FSAA - Full Scene Anti Aliasing

Seit Einführung der 3dfx Voodoo Karten ist Full Scene Anti Aliasing ein Feature, das in keiner Spec Liste aktueller Grafikkarten fehlen darf (FSAA, oder auch Kantenglättung - Computer Bild Spiele würde wohl: Gesamt-Treppeneffekt-Verhinderungstechnologie oder ähnliches dazu sagen).

Der Effekt ist im Prinzip leicht erklärt: Das Monitorbild setzt sich aus einer fest bestimmten Anzahl von Pixeln zusammen, die über die gewählte Bildschirmauflösung definiert ist. Wird von einer Grafikkarte ein Dreieck dargestellt, so zeichnet diese die entsprechenden Pixel. Eine schräge Linie wird dabei natürlich nur angenähert, denn schließlich ist das Raster ja fest definiert. Es ist ein Treppeneffekt zu sehen. Da sich die Form der Linie bei Bewegung verändert entsteht  zudem noch ein Flimmereffekt. Je weniger Pixel für die Darstellung zur Verfügung stehen, umso schlimmer der Effekt. Eine mögliche Lösung ist das Erhöhen der Auflösung, da dann mehr Pixel für die Darstellung zur Verfügung stehen – das Raster wird feiner, während die Darstellungsfläche (Die Bildschirmoberfläche) gleich bleibt.

Der Flimmer Effekt verschwindet aber auch in hohen Auflösungen nicht vollständig. Deshalb ist FSAA auch dann noch durchaus sinnvoll. Bei heutigen Grafikkarten kann man verschiedene FSAA Techniken antreffen:

Super Sampling
GeForce 2 Karten benützen Supersampling (SS). Dies ist entgegen mancher Aussagen in verschiedenen Artikeln kein "Software" Modus sondern wird komplett in Hardware ausgeführt. Nehmen wir an, wir haben im Spiel eine Auflösung von 800x600 gewählt. Mit SS und 4xFSAA (2x2) wird das Bild intern doppelt so groß berechnet (1600x1200) und danach gefiltert wieder herunterskaliert. Jedes Pixel des endgültigen 800x600 Bildes entsteht aus dem Durchschnitt der Farbwerte von 4 Pixeln des grßen Bildes. Es ist simpler als es sich im ersten Moment anhört: Bei doppelter Größe stehen 4x mehr Pixel zur Verfügung. Siehe folgendes Bild:

Supersampling

In der Praxis ist es natürlich komplizierter, da die Daten für jeden Frame mehrfach im Speicher hin und her geschoben werden müssen. Zudem müssen auch Elemente wie beispielsweise 2D Cockpits noch extra skaliert und ins Bild eingefügt werden. Viel Arbeit also für die Karte. Dadurch fällt die Performance von Supersampling mit steigender Auflösung und Farbtiefe stark ab. Der Vorteil: Sehr gute Bildqualität und scharfe Texturen.

Multi Sampling
Multi Sampling in GeForce 3 geht einen anderen Weg. Statt das Bild zu skalieren werden mehrere, leicht versetzte Versionen eines Bildes in der finalen Ausgabeauflösung berechnet. Die endgültige Farbe eines Pixels ergibt sich aus der Summe der Unterbilder. Der Vorteil dieser Technik ist, dass er wesentlich Speicherbandbreitenschonender vorgeht und sich durch seine Arbeitsweise primär auf die Kanten bzw. hochkontrastige Elemente in einem Bild konzentriert.

Neben 2xFSAA (mit Rotated Grid) und 4xFSAA (Mit Ordered Grid) hat NVIDIA in GeForce 3 einen "Quincunx" genannten FSAA Modus integriert. Dieser soll 4x Qualität bei annähernd 2x Performance liefern (Die Benches später zeigen das es bei dem "soll" bleibt). Auf die technischen Details möchte ich hier nicht eingehen. Kurz gesagt: Bei Quincunx werden mehr Subpixel in die Berechnung des Endpixels mit einbezogen.

Wer mehr Licht in dieses Thema bringen möchte, der sollte sich diesen Artikel bei FullOn3D ansehen: The Theory of AntiAliasing. Auch das White Paper zu SuperSampling FSAA bei Beyond 3D ist sehr zu empfehlen.

Hier nun einige Bilder, die die Unterschiede zwischen den FSAA Modi beider GeForce Generationen zeigen. Ich hoffe das die Bildschirmauflösung bei den meistenm ausreicht um die Bilder nebeneinander auf den Schirm zu bekommen:

Der Rote Kasten zeigt die Position des Bildauschnitts der folgenden Bilder

GeForce 2 Super Sampling	GeForce 3 Multi Sampling
Normal - Kein FSAA (200%)
2xFSAA (200%)
4xFSAA (200%)
Grade bei 4xFSAA fällt auf das Supersampling deutlich  schärfere Texturen ermöglicht. Der langsameren Performance steht also deutlich bessere Qualität gegenüber. Auch der "Wunder Modus" Quincunx erreicht nicht annähernd die Qualität des 2xFSAA Super Sampling Bildes!!
	Quincunx (200%)

GeForce 3 bringt, wie die späteren Benchmarks zeigen, zwar deutlich bessere FSAA Performance - das Supersampling der GeForce 2 Karten erreicht aber eine deutlich bessere Darstellungsqualität bei Texturen.  Wer möchte kann sich die Bilder in Orginalgröße im BMP Format Downloaden: FSAA Screenshots (4,2MB - Winrar Entpacker erforderlich)

Copyright: 28.05.2001 -   RIVA Station 2001 - Lars Weinand
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