anti aliasing explained

Untuk memahami anti-aliasing, pertama-tama kita perlu memahami konsep aliasing.

Kamu mungkin pernah mengalami tepi pixelated atau bergerigi pada layar Kamu saat menonton video atau bermain video game. ‘Jaggies’ ini dikenal sebagai aliasing. Ini menurunkan pengalaman menonton secara keseluruhan.

Tapi mengapa aliasing terjadi?

Gambar yang ditampilkan di layar terbuat dari kotak kecil yang dikenal sebagai piksel. Setiap piksel, elemen terkecil dari sebuah gambar, memiliki intensitas dan warnanya sendiri. Garis vertikal dan horizontal dapat dipetakan dengan tepat ke dalam piksel persegi, tetapi garis lengkung atau gambar dari sudut ke sudut harus disesuaikan dari titik ke titik. kalau piksel di sepanjang tepi mati atau hidup, ini menghasilkan tepi yang bergerigi (aliasing atau berundak).

Solusi yang jelas untuk menghindari aliasing adalah dengan meningkatkan resolusi layar Kamu, tetapi tidak setiap orang mampu membeli monitor kelas atas. Itulah mengapa para insinyur telah mengembangkan beberapa teknik untuk mengurangi dampak jaggies pada layar. Salah satu teknik efektif ini adalah anti-aliasing.

Apa itu Anti-aliasing?

Anti-aliasing adalah teknik memadukan tepi piksel dengan piksel di sekitarnya untuk menciptakan ilusi tepi yang lebih halus. Ini tidak sesederhana kedengarannya: Kamu memberi tahu komputer Kamu untuk memproses jutaan piksel setiap bingkai dan membuat tepinya lebih halus.

CPU / GPU memperhalus tepian dengan menyesuaikan warna di sepanjang tepinya. Alih-alih mengaktifkan atau menonaktifkan piksel, prosesor menempatkannya di antara keduanya. Misalnya, garis diagonal putih dengan latar belakang hitam mungkin memiliki bayangan abu-abu gelap dan terang di sepanjang tepinya, bukan putih dan hitam.

Gambar garis aliased vs. anti-aliased yang diperbesar

Algoritme anti-aliasing dirancang untuk membuat gambar digital terlihat alami saat dilihat dari jarak tertentu. Saat diperbesar, teks dan gambar anti-alias tampak tidak jelas karena piksel yang disesuaikan.

Selain fotografi digital dan grafik komputer, anti-aliasing juga banyak digunakan dalam audio digital (untuk menghilangkan frekuensi yang tidak diinginkan dari audio sampel). Dalam artikel ikhtisar ini, kami berfokus pada yang pertama.

Jaggies tidak terlihat pada layar HiDPI (titik tinggi per inci) modern karena memiliki kisi piksel yang lebih padat yang dapat menampilkan gambar dengan lebih tajam. Namun, bahkan layar resolusi tinggi ini mendapat manfaat dari anti-aliasing.

Terdapat berbagai jenis teknik anti-aliasing untuk membuat pengalaman menonton dan bermain game menjadi lebih baik dan lebih imersif. Masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Mari kita bahas delapan jenis anti-aliasing paling populer secara mendetail.

1. Supersampling Anti-Aliasing (SSAA)

Sebelum (kiri) dan sesudah (kanan) menerapkan SSAA

Memberikan kualitas gambar yang luar biasa tetapi menurunkan kinerja 

Juga dikenal sebagai Full-Scene Anti-Aliasing (FSAA), Supersaming Anti-Aliasing (SSAA) adalah salah satu teknik spasial tertua dan paling efektif. Ini sempurna untuk memproses gambar fotorealistik karena memberikan tampilan yang lebih lembut dan membuatnya terlihat lebih hidup.

Dalam metode ini, gambar yang ditampilkan dirender pada resolusi yang jauh lebih tinggi. Sampel warna diambil dari piksel berlebih yang tidak ada pada gambar resolusi rendah, dan nilai warna rata-rata diukur.

Saat gambar menyusut, nilai rata-rata diterapkan untuk menghilangkan jaggies. Ini memberikan gambar downsampled dengan transisi yang jauh lebih halus. Kualitas keluaran tergantung pada jumlah sampel warna: semakin tinggi jumlah sampel, semakin tinggi kualitasnya.

