Txaa vs msaa: Reddit – Entdecke ohne Ende

NVIDIA TXAA | HYPERPC Artikel

Kategorie: Technologie

Filmstudios, die CGI-Filme veröffentlichen, investieren erhebliche Mengen an Rechenressourcen, um sicherzustellen, dass unrealistische, „zackige“ Bildränder den Betrachter nicht ablenken. Damit Spiele dieses Maß an Wiedergabetreue erreichen, benötigen Spieleentwickler neue Anti-Aliasing-Techniken, die nicht nur gezackte Linien reduzieren, sondern auch Ruckeln beseitigen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

Um diese Wiedergabetreue zu erreichen, hat NVIDIA einen noch hochwertigeren Anti-Aliasing-Modus namens TXAA entwickelt, der direkt in Spiele-Engines integriert werden kann. Durch die Kombination der hohen Leistung von MSAA mit fortschrittlichen Bildverbesserungsfiltern, die denen ähneln, die in CGI-Filmen verwendet werden, liefert TXAA flüssigere Bilder, die jeder vergleichbaren Anti-Aliasing-Technik weit überlegen sind. Darüber hinaus kann TXAA auch ganze Szenenbeispiele zwischen Frames jittern, um Jitter zu reduzieren, was technisch als zeitliches Aliasing bezeichnet wird.

TXAA ist derzeit in zwei Versionen erhältlich: TXAA 2x und TXAA 4x. TXAA 2x liefert eine mit 8xMSAA vergleichbare Bildschärfe bei den gleichen Leistungskosten wie 2xMSAA, während TXAA 4x eine bessere Bildschärfe als 8xMSAA bei einem mit 4xMSAA vergleichbaren Leistungsaufwand liefert.

NVIDIA® TXAA

TXAA ist eine neue Anti-Aliasing-Technik in Kinoqualität, die speziell zur Reduzierung von zeitlichem Aliasing (Schleichen und Flackern bei Bewegungen) entwickelt wurde. Diese Technologie ist eine Kombination aus einem zeitlichen Filter, Hardware-Anti-Aliasing und spezieller hochwertiger Computergrafik. Um Pixel auf dem Bildschirm zu filtern, verwendet TXAA Sampling sowohl innerhalb als auch außerhalb des Pixels in Verbindung mit Samples aus vorherigen Frames, um die höchstmögliche Filterqualität zu erzielen. TXAA verfügt über eine verbesserte räumliche Filterung im Vergleich zu den standardmäßigen 2xMSAA- und 4xMSAA-Anti-Aliasing-Algorithmen. Wenn es beispielsweise um die Reproduktion eines Zauns, Laubwerks oder sich bewegender Objekte geht, kommt TXAA an die Qualität anderer professioneller High-End-Anti-Aliasing-Algorithmen heran und übertrifft diese manchmal sogar. Die bei TXAA angewendete Filterung mit höherer Qualität führt im Vergleich zur Filterung mit geringerer Qualität bei herkömmlichem MSAA zu glatteren Bildern.

TXAA kombiniert die hohe Leistung von MSAA mit fortschrittlichen Bildverbesserungsfiltern, die denen ähneln, die beim Erstellen von CGI-Filmen verwendet werden, um ein glatteres Bild zu liefern, das jeder vergleichbaren Anti-Aliasing-Technik weit überlegen ist. Abhängig von der Beleuchtung, die in einem bestimmten Spiel verwendet wird, können die Auswirkungen der Verwendung von TXAA auf die Leistung leicht variieren. Im Gegensatz zu Anti-Aliasing-Algorithmen wie FXAA, die versuchen, die Leistung auf Kosten der Bildqualität zu maximieren, versucht TXAA, die Wiedergabequalität auf Kosten der Leistung zu maximieren. TXAA ist die beste Wahl für diejenigen, die Anti-Aliasing in höchster Qualität mit der höchstmöglichen Leistung suchen, um die beste Grafik in Spielen wie Assassin’s Creed® III und Call of Duty®: Black Ops 2 zu liefern.

Wie funktioniert es und welches soll ich wählen?

Wenn Sie sich jemals mit den Grafikeinstellungen in Spielen befasst haben, ist Ihnen höchstwahrscheinlich die Anti-Aliasing-Option aufgefallen. Und wenn andere Einstellungen, wie z. B. Zeichenabstand oder Schattenqualität, intuitiv genug sind, kann das Verständnis von Anti-Aliasing ein Problem sein.

Warum brauchen wir Anti-Aliasing in Spielen?

Die Struktur des Monitorbildschirms ist eine Matrix aus quadratischen Pixeln. Es ist leicht zu erraten, dass in diesem Fall idealerweise nur horizontale und vertikale Linien gezeichnet werden. Sobald der Computer versucht, eine schräge Linie zu zeichnen, treten Pixelzacken auf.

Pixelleiter beim Zeichnen schräger Linien

Dieses Problem kann durch den Kauf eines Monitors mit höherer Auflösung gelöst werden. Wenn Sie keine moderne Grafikkarte haben, müssen Sie diese höchstwahrscheinlich ebenfalls aktualisieren. Aber diese Option wird nicht jedem gefallen.

