Сглаживание

Сгла́живание (англ. anti-aliasing) — технология, используемая для устранения эффекта «зубчатости», возникающего на краях одновременно выводимого на экран множества отдельных друг от друга плоских или объёмных изображений. Сглаживание было придумано в 1972 в Массачусетском технологическом институте в Architecture Machine Group, которая позже стала основной частью Media Lab.

Основной принцип сглаживания

Основной принцип сглаживания — использование возможностей устройства вывода для показа оттенков цвета, которым нарисована кривая. В этом случае пиксели, соседние с граничным пикселем изображения, принимают промежуточное значение между цветом изображения и цветом фона, создавая градиент и размывая границу.

Применяется два варианта сглаживания:

• Общее сглаживание отрисовкой излишне крупного несглаженного изображения с последующим уменьшением разрешения.
• Специализированные алгоритмы сглаживания, работающие на изображениях определённого типа (например, Алгоритм Ву для отрисовки отрезков).

Следует заметить, что сглаживание зависит от гаммы монитора. В частности, среднее между 0,2 и 0,8 — это не обязательно 0,5, а <math>\left(\frac {0{,}2^\gamma+0{,}8^\gamma} 2\right)^{1/\gamma}</math>. Особенно это заметно на тонких узорах и тексте. Поэтому сглаживание наилучшего качества получается только тогда, когда <math>\gamma</math> известна.

Полноэкранное сглаживание

Избыточная выборка сглаживания (англ. Supersample anti-aliasing, SSAA), также называемое полносценным или полноэкранным сглаживанием (FSAA), используется для исправления алиасинга (или «зубцов») на полноэкранных изображениях. SSAA было доступно на ранних видеокартах, вплоть до DirectX 7. Начиная с DirectX 8 из-за огромной вычислительной сложности было заменено всеми производителями графических процессоров на множественную выборку сглаживания (англ. Multisample anti-aliasing; MSAA), которое также было заменено другими методами, такими как CSAA + TrAA/AAA. MSAA даёт несколько худшее качество графики, но и обеспечивает огромную экономию вычислительной мощности. Поскольку SSAA даёт более высокое качество изображения, оно было некоторое время тому назад возвращено AMD и NVIDIA. В модельный ряд AMD HD6xxx он включён в качестве особенности (ограничено только для игр на DirectX 9), также он был выпущен драйверами NVIDIA Fermi, для всех игр, начиная с игр на DirectX 9, и заканчивая играми на DirectX 11 с использованием любых видеокарт NVIDIA с поддержкой DX10+. Из-за больших требований к вычислительным ресурсам, с ним можно запустить только старые игры, которые значительно меньше используют графический процессор.

В результате изображение с SSAA выглядит более мягко и реалистично. Однако у фото­гра­фи­чес­ких изображений с простым сглаживанием (например, супер­сэмп­линг, а затем усреднение) может ухудшиться внешний вид некоторых типов линейных рисунков или диаграмм (изображение будет выглядеть размыто), особенно там, где линии наиболее горизонтальны или вертикальны. В этих случаях может быть использован хинтинг.

Полноэкранное сглаживание позволяет устранить характерные «лесенки» на границах полигонов. Однако следует учитывать, что полноэкранное сглаживание потребляет немало вычислительных ресурсов, что приводит к падению частоты кадров.

Качество сглаживания ограничено пропускной способностью видеопамяти, поэтому GPU с быстрой памятью сможет просчитать полноэкранное сглаживание с меньшим ущербом для производительности, чем GPU более низкого класса. Сглаживание можно включать в различных режимах. Например, сглаживание 4x даст более качественное изображение, чем сглаживание 2x, но значительно снизит производительность. Сглаживание 2xSSAA удваивает разрешение, тогда как 4xSSAA его учетверяет.

FXAA

FXAA (Fast approXimate Anti-Aliasing) — метод сглаживания от Nvidia, представляющий собой однопроходный пиксельный шейдер, который обсчитывает результирующий кадр на этапе постобработки. Является более производительным решением, по сравнению с традиционным MSAA (Multi-Sampling Anti-Aliasing), что, однако, сказывается на точности работы и качестве изображения.

