ضد القای موقتی: نعمت یا نفرین؟

خوب یا بد، آنتی آلیاسینگ موقت – یا TAA – به یک عنصر تعیین کننده کیفیت تصویر در بازی های امروزی تبدیل شده است، اما آیا این یک نعمت است، یک نفرین یا هر دو؟ از هر طرف که آن را برش دهید، اینجا باقی می‌ماند، پس چیست، چرا بازی‌های زیادی از آن استفاده می‌کنند و این همه تاری چیست؟ در یک مقطعی، TAA اصلا وجود نداشت، پس از چه روش‌هایی برای آنتی آلیاسینگ استفاده می‌شد و چرا دیگر از آن‌ها استفاده نمی‌شود؟

برای حدود یک دهه کامل، از اواخر دهه ۹۰ تا حدوداً ۲۰۱۰، بهترین آنتی آلیاسینگ که می توانستید دریافت کنید SSAA بود – نمونه فوق العاده ضد الایاسینگ. اصول به طور قابل ملاحظه ای سرراست هستند. برای حذف jaggies، منابع GPU را برای ارائه تصویر با وضوح بسیار بالاتر مستقر کردید، سپس مقیاس را کاهش دادید. ۸x SSAA روی صفحه‌نمایش ۱۰۸۰p به‌طور موثر در داخل ۸K (!) رندر می‌شود، در حالی که ۴x SSAA از ۴K کاهش می‌یابد. این روش brute force است که تصویری پایدار با شکستگی کوچک زیر پیکسل و لبه های بکر ارائه می دهد. هنگامی که PS4 Pro و Xbox One X وارد بازار شدند، سونی و مایکروسافت نه تنها گیمرها را در رویای ۴K فروختند، بلکه با رندر کردن با وضوح بالاتر و سپس کاهش مقیاس، مزایای کیفیت تصویر از SSAA را نیز به فروش رساندند.

با این حال، رویکرد brute force به این معنی است که مقدار زیادی از منابع GPU مورد نیاز است. با استفاده از Crysis 3 در RTX 3070، ۱۰۸۰p بومی با سرعت نزدیک به ۲۰۰ فریم در ثانیه بدون محدودیت CPU اجرا می شود. با این حال، ۴x SSAA آن را به ۷۰ فریم در ثانیه کاهش می‌دهد و در ۸x SSAA به ۱۹ فریم در ثانیه کاهش می‌یابد.

تمرکز فنی: TAA – برکت یا نفرین؟ شیرجه عمیق ضد آلیاسینگ موقت

راه حل؟ MSAA یا چند نمونه آنتی آلیاسینگ. شما می توانید MSAA را شبیه به SSAA با یک تفاوت عمیق در نظر بگیرید: فقط هندسه نمونه برداری فوق العاده است. تا آنجا که ما می دانیم، ۸۸۰۰ GTX انویدیا اولین پردازنده گرافیکی بود که از ۸x MSAA پشتیبانی می کرد و با نگاهی به نمونه ای از گذشته – The Elder Scrolls: Oblivion – حدود ۳۵ درصد از عملکرد خود را با ۸x MSAA از دست داد. این به طور قابل توجهی است، اما به هیچ وجه شبیه به نمونه RTX 3070 Crysis 3 ما نیست، که ۹۰ درصد از توان خود را از دست داد. مانند SSAA، حالت‌های با کیفیت نیز وجود دارد، بنابراین می‌توانید از ۲x یا ۴x برای کاهش کمتر لبه‌های ناهموار استفاده کنید، اما عملکرد کمتری داشته باشید. با این حال، با گذشت زمان، MSAA ناپدید شد و امروزه تنها عناوین کمی از آن استفاده می کنند.

دلایل متعددی برای این امر وجود دارد. اولین مورد به دلیل رندر معوق است، تکنیکی که پیچیدگی رندر را به روشی بسیار کارآمد افزایش می دهد. نمونه ای از تأثیر رندر معوق این است که چگونه بازی هایی با استفاده از نور معوق می توانند میزان نورهای قابل مشاهده روی صفحه را تا حد زیادی افزایش دهند – Killzone 2 از دوران PS3 اولین بازی ای نبود که از آن استفاده می کرد، اما اغلب به عنوان نمونه اصلی ذکر می شود. . MSAA را می توان در یک خط لوله معوق ادغام کرد، اما هزینه توسعه دهندگان بسیار زیاد بود – همانطور که ردپای حافظه بود.