Aus diesem Grund fügen Entwickler ihren Spielen Anti-Aliasing-Technologie hinzu. Es wurde bereits 1972 erfunden, erfreute sich jedoch erst nach mehreren Jahrzehnten zunehmender Beliebtheit in der Spielebranche. Das Wesentliche beim Anti-Aliasing ist das Übermalen der an die Ausfransung angrenzenden Pixel mit einer Zwischenfarbe (oder einem Farbverlauf). In diesem Fall erscheint der Übergang nicht so scharf, wodurch die Grenze geglättet wird.

Beispiel für die Glättung schräger Linien

Hinweis Anti-Aliasing wird nicht nur in Spielen, sondern auch in Programmoberflächen und sogar nur in Betriebssystemen eingesetzt. Neben Bildern verarbeitet der Algorithmus auch Text, wodurch kleine Schriftarten besser lesbar werden.

Glättung kann auf viele Arten erreicht werden. Die 8 wichtigsten und beliebtesten Anti-Aliasing-Algorithmen sind unten aufgeführt, in Spielen können jedoch auch andere Typen vorkommen.

SSAA (SuperSample Anti-Aliasing)

Die einfachste, aber gleichzeitig effektivste Art des Anti-Aliasings, die in Spielen das angenehmste Bild liefert. Leider verringert es die Leistung erheblich. Die Grafikkarte erhöht die Bildschirmauflösung quasi um ein Vielfaches. Nachdem der Rahmen gezeichnet wurde, wird das Bild wieder auf seine ursprüngliche Größe komprimiert, wobei die Farben der virtuellen Pixel in die entsprechenden realen Pixel gemittelt werden. Wenn die Bildschirmauflösung Full HD (1920×1080) und Anti-Aliasing funktioniert im 4x-Modus, das Bild wird in 4K-Auflösung (3840×2160) gerendert.

Hinweis Bei der Pixelmittelung wird einfach die durchschnittliche Farbe aus mehreren virtuellen Pixeln ermittelt. Beispielsweise verdoppelt SSAA x 4 die Auflösung. Dann entspricht jedes reale Pixel 4 virtuellen. Hier sind Beispiele dafür, wie die Mittelung erfolgen wird:

Beispiele für die Farbmittelung

Diese Art der Glättung entfernt die Leiter, macht kleine Objekte in der Ferne besser erkennbar und das Bild selbst ist einfach ansprechender für das Auge.

Leider implementieren nicht alle Spiele diese Art von Anti-Aliasing. Der SSAA-Algorithmus eignet sich am besten für veraltete Spiele, bei denen der Ressourcenverbrauch eines solchen Anti-Aliasing durch die hohe Leistung des Spiels selbst ausgeglichen wird.

Manchmal ist jedoch SSAA x 0,5 Anti-Aliasing in den Einstellungen zu finden. Bei der Nutzung wird die Bildauflösung praktisch halbiert, beim Zeichnen auf den Bildschirm wird es nach hinten gestreckt. Die Bildqualität verschlechtert sich in diesem Fall, die Leistung des Spiels hingegen steigt.

MSAA (MultiSample Anti-Aliasing)

In der Praxis muss Anti-Aliasing nicht auf den gesamten Frame angewendet werden. Dies ist geeignet, wenn schräge Linien, kontrastierende Polygongrenzen oder kleine Objekte in einiger Entfernung vorhanden sind. Daher ersetzte das leichtere MSAA das ressourcenintensive SSAA.

Diese Art von Anti-Aliasing funktioniert nach einem ähnlichen Algorithmus: Es erhöht die virtuelle Auflösung eines bestimmten Teils des Frames, zeichnet ihn und reduziert dann die Auflösung auf das Original.

MSAA-Vierfach-Anti-Aliasing-Ergebnis

Ein solches Anti-Aliasing ist jedoch in Spielen nicht effektiv, in denen Sie viele kleine Objekte zeichnen müssen: Gras, Laub oder Haare – alles, was Entwickler so eifrig zu detaillieren versuchen. In solchen Fällen ist diese Art des Anti-Aliasing identisch mit dem Vorgänger und damit ebenso ressourcenintensiv.

FXAA (Fast ApproXimate Anti-Aliasing)

Der Kern dieses Algorithmus besteht darin, die Farben benachbarter realer (nicht virtueller) Pixel zu mitteln.

FXAA Anti-Aliasing-Ergebnis

FXAA verwischt das Bild stark, erfordert aber ein Minimum an Ressourcen. Nicht die beste Option, aber eine der beliebtesten. Bei der Verwendung sollten Sie bedenken, dass alle klaren Elemente oder kontrastierenden Ränder unscharf werden, was in manchen Fällen dazu führt, dass das Bild für das Auge nicht sehr angenehm ist. Daher müssen Sie zwischen einem unscharfen Bild und Pixelleitern wählen.

