强大性能实现更高反锯齿/阴影效

强大性能实现更高反锯齿/阴影效果

        Anti-Aliasing（反锯齿）一直是用户较为关心的显卡功能，因为反锯齿效能直接决定游戏流畅度及画面效果。我们会在游戏画质设置中或者显卡控制面板中找到这个选项，例如开启2X、4X、8X等等，级别越高画质越好，对显卡性能要求越高。

        通常我们所说的2倍、4倍和8倍抗锯齿都是指SSAA（SuperSampling Anti-Aliasing），虽然该种反锯齿技术效果最佳，但是对GPU资源消耗十分严重。后来在SSAA基础上衍生出了MSAA（MultiSampling Anti-Aliasing），它的特点就是进针对3D建模中边缘部分进行类似SSAA的反锯齿计算，这样在达到相近于SSAA效果前提下减少了GPU资源的消耗。

        随后，当NVIDIA在2006年底发布G80图形核心时，一同与其来到的还有全新的反锯齿算法——CSAA（CoverageSampling Anti-Aliasing），它是在MSAA基础上由NVIDIA开发而来。CSAA与MSAA一样是针对3D建模边缘部分进行反锯齿计算，不同的是CSAA是通过驱动将边缘原像素强制放在750*750的坐标中，然后在多边形取样并做相应设置的覆盖采样（CoverageSampling），从而实现与SSAA在GPU资源消耗基本相同前提下效果更佳。

        ● GF100提供更高级别CSAA

GF100能够单卡实现32x CSAA

        在G80引入CSAA后，NVIDIA单GPU最高可实现16CSAA，要想实现更高的反锯齿倍数，必须通过组建SLI模式，这主要是从单GPU性能角度出发。而在GF100核心中，单GPU可以实现32X CSAA效果。通过对比上图中的8X AA和32X CSAA，我们可以轻松看出反锯齿效果。

32X CSAA实现原理

        32X CSAA实际上是8X的颜色采样和24X的覆盖采样，在750*750的采样坐标中8个蓝色点为实际采样点，同时通过驱动分配机制每个实际采样点周围再计算出3个覆盖采样，从而实现8X AA + 24X CSAA的32X CSAA效果。

GF100 32X CSAA效果

GT200 16X CSAA效果

        由于GT200仅能实现最高16X CSAA（8X AA + 8X CSAA），所以在效果上完全无法匹敌能够实现32X CSAA的GF100图形核心。

GF100/GT200反锯齿资源消耗对比

        通过前文我们知道无论何种反锯齿技术，只要选择更高倍数的反锯齿模式都会带来更高的画质，但这就要付出更多的GPU资源。NVIDIA在GF100产品上通过架构优化，不仅反锯齿效能大幅领先GT200，同时由4X AA提升至8X AA时的GPU资源消耗也要低很多。

8X AA对比32X CSAA资源消耗

        单卡最高级别的8X AA和32X CSAA都能获得非常好的画面效果，但32X CSAA的效果要更好于8X AA，理论上也要付出更多的GPU资源消耗。不过在实际中，8X AA与32X CSAA的GPU资源基本相当，也就是说GF100提供了更强劲的反锯齿技术。

        ● GF100实现33级别TMAA

TMAA(透明多重采样反锯齿)

        TMAA（Transparency Adaptive Multisampling）是在MSAA基础上衍生而来，主要针对细长物体缺乏Alpha混色能力的难题，例如植物、栅栏和树叶等。TMAA通过控制纹理贴图的Alpha值，对细长3D模型进行Alpha混色，令画面细长物体渲染效果更加完善。

GT200 TMAA效果

GF100 TMAA效果

        GF100在TMAA计算上也有了长足进步，对比上面两副图明显是GF100的TMAA效果优于GT 200 TMAA效果。这都得益于GF100能够实现更加透明的过度色质量处理，其总共分为33个透明级别，而GT200只能望尘莫及。

        ● Gather 4助力抖动采样

        我们知道虚拟3D世界中物体是由数以万计的三角形组成，如果想要消除锯齿，我们可以像MSAA那样通过查找3D建模边缘进行反锯齿计算。而虚拟3D世界中的物体产生的阴影则是事实计算而来，也就是说无法普通的反锯齿模式无法对阴影进行反锯齿计算。

         Jittered Sampling（抖动采样）就是针对阴影边缘和各种后期处理一项技术，通过对邻近纹理像素进行采样来计算并创建更柔或更模糊的阴影边缘效果，当然这部分计算非常消耗GPU资源。在DirectX 9 API和DirectX 10 API下，抖动采样会采样每一个纹理像素，而到了DirectX 10.1 API后改用Gather 4指令进行处理。当然在DirectX 11 API下，仍然由Gather 4指令来完成抖动采样计算。

3DMark 06抖动采样效果

3DMark 06抖动采样效果

        效果不言而喻，更合乎真实3D世界的阴影效果处理，让我们真实感受GF100带来的震撼效能。

注：（本章节作者由林光楠和濮元恺合作完成）