Что такое ssaa в metro last light redux

Да кто такой этот ваш MSAA и SSAA?!

Вы часто видели эти MSAA и SSAA в настройках — и выбирали опцию наугад. Знали примерно, что эти загадочные буквы связаны со сглаживанием картинки, и этого вам всегда хватало. Но червячок сомнений всё-таки точил ваш разум. Иначе бы вы, как и мы сейчас, не задались вопросом: «Кто же такие эти самые MSAA и SSAA на самом деле?». Ну что ж, давайте разберёмся со всем этим по порядку и без заумных словечек.

Что такое сглаживание?

Минутка очевидных вещей. Изображение на вашем мониторе состоит из пикселей — очень маленьких квадратиков. По законам геометрии, из них получаются отличные вертикальные и горизонтальные линии и идеальные прямоугольники. А вот если нарисовать в Paint наклонную линию или круг, то тут же на белый свет явятся пиксельные «лесенки».

Далеко не каждую 2D фигуру можно создать только при помощи квадратов и линий под прямым углом, а о трёхмерных объектах нечего и говорить. Так что проблема сглаживания существует в играх как сейчас, так и тридцать лет назад — вам не хуже меня видно, где стоило бы сгладить Лару Крофт.

Вот эти вот неровности ещё называют «алиасингом». На скриншоте это выглядит более-менее терпимо, но в игре, помимо эстетических неудобств, они создают ещё и лишнее мельтешение на экране — ломаные линии будут всё время перестраиваться и отвлекать, а задний план и вовсе превратится в разноцветную мешанину пикселей. Решить проблему «лесенок» можно двумя способами.

Первый — это увеличить разрешение. Тогда на один экранный дюйм будет приходиться больше пикселей, и вероятность увидеть резкие переходы снизится: не зря сейчас индустрия потихоньку переходит на 4к. За ним последует 8к, потом 16к, и в конце концов вы скорее разглядите пиксели на оконном стекле, чем на экране. К сожалению, подобная роскошь кусается как в плане цены, так и в плане производства, а сорок лет назад не было даже возможности создать экран с таким разрешением. Поэтому пришлось придумать второй способ.

И это — сглаживание, которое не позволяет рваным линиям и неровностям портить вам всю малину. Технологию создали в 1972 году в Массачусетском технологическом институте, а затем эту идею подхватили и переработали все кому не лень, так что теперь мы имеем кучу разных видов смягчения границ предметов. Однако, суть у всех общая: линию на изображении сглаживают с помощью градиента на крайних пикселях.

Для сглаживания изображения к контурам предмета добавляются оттенки соседнего цвета — ближайшие к фону пиксели принимают среднее цветовое значение между моделькой и окружением, размывая границу и создавая градиент. В результате картинка выходит более плавной и приятной для глаз, хоть и становится немного мыльной.

Для некоторых графических элементов используются специальные алгоритмы сглаживания. Так, для смягчения контуров букв придумали ClearType, а для самых простых линий — Алгоритм Ву. Некоторые алгоритмы работают только с уже существующим изображением, а другие применяются прямо во время построения сцены. Одни из них жрут мощности вашей видеокарты, а другие сосредоточенно жуют ваш процессор и не влияют на FPS.

В общем, способы и принципы работы у всех разные, а значит, и фичи с багами тоже у них свои. Так что давайте разберём несколько самых популярных видов сглаживания подробнее.

Источник

Тестирование 23 видеокарт в Metro: Last Light

Родоначальник игровой серии Metro, вышедший в 2010 году, запомнился геймерам не только достоинствами игрового процесса, но и выдающейся графической оболочкой. Условно отечественные разработчики из украинского стартапа 4A Games, имея сравнительно небольшой бюджет, создали собственный движок 4A Engine, обладавший для своего времени недюжинными техническими возможностями. Владельцы железа с поддержкой DirectX 11, запустив Metro 2033, могли воспользоваться всеми прелестями этого API — в первую очередь, аппаратной тесселяцией. В результате Metro 2033, подобно таким долгожителям, как Crysis Warhead, застолбила место среди бенчмарков для всех новых видеоадаптеров, появившихся на свет с момента выхода самой игры. Однако, как и в случае с Crysis, причина долголетия заключается не только и не столько в красотах Metro 2033, сколько в том, что даже на видеокартах 2013 года с максимальными настройками игра отчаянно тормозит. Такое строгое мерило производительности отлично демонстрирует мощь экстремальных конфигураций с несколькими GPU, благодаря которым в Metro 2033 наконец-то достигается приемлемая частота смены кадров. Ну а в обзорах однопроцессорных, пусть и самых топовых, видеоадаптеров, Metro 2033 показывает, что производителям чипов еще есть куда расти.