Crysis 3 از رندر معوق و MSAA پشتیبانی می کند، اما چندین مشکل را برجسته می کند که به معنای پایان استفاده عمومی از آن در بازی ها است. روشن کردن MSAA به ۸ برابر در آن بازی، نرخ فریم را در ۱۰۸۰p تقریباً به نصف کاهش می‌دهد و در ۴K حتی بدتر است… و نتایج واقعی ضد aliasing آن قانع‌کننده نبود. MSAA روی هندسه کار می‌کند، به یاد داشته باشید که اهمیت کمتری پیدا می‌کند زیرا سایه‌زنی پیکسلی آرایش بصری بازی را بهتر تعریف می‌کند. عناصری مانند نقشه‌های معمولی که توسط Doom 3 محبوبیت یافتند، نشان دادند که نور بازی و جزئیات اشیا بیشتر توسط بافت‌ها هدایت می‌شوند تا هندسه. جلوه هایی مانند نورپردازی حجمی و انسداد فضای صفحه نمایش (SSAO) نیز با MSAA به خوبی اجرا نمی شوند. به Crysis 3 برگردیم، لبه صاف کردن هنوز وجود داشت، اما اسم مستعار خاص (تکه های براق!) مورد توجه قرار نگرفت – ضعیف به نظر می رسید.

معیارهای توقف شکاف ظاهر شدند، مانند FXAA یا SMAA، که به طور موثر راه حل های پس از پردازش هستند که پس از رندر شدن صحنه، به دنبال لبه های قابل مشاهده می گردند و سعی می کنند آن لبه ها را محو و نرم کنند. این یک پیشرفت در بسیاری از سناریوها است، ردپای نسبتاً کمی در منابع GPU دارد، اما قطعا تصویر را نرم می‌کند و هیچ ایده‌ای از تاریخچه ندارد، به این معنی که یک درمان متفاوت در هر فریم می‌تواند منجر به ناپیوستگی بصری شود. و اینجاست که ما شروع TAA را می بینیم.

Anti-aliasing موقت شکل دیگری از نمونه‌برداری فوق‌العاده است، اما به جای کاهش مقیاس از یک تصویر بسیار بزرگتر، داده‌های فریم‌های قبلی دوباره به فریم فعلی بازتاب می‌شوند. و هنگامی که به خوبی کار می کند، رفتاری مشابه با SSAA دارد: همه ژگی ها را از همه نوع تمیز می کند. در جایی که MSAA با نام مستعار سایه زن شکسته می شود، AA موقت آن را به خوبی تمیز می کند و تصویری بسیار نرم تر از MSAA ایجاد می کند که ممکن است اصلاً کار نکند. از آنجایی که مانند نمونه برداری فوق العاده عمل می کند، TAA می تواند بر چیزهایی که اصلاً از هندسه ساخته نشده اند نیز تأثیر بگذارد. در کنترل، افکت‌های ردیابی پرتو در بازی به درستی لبه‌ها را صاف و تمیز می‌کنند، که هرگز با MSAA اتفاق نمی‌افتد. شکل نهایی TAA در حال حاضر، DLAA انویدیا (به طور موثر رندر DLSS در وضوح اصلی) است که در واقع می تواند به طور قابل توجهی حتی از نمونه برداری فوق العاده استاندارد بهتر به نظر برسد.

این ویژگی فوق العاده نمونه برداری TAA به سرعت توسط توسعه دهندگان مورد سوء استفاده قرار گرفت، گاهی اوقات برای بهبود عملکرد. افکت‌هایی مانند انعکاس، نور حجمی، فیلتر سایه، انسداد محیط یا رندر مو با وضوح پایین‌تری رندر می‌شوند و تنها زمانی که TAA داده‌ها را از فریم‌های قبلی جمع‌آوری کند تا جلوه را به پایان برساند، واقعاً «کل» می‌شوند. توسعه دهندگان از TAA نه تنها برای تمیز کردن لبه های ناهموار در بازی ها استفاده می کنند، بلکه برای بهینه سازی جلوه های بازی و مخفی کردن نقاط ضعف آنها در کیفیت. نکته منفی در اینجا واضح است: اگر نمی‌خواهید از TAA استفاده کنید و می‌توانید آن را خاموش کنید، اثرات وضوح پایین‌تر به راحتی قابل مشاهده هستند و درست به نظر نمی‌رسند.

با این حال، بردها می‌توانند خارق‌العاده باشند و حتی در شرایط ضدآلیاسینگ خالص، هزینه TAA نسبتاً ناچیز است. برای مثال، در Deus Ex: Mankind Divided، فقط سه درصد از زمان فریم به محاسبات TAA اختصاص دارد. این تکنیک زمانی باورنکردنی به نظر می رسد که به جنبه های مثبت آن به صورت مجزا نگاه کنید: عملکرد بهتر و آنتی آلیاسینگ بهتر نسبت به فناوری قبلی، اما مشکلاتی وجود دارد – واضح است که وضوح تصویر یکی از آنهاست. TAA تصاویر نرم شده را حل می کند.

