NVIDIA的黑科技：MFAA超高效能抗鋸齒
2025-04-02 01:59:26
速度與畫質一直都是3D遊戲追求的兩大終極目標，但很多時候，速度與畫質總是魚和熊掌不可兼得，想要開啟高級特效必然會損失幀數導致流暢度下降，因此就需要硬體廠商不斷的研發出性能更強的GPU，也需要軟體廠商研發出更高效率的圖形技術。
抗鋸齒（Anti-Aliasing，簡寫為AA）就是這樣一項很特別的圖形技術，它能夠明顯的改善遊戲畫面表現力，同時也會讓遊戲幀數大幅下降。所以多年以來，不論是顯卡廠商還是遊戲開發商，都在努力的改進抗鋸齒效率，開發出新的抗鋸齒模式，讓遊戲畫質變得更好，同時也不至於讓性能損失太多。
所以，大家一定聽過或者見過以下這些抗鋸齒中的一種甚至多種，如：MSAA、CSAA、CFAA、FXAA、TSAA……今天筆者就為大家詳細解讀3D遊戲中的鋸齒是如何產生的，回顧最常見的MSAA技術的原理和優缺點，最後介紹NVIDIA新開發的一種效率極高的抗鋸齒技術——MFAA。
● 為什麼會產生鋸齒？
我們知道，顯示屏是由一個個方塊像素點組成的，這些方塊像素點在顯示斜向或圓形物體時，會不可避免的在邊緣產生鋸齒狀的線條。就像馬賽克一樣，只不過是薄碼而已……
● 高分屏能否自動消除鋸齒？
當顯示器的解析度或顯示屏的PPI（每英寸的像素數）足夠大時，人眼將無法看清具體的像素點，但相鄰像素之間的色彩差異也會產生明顯的錯落感，高解析度/PPI由於像素變得非常細膩，可以同比縮小鋸齒，但仍不能完全消除鋸齒。
● 抗鋸齒技術是如何抵抗鋸齒的？
前面說過，方塊像素顯示斜向或圓形物體時，鋸齒是無可避免的，抗鋸齒也無法消除鋸齒，但它能通過欺騙人眼的方法，讓鋸齒的稜角顯得不那麼明顯：
如上圖所示，方法就是對鋸齒所在位置的像素及相鄰像素進行比對採樣處理，計算出該像素應該顯示多少比例的灰階值，而不是「非黑即白」的顯示模式。比如4xAA就是對每個像素採樣4次，原本該像素只有0、1兩種顯示模式，開啟4xAA後就能顯示0、1/4、1/2、3/4、1五種模式。
如此一來，稜角分明的鋸齒邊緣，就會顯得比較模糊，色彩過渡比較自然，就不會那麼刺眼了，鋸齒一定程度上被消除了。
● MSAA佔據主導位置，4xMSAA使用最廣泛
MSAA的全稱是Multi Sampling Anti-Aliasing，多重採樣抗鋸齒。MSAA只對Z緩存和模板緩存中的數據進行採樣處理，可以簡單理解為只對多邊形的邊緣進行抗鋸齒處理，而忽略非邊緣像素（因此可能會在一些特殊位置殘留一些鋸齒）。這樣的話，相比SSAA對畫面中所有數據進行處理，MSAA對資源的消耗需求大大減弱，因此MSAA在遊戲中使用最廣泛，多年來一直佔據主導位置。
通常在遊戲中會提供2x、4x、8x三種抗鋸齒級別，一般最常用的就是4x這種模式，因為4x和8x的畫質差別已經很小了。
● 開啟抗鋸齒性能損失有多大？
可以看出，4x抗鋸齒雖然效果優秀，但性能損失比較大，而2x性能損失最小，可以說效率最高。
● NVIDIA的黑科技：超高效能的MFAA
鑑於高倍MSAA性能損失較大的問題，NVIDIA在MSAA的基礎上開發出了一種「投機取巧」的技術：Multi-Frame Sampled Anti-Aliasing（MFAA），從字面上來看它是MSAA的一個變種，可以翻譯為「多幀多重採樣抗鋸齒」。
上圖為MFAA的工作原理，奇數幀在水平方向進行一次2xMSAA採樣，偶數幀在垂直方向進行另外一次2xMSAA採樣，然後通過軟體算法將其合成，最終的採樣結果與直接進行4xMSAA沒有區別。
可能會有人擔心，對相鄰的兩幀進行兩次2xMSAA採樣合成會不會造成畫質損失，尤其是當畫面運動幅度較大時？其實MFAA都是對物體邊緣進行採樣，無論運動幅度多大都有固定的幾何軌跡，因此兩幀始終會在固定的像素點進行合成，不會產生錯亂，合成之後的採樣效果自然也不會與MSAA有啥區別。
● 4xMSAA的畫質與4xMFAA完全相同，4xMSAA的性能接近與2xMSAA
4xMFAA的畫質與4xMSAA沒有區別
當然，通過算法將兩次2xMSAA合成為4xMFAA，性能肯定會有損失的，NVIDIA官方稱性能損失會在5%以內，這樣4xMFAA的性能自然會遠超4xMSAA，只是略低於2xMSAA。同理可以實現8xMFAA的性能遠超8xMSAA，略低於4xMSAA。
4xMFAA的幀數比4xMSAA高30%
通過這樣一個簡單而有創意的技術，可以免費讓NVIDIA顯卡的抗鋸齒性能提高30%，這不是黑科技是什麼^_^
