NVIDIA發表Adaptive Temporal Anti-Aliasing反鋸齒技術，強化TXAA並融入光線追蹤（上）

NVIDIA在最新發表的文件（）中，介紹了全新的Adaptive Temporal Anti-Aliasing反鋸齒技術，這種技術以TXAA為基礎，並融合光線追蹤的繪圖方式，能夠進一步消除TXAA產生的模糊、鬼影等副作用，更棒的是這個技術還能相容於現在商業遊戲的光線追蹤API。

反鋸齒讓3D影像更細緻

在開始介紹Adaptive Temporal Anti-Aliasing（以下簡稱ATAA）之前，讀者不妨先閱讀筆者先前撰寫的《顯示卡 4 大反鋸齒技術探討：鋸齒的產生與消除，前處理、後處理之爭》，以瞭解反鋸齒的基本知識與概念。

傳統的SSAA（Super Sample Anti-Aliasing）與MSAA（Muitl-Sample Anti-Aliasing）反鋸齒技術都是3D繪圖時，在柵格化（Rasterisation，也稱光柵化）的步驟中提高取樣點的數量，進而提升取樣精細度，減輕圖像的不連續性，來減少視覺上的鋸齒感。

由於SSAA、MSAA對效能的需求比較大，所以遊戲傾向採用MLAA（Morphological Anti-Aliasing）、SMAA（Enhanced Subpixel Morphological Anti-Aliasing）、FXAA（Fast Approximate Anti-Aliasing）等後處理反鋸齒技術。

這類技術的特點是不改變3D繪圖過程，而是當繪圖完成後才針對輸出的2D圖像進行反鋸齒處理，可以有效節省運算效能。若舉攝影的打光做為例子，SSAA、MSAA就像在拍照前就透過閃光燈補強，而後處理反鋸齒技術則是透過修圖軟體增加圖片亮度。

▲ 從圖例中可以清楚看到取樣點對畫面細緻度造成的影響，並能降低鋸齒的嚴重性。

▲ 傳統反鋸齒的概念為增加取樣點，並透過調色減輕圖像的不連續性，減少鋸齒感。

加入時間要素並融合

這次要介紹的ATAA是以TXAA（Temporal Anti-Aliasing，也簡稱為TAA）為基礎，雖然TXAA也是屬於後處理的性質，但是與前述技術最大的不同是，傳統的反鋸齒以比對單一畫格中的不同位置為主，所以稱為空間反鋸齒，而TXAA則會比對前後畫格中的物件邊緣與細節，因為資料為跨時間軸的多張畫格，因此也稱時間反鋸齒，能夠進一步降低物件移動時造成的閃爍等瑕疵。

ATAA除了保有TXAA的概念外，還在傳統的柵格化繪圖方式中導入了光線追蹤，彌補TXAA不足之處，透過混合2種截然不同的繪圖方式，進一步強化反鋸齒效果，並降低TXAA模糊、鬼影的副作用，帶來接近8x SSAA的圖像品質。

由於柵格化與光線追蹤屬於完全不同的繪圖體系，雙方的資料結構差異也很大，因此先前並沒有適切的技術來執行這種異質運算，而NVIDIA則透過自家的RTX光線追蹤技術與Microsoft DirectX Ray Tracing（DXR）等API，達成雙方資料與渲染器的協作，進而實現ATAA。

▲ NVIDIA使用Unreal Engine 4引擎繪製展示場景，並讓攝影機以每秒30幀的速度移動。

▲ 圖中分別為無反鋸齒（1 Sample per Pixel，1SPP），與標準TAA、8x ATAA  的畫質比較。

▲ 在TAA範例中，帆船的纜繩比較不清晰。

▲ ATAA的纜繩則比較清晰，而且明顯平滑許多。

▲ NVIDIA RTX光線追蹤繪圖技術可以支援自家OptiX，以及DXR、Vulkan等API。

筆者會在下篇的文章中，進一步說明ATAA的運作原理，請有興趣的讀者保持關注。

 

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