Anti-aliasing temporal: uma bênção ou uma maldição?

Para um bom ou ruim, anti -aliasing temporal – ou TAA – tornou -se um elemento definidor da qualidade da imagem nos jogos de hoje, mas é uma bênção, uma maldição ou ambos? Qualquer que seja a maneira como você corta, está aqui para ficar, então o que é, por que tantos jogos o usam e o que há com todo o borrão? A certa altura, o TAA não existia, então quais métodos de anti-aliasing foram usados e por que eles não são mais usados?

Por cerca de uma década inteira, desde o final dos anos 90 até por volta de 2010, o melhor anti-aliasing que você poderia obter foi o SSAA-Super-amostra anti-aliasing. Os princípios são notavelmente diretos. Para remover os Jaggies, você implantou Recursos GPU para renderizar a imagem em uma resolução muito maior e depois diminuiu a escala. 8x SSAA em uma tela de 1080p efetivamente renderizada internamente a 8k (!), enquanto 4x SSAA diminuiu a escala de 4K em vez disso. É o método de força bruta, fornecendo uma imagem estável com pouca quebra de sub-pixel e bordas primitivas. Quando o PS4 Pro e o Xbox One X chegaram, a Sony e a Microsoft não apenas venderam jogadores no sonho 4K, mas também na qualidade da imagem se beneficia da SSAA, renderizando -se com uma resolução mais alta e depois reduzindo a escala.

No entanto, a abordagem de força bruta significa que uma quantidade enorme de recursos de GPU são necessários. Usando Crysis 3 Em um RTX 3070, nativo 1080p funciona a quase 200 quadros por segundo sem que seja limitado pela CPU. No entanto, o 4x SSAA eleva isso para 70fps, reduzindo para apenas 19fps a 8x SSAA.

A solução? MSAA, ou anti-aliasing com várias amostras. Você pode pensar no MSAA como SSAA com uma profunda diferença: apenas a geometria é super amostrada. Até onde sabemos, o 8800 GTX da NVIDIA foi a primeira GPU a suportar 8x MSAA e olhar para um exemplo desde o dia – The Elder Scrolls: Oblivion – perdeu cerca de 35 % de seu desempenho em execução com 8x MSAA. Isso é significativamente, mas de longe o mesmo que o nosso RTX 3070 Crysis 3 Exemplo, que perdeu 90 % de sua taxa de transferência. Como a SSAA, também existem modos de qualidade para que você possa usar 2x ou 4x para obter menos redução de bordas irregulares, mas menos um golpe para o desempenho. No entanto, com o tempo, o MSAA desapareceu e apenas alguns títulos poupadores o usam hoje.

Há várias razões para isso. O primeiro é devido à renderização diferida, uma técnica que aumenta a complexidade da renderização de uma maneira altamente executiva. Um exemplo do efeito da renderização diferida seria como os jogos usando iluminação diferida podem aumentar bastante a quantidade de luzes visíveis na tela – Killzone 2 da era do PS3 não foi o primeiro jogo a usá -lo, mas é frequentemente citado como um exemplo importante. A MSAA poderia ser integrada a um oleoduto diferido, mas o custo para os desenvolvedores foi ótimo – assim como a pegada da memória.

Crysis 3 suporta a renderização adiada e a MSAA, mas destaca vários problemas que soletraram o fim de seu uso geral em jogos. Ligando o MSAA a 8x nesse jogo quase metade a taxa de quadro em 1080p e em 4k é ainda pior… e os resultados reais de seu anti-aliasing eram não convincentes. A MSAA trabalha sobre geometria, lembre-se, que se torna menos importante à medida que o sombreamento de pixels definiu melhor a maquiagem visual de um jogo. Elementos como mapas normais, como popularizados por Doom 3, mostrou que a iluminação do jogo e os detalhes dos objetos foram impulsionados mais pelas texturas do que pela geometria. Efeitos como iluminação volumétrica e oclusão ambiental do espaço de tela (SSAO) também não tocaram bem com o MSAA. Retornando para Crysis 3, ainda estava presente de borda, mas um alias especular (os bits brilhantes!) não foram abordados – parecia pobre.

Medidas de parada apareceram, como FXAA ou SMAA, que são efetivamente soluções pós-processo que procuram bordas visíveis após a cena já ter sido renderizada, tentando embaçar e suavizar essas bordas. É uma melhoria em muitos cenários, tem uma pegada relativamente pequena nos recursos da GPU, mas definitivamente suaviza a imagem e não tem idéia da história, o que significa que um tratamento diferente por quadro pode levar a descontinuidades visuais. E é aqui onde vemos o começo de taa.