MFAA

MFAA (Multiframe Sampled Anti-Aliasing) - метод сглаживания от Nvidia. Целью MFAA является достижение равноценного сглаживания при более высокой частоте кадров. В идеале MFAA 4х по производительности должен соответствовать MSAA 2х, но обеспечить качество как у MSAA 4x или выше.

См. также

• ClearType
• Хинтинг
• Temporal anti-aliasing
• Избыточная выборка сглаживания
• Мультисэмплинг
• Реконструкционный фильтр

Литература

• Данил Гридасов. [www.ixbt.com/video/itogi-video/test/0808_gt200rv770aa.shtml Под микроскопом. GeForce CSAA vs. Radeon CFAA] (рус.). i3D-Quality. iXBT (23 октября 2008). Проверено 30 сентября 2010. [www.webcitation.org/64qlzww3X Архивировано из первоисточника 21 января 2012].
• Kristof Beets, Dave Barron. [www.ixbt.com/video/fsaa-an-1.html Анализ методов сглаживания на основе super-sampling] (рус.). iXBT (7 июня 2000). Проверено 30 сентября 2010. [www.webcitation.org/64qm1h3aD Архивировано из первоисточника 21 января 2012].

Ссылки

• [webimg.ru/node/70?page=0,1 Сглаживание краёв]
• [www.computerworld.com/action/article.do?command=viewArticleBasic&articleId=71480 Anti-aliasing]
• [nvworld.ru/files/old/docs/fsaa.html FSAA — что это такое и с чем его едят?]

Отрывок, характеризующий Сглаживание

«Да, один за всех, я должен совершить или погибнуть! – думал он. – Да, я подойду… и потом вдруг… Пистолетом или кинжалом? – думал Пьер. – Впрочем, все равно. Не я, а рука провидения казнит тебя, скажу я (думал Пьер слова, которые он произнесет, убивая Наполеона). Ну что ж, берите, казните меня», – говорил дальше сам себе Пьер, с грустным, но твердым выражением на лице, опуская голову.
В то время как Пьер, стоя посередине комнаты, рассуждал с собой таким образом, дверь кабинета отворилась, и на пороге показалась совершенно изменившаяся фигура всегда прежде робкого Макара Алексеевича. Халат его был распахнут. Лицо было красно и безобразно. Он, очевидно, был пьян. Увидав Пьера, он смутился в первую минуту, но, заметив смущение и на лице Пьера, тотчас ободрился и шатающимися тонкими ногами вышел на середину комнаты.
– Они оробели, – сказал он хриплым, доверчивым голосом. – Я говорю: не сдамся, я говорю… так ли, господин? – Он задумался и вдруг, увидав пистолет на столе, неожиданно быстро схватил его и выбежал в коридор.
Герасим и дворник, шедшие следом за Макар Алексеичем, остановили его в сенях и стали отнимать пистолет. Пьер, выйдя в коридор, с жалостью и отвращением смотрел на этого полусумасшедшего старика. Макар Алексеич, морщась от усилий, удерживал пистолет и кричал хриплый голосом, видимо, себе воображая что то торжественное.
– К оружию! На абордаж! Врешь, не отнимешь! – кричал он.
– Будет, пожалуйста, будет. Сделайте милость, пожалуйста, оставьте. Ну, пожалуйста, барин… – говорил Герасим, осторожно за локти стараясь поворотить Макар Алексеича к двери.
– Ты кто? Бонапарт!.. – кричал Макар Алексеич.
– Это нехорошо, сударь. Вы пожалуйте в комнаты, вы отдохните. Пожалуйте пистолетик.
– Прочь, раб презренный! Не прикасайся! Видел? – кричал Макар Алексеич, потрясая пистолетом. – На абордаж!
– Берись, – шепнул Герасим дворнику.
Макара Алексеича схватили за руки и потащили к двери.
Сени наполнились безобразными звуками возни и пьяными хрипящими звуками запыхавшегося голоса.
Вдруг новый, пронзительный женский крик раздался от крыльца, и кухарка вбежала в сени.
– Они! Батюшки родимые!.. Ей богу, они. Четверо, конные!.. – кричала она.
Герасим и дворник выпустили из рук Макар Алексеича, и в затихшем коридоре ясно послышался стук нескольких рук во входную дверь.