В общем, оптимизация графического движка была одним из главных требований к сиквелу Metro 2033. В итоге в лице Metro: Last Light мы получили игру, одновременно и превосходящую предшественника по визуальным достоинствам, и более эффективно использующую вычислительные возможности GPU. Хотя в арсенале обновленного 4A Engine по-прежнему есть опция, способная поставить на колени мощнейшие из графических процессоров, о чем будет сказано позже.

У нас нет полного списка тех изменений в коде, которым Metro: Last Light обязана повышенной производительностью, но известны некоторые интересные особенности движка, одна из которых — потоковые текстуры (Streaming Textures). За счет того, что текстуры загружаются в кадровый буфер видеокарты по требованию, удалось снизить требования к его объему. Игра, даже при максимальных настройках и разрешении 2560х1440, довольствуется 2 Гбайт видеопамяти. Другая подробность о движке Metro: LL — это то, что задачи собственно рендеринга графики, наложения физических эффектов и обработки звука динамически назначаются свободным потокам CPU, вместо того чтобы неизменно отдать графике первый поток, физике — второй, звуку — третий.

⇡#Настройки графики Metro: Last Light

Графические опции Metro: LL небогаты. Разработчики избавили геймера от выбора между версиями DirectX: по умолчанию игра работает в DirectX 11, но готова откатиться к DX10 или даже DX9, если в железе не обнаружено поддержки DX11. Наиболее заметная разница состоит в том, что в DirectX 10 нет тесселяции, а в DX9 отсутствует Object Motion Blur. Кроме того, в DirectX 11 игра просто-напросто быстрее, чем в его предшественниках.

Рассмотрим те немногие настройки, которые подлежат изменению.

⇡#Super-Sampling Anti-Aliasing

Оригинал Metro 2033 пользовался полноэкранным сглаживанием по методу мультисемплинга (MSAA). Изначально представленный как альтернатива ресурсоемкому суперсемплингу (SSAA), MSAA завоевал популярность в эпоху DirectX 8 и DX9, но в сочетании с современными движками отложенного рендеринга (Deferred Rendering) он вызывает гораздо большее падение производительности, чем раньше. Поэтому в качестве альтернативы в Metro 2033 применяется так называемый Adaptive Anti-Aliasing (AAA) — разновидность технологии FXAA, представляющая собой быстрый фильтр постобработки, сглаживающий «лесенки» на границах полигонов.

А вот MSAA в качестве метода полноценного сглаживания в Metro: LL был отвергнут в пользу старого знакомого — SSAA. Сущность суперсемплинга в том, что изображение рендерится в более высоком разрешении (к примеру, вдвое больше по обеим сторонам при SSAA 4x), а затем масштабируется до разрешения экрана. Как следствие, получаем максимально качественный результат из всех возможных вариантов сглаживания. Падение производительности при этом колоссальное, но при том, как с отложенным рендерингом сочетается MSAA, терять уже нечего. Доступны режимы SSAA от 2x до 4x. И независимо от того, включен ли суперсемплинг, в Metro: LL всегда действует метод AAA. Только в сочетании с SSAA менее выражен недостаток последнего — легкое размытие всего изображения, поскольку AAA применяется еще до масштабирования картинки высокого разрешения.

⇡#Тесселяция

Тесселяция используется в Metro: Last Light везде, где только можно, увеличивая детализацию геометрии природных объектов, предметов интерьера и персонажей. Доступны три режима тесселяции: Normal, High и Very High. High по сравнению с Normal добавляет больше деталей, Very High — увеличивает расстояние от точки обзора, при котором тесселяция выключается, с десяти до пятнадцати метров, а дистанцию, на которой падает детализация, — с семи до десяти.

Функции, схожие с тесселяцией, выполняет Parallax Occlusion Mapping (POM) — технология, которая не порождает дополнительной геометрии, а вместо этого формирует иллюзию рельефа на стенах и прочих подходящих поверхностях, который сильно выражен при прямом угле обзора, но теряется при рассмотрении поверхности под острым углом. Кроме того, мнимая геометрия, созданная POM, в отличие от реальной геометрии, полученной путем тесселяции, не взаимодействует с источниками освещения и динамическими тенями. Хотя в пользу метода POM, применяемого в Metro: LL, надо сказать, что он поддерживает самозатенение (Self-Shadowing) смещенных участков текстуры, способствующее тому, что на тех объектах, где тесселяция не привела бы к рывку визуального качества, рельеф выглядит весьма достоверно.

