什么是抗锯齿？ 6 种不同的类型和方法

要了解抗锯齿，首先要了解锯齿的概念。

在观看视频或玩视频游戏时，您的屏幕上可能会出现像素化或锯齿状边缘。这些“锯齿”被称为混叠。它降低了整体观看体验。

但是为什么会出现混叠？

屏幕上显示的图像由称为像素的小方块组成。每个像素，图片中最小的可控元素，都有自己的强度和颜色。垂直和水平线可以精确地映射到方形像素上，但曲线或角到角的图像必须逐点调整。当沿边缘的像素关闭或打开时，会导致锯齿状边缘（锯齿或阶梯）。

避免锯齿的明显解决方案是提高屏幕分辨率，但并不是每个人都能买得起高端显示器。这就是工程师开发了多种技术来减少锯齿对屏幕的影响的原因。其中一种有效技术是抗锯齿。

什么是抗锯齿？

抗锯齿是一种将像素边缘与周围像素混合的技术，以创建边缘更平滑的错觉。这并不像听起来那么简单：您是在告诉您的计算机每帧处理数百万个像素并使边缘更平滑。

CPU/GPU 通过调整所有边缘的颜色来平滑边缘。处理器不会打开或关闭像素，而是将其置于两者之间。例如，黑色背景上的白色对角线可能沿边缘具有深灰色和浅灰色阴影，而不是白色和黑色。

锯齿线与抗锯齿线的放大图像

抗锯齿算法旨在使从特定距离观看时数字图片看起来更自然。放大时，抗锯齿的文字和图片由于调整了像素而显得模糊。

除了数码摄影和计算机图形，抗锯齿还广泛用于数字音频（从采样音频中去除不需要的频率）。在这篇概述文章中，我们关注的是前者。

锯齿在现代 HiDPI（每英寸高点数）屏幕上并不明显，因为它们具有更密集的像素网格，可以更清晰地表示图像。然而，即使是这些高分辨率屏幕也能从抗锯齿中受益。

存在不同类型的抗锯齿技术来使观看和游戏体验更好、更身临其境。每个人都有自己的优点和缺点。让我们详细讨论八种最流行的抗锯齿类型。

1.超采样抗锯齿 (SSAA)

应用 SSAA 之前（左）和之后（右）

提供出色的图像质量，但会降低性能

Supersaming Anti-Aliasing (SSAA) 也称为全场景抗锯齿 (FSAA)，是最古老、最有效的空间技术之一。它非常适合处理逼真的图像，因为它使图像外观更柔和，看起来更逼真。

在这种方法中，正在显示的图像以更高的分辨率呈现。颜色样本取自低分辨率图像中不存在的多余像素，并测量平均颜色值。

当图像缩小时，应用平均值来去除锯齿。这提供了具有更平滑过渡的下采样图像。输出的质量取决于颜色样本的数量：样本数量越多，质量越高。

虽然这种技术提供了出色的图像质量，但它会降低性能，因为以高分辨率渲染图像会占用大量计算资源。这就是它不再广泛用于游戏的原因。

使用此方法的另一个缺点是它会对具有大量垂直或水平线的图片产生负面影响。处理后，这些线条（本质上是尖锐的）显得柔和。

2.多重采样抗锯齿 (MSAA)

图片来源：英伟达

需要相对较少的计算资源，但生成的图像质量较低

多采样抗锯齿是超采样的一种特殊情况，其中图片的某些组件未完全超采样。只有多边形的边缘（3D 图形中最常见的锯齿源）是抗锯齿的。纹理未平滑。

更具体地说，当 CPU/GPU 在显示器上渲染图片时，它会区分两个不同的组件：多边形和纹理。 CPU/GPU 首先绘制对象（多边形）的一般形状或轮廓，然后用纹理填充它。 MSAA 只调整多边形上的锯齿，纹理保持原样。

由于 MSAA 不会处理最终图像的所有部分，因此与 SSAA 相比，它更高效且需要更少的计算资源。但是，它产生的图像质量相对较低，并且无法处理透明胶片。

3 &4. 覆盖采样抗锯齿 (CSAA) 和增强质量抗锯齿 (EQAA)

MSAA（左）与 CSAA（右）[CSAA 中更严格的边缘分辨率]

两者都提供了更好的质量，同时只对性能造成了最小的影响

GPU 制造商 AMD 和 NVIDIA 已经开发了自己的空间抗锯齿方法。 NVIDIA 创建了 CSAA，AMD 创建了 EQAA。尽管名称不同，但它们的功能相似。