Пьер, решивший сам с собою, что ему до исполнения своего намерения не надо было открывать ни своего звания, ни знания французского языка, стоял в полураскрытых дверях коридора, намереваясь тотчас же скрыться, как скоро войдут французы. Но французы вошли, и Пьер все не отходил от двери: непреодолимое любопытство удерживало его.
Их было двое. Один – офицер, высокий, бравый и красивый мужчина, другой – очевидно, солдат или денщик, приземистый, худой загорелый человек с ввалившимися щеками и тупым выражением лица. Офицер, опираясь на палку и прихрамывая, шел впереди. Сделав несколько шагов, офицер, как бы решив сам с собою, что квартира эта хороша, остановился, обернулся назад к стоявшим в дверях солдатам и громким начальническим голосом крикнул им, чтобы они вводили лошадей. Окончив это дело, офицер молодецким жестом, высоко подняв локоть руки, расправил усы и дотронулся рукой до шляпы.
– Bonjour la compagnie! [Почтение всей компании!] – весело проговорил он, улыбаясь и оглядываясь вокруг себя. Никто ничего не отвечал.
– Vous etes le bourgeois? [Вы хозяин?] – обратился офицер к Герасиму.
Герасим испуганно вопросительно смотрел на офицера.
– Quartire, quartire, logement, – сказал офицер, сверху вниз, с снисходительной и добродушной улыбкой глядя на маленького человека. – Les Francais sont de bons enfants. Que diable! Voyons! Ne nous fachons pas, mon vieux, [Квартир, квартир… Французы добрые ребята. Черт возьми, не будем ссориться, дедушка.] – прибавил он, трепля по плечу испуганного и молчаливого Герасима.
– A ca! Dites donc, on ne parle donc pas francais dans cette boutique? [Что ж, неужели и тут никто не говорит по французски?] – прибавил он, оглядываясь кругом и встречаясь глазами с Пьером. Пьер отстранился от двери.
Офицер опять обратился к Герасиму. Он требовал, чтобы Герасим показал ему комнаты в доме.
– Барин нету – не понимай… моя ваш… – говорил Герасим, стараясь делать свои слова понятнее тем, что он их говорил навыворот.
Французский офицер, улыбаясь, развел руками перед носом Герасима, давая чувствовать, что и он не понимает его, и, прихрамывая, пошел к двери, у которой стоял Пьер. Пьер хотел отойти, чтобы скрыться от него, но в это самое время он увидал из отворившейся двери кухни высунувшегося Макара Алексеича с пистолетом в руках. С хитростью безумного Макар Алексеич оглядел француза и, приподняв пистолет, прицелился.
– На абордаж!!! – закричал пьяный, нажимая спуск пистолета. Французский офицер обернулся на крик, и в то же мгновенье Пьер бросился на пьяного. В то время как Пьер схватил и приподнял пистолет, Макар Алексеич попал, наконец, пальцем на спуск, и раздался оглушивший и обдавший всех пороховым дымом выстрел. Француз побледнел и бросился назад к двери.
Забывший свое намерение не открывать своего знания французского языка, Пьер, вырвав пистолет и бросив его, подбежал к офицеру и по французски заговорил с ним.
– Vous n'etes pas blesse? [Вы не ранены?] – сказал он.
– Je crois que non, – отвечал офицер, ощупывая себя, – mais je l'ai manque belle cette fois ci, – прибавил он, указывая на отбившуюся штукатурку в стене. – Quel est cet homme? [Кажется, нет… но на этот раз близко было. Кто этот человек?] – строго взглянув на Пьера, сказал офицер.
– Ah, je suis vraiment au desespoir de ce qui vient d'arriver, [Ах, я, право, в отчаянии от того, что случилось,] – быстро говорил Пьер, совершенно забыв свою роль. – C'est un fou, un malheureux qui ne savait pas ce qu'il faisait. [Это несчастный сумасшедший, который не знал, что делал.]