アンチエイリアシングとは何ですか？ 6つの異なるタイプと方法

アンチエイリアシングを理解するには、まずエイリアシングの概念を理解する必要があります。

ビデオを見たり、ビデオゲームをプレイしているときに、画面のエッジがピクセル化またはギザギザになっている可能性があります。これらの「ジャギー」はエイリアシングとして知られています。全体的な視聴体験が低下します。

しかし、なぜエイリアシングが発生するのですか？

画面に表示される画像は、ピクセルと呼ばれる小さな正方形で構成されています。画像の制御可能な最小要素である各ピクセルには、独自の強度と色があります。垂直線と水平線は正方形のピクセルに正確にマッピングできますが、曲線または隅から隅までの画像はポイントツーポイントで調整する必要があります。エッジに沿ったピクセルがオフまたはオンの場合、エッジがギザギザになります（エイリアシングまたは階段状）。

エイリアシングを回避するための明白な解決策は、画面の解像度を上げることですが、すべての人がハイエンドモニターを購入できるわけではありません。そのため、エンジニアは画面へのジャギーの影響を減らすためのいくつかの手法を開発しました。これらの効果的な手法の1つは、アンチエイリアシングです。

アンチエイリアシングとは何ですか？

アンチエイリアシングは、ピクセルのエッジを周囲のピクセルとブレンドして、より滑らかなエッジの錯覚を作成する手法です。これは思ったほど単純ではありません。フレームごとに数百万ピクセルを処理し、エッジを滑らかにするようにコンピュータに指示しています。

CPU / GPUは、すべてのエッジに沿って色を調整することにより、エッジを滑らかにします。ピクセルをオンまたはオフにする代わりに、プロセッサはピクセルをその中間に配置します。たとえば、黒の背景に白の対角線がある場合、白と黒ではなく、エッジに沿って濃い灰色と薄い灰色の色合いが表示されることがあります。

エイリアシングされた線とアンチエイリアシングされた線の拡大画像

アンチエイリアシングアルゴリズムは、特定の距離から見たときにデジタル画像が自然に見えるように設計されています。ズームインすると、ピクセルが調整されているため、アンチエイリアス処理されたテキストと画像がぼやけて表示されます。

デジタル写真やコンピュータグラフィックスに加えて、アンチエイリアシングはデジタルオーディオでも広く使用されています（サンプリングされたオーディオから不要な周波数を除去するため）。この概要記事では、前者に焦点を当てました。

ジャギーは、画像をより鮮明に表現できる高密度のピクセルグリッドを備えているため、最新のHiDPI（1インチあたりのドット数が多い）画面では目立ちません。ただし、これらの高解像度の画面でさえ、アンチエイリアシングの恩恵を受けます。

表示とゲームのエクスペリエンスをより良く、より没入感のあるものにするために、さまざまなタイプのアンチエイリアシング手法が存在します。それぞれに独自の長所と短所があります。最も人気のある8種類のアンチエイリアシングについて詳しく説明しましょう。

1。スーパーサンプリングアンチエイリアシング（SSAA）

SSAAを適用する前（左）と後（右）

並外れた画質を提供しますが、パフォーマンスを低下させます

フルシーンアンチエイリアシング（FSAA）とも呼ばれる、スーパーサミングアンチエイリアシング（SSAA）は、最も古く、最も効果的な空間手法の1つです。画像の外観が柔らかくなり、よりリアルに見えるため、フォトリアリスティックな画像の処理に最適です。

この方法では、表示されている画像ははるかに高い解像度でレンダリングされます。低解像度の画像には存在しなかった余分なピクセルからカラーサンプルが取得され、平均カラー値が測定されます。

画像が縮小されると、平均値が適用されてジャギーが除去されます。これにより、トランジションがはるかにスムーズなダウンサンプリングされた画像が得られます。出力の品質は、カラーサンプルの数によって異なります。サンプルの数が多いほど、品質は高くなります。

この手法は優れた画質を提供しますが、高解像度で画像をレンダリングすると多くのコンピューティングリソースが必要になるため、パフォーマンスが低下します。これが、ゲームで広く使用されなくなった理由です。

この方法を使用するもう1つの欠点は、垂直線または水平線が多い画像に悪影響を与えることです。処理すると、これらの線（本質的に鋭い）は柔らかく見えます。

2。マルチサンプルアンチエイリアシング（MSAA）

画像ソース：Nvidia

必要な計算リソースは比較的少なくなりますが、生成される画像の品質は低くなります

マルチサンプルアンチエイリアシングは、画像の特定のコンポーネントが完全にスーパーサンプリングされていないスーパーサンプリングの特殊なケースです。ポリゴンのエッジ（3Dグラフィックスで最も一般的なエイリアシングのソース）のみがアンチエイリアシングされます。テクスチャは滑らかになりません。

より具体的には、CPU / GPUがディスプレイに画像をレンダリングするとき、ポリゴンとテクスチャの2つの異なるコンポーネントを区別します。 CPU / GPUは、最初にオブジェクト（ポリゴン）の一般的な形状または輪郭を描画し、次にそれをテクスチャで塗りつぶします。 MSAAはポリゴンのジャギーのみを調整し、テクスチャはそのままにします。

MSAAは最終的な画像のすべての部分を処理するわけではないため、SSAAよりも効率的で、必要な計算リソースも少なくて済みます。ただし、比較的低品質の画像が生成され、OHPフィルムを処理できません。

3＆4。カバレッジサンプリングアンチエイリアシング（CSAA）と高品質アンチエイリアシング（EQAA）

MSAA（左）とCSAA（右）[CSAAのよりタイトなエッジ解像度]