MLAA (MorphoLogisches Anti-Aliasing)

Diese Art von Anti-Aliasing ähnelt Intels FXAA. Der Algorithmus funktioniert nach dem endgültigen Rendern des Frames, sodass er nicht mehr auf der Grafikkarte, sondern auf dem Zentralprozessor ausgeführt werden kann. Dadurch können Sie die Belastung der Grafikkarte deutlich reduzieren.

Das Prinzip, ein Bild in Strukturen zu unterteilen. Quelle

MLAA bestimmt Orte mit einem scharfen Farbübergang anhand von drei verschiedenen Mustern: Z, U und L. Anschließend wird der Standort nach Farben gemäß vorgegebenen Algorithmen kalibriert, die jedem der Muster innewohnen.

SMAA (Subpixel Morphological Anti-Aliasing)

Dies ist ein Anti-Aliasing basierend auf FXAA und MLAA. Es handelt sich um eine verbesserte Version von MLAA, die jedoch nicht mehr auf der CPU, sondern auf der Grafikkarte funktioniert, was bedeutet, dass sie Ressourcen verschwendet.

Nun nutzt der Algorithmus nicht nur den Farbunterschied, sondern auch die Helligkeit der Pixel, um die Konturen zu bestimmen. Die Z-, U- und L-Muster bleiben erhalten, zusätzlich erscheinen diagonale Muster. Dies hilft, die scharfen Kanten von Objekten genauer zu zeichnen.

SMAA-Glättungsergebnis. Achten Sie auf den Baum und die Blätter in der Nähe des Gebäudes

Leider führt diese Art des Anti-Aliasings in Spielen wie die beiden Vorgänger auch zu einer Unschärfe des Bildes, sodass einzelne kleine Objekte (z. B. Schmutzpartikel oder Kratzer) unscharf werden.

TXAA/TAA (Temporales Anti-Aliasing)

Diese von Nvidia entwickelte Art des Anti-Aliasing bekämpft nicht nur Pixelzacken, sondern eliminiert auch unnötigen Jitter in Objekten.

Das erste Problem wird durch die Kombination und Optimierung zweier Glättungsarten gelöst: MSAA und SMAA. Der Algorithmus bekämpft Jitter, indem er mehrere vorherige Frames analysiert. Daher wird dieser Typ auch als zeitliche Glättung bezeichnet (da er Frames analysiert, die einige Zeit zurückliegen).

Ergebnis der Anti-Aliasing-Operation TAA

Dieses Anti-Aliasing funktioniert hervorragend mit einem statischen oder fast statischen Bild. Sobald die Szene dynamisch wird, beginnt der Algorithmus, viele Ressourcen zu verbrauchen. Darüber hinaus können Artefakte auftreten, die durch das Nachbild vergangener Bilder verursacht werden.

DSR (Dynamic Super Resolution)

Antialiasing kommt ebenfalls direkt von Nvidia. Der Algorithmus ähnelt SSAA. Der Unterschied besteht darin, dass DSR das Spiel einfach mit einer höheren Bildschirmauflösung startet. Anschließend wird wie bei SSAA der Frame gerendert und das Bild dann auf die ursprüngliche Auflösung reduziert.

Von den daraus resultierenden Vorteilen: Sie können beispielsweise 4K-Screenshots auf einem Full-HD-Monitor erstellen. Wenn das Spiel jedoch nicht vollständig für diese Art von Anti-Aliasing optimiert ist, kann es sein, dass die Spieloberfläche und die Mausempfindlichkeit nachlassen, da Sie grundsätzlich mit einer höheren Auflösung als Ihr Monitor spielen.

CSAA/CFAA (Coverage Sampling Anti-Aliasing/Custom-Filter Anti-Aliasing)

Verbesserte Version von MSAA. Bietet Bildqualität auf dem Niveau von MSAA x 8, verbraucht aber gleichzeitig Ressourcen wie MSAA x 4. Es gibt fast keine Unschärfe.

Die Verbesserung des Algorithmus wird dadurch erreicht, dass auch Daten benachbarter Pixel berücksichtigt werden. Dies ermöglicht eine präzisere Glättung, ohne kleine Objekte zu beeinträchtigen, die nicht unscharf werden sollten.

CSAA 8x Ergebnis

Hinweis Viele Anti-Aliasing-Algorithmen berücksichtigen bei der Bildverarbeitung nicht nur benachbarte Pixel, sondern auch deren Subpixel separat (ja, dieselben R-, G- und B-Kanäle) – alles hängt von der Struktur und den Funktionen Ihrer Monitormatrix ab.

Das Bild unten zeigt, dass beim Glätten von Text keine vollwertigen Pixel beteiligt sind, sondern nur einige ihrer Kanäle: Rot, Blau und Gelb (eine Mischung aus Rot und Grün).

Clear Type Subpixel Rendering Technology

Welches Anti-Aliasing soll ich im Spiel wählen?

Wenn Sie Besitzer eines leistungsstarken Gaming-Computers sind und SSAA-Antialiasing in den Grafikeinstellungen sehen, entscheiden Sie sich bedenkenlos dafür.