Anti-aliasing temporal é outra forma de super amostragem, mas, em vez de diminuir a escala de uma imagem muito maior, os dados de quadros anteriores são reprojetados no atual. E ao trabalhar bem, ele tem um comportamento semelhante ao SSAA: limpa todos os jaggies de todos os tipos. Onde o MSAA quebra com o alias do shader, o temporal AA o limpa muito bem, criando uma imagem muito mais suave do que o MSAA, que pode não funcionar. Como funciona como super amostragem, o TAA também pode afetar coisas que não são feitas de geometria. Em Control, os efeitos de rastreamento de raios no jogo ficam suavizantes e limpeza adequados, o que nunca aconteceria com o MSAA. A forma final de TAA agora é o DLAA da NVIDIA (efetivamente a renderização de DLSS em resolução nativa), que pode realmente parecer significativamente melhor do que a super amostragem padrão.

Esta impressionante propriedade de super amostragem da TAA foi rapidamente explorada pelos desenvolvedores, às vezes para melhorar o desempenho. Efeitos como reflexões, iluminação volumétrica, filtragem de sombras, oclusão ambiente ou renderização de cabelo são renderizados em resoluções mais baixas e só realmente se tornam ‘inteiras’ quando o TAA agrega dados de quadros anteriores para ‘terminar’ o efeito. Os desenvolvedores estão usando o TAA para não apenas limpar as bordas irregulares nos jogos, mas para otimizar os efeitos dos jogos e esconder onde eles cortam os cantos da qualidade. O ponto negativo aqui é óbvio: se você não quiser usar o TAA e pode desligá -lo, os efeitos mais baixos da resolução são facilmente perceptíveis e não parecem certos.

No entanto, as vitórias podem ser extraordinárias e, mesmo em termos anti-aliasing puros, o custo do TAA é relativamente pequeno. Em Deus Ex: a humanidade dividida, por exemplo, apenas três por cento do tempo de quadro é ocupado com cálculos de TAA. A técnica parece incrível quando você olha para seus pontos positivos isoladamente: melhor desempenho e melhor aliasing do que a tecnologia anterior, mas há problemas – e a clareza da imagem é obviamente uma delas. TAA resolve imagens amolecidas.

Um problema importante com o TAA é que ele resolve imagens suavizadas. Parte disso é apenas a natureza do que é anti-aliasing. Até a SSAA tem um fator de amolecimento, tecnicamente. No entanto, mesmo considerando como todos os anti-aliasing suavizam uma imagem, o TAA é inerentemente ainda mais suave devido à forma como está integrando informações de quadros anteriores, agitando a imagem um pouco para alcançar seu efeito. O TAA normalmente resolve mais macio do que outras técnicas anti -aliasing por padrão – e você pode achar isso agradavelmente macio ou pode achar irritantemente embaçado.

Um grande aspecto disso é quão longe você está da sua tela e quão alta resolução seu jogo está funcionando. Se você estiver mais longe da tela, pode não notar a suavidade e pode apenas apreciar os aspectos macro de taa. No entanto, se você estiver mais próximo, a suavidade é amplificada e se torna mais óbvia. Essa suavidade se torna ainda mais óbvia se a resolução da tela for menor. Os usuários de exibição de 1080p se saem muito pior que 4K, a ponto de considero o amolecimento em 4K para não ser um problema.

Esse aspecto da distância da tela e da resolução que faz o TAA parecer melhor ou pior é a chave para o problema geral com TAA. Para as pessoas que jogam jogos de console, geralmente jogam em televisões de alta resolução a alguns metros de distância, e a suavidade não é tão visível a tais distâncias. No entanto, no PC, muitas pessoas estão jogando muito mais perto de suas telas e geralmente em resoluções mais baixas. Portanto, se o desenvolvedor de um jogo equilibrar as opções de qualidade da imagem em seu jogo com base na experiência do console, um grande número de usuários de PC que estão mais próximos de suas telas com menor resolução pode estar ficando subjetivamente uma experiência mais suave, onde as falhas de TAA são muito mais perceptíveis.