Meskipun teknik ini memberikan kualitas gambar yang sangat baik, namun menurunkan kinerja karena rendering gambar pada resolusi tinggi membutuhkan banyak sumber daya komputasi. Inilah sebabnya mengapa tidak banyak digunakan dalam game lagi.

Kelemahan lain dari menggunakan metode ini adalah hal itu berdampak negatif pada gambar yang memiliki banyak garis vertikal atau horizontal. Saat diproses, garis-garis ini (yang pada dasarnya tajam) tampak lembut.

2. Multisample Anti-Aliasing (MSAA)

Apa itu anti-aliasingSumber gambar: Nvidia

Membutuhkan sumber daya komputasi yang relatif lebih sedikit tetapi menghasilkan gambar berkualitas lebih rendah

Multisample anti-aliasing adalah kasus khusus supersampling di mana komponen tertentu dari gambar tidak sepenuhnya supersampling. Hanya tepi poligon (sumber paling umum dari aliasing dalam grafik 3D) yang anti-alias. Tekstur tidak dihaluskan.

Lebih khusus lagi, saat CPU / GPU membuat gambar pada layar, itu membuat perbedaan antara dua komponen yang berbeda: poligon dan tekstur. CPU / GPU pertama-tama menggambar bentuk umum atau garis besar suatu objek (poligon), lalu mengisinya dengan tekstur. MSAA hanya menyesuaikan jaggies pada poligon, membiarkan tekstur apa adanya.

Karena MSAA tidak memproses semua bagian gambar akhir, ini lebih efisien dan membutuhkan lebih sedikit sumber daya komputasi daripada SSAA. Namun, ini menghasilkan gambar dengan kualitas yang relatif lebih rendah dan tidak dapat menangani transparansi.

3 & 4. Cakupan Sampling Antialiasing (CSAA) & Peningkatan Kualitas Anti-Aliasing (EQAA)

MSAA (kiri) vs. CSAA (kanan) [resolusi tepi yang lebih ketat di CSAA]

Keduanya memberikan kualitas yang lebih baik dengan hanya memperkenalkan kinerja yang minimal 

Produsen GPU AMD dan NVIDIA telah mengembangkan metode anti-aliasing spasial mereka sendiri. NVIDIA telah membuat CSAA, dan AMD telah membuat EQAA. Meskipun memiliki nama yang berbeda, fungsinya serupa.

Dalam kedua metode tersebut, GPU mengidentifikasi poligon pada gambar dan menghitung daerah poligon mana yang cenderung memiliki jaggies. Ini kemudian menggantikan hanya piksel tersebut.

Karena seluruh gambar tidak diproses, GPU membutuhkan daya pemrosesan yang jauh lebih sedikit untuk dijalankan. Selain itu, CSAA dan EQAA tidak memerlukan sampel warna / kedalaman / stensil tambahan. Karenanya, mereka menggunakan memori video yang sama dengan MSAA (dalam mode yang setara).

5 & ​​6. Morphological Anti-Aliasing (MLAA) & Fast Approximate Anti-Aliasing (FXAA)

Penerapan metode FXAA (proses langkah demi langkah dari kiri ke kanan, atas ke bawah) | Kredit: NVIDIA

Cepat, membutuhkan lebih sedikit sumber daya komputasi tetapi tidak cocok untuk gambar dengan tekstur detail

NVIDIA dan AMD telah mengembangkan dua teknik anti-aliasing pasca-proses yang masing-masing dikenal sebagai anti-aliasing perkiraan cepat dan anti-aliasing morfologis. Keduanya bekerja dengan cara yang sama – piksel menjadi kabur setelah dirender.

Dalam metode anti-aliasing pasca-proses, GPU membandingkan kontras warna antara dua piksel yang berdekatan untuk menentukan di mana tepi poligon berada. Piksel dengan warna dan intensitas yang sama biasanya merupakan bagian dari poligon yang sama. Setelah tepi terdeteksi, GPU mengaburkan piksel secara proporsional dengan kontrasnya.

Tidak seperti MSAA, yang tidak berfungsi untuk rendering yang ditangguhkan, MLAA dan FXAA dapat secara akurat mendeteksi batas pada gambar dan kemudian menemukan pola tertentu di dalamnya. Keduanya sangat cepat dan membutuhkan lebih sedikit sumber daya komputasi daripada metode spasial.
‘Blurring’ telah terbukti efektif, karena menghilangkan kontras mencolok antara piksel yang disejajarkan secara aneh yang menyebabkan jaggies. Namun, keburaman dapat dengan mudah dilihat pada gambar yang memiliki fitur petir dinamis dan tekstur detail.