どちらも、パフォーマンスへの影響を最小限に抑えながら、より良い品質を提供します

GPUメーカーのAMDとNVIDIAは、独自の空間アンチエイリアシング手法を開発しました。 NVIDIAはCSAAを作成し、AMDはEQAAを作成しました。名前は異なりますが、同じように機能します。

どちらの方法でも、GPUは画像内のポリゴンを識別し、ポリゴンのどの領域にジャギーが発生する可能性があるかを計算します。次に、それらのピクセルのみをスーパーサンプリングします。

画像全体が処理されないため、GPUの実行に必要な処理能力は大幅に少なくなります。さらに、CSAAとEQAAはどちらも、追加の色/深度/ステンシルサンプルを必要としません。したがって、MSAAと同じビデオメモリを消費します（同等のモード）。

5＆6。形態学的アンチエイリアシング（MLAA）と高速近似アンチエイリアシング（FXAA）

FXAAメソッドの実装（左から右、上から下への段階的なプロセス）|クレジット：NVIDIA

高速で、必要な計算リソースは少なくなりますが、詳細なテクスチャのある画像には適していません

NVIDIAとAMDは、それぞれ高速近似アンチエイリアシングと形態学的アンチエイリアシングとして知られる2つの後処理アンチエイリアシング技術を開発しました。どちらも同じように機能します—レンダリング後にピクセルがぼやけます。

後処理のアンチエイリアシング方法では、GPUは2つの隣接するピクセル間の色のコントラストを比較して、ポリゴンのエッジがどこにあるかを判断します。同様の色と強度のピクセルは通常、同じポリゴンの一部です。エッジが検出されると、GPUはピクセルのコントラストに比例してピクセルをぼかします。

遅延レンダリングでは機能しないMSAAとは異なり、MLAAとFXAAは画像内の境界線を正確に検出し、これらの境界線を特定できます。どちらも非常に高速で、空間的な方法よりも必要な計算リソースが少なくて済みます。「ぼかし」は、ジャギーの原因となる奇妙に配置されたピクセル間のはっきりとしたコントラストを取り除くため、効果的であることが証明されています。ただし、ダイナミックな稲妻の特徴と詳細なテクスチャを備えた写真では、ぼやけが簡単にわかります。

7。強化されたサブピクセル形態アンチエイリアシング（SMAA）

Crysis2ゲームに統合されたSMAA4xの例

空間アンチエイリアス手法と後処理アンチエイリアス手法の両方を組み合わせます

この後処理アンチエイリアシング技術は、形態学的アンチエイリアシング（MLAA）と追加のマルチ/スーパーサンプリング戦略（MSAA、SSAA）を組み合わせて、正確なサブピクセル機能を実現します。

SMAAは、非常に高速な実行時間を維持しながら、より優れた画質を実現します。より具体的には、最小限のオーバーヘッドを導入しながら、非常に正確な勾配と時間的安定性を提供します。これにより、ローエンド構成に適した選択肢になります。

8。時間的アンチエイリアシング（TXAA）

FXAAやMLAAよりも優れた画質を提供しますが、より多くの計算リソースが必要です

この複雑な方法では、ぼかしとスーパーサンプリングの両方を利用して、シャープなグラフィックと優雅なモーションを構築します。つまり、仮想環境でスムーズな動きを維持することを目的としています。

近年、研究者は、TXAAの欠点に対処するAdaptive Temporal Anti-aliasing（ATAA）を開発しました。たとえば、パフォーマンスに大きな影響を与えることなく、ぼやけやゴースティングのアーティファクトを排除します。 ATAAの結果は、16倍のスーパーサンプリングが提供できるものに近いものです。

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どのアンチエイリアシング方法を使用する必要がありますか？

使用しているハードウェアを十分に理解していて、マシンにどのようなパフォーマンスが必要かを知っている場合は、どのアンチエイリアシング手法が最適かを判断するのが簡単です。

次の質問は、正しい決定を下すのに役立ちます。

• GPUの仕様は何ですか？
• ゲームの重さやグラフィックの要求はどれくらいですか？
• 完璧にしたいグラフィック機能と、気にしないグラフィック機能はどれですか？

パワフルでハイティアなゲーム機器をお持ちの場合は、SSAA、MSAA、TXAAをお勧めします。適度な電力のCPU / GPUを使用している場合は、MSAA、FXAA、またはMLAAを選択できます。また、高フレームレートを処理できず、過熱しやすい低層のゲームハードウェアを使用している場合は、CSAAまたはSMAAをお勧めします。

グラフィック設定を試して、CPU / GPUが何を処理できるかを確認することもできます。解像度、影の品質、視野、視野距離、テクスチャ、異方性フィルタリングなど、微調整するパラメータは数十あります。

可能な限り低い構成から始めて、より高い詳細なレベルに移動することをお勧めします。これは非常に面倒な作業ですが、マシンで最高のゲーム体験を得る方法を理解するための最も簡単な方法です。

ただし、グラフィック処理ユニットとディスプレイテクノロジの最近の進歩を考慮すると、アンチエイリアシングについて心配する価値はありません。実際、新しいビデオゲームや超高解像度の画像はアンチエイリアシングをまったく必要としません。

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次のデスクトップのビジュアルとパフォーマンスのバランスについて情報に基づいた決定を下せるように、さまざまなタイプのアンチエイリアシングに関する知識を習得することをお勧めします。この情報は、プロのビデオを編集したり、独自のゲームを開発したりする場合にも役立ちます。