(Up-sampling)或超级取样(Super-sampling)的动作，将做完取样後的座标放在off-screen缓冲区(buffer)中。此off-screen缓冲区与Z和Stencil缓冲区类似，它最主要就是用来储存每个经过Super-sampling後的画面，但是它与front或back缓冲区不同，off-screenbuffer中的画面是不会显示在萤幕上的。Up-sampling的方法很简单，就是将整个萤幕的座标乘上一个系数(如：2,4,┅.等)，举个例子来说：如果有一个萤幕的解析度(resolution)是10＇10，而在这萤幕中一个三角形，此三角形的三个顶点分别是：(5,5)，(10,10)，(10,0)。现在我们将up-sampling的系数设成2，所以在经过up-sampling後的画面将变为20＇20(因为在水平及垂直方向都乘以2，也就是10＇2=20)，而画面中的三角形的座标也将变成(10,10)，(20,20)，(20,0)。所以在经过up-sampling的过程後我们得到一个比原来大四倍的画面，而此画面是储存於off-screenbuffer中。


　　在off-screenbuffer中上色(render)：
　　接着我们将经过up-sampling的画面在off-screenbuffer中作上色(render)的动作，此上色的方式与一般绘图上色的方式相同。

　　以Anti-aliasingfilter作向下取样(Down-sampling)：
　　当off-screenbuffer中的画面上色完成後，我们将得到一个高解析度的画面，但是此画面并不能显示在萤幕上，我们还必须经过向下取样(Down-sampling)的动作，将此高解析度的画面变成低解析度(也就是还原成原来画面的大小)。此Down-sampling的动作就是将四个子取样点的色彩值加以混和(假设up-sampling的系数为2)成为一个像素，简单的说就是将此四个邻近的子取样点的色彩值相加後再除以四，得到一个新的色彩值，举例来说：如果四个邻近的色彩值分别为150，200，100以及50，则我们可藉由(150+200+100+50)/4的运算式得到混合後的色彩值为125，所以这最後所得到的色彩值会介於四个邻近子取样色彩值的中间，藉由这样向下取样及平均值滤波器(averagefilter)的作用，使图形中高频的部分(通常是指图形的边缘部分)变的平滑，而达到抗锯齿的效果。

　　frontbuffer及backbuffer的互换：
　　当我们由off-screenbuffer得到一平滑的画面後，将此平滑的画面置於backbuffer中，之後再将backbuffer与frontbuffer中的画面互换并显示在萤幕上。

　　以上所描述的步骤就是以OGSS来实现FSAA的方法，在下一个章节中，我们将介绍如何以另外一种超级取样的方式　　　　-RotateGridSuper-Sampling(RGSS)来实现FSAA。

　　RotateGridSuper-Sampling(RGSS)
　　第二种利用超级取样来抗锯齿的技术为RotateGridSuper-Sampling(RGSS)，RGSS与OGSS的取样方式很类似，其两者最大的差别就在於子取样点的位置不同。OGSS的子取样点是在水平及垂直的方向整齐的排列(如图6(a)所示)，而RGSS的子取样点的位置则是旋转了一个角度(如图6(b))。

　　利用RGSS来实现FSAA的技术
　　以RGSS的方式来实现FSAA的技术，基本上与OGSS的方式大同小异，不过两者的差异就在於RGSS比OGSS多了一个"jitter"的步骤(图5)，而此"jitter"的步骤就是在於改变取样点的位置(如图7)。要改变(调整)取样点的位置有两种方式：一种是根据图形的特性来动态的调整取样点的位置，以获的更好抗锯齿功效；另一种则是将取样点固定旋转一个角度来达到抗锯齿的效果。

　　至目前为止，我们已经介绍了两种实现FSAA的方法(OGSS与RGSS)，这两种方式最大的差别就在於取样点的位置不同，而因为取样点的位置不一样，对於抗锯齿的效果也有所不同，在下一个章节里，我们将对这两种抗锯齿的方式做一个比较。

　　OGSS与RGSS的比较
　　图8(a)及图8(b)中分别显示OGSS与RGSS的取样点位置，有一个近似水平的边缘图形通过图上的六个像素(pixel)，我们藉着这两个图来比较OGSS与RGSS取样点的位置及最後混和後颜色的平滑度(smooth)。在图8(a)中，我们可发现OGSS的方式决定的取样点呈水平及垂直整齐的排列，而每个像素所得到的平均色彩值只有三种组合：0%(白色)，50%以及100%(黑色)，因此所的到的平滑效果并不理想，我们将混和後的颜色绘於每个图形下变的长方形中。在RGSS方面(图8(b)及图8(c))，可发现其混和後的颜色要比OGSS来的平滑许多。

　　图9说明两个子取样的RGSS与四个子取样的OGSS分别对接近水平边缘的图形作抗锯齿的效果。比较图9(b)与图9(c)可发现两个子取样(2sub-sample)的RGSS与四个子取样(4sub-sample)的OGSS效果相当的接近。

　　由上面的图形，也许各位读者会认为RGSS在水平方向或是垂直方向的表现皆优於OGSS，其实这并不全然正确，读者应该还记得RGSS在做Anti-aliasing的效果时，必须去调整取样点的位置，调整位置的方式可分为动态调整或固定旋转某个角度来取样，这样的一个步骤，会消耗一些系统的资源及时间来做变换，而且若是使用固定旋转一个角度的方式来做RGSS的Anti-aliasing，其所呈现出来的效果未必会比OGSS的效果好，反观OGSS的方式是不需花费这样的资源及时间就可达到Anti-aliasing的效果，虽然效果不及RGSS来的好，但经由许的的实验证明，这两种方式所产生Anti-aliasing的效果，对於人眼的感知度来说，事实上并没有多的差别。

　　结论
　　无疑的，FSAA在现在或不久的将来，对於画面品质的改善是相当重要的技术。如果你很重视画面的更新率(framerate)，则FSAA是不值得你去用的。但是对於3DRTS或3DRPG这样不需太高FPS(FramePerSecond)的游戏来说，则FSAA是最好的选择。