Outro problema com o TAA é como ele se entende no movimento – isso é algo que eu mostro mais facilmente no vídeo. Halo InfiniteO Taa é um dos embrulhados por aí quando a tela se move, mas o comportamento de embaçar a tela enquanto a câmera está em movimento será encontrada em quase todos os tipos de TAA – ele realmente não é um bug, mas um recurso. Quanto você notará que é, mais uma vez, uma coisa subjetiva, mas quanto menor a sua resolução e quanto mais próximo você estiver da sua tela, mais você notará. Ele também escala com velocidade de movimento, então acredito que um usuário do mouse terá mais impacto do que um usuário do Joypad.

Outro aspecto do TAA é que é dependente da taxa de quadro. Quanto maior a taxa de quadros, mais próximos os quadros amostrados, o que significa menos erro nos cálculos de reprodução e, portanto, maior integridade da imagem. Se você jogar em uma alta taxa de quadros, isso pode ser visto como um aspecto positivo, mas eu também diria que isso influencia a utilidade de TAA, tornando-o menos aplicável a certos tipos de jogos de ambições gráficas. Outro aspecto menos favorável do TAA, é como ele pode criar jitter visível em uma imagem, mas o artefato mais flagrante é o fantasma. Normalmente, não é o estado constante do TAA, mas quase todo tipo de TAA é capaz de fazer isso e eu encontrei esse comportamento centenas de vezes nos meus anos de revisão de jogos para fundição digital em toda e qualquer resolução. Até o ápice dos DLSs de Taa – Nvidia – pode ter esse problema.

Então, Taa é uma bênção ou uma maldição? Vamos colocar desta maneira: sem TAA, os gráficos em tempo real não poderiam ter progredido a ponto de estarmos agora. Realizações como rastreamento de caminho em tempo real em jogos AAA como Cyberpunk 2077 não existiria sem os conceitos que o TAA trouxe para a mesa. No lado do console, também significa que a diferença entre as gerações de console seria muito menor sem TAA. Sem o TAA existente, muito poder computacional seria gasto na limpeza das bordas irregulares e não melhorando coisas como iluminação e geometria. A demonstração da Matrix Awakens em execução no Xbox ou PlayStation não seria possível sem a solução TSR da Epic – sua própria opinião sobre o DLSS, efetivamente.

Por todos os problemas, vejo Taa como uma ótima coisa – mas sou apenas uma voz e há uma grande pluralidade de vozes que devem ser ouvidas além da minha. Por exemplo, eu jogo muitos jogos em 4K e isso forma a base da minha experiência, pois a maioria dos principais problemas do TaaS é menos visível, mas se você jogar em resoluções mais baixas como 1080p, as desvantagens do TAA são muito mais óbvias. Isso é fundamental, pois uma enorme quantidade de usuários joga jogos em 1080p com base na pesquisa de hardware Steam.

E como as desvantagens de Taa como Ghosting e Blur serão mais óbvias em 1080p, acho que a indústria poderia fazer bem em tratar o TAA como outras opções que adicionam Blur aos jogos. O TAA deve poder ser desligado, muito parecido com o Blur de movimento sempre deve ser desligado, pois essa é uma opção de acessibilidade para pessoas que ficam doenças de movimento.

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Além disso, eu realmente acho que deve haver alternativas simples e padrão disponíveis para um usuário que não deseja usar o TAA. No Portas PCs do Homem-Aranha Por Nixxes, por exemplo, esses jogos foram definitivamente projetados em torno do TAA para PlayStation, mas você pode desligá-lo ou usar anti-aliasing simples pós-processo se quiser. Claro, FXAA ou SMAA não são bons em limpar as bordas irregulares, mas é melhor do que nada e simples de ter como alternativa.

A última razão pela qual o TAA deve ser capaz de ser eliminado é devido à escala futura. No momento, o TAA existe principalmente porque é uma conveniência, mas daqui a 10 anos, talvez os usuários prefiram apenas super-amossar seus jogos. Ao montar esta peça, carreguei vários títulos mais antigos que eu poderia correr lindamente com a SSAA no meu RTX 4090. Então, talvez os desenvolvedores devam permitir que o TAA seja desligado para a prova futura de seu jogo para o futuro, hardware muito mais capaz.

No curto prazo, no entanto, Taa está aqui para ficar. Em um mundo em que a expansão do desempenho via hardware está oferecendo retornos cada vez maiores, a ênfase muda para soluções de software para entregar mais dos saltos geracionais que recebemos – e o TAA é uma ferramenta potente para elevar o estado da arte.