یک مشکل کلیدی با TAA این است که تصاویر نرم شده را حل می کند. بخشی از این فقط ماهیت آنتی آلیاسینگ است. حتی SSAA از نظر فنی یک عامل نرم کننده دارد. با این حال، حتی با در نظر گرفتن اینکه چگونه همه ضد الایاسینگ یک تصویر را نرم می‌کنند، TAA ذاتاً حتی نرم‌تر است زیرا چگونه اطلاعات فریم‌های قبلی را با لرزش اندک تصویر برای دستیابی به اثر خود یکپارچه می‌کند. TAA معمولاً نرم‌تر از سایر تکنیک‌های ضدآلیاسینگ به‌طور پیش‌فرض حل می‌شود – و ممکن است آن را به‌طور دلپذیری نرم یا به‌طور آزاردهنده‌ای تار ببینید.

یک جنبه بزرگ این موضوع این است که چقدر از صفحه نمایش خود فاصله دارید و بازی شما چقدر با وضوح بالا اجرا می شود. اگر دورتر از صفحه نمایش باشید، ممکن است متوجه نرمی آن نشوید و فقط می توانید از جنبه های ماکرو TAA قدردانی کنید. با این حال، اگر نزدیک تر باشید، نرمی تقویت شده و آشکارتر می شود. اگر وضوح صفحه نمایش کمتر باشد، این نرمی حتی آشکارتر می شود. کاربران صفحه نمایش ۱۰۸۰p بسیار بدتر از ۴K هستند، تا جایی که به نظر من نرم شدن در ۴K مشکلی نیست.

این جنبه از فاصله و وضوح صفحه نمایش باعث می شود که TAA بهتر یا بدتر به نظر برسد، کلید مشکل کلی TAA است. برای افرادی که بازی های کنسولی انجام می دهند، اغلب روی تلویزیون هایی با وضوح بالا در فاصله چند متری بازی می کنند و نرمی در چنین فواصل چندان قابل مشاهده نیست. با این حال، در رایانه شخصی، بسیاری از افراد بسیار نزدیک به صفحه نمایش خود و اغلب با وضوح پایین تر بازی می کنند. بنابراین اگر توسعه‌دهنده یک بازی، گزینه‌های کیفیت تصویر را در بازی خود بر اساس تجربه کنسول متعادل کند، تعداد زیادی از کاربران رایانه‌های شخصی که با وضوح پایین‌تر به صفحه نمایش خود نزدیک‌تر هستند، ممکن است به طور ذهنی تجربه‌ای نرم‌تر داشته باشند، جایی که نقص‌های TAA بسیار بیشتر قابل توجه است. .

یکی دیگر از مشکلات TAA این است که چگونه در هنگام حرکت تار می شود – این چیزی است که من به راحتی در ویدیو نشان می دهم. TAA Halo Infinite یکی از تارترین ها در هنگام حرکت صفحه نمایش است، اما رفتار محو کردن صفحه هنگام حرکت دوربین تقریباً در همه انواع TAA دیده می شود – این واقعاً به اندازه یک ویژگی یک اشکال نیست. اینکه چقدر متوجه آن خواهید شد، یک بار دیگر، یک موضوع ذهنی است، اما هرچه وضوح شما کمتر باشد و هر چه به صفحه نمایش خود نزدیکتر باشید، بیشتر متوجه آن خواهید شد. همچنین با سرعت حرکت مقیاس می شود، بنابراین من معتقدم که کاربر ماوس بیشتر از کاربر joypad تحت تأثیر قرار می گیرد.

یکی دیگر از جنبه های TAA این است که به نرخ فریم وابسته است. هرچه نرخ فریم بالاتر باشد، فریم های نمونه برداری شده به هم نزدیکتر می شوند، به این معنی که خطای کمتری در محاسبات بازپرداخت و در نتیجه یکپارچگی تصویر بالاتر است. اگر بازی‌هایی را با نرخ فریم بالا انجام می‌دهید، این می‌تواند به عنوان یک جنبه مثبت تلقی شود، اما من همچنین می‌توانم بگویم که سودمندی TAA را تحت تأثیر قرار می‌دهد، و باعث می‌شود آن را برای انواع خاصی از بازی‌های جاه‌طلبی‌های گرافیکی کمتر کاربرد داشته باشد. یکی دیگر از جنبه های نه چندان مطلوب TAA این است که چگونه می تواند لرزش قابل مشاهده را در یک تصویر ایجاد کند، اما فاحش ترین مصنوع، شبح است. معمولاً این حالت ثابت TAA نیست، اما تقریباً هر نوع TAA قادر به انجام این کار است و من در سال‌های بررسی بازی‌های Digital Foundry در هر رزولوشن، صدها بار با چنین رفتاری مواجه شده‌ام. حتی راس TAA – DLSS انویدیا – می تواند این مشکل را داشته باشد.