在这两种方法中，GPU 识别图像中的多边形并计算多边形的哪些区域可能有锯齿。然后它只对那些像素进行超采样。

由于未处理整个图像，因此 GPU 运行所需的处理能力大大降低。此外，CSAA 和 EQAA 都不需要额外的颜色/深度/模板样本。因此，它们消耗与 MSAA 相同的显存（在等效模式下）。

5 &6. 形态抗锯齿 (MLAA) 和快速近似抗锯齿 (FXAA)

FXAA方法的实现（从左到右，从上到下的逐步流程）|信用：英伟达

速度快，需要较少的计算资源，但不适合具有详细纹理的图像

NVIDIA 和 AMD 开发了两种后处理抗锯齿技术，分别称为快速近似抗锯齿和形态抗锯齿。两者的工作方式相同 - 像素在渲染后变得模糊。

在后处理抗锯齿方法中，GPU 比较两个相邻像素之间的颜色对比度，以确定多边形的边缘在哪里。具有相似颜色和强度的像素通常是同一个多边形的一部分。一旦检测到边缘，GPU 就会根据像素的对比度按比例模糊像素。

与不适用于延迟渲染的 MSAA 不同，MLAA 和 FXAA 可以准确检测图像中的边界，然后定位其中的特定模式。两者都非常快，并且比空间方法需要更少的计算资源。“模糊”已被证明是有效的，因为它消除了导致锯齿的奇怪对齐像素之间的鲜明对比。但是，在具有动态闪电特征和详细纹理的图片中很容易注意到模糊。

7.增强的亚像素形态抗锯齿 (SMAA)

集成到孤岛危机 2 游戏中的 SMAA 4x 示例

结合空间和后处理抗锯齿方法

这种后处理抗锯齿技术将形态抗锯齿 (MLAA) 与额外的多重/超采样策略 (MSAA、SSAA) 相结合，以实现精确的亚像素特征。

SMAA 可产生更好的图像质量，同时保持极快的执行时间。更具体地说，它提供了非常准确的梯度和时间稳定性，同时引入了最小的开销。这使其成为低端配置的首选。

8.时间抗锯齿 (TXAA)

提供比 FXAA 或 MLAA 更好的图像质量，但需要更多的计算资源

这种复杂的方法利用模糊和超级采样来构建清晰的图形和优美的运动。换句话说，它旨在在虚拟环境中保持平滑的运动水平。

近年来，研究人员开发了 Adaptive Temporal Anti-aliasing (ATAA)，它解决了 TXAA 的缺点。例如，它消除了模糊和重影伪像，而不会显着影响性能。 ATAA 结果接近 16 倍超级采样所能提供的结果。

阅读：18 款最佳视频编辑软件 |免费和付费

您应该使用哪种抗锯齿方法？

如果您对所使用的硬件有很好的了解，并且知道您希望机器具有什么样的性能，那么您就可以更轻松地决定哪种抗锯齿技术最适合您。

以下问题将帮助您做出正确的决定：

• 您的 GPU 规格是什么？
• 您的游戏的重量或图形要求有多高？
• 您希望哪些图形功能变得完美，哪些您不关心？

如果您拥有强大/高级的游戏设备，则应该选择 SSAA、MSAA 和 TXAA。如果您有中等功率的 CPU/GPU，您可以选择 MSAA、FXAA 或 MLAA。如果您的游戏硬件较低，无法处理高帧率且容易过热，则应首选 CSAA 或 SMAA。

您还可以试验您的图形设置，以找出您的 CPU/GPU 能够处理的内容。有几十个参数需要调整，例如分辨率、阴影质量、视野、视距、纹理和各向异性过滤。

建议从尽可能低的配置开始，然后转向更高、更详细的级别。虽然这是一项相当乏味的任务，但它是找出如何在您的机器上获得最佳游戏体验的最简单方法。

不过，考虑到最近图形处理单元和显示技术的进步，抗锯齿真的不值得担心。事实上，较新的视频游戏和超高分辨率图像根本不需要抗锯齿。

阅读：关于电子游戏的 22 个引人入胜的事实 |统计和故事

了解不同类型的抗锯齿仍然是一个好主意，这样您就可以就平衡下一个桌面的视觉效果和性能做出明智的决定。如果您决定编辑专业视频或开发自己的游戏，这些信息也会很有用。