⇡#Advanced PhysX

Как и Metro 2033, ее продолжение в создании физических эффектов полагается на технологию NVIDIA PhysX. Опция Advanced PhysX активирует аппаратную обработку вызовов PhysX на GPU, без которой игра лишается некоторых впечатляющих возможностей. Наиболее заметно аппаратный PhysX сказывается на визуализации разрушений. Куски разбитых объектов разлетаются более реалистично и затем в полной мере взаимодействуют с окружающим миром: остаются на месте после падения и перемещаются при новом приложении силы. Без аппаратного PhysX разрушения заранее детерминированы, а осколки постепенно пропадают.

Взрывы также выглядят более реалистично благодаря Advanced PhysX. В зависимости от расстояния до центра взрыва, его мощности и свойств материалов, объекты испытывают более или менее сильные разрушения и перемещения. Большие объемы частиц, такие как дым и туман, ведут себя реалистично и интерактивно взаимодействуют со взрывами или просто перемещением игрока. Аппаратная поддержка PhysX также обеспечивает манипуляции персонажей или ветра с геометрией ткани.

⇡#Предустановленные режимы

Metro: Last Light объединяет массу графических настроек под единым параметром «качество», который изменяется в диапазоне от Low до Very High. Скриншоты демонстрируют совокупный эффект от изменения режимов, а далее мы рассмотрим по отдельности, какой эффект имеет каждая из настроек.

Ambient Occlusion

Ambient Occlusion — эффект, создающий дополнительные тени в местах стыка полигонов: всевозможных углах, нишах и т.д. На низших настройках качества Metro: LL использует быстрый «приблизительный» алгоритм AO, при котором, надо признать, игра выглядит чересчур темной. Более продвинутый вариант сочетает заранее просчитанные тени с интерактивным динамическим компонентом.

Bump Mapping

Старый добрый Bump Mapping поддерживался видеокартами еще во времена DirectX 6 и в Metro: LL по-прежнему используется для создания мнимого рельефа в тех местах, где не оправдано применение более реалистичных технологий. Доступна «базовая» и «точная» версия алгоритма.

Detail Texturing

Текстуры в Metro: LL имеют разрешение 2048х2048. А при включенной опции Detail Texturing на объекты вблизи точки зрения накладывается дополнительная, более детализированная текстура такого же разрешения.

Detail Texturing Off

Detail Texturing On

Geometric Detail

Этот параметр не нуждается в подробном комментарии. Чем он выше, тем более детализировано выглядят игровые объекты.

Image Post-Processing

Эффект ночного света (Blue Shift) и Bloom от лунного диска

Light Interaction

Как следует из названия опции, она управляет шейдерами, которые связаны с освещением поверхностей, сделанных из материалов различного свойства. Соответственно, на уровне Full Interaction игра света на предметах выглядит более правдоподобно.

Light Interaction: Normal

Light Interaction: Full

Motion Blur

При низких настройках качества графики размытие движущихся объектов полностью отключено. При значении качества High размытию подвергается все изображение, а на Very High объекты размываются в зависимости от того, что именно в кадре движется относительно точки обзора и с какой скоростью. К примеру, пролетающие мимо стены туннеля размываются, а дрезина, неподвижная относительно протагониста, выглядит четко.

Дифференцированное применение Motion Blur

Parallax Mapping

Даже при включенной тесселяции на некоторых поверхностях применяется Parallax Occlusion Mapping (POM), описанный выше.

Shadow Filtering

Настройка, заведующая обработкой теней: смягчение, удаление артефактов. Допускает три позиции: «быстрая», «нормальная» и «высококачественная» фильтрация.

Shadow Resolution

В зависимости от состояния этой настройки применяются карты освещения различной детализации. На практике это проявляется в том, насколько тень, отбрасываемая предметом, похожа на его очертания. Но независимо от разрешения карт, движок всегда создает тени со сложной структурой (наиболее резкая часть и полутень).

Skin Shading

На высшем уровне качества применяется хорошо известная техника под названием «подповерхностное рассеивание» (Subsurface Scattering), которая оперирует с кожей персонажей как с полупрозрачным объектом, сквозь который в какой-то степени проникает свет. На низких настройках к коже применяются простые шейдеры или вовсе отключается какая-либо дополнительная обработка.

