Die heutige Reise: Anti-Aliasing
- Anti-Aliasing ist eine Kunstform, die sich über Jahrzehnte hinweg durch Mathematik, kreative Technik und kontinuierliche Innovation entwickelt hat.
- Es gibt verschiedene Ansätze wie SSAA, SMAA und DLAA, die jeweils auf unterschiedliche Weise dasselbe Ziel erreichen wollen.
- In diesem Artikel wird erklärt, wie diese Methoden funktionieren, und ein neuer Ansatz zur Problemlösung vorgestellt: analytisches Anti-Aliasing.
Einrichtung
- Um Anti-Aliasing-Algorithmen zu verstehen, wird ein WebGL-Canvas verwendet, auf dem ein sich bewegender Kreis gezeichnet und implementiert wird.
- Falls die Auflösung zu hoch ist und kein Aliasing sichtbar wird, kann man dies durch eine niedrigere Auflösung überprüfen.
Technische Analyse
- Das Verständnis von GPU-Code ist nicht zwingend erforderlich, hilft aber dabei, den analytischen Teil zu verstehen.
- Der Kreis wird nicht geometrisch gezeichnet, sondern durch einen Shader erzeugt.
SSAA
- SSAA steht für Super Sampling Anti-Aliasing und funktioniert, indem zunächst in höherer Auflösung gerendert und anschließend herunterskaliert wird.
- Die Implementierung ist einfach, aber der Speicher- und Rechenaufwand ist hoch.
- Eine geeignete Sample-Platzierung ist erforderlich, ebenso wie eine tiefgehende Integration in die Rendering-Pipeline.
MSAA
- MSAA führt Super Sampling nur an der Silhouette des Modells, bei überlappender Geometrie und an Texturkanten durch.
- Es wird von der Hardware implementiert, und die Unterstützung hängt von der jeweiligen Hardware ab.
- In bestimmten Situationen kann dabei kein Performance-Aufwand entstehen.
Post-Process-Anti-Aliasing
- 2009 entstand MLAA aus einer Arbeit von Alexander Reshetov.
- FXAA ist ein von MLAA inspirierter Algorithmus, der wenig Performance kostet und leicht zu implementieren ist.
- In komplexen Szenen ist es effektiver.
Analytisches Anti-Aliasing
- Analytisches Anti-Aliasing nähert sich dem Problem umgekehrt: Da die benötigte Form bekannt ist, werden bereits anti-aliased Pixel direkt auf den Bildschirm gezeichnet.
- Es benötigt keine zusätzlichen Buffer oder Hardware-Anforderungen und kann selbst auf einfachem WebGL 1.0 oder OpenGLES 2.0 ausgeführt werden.
- Durch die Berechnung der Pixelgröße wird der Rand der Form ausgeblendet.
Implementierung
- Mithilfe von Signed Distance Fields lässt sich an jedem gesampelten Punkt der Abstand zur gewünschten Form bestimmen.
- Zur Berechnung der Pixelgröße werden die Funktionen
dFdx, dFdy und fwidth verwendet.
- Das Blending erfolgt per Alpha-Blending oder MSAA + Alpha to Coverage.
- Zur Performance-Optimierung kann statt
smoothstep auch linearstep verwendet werden.
Fazit
- Analytisches Anti-Aliasing sorgt für weiche Kanten, indem die Ränder von Formen präzise ausgeblendet werden.
- Es gibt verschiedene Implementierungsmöglichkeiten, bei denen zwischen Performance und Genauigkeit gewählt werden kann.
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