MFAA多幀采樣抗鋸齒簡單測試

格倫

抗鋸齒（Anti-Aliasing，簡寫為AA）就是這樣一項很特別的圖形技術，它能夠明顯的改善游戲畫面表現力，同時也會讓游戲幀數大幅下降。所以多年以來，不論是顯卡廠商還是游戲開發商，都在努力的改進抗鋸齒效率，開發出新的抗鋸齒模式，讓游戲畫質變得更好，同時也不至于讓性能損失太多。

速度與畫質一直都是3D游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，因此就需要硬件廠商不斷的研發出性能更強的GPU，也需要軟件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，它能夠明顯的改善游戲畫面表現力，同時也會讓游戲幀數大幅下降。所以多年以來，不論是顯卡廠商還是游戲開發商，都在努力的改進抗鋸齒效率，開發出新的抗鋸齒模式，讓游戲畫質變得更好，同時也不至于讓性能損失太多。

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游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，最后介紹NVIDIA新開發的一種效率極高的抗鋸齒技術——MFAA。

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。當顯示器的分辨率或顯示屏的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，高分辨率/PPI由于像素變得非常細膩，可以同比縮小鋸齒，但仍不能完全消除鋸齒。

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，讓鋸齒的棱角顯得不那么明顯。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采樣處理，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就是對每個像素采樣4次，原本該像素只有0、1兩種顯示模式，開啟4xAA后就能顯示0、1/4、1/2、3/4、1五種模式。如此一來，棱角分明的鋸齒邊緣，就會顯得比較模糊，色彩過渡比較自然，就不會那么刺眼了，鋸齒一定程度上被消除了。

MSAA的全稱是Multi Sampling Anti-Aliasing，多重采樣抗鋸齒。MSAA只對Z緩存和模板緩存中的數據進行采樣處理，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在游戲中使用最廣泛，多年來一直占據主導位置。

鑒于高倍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“多幀多重采樣抗鋸齒”。

MFAA有足夠的能力提供媲美MSAA的抗鋸齒效果，而且在效果相同的前提下還可以大幅降低資源消耗量，提高游戲的幀數。NVIDIA的Maxwell架構給玩家帶來了DSR動態超級分辨率以及MFAA多幀采樣抗鋸齒兩項新技術，其中DSR技術已經可以在GeForce 500/600/700/900系列顯卡上啟用，而MFAA則是在最新的GeForce 344.75 WHQL驅動中正式登陸，目前僅支持GTX 970/980/970M/980M顯卡。

MFAA全稱為“Multi-Frame Sampled Anti-Aliasing”，與MSAA基于像素采樣有所不同，MFAA是基于幀采樣的，我們大致可以這么理解，MFAA是在相鄰的兩幀上各執行一次抗鋸齒采樣，然后通過NVIDIA自行開發的圖像合成處理技術來整合采樣結果，最后輸出完成抗鋸齒運算的圖像。

MFAA的運行原理實際上與MSAA是接近的，基本上可以視為MSAA的精簡版。MFAA和MSAA都是把一個像素點放大至原來的數倍，讓渲染圖像的采樣點也增加至原來的數倍，不過MSAA是每一幀圖像都會對全部采樣點進行采樣，而MFAA則是把采樣點分為兩份，奇數幀和偶數幀各占一半，然后每一幀進行采樣后再通過臨時合成濾波器把結果整合到一起。這樣MFAA的每一幀圖像的采樣運算數據都只有MSAA的一半，但是數據整合起來后卻有著與MSAA相同的效果。

按照NVIDIA的描述，MFAA在提供等同于MSAA抗鋸齒效果的同時，性能可以比后者提升30%。這對于認為幀數與畫質同樣重要的游戲玩家來說，無疑是一個極好的抗鋸齒技術。目前MFAA僅支持GTX 970/980/970M/980M等第二代Maxwell架構顯卡，而且不是每一款游戲都支持MFAA抗鋸齒技術。按照NVIDIA提供的資料顯示，目前支持MFAA的游戲數量并不算太多，目前為止確定支持MFAA抗鋸齒的只有20款游戲，多數是近年來的游戲大作，屬于新近發布的有《刺客信條：大革命》，不過同屬育碧的《孤島驚魂4》不在支持列表中。

開啟MFAA的方法也比較簡單，首先玩家要確定自己使用的是GTX 970/980/970M/980M顯卡，并安裝了最新的GeForce 344.75 WHQL驅動，然后在驅動程序的設置面板中我們就可以看到MFAA的選項，把選項從默認的Off改為On就能在游戲中啟用MFAA抗鋸齒。需要一提的是，目前還沒有一款游戲是有直接提供MFAA的選項，因此在驅動程序設置面板中開啟MFAA后，還需要在游戲中選擇使用MSAA，這樣MFAA才會生效。

我們以《刺客信條：大革命》為測試對象，來看看MFAA與MSAA在畫質與效能上的區別。測試平臺測試平臺使用默認頻率Core i7-3770K打造，搭配雙通道DDR3-2666內存（實際運行在1600MHz），總容量為8GB（4GB*2），使用的顯卡為耕昇GTX 980關羽版，安裝GeForce 344.75 WHQL驅動。

首先我們來看看MFAA與MSAA在抗鋸齒效果上的區別，首先我們可以看到，在《刺客信條：大革命》中，MSAA x2與MSAA x4之間還是有一定差距，但MSAA x4與MSAA x8之間已經幾乎分辨不出差別；MFAA x2的效果則與MSAA x4的接近，基本上已經達到了不錯的水平，MFAA x4的效果與MSAA x8的接近，不過其與MFAA x2之間的差距并不明顯。

在效能上，同樣級別的MFAA與MSAA抗鋸齒在幀數表現上是比較接近的，嚴格來說MFAA可能在平均幀數上還要落后1FPS到2FPS。不過如果玩家需要MSAA x4級別抗鋸齒效果的話，MFAA x2就可以做到相同的效果，換句話說在相同的抗鋸齒效果下，MFAA可以提供比同等質量的MSAA更高的幀數，游戲自然更加流暢了。

縱觀近年來的顯卡產品，它們的發布總會伴隨著新型抗鋸齒技術，而且這些抗鋸齒技術大都有相同的特點，就是可以提供媲美MSAA抗鋸齒效果的同時，資源消耗比MSAA更低。今年與Maxwell同期登場的MFAA自然也不例外，從我們的測試可以看出，MFAA有足夠的能力提供媲美MSAA的抗鋸齒效果，而且在效果相同的前提下還可以大幅降低資源消耗量，提高游戲的幀數。

不難看出，MFAA是一款追求性能與效果平衡的抗鋸齒技術，如果你已經擁有GTX 970/980/970M/980M顯卡，那么在上述20款游戲中開啟MFAA，就可以擁有媲美MSAA的抗鋸齒效果，同時游戲的流暢度也可以提升一個檔次。對于重視畫質和幀數的游戲玩家來說，MFAA無疑是一個雙贏的選擇。

MFAA有足夠的能力提供媲美MSAA的抗鋸齒效果，而且在效果相同的前提下還可以大幅降低資源消耗量，提高游戲的幀數。NVIDIA的Maxwell架構給玩家帶來了DSR動態超級分辨率以及MFAA多幀采樣抗鋸齒兩項新技術，其中DSR技術已經可以在GeForce 500/600/700/900系列顯卡上啟用，而MFAA則是在最新的GeForce 344.75 WHQL驅動中正式登陸，目前僅支持GTX 970/980/970M/980M顯卡。endprint