Skin Shading: Sub-Surface Scattering

Soft Particles

При отсутствии аппаратного PhysX вместо реальных частиц в трехмерном пространстве движок зачастую формирует эффекты огня и дыма из многочисленных растров, наложенных на экран. Благодаря функции мягких частиц наложение растровых эффектов на трехмерную геометрию выглядит более естественно.

Volumetric Texturing

Для некоторых массивов частиц, которые игрок будет наблюдать с близкого расстояния, 4A Engine использует объемные текстуры. Таким же образом формируются видимые в пыльном воздухе солнечные лучи.

⇡#Участники тестирования

Модели под марками NVIDIA и AMD являются референсными видеоадаптерами и работают на частотах, официально установленных производителем для соответствующих позиций линейки. Видеокарты под маркой конечных производителей могут изначально иметь повышенные частоты относительно референсных значений, но в целях тестирования всегда приводятся к стандарту.

Видеокарты на GPU AMD

Видеокарты на GPU NVIDIA

⇡#Методика тестирования

Для измерения мощности системы используется стенд с блоком питания IKONIK Vulcan 1200 Вт. Энергосберегающие технологии CPU во всех тестах отключены. Шина PCI-Express работает в режиме 3.0. Для активации PCI-E 3.0 на видеокартах серий GeForce 600 и 700 в системе на чипсете X79 применяется патч от NVIDIA.

В настройках драйвера NVIDIA всегда в качестве процессора для вычисления PhysX выбирается CPU. В настройках AMD всегда настройка Tesselation переводится из состояния AMD Optimized в Use application settings.

На этот раз мы отступили от тестовой методики, использованной в предыдущих массовых испытаниях видеокарт (в Battlefield 3, Far Cry 3 и Crysis 3). Например, среди соперников уже не нашлось места для видеокарт NVIDIA и AMD прошлого поколения: GeForce 500 и Radeon HD 6000. В конце концов, в контексте выбора новой видеокарты для Metro: Last Light они уже не актуальны, а те, у кого сейчас стоит в компьютере это железо, и сами знают, хорошо работает Metro или нет.

Метод кастинга видеокарт все тот же. Бенчмарк проходит с четырьмя различными наборами настроек, каждому из которых соответствуют два разрешения. Если частота смены кадров превышает 30 при большем разрешении, то на этом этапе тестирование участника заканчивается. В противном случае дополнительно проводится тест с более либеральными настройками. Если же фреймрейт не достигает 30 FPS даже в меньшем разрешении, то в диаграмму этого режима видеокарта не попадает. Только, в отличие от прошлых серий группового тестирования, видеокарта не может вылететь из результатов полностью: если в самом легком режиме не набралось требуемых 30 FPS даже при меньшем разрешении, то используются те показатели, какие есть, пусть даже это будет откровенное слайд-шоу.

Для тестирования используется «родная» утилита от 4A Games — METRO LL Benchmark, включающая весьма интенсивную сцену с массовым побоищем противоборствующих фракций мира Metro 2033.

⇡#Результаты тестирования. Quality: Very High; Tesselation: Very High; SSAA 4x

2560×1440

1920х1080

⇡#Quality: Very High; Tesselation: Very High; SSAA Off

2560×1440

1920х1080

⇡#Quality: Medium; Tesselation: Very High; SSAA Off

1920х1080

1680×1050

⇡#Quality: Low; Tesselation Off; SSAA Off

⇡#Выводы

Metro: Last Light действительно не в пример лучше оптимизирована, чем ее предшественница — Metro 2033. Если пожертвовать частью визуальных прелестей движка, то для игры с более-менее приемлемой частотой смены кадров достаточно такой непритязательной видеокарты, как Radeon HD 7750 или даже HD 7730. Альтернативный вариант — GeForce GTX 650 Ti. При этом движок Metro: Last Light продолжает выдавать впечатляющую картинку, пользуясь своими базовыми инструментами.

Ну а инвестиция в мощную видеокарту на базе процессора GK110, GeForce GTX TITAN или GTX 780, оправдает себя возможностью использовать полноэкранное сглаживание по методу SSAA. Впрочем, для того, чтобы сочетать суперсемплинг с разрешением 2560×1440, уже требуется видеоадаптер на базе двух мощных GPU — GeForce GTX 690 или Radeon HD 7990.

Источник