Anti-Aliasing im Detail

24. Februar 2002 / von aths / Seite 10 von 18 / Update vom 23. April 2002

Multisampling wäre relativ sinnlos, wenn die Erzeugung eines Sampels genau so lange dauern würde, wie die eines Pixels. Daher werden alle Sampels für ein Pixel mit einem Schlag erzeugt! Die Füllrate wird durch Multisampling nur wenig beeinträchtigt. Theoretisch ergibt sich damit kaum ein Leistungs-Einbruch, im Gegensatz zum Supersampling.

Man darf bei der Bewertung natürlich nicht vorschnell sein. Beim Supersampling-Verfahren wird für jedes Subpixel ein gefilteter Texturwert erzeugt (wozu mindestens 4 Texel gelesen werden müssen). Des weiteren wird einmal aus dem Z-Buffer gelesen. Je nach dem, wie der Z-Test ausfällt, wird entweder gar nichts gemacht (wenn das Pixel verdeckt ist). Oder der gefilterte Texturwert wird in den Backbuffer und der neue Z-Wert in den Z-Buffer geschrieben (wenn das Pixel einen anderen übermalt).

Bei 2x Multisampling sieht es sehr ähnlich aus. Was hier jedoch gespart wird, ist eine Texturfilterung pro Pixel. Das allerdings nur, wenn es sich nicht um eine Kante handelt. Die Bandbreiten-Anforderungen sind zwar gesunken, aber immer noch erheblich.

Supersampling frisst grundsätzlich Füllrate und damit auch Speicher-Bandbreite. Multisampling frisst praktisch nur Speicher-Bandbreite. Heutige Grafikkarten arbeiten fast nie am Füllraten-Limit, weil die Bandbreite dazu nicht ausreicht. Schon jetzt bringt Multisampling Vorteile, weil weniger Bandbreite benötigt wird.

Multisampling spart gegenüber Supersampling etwas Bandbreite und sehr viel Füllrate. Da moderne Karten eher füllraten- als bandbreitenlimitiert sind, resultiert daraus ein großer Vorteil für die Geschwindigkeit.

Der Hauptvorteil besteht darin, dass alle Subpixel gleichzeitig erzeugt werden. So bietet der GeForce3 auch eine 4x Variante. Damit erklärt sich auch die Füllratenangabe von "3.2 Billion AA Samples/Sec." des NV20. Englisch Billion steht für deutsch Milliarde, es handelt sich also um 3,2 Milliarden AA-Sampels. Da dieser Chip bis zu 4 Sampels gleichzeitig erzeugt, die dann aber für einen Pixel gelten, ist dieser Wert durch 4 zu teilen, um die Pixelfüllrate zu berechnen.

Weil das Triangle Setup beim GeForce3 Chip die Zeilenauflösung intern maximal verdoppeln kann, müssen die beiden neuen Subpixel für die 4x-Methode auf den gleichen Zeilen wie ihre Kumpanen liegen:

Es fließen nicht etwa 9, sondern 4 Subpixel in den Pixel ein. Diese sind hellgrün, die anderen (für die umgebenden Pixel) dunkel.

Mit jedem zusätzlichen Subpixel nimmt die zusätzliche Qualitäts natürlich ab (das Gesetz des abnehmenden Ertrages wurde bereits früher besprochen). Schon deshalb kann 4x Anti-Aliasing nicht "doppelt so gut" wie 2x sein. Weil bei der GeForce3 zudem noch von einem rotierten zu einem geordnetem Raster gewechselt wird, ist der Qualitätsgewinn noch geringer.

Deshalb war von vornherein klar, dass bei einer GeForce3 sinnvollerweise vor allem 2x FSAA genutzt werden wird. Bei dieser Subpixel-Anordnung werden 90°-Winkel recht gut, 45°-Winkel dagegen stiefmütterlich behandelt. Das geordnete 4x Raster bietet bei eben diesen 45° Winkeln eine exzellente Glättung. Da es sich um zwei ineinander versetzte und zueinander um 90° gedrehte Muster handelt, die jeweils dem 2x Modus entsprechend, erfahren die 90° Winkel leider kaum eine zusätzliche Verbesserung. Es wurde bereits angesprochen, dass aber gerade diese einer Glättung bedürfen.

Eine fast gerade Kante mit 4x Anti-Aliasing im ordered grid Muster. Mouseover: Die gleiche Kante mit nur 2x Anti-Aliasing, aber rotated grid Muster. Dem 4x Modus gelingt es nicht, das 2x Muster entscheidend zu schlagen, weil dabei vom rotierten Raster auf das geordnete gewechselt wird. Klick: Beide Bilder zusammen.

Wie ist dem Kunden zu vermitteln, dass 2x Anti-Aliasing bei hohen Auflösungen durchaus reichen kann? Der verwöhnte Kunde würde natürlich lieber 4x FSAA nutzen. Oder zumindest die Qualität von 4x haben. Auf dieser Überlegung basierend entwickelte nVidia einen Spezial-Modus.