让视界变得更加平滑 认识抗锯齿（上）

小D是一个游戏玩家，看到很多游戏大作新鲜上市，比如《Call of Duty 5：World at War》、《极品飞车12》等。不过让小D苦恼的是，这些游戏的画面总有一些“很影响视觉效果”的地方，比如空中好好的电线，看上去偏偏就支离破碎；游戏画面中的墙体边缘也是犬牙交错，而且无论怎么调节显卡特效设置，都没办法让它们更真实。这是怎么回事呢？看来，这抗锯齿的知识，真的该好好普及一下了。

恐怕很多玩家都会有和小D一样的苦恼，为什么游戏画面看起来不精致呢？反而有种破碎或者粗糙感？好好的两点间连接成的一条直线，电脑为什么就显示出来有小格子甚至干脆丢失呢？难道电脑连一段漂亮而流畅的圆弧都画不出来吗？要解答这些问题，我们需要从电脑的显示原理来探寻一下！

锯齿的产生

假设我们需要画一条曲线，应该怎么做呢？可以使用圆规，甚至直接用手在纸上随便画，我们画出的线都是平滑的，和想象中的线条完全相同。但对计算机，特别是3D游戏来说，想得到平滑的线条是非常困难的。为了解释清楚这个问题，我们先了解一个简单的概念：采样点。

对计算机来说，采样是有条件的使用数据。比如我们需要将一个曲线描绘在计算机上，计算机必须确定曲线上每一个点的位置，才能记录这个曲线。我们给计算机这样的条件：建立一个26×18的方格阵列，将曲线通过的格子全部染色。

当我们在方格阵列上描绘出这些曲线通过的格子后，就完成了采样工作。对计算机来说，下一步工作就是确定坐标，进行计算。我们可以清楚地看到，这些染色的方格连起来后形成的图形非常粗糙、不平滑，并且这些方格的坐标难以代表原始的曲线，因此计算机显示出来的线条并不是我们开始绘制的平滑曲线，而是那些灰色的格子代表的非常粗糙的曲线。为什么会这样？采样点过少吗？我们在一个确定的面积内多只有26×18个采样点，如果增加采样点会怎么样呢？

我们将同样面积内的方格数量增加到55×48个，然后采用上述同样的方法对曲线进行采样。这次我们可以明显看出，格子的数量增加后，采样得出的曲线更为接近原始图形，重要的是它更为平滑。

分辨率上升，每一个像素点更小，图像更为细腻，锯齿情况也大为减轻。但从本质上来说，这是数据更为精确的结果。在格子较多的系统中，相当于坐标的单位值更小，计算机的采样点更精细，数据更为接近真实值，近似后误差降低，因此，锯齿现象就大大减少了。由此看来，分辨率越高，计算机采样点越多，锯齿现象就越少。

主流抗锯齿技术介绍

抗锯齿技术不仅仅是上文介绍的提高分辨率那么简单。每一种技术，都有其核心的部分存在。抗锯齿技术核心的部分就是算法。

目前在游戏和显卡中使用多的是全屏抗锯齿技术，Full Scene Anti-aliasing（简称为FSAA）。FSAA对全屏幕所有的图像都进行抗锯齿处理。比较常见有以下几种方法：

1.SSAA：超级采样抗锯齿

超级采样抗锯齿使用的方法正是我们在第二部分中介绍的方法。它通过将整个画面的分辨率提高来得到更为平滑的画面效果。比如19英寸显示器（16:10）的分辨率为1440×900，SSAA在计算的时候，将分辨率大幅度提升，比如2880×1800，获得更为精确的画面数据后再将图像显示在1440×900的画面上，效果自然更为平滑。

SSAA作为早出现的一种抗锯齿技术，从Radeon7000系列显卡到GeForce 256等老显卡都支持，甚至在后期的Voodoo显卡中都提供了对SSAA的支持。但是，这种技术对显卡的资源耗费巨大，提升分辨率来抗锯齿的方式看似非常简单，实际上还是有大量的不需要抗锯齿的部分也被纳入了计算范围，浪费了显卡的资源。

2.MSAA：多重采样抗锯齿

由于SSAA浪费资源比较严重，因此各家厂商都开发了更先进的MSAA抗锯齿技术，ATI和NVDIA的显卡都对这种抗锯齿技术提供了大力支持。

MSAA的原理很简单，它只对画面中多边形的边缘部分做抗锯齿处理。比如一个红色的圆，只对圆周作抗锯齿多重采样计算，但是圆周以内的部分则不会处理。这样就大幅度降低了显卡的计算压力，也一跃成为了有效的抗锯齿计算方法。MSAA的资源耗费只和图像中采用的多边形数量有关，因此在实际使用中有比较出色的表现。

不过，MSAA还是有问题，比如遇到了半透明的物体，如何采样？其它诸如铁丝网、密集草叶等，边缘不明确或者无比复杂，如何抗锯齿？因此，NVIDIA提出了透明抗锯齿、ATI提出了自适应抗锯齿技术，来专门针对如铁丝网、树叶等部位，采用额外的采样计算甚至局部使用SSAA技术，强行进行抗锯齿处理。

3.G80中出现的CSAA和R600采用的CFAA

CSAA是NVIDIA在G80中全新推出的一种抗锯齿技术。CSAA是对MSAA抗锯齿技术的更深一步发展。举例来说，如果使用16XMSAA，需要在周围取得16个采样点的色彩值和Z轴值，然后保存这些数值进行计算。而16XCSAA，则全部在被采样的像素点中心取得色彩之和Z轴值，然后对比并去掉同样的数据。一般来说，16XCSAA后只需要保存4份色彩值和Z轴值即可。换句话来说，4XMSAA耗费的资源和16XCSAA是相同的，但是，16XCSAA的画面效果相比4XMSAA胜出太多。

NVIDIA CSAA示意图

相比之下，ATI在R600上新采用的CFAA技术，也是MSAA技术的深化。它通过驱动判断对视觉效果影响大的多边形，然后针对这些多边形进行有目的的处理，以较小的性能损失达到较高的MSAA效果。根据ATI给出的展示图样，8×CFSS的效果比8×CSAA效果要更好，边缘更为平滑，锯齿现象更为轻微。

ATI CFAA

抗锯齿的故事我们就讲到这里了。除了本文叙述的各种抗锯齿技术外，AMD和NVIDIA还配合CrossFire和SLI技术开发出了更为精细，效果更出色的抗锯齿技术。

相信看了本文后，玩家们在实际使用中也会更为注意抗锯齿技术了。实际上，在保证性能的基础上，打开抗锯齿，获得更为精美的画面，何乐而不为呢？但是，面对形形色色的反锯齿算法，游戏中该怎么进行设置？是直接选择FSAA，还是NVIDIA或ATI自家的CSAA或CFAA呢？

下期我们将结合具体游戏教你使用好抗锯齿，在打开抗锯齿的情况下，减少显卡的性能损失，敬请大家关注。