7. Enhanced Morphological Anti-aliasing (SMAA) Subpiksel

Contoh SMAA 4x yang diintegrasikan ke dalam game Crysis 2

Menggabungkan metode antialiasing spasial dan pasca-proses

Teknik anti-aliasing pasca-pemrosesan ini menggabungkan antialiasing morfologis (MLAA) dengan strategi multi / supersampling tambahan (MSAA, SSAA) untuk fitur subpiksel yang tepat.

SMAA menghasilkan kualitas gambar yang lebih baik dengan tetap mempertahankan waktu eksekusi yang sangat cepat. Lebih khusus lagi, ini memberikan gradien yang sangat akurat dan stabilitas temporal sambil memperkenalkan overhead yang minimal. Ini menjadikannya pilihan yang disukai untuk konfigurasi kelas bawah.

8. Anti-aliasing temporal (TXAA)

Memberikan kualitas gambar yang lebih baik daripada FXAA atau MLAA tetapi membutuhkan lebih banyak sumber daya komputasi 

Metode kompleks ini menggunakan pemburaman dan supersampling untuk membuat grafik yang tajam dan gerakan yang anggun. Dengan kata lain, ini bertujuan untuk mempertahankan tingkat kelancaran gerakan dalam lingkungan virtual.

Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah mengembangkan Adaptive Temporal Anti-aliasing (ATAA), yang menangani kekurangan TXAA. Misalnya, ini menghilangkan artefak buram dan berbayang tanpa menimbulkan performa yang signifikan. Hasil ATAA mendekati apa yang dapat diberikan supersampling 16x.

Anti-Aliasing Mana yang Harus Kamu Gunakan?

kalau Kamu memiliki pemahaman yang baik tentang perangkat keras yang Kamu gunakan dan mengetahui kinerja seperti apa yang Kamu inginkan dari mesin Kamu, maka akan lebih mudah untuk memutuskan teknik anti-aliasing mana yang terbaik untuk Kamu.

Pertanyaan berikut akan membantu Kamu membuat keputusan yang tepat:

  • Apa spesifikasi GPU Kamu?
  • Seberapa berat atau menuntut grafis game Kamu?
  • Fitur grafis apa yang Kamu ingin sempurnakan, dan mana yang tidak Kamu pedulikan?

kalau Kamu memiliki peralatan game yang kuat / tingkat tinggi, Kamu harus memilih SSAA, MSAA, dan TXAA. kalau Kamu memiliki CPU / GPU dengan daya sedang, Kamu dapat memilih MSAA, FXAA, atau MLAA. Dan kalau Kamu memiliki perangkat keras game tingkat rendah, yang tidak dapat menangani frekuensi gambar tinggi dan rentan panas berlebih, Kamu sebaiknya memilih CSAA atau SMAA.

Kamu juga dapat bereksperimen dengan pengaturan grafis Kamu untuk mengetahui apa yang mampu ditangani oleh CPU / GPU Kamu. Ada puluhan parameter yang perlu diubah, seperti resolusi, kualitas bayangan, bidang pKamung, jarak pKamung, tekstur, dan pemfilteran anisotropik.

Dianjurkan untuk memulai dengan konfigurasi serendah mungkin dan kemudian pindah ke tingkat yang lebih tinggi dan mendetail. Meskipun ini adalah tugas yang cukup membosankan, ini adalah cara termudah untuk mengetahui bagaimana Kamu bisa mendapatkan pengalaman bermain game terbaik di mesin Kamu.

Namun, mengingat kemajuan terbaru dalam unit pemrosesan grafis dan teknologi tampilan, tidak ada gunanya mengkhawatirkan anti-aliasing. Faktanya, video game yang lebih baru dan gambar beresolusi sangat tinggi sama sekali tidak memerlukan anti-aliasing.

Merupakan ide bagus untuk mendapatkan pengetahuan tentang berbagai jenis anti-aliasing sehingga Kamu dapat membuat keputusan yang tepat tentang menyeimbangkan visual dan kinerja desktop Kamu berikutnya. Informasi ini juga akan berguna kalau Kamu memutuskan untuk mengedit video profesional atau mengembangkan game Kamu sendiri.