بنابراین، TAA یک نعمت است یا یک نفرین؟ بیایید اینطور بیان کنیم: بدون TAA، گرافیک بلادرنگ نمی توانست به نقطه ای که اکنون در آن هستیم پیشرفت کند. دستاوردهایی مانند ردیابی مسیر در زمان واقعی در بازی‌های AAA مانند Cyberpunk 2077 بدون مفاهیمی که TAA روی میز آورده است وجود نخواهد داشت. در سمت کنسول، همچنین به این معنی است که تفاوت بین نسل های کنسول بدون TAA بسیار جزئی خواهد بود. بدون وجود TAA، توان محاسباتی زیادی صرف تمیز کردن لبه های ناهموار و عدم بهبود مواردی مانند نور و هندسه می شود. نسخه ی نمایشی Matrix Awakens که بر روی ایکس باکس یا پلی استیشن اجرا می شود، بدون راه حل TSR Epic امکان پذیر نخواهد بود – به طور موثر، برداشت خود را از DLSS.

با وجود همه مسائل، من TAA را یک چیز عالی می دانم – اما من فقط یک صدا هستم و تعداد زیادی از صداها وجود دارد که باید فراتر از صدای من شنیده شوند. به عنوان مثال، من بازی‌های زیادی را با کیفیت ۴K بازی می‌کنم و این اساس تجربه من را تشکیل می‌دهد، زیرا بسیاری از مسائل کلیدی TAA کمتر قابل مشاهده هستند، اما اگر با رزولوشن پایین‌تر مانند ۱۰۸۰p بازی کنید، نقاط منفی TAA بسیار آشکارتر است. این امر بسیار مهم است زیرا تعداد زیادی از کاربران بر اساس نظرسنجی سخت افزار Steam بازی ها را با کیفیت ۱۰۸۰p انجام می دهند.

و از آنجایی که نقاط منفی TAA مانند شبح و تاری در ۱۰۸۰p آشکارتر خواهد بود، فکر می‌کنم صنعت می‌تواند با TAA مانند گزینه‌های دیگری که تاری را به بازی‌ها می‌افزایند رفتار کند. TAA باید بتواند خاموش شود، همانطور که motion blur همیشه باید خاموش شود، زیرا این یک گزینه دسترسی برای افرادی است که به بیماری حرکت مبتلا می شوند.

علاوه بر این، من واقعاً فکر می‌کنم باید جایگزین‌های ساده و استانداردی برای کاربری که نمی‌خواهد از TAA استفاده کند، وجود داشته باشد. به عنوان مثال، در پورت‌های رایانه شخصی Spider-Man توسط Nixxes، آن بازی‌ها قطعاً بر اساس TAA برای پلی‌استیشن طراحی شده‌اند، اما اگر بخواهید می‌توانید آن را خاموش کنید یا از آنتی‌الیزینگ ساده پس از فرآیند استفاده کنید. مطمئناً، FXAA یا SMAA واقعاً در تمیز کردن لبه‌های ناهموار خوب نیستند، اما بهتر از هیچ و ساده بودن به عنوان جایگزین است.

آخرین دلیلی که TAA باید خاموش شود، به دلیل مقیاس پذیری در آینده است. در حال حاضر، TAA اساساً به این دلیل وجود دارد که یک راحتی است، اما در ۱۰ سال آینده، شاید کاربران ترجیح دهند که بازی های خود را به صورت فوق العاده نمونه برداری کنند. در کنار هم قرار دادن این قطعه، تعدادی از عناوین قدیمی‌تر را که می‌توانستم به زیبایی با SSAA روی RTX 4090 خود اجرا کنم، بارگذاری کردم. بنابراین، شاید توسعه‌دهندگان باید اجازه دهند TAA برای اثبات بازی‌شان در آینده، سخت‌افزار بسیار توانمندتر، خاموش شود.

با این حال، در کوتاه مدت، TAA اینجاست که بماند. در دنیایی که افزایش عملکرد از طریق سخت‌افزار بازدهی رو به کاهشی را ارائه می‌دهد، تأکید بر راه‌حل‌های نرم‌افزاری برای ارائه بیشتر از جهش‌های نسلی که به دست می‌آوریم، معطوف می‌شود – و TAA ابزاری قدرتمند در ارتقای سطح هنر است.