Tính năng không thể thiếu trong các game PC hiện nay là khử răng cưa. Tuy nhiên, không phải ai cũng biết cách hoạt động của nó. Bài viết này sẽ giới thiệu về tính năng thú vị này.
Răng cưa là gì?
Ban đầu, hãy nhận thức rằng màn hình máy tính là một ma trận chứa nhiều ô vuông nhỏ được gọi là pixel. Trong thực tế, một đường thẳng được tạo thành từ vô số điểm, nhưng trên màn hình, nó chỉ được hiển thị bằng một số hữu hạn các pixel. Mọi hình ảnh trên máy tính đều được hiển thị bằng các pixel, điều này dẫn đến hiện tượng răng cưa.
Hiện tượng răng cưa trên một đường chéo.
Khi các pixel xếp sát nhau, chúng tạo thành hình dạng giống răng cưa được gọi là hình bậc thang. Lý thuyết cho rằng nếu số lượng pixel đủ lớn, mắt ta sẽ không nhìn thấy những hình dạng này. Tuy nhiên, hiện tại, các màn hình hiện đại vẫn chưa thể đạt được điều này. Do đó, các nhà sản xuất card đồ họa đã phát triển công nghệ Anti-Aliasing để giải quyết vấn đề này.
Anti – Aliasing (AA) hoạt động ra sao?
Mục tiêu của AA là loại bỏ hiện tượng răng cưa để cải thiện chất lượng hình ảnh trong trò chơi. Có nhiều phương pháp khác nhau để giảm răng cưa, nhưng chúng đều dựa trên nguyên tắc rằng GPU sẽ tính toán màu trung gian cho các pixel dựa trên màu của các pixel xung quanh để làm giảm hiện tượng răng cưa. Hình dưới đây sẽ giúp bạn hình dung rõ hơn về quá trình giảm răng cưa.
So sánh trước và sau khi kích hoạt AA.
Trong hình trên, đường viền của hình tròn được kết hợp với các pixel màu xám để tạo ra một hiệu ứng mềm mại hơn và giảm thiểu hiện tượng răng cưa.
Hai phương pháp giảm nhiễu cơ bản nhất được sử dụng hiện nay là Super Sampling và Multi Sampling.
Chế độ Siêu mẫu (SSAA hay FSAA).
Super Sampling là một phương pháp đầu tiên được sử dụng để khử răng cưa. Để thực hiện việc này, GPU tính toán màu sắc cho các pixel sao cho phù hợp. Phương pháp FSAA hoạt động bằng cách xây dựng một hình ảnh có độ phân giải lớn hơn so với hình ảnh ban đầu (hình ảnh này không được hiển thị trên màn hình), độ phân giải lớn hơn tùy thuộc vào mức lấy mẫu.
Ví dụ, nếu sử dụng độ phân giải màn hình 1024 x 768 và kích hoạt chế độ 4x FSAA (2x cho chiều dài và 2x cho chiều rộng), hình ảnh sẽ được tạo ra với độ phân giải (1024 * 2) x (768 * 2) = 2048 x 1536, sau đó thu nhỏ về độ phân giải gốc. Mỗi pixel sẽ có màu tổng hợp từ 4 pixel được tạo ra trước đó (gọi là sample pixels hay pixel mẫu), điều này làm cho các đường răng cưa trở nên khó nhận thấy hơn. Trong khi đó, chế độ khử răng cưa 2x AA sẽ tạo ra hình ảnh có chiều dài hoặc chiều rộng gấp đôi, chứ không phải cả hai chiều như chế độ 4x.
Render với độ phân giải kéo dài rồi thu nhỏ lại.
Cho tới thời điểm hiện tại, FSAA vẫn được coi là phương pháp tốt nhất để khử răng cưa và mang lại hình ảnh chất lượng cao. Tuy nhiên, việc tính toán thêm một số lượng lớn điểm ảnh trên GPU đã dẫn đến sự giảm hiệu năng của dựng hình. Nếu ai đã từng sử dụng card đồ họa GeForce 2 của NVIDIA, họ sẽ nhận thấy rằng tính năng khử răng cưa chỉ được bật để ngắm và không thể chấp nhận được mức fps khi kích hoạt FSAA. Vì lý do này, tính năng FSAA hiện nay đã bị loại bỏ trong các driver của NVIDIA (tuy nhiên, với ATI/AMD, FSAA đã được hỗ trợ trở lại từ dòng card HD 5xxx trở đi).
Multi Sampling (MSAA).
Multi Sampling được phát triển để thay thế Super Sampling, nhằm đạt được sự cân bằng giữa hiệu năng và chất lượng. Nó giúp giảm số lượng điểm ảnh mà GPU phải tính toán thêm.
MSAA hoạt động tương tự như SSAA, tuy nhiên thay vì xử lý màu và độ sâu của tất cả các pixel như SSAA, MSAA sẽ tiến hành 1 phép thử độ sâu của các mẫu nằm bên trong pixel để xác định những pixel nằm trên cạnh của vật thể và khử răng cưa chỉ trên phần đó. GPU chỉ cần tính toán khử răng cưa trên phần vật thể, không cần khử toàn bộ khung hình như FSAA.
Nguyên tắc hoạt động của MSAA.
Hình trên là một ví dụ về MSAA với mức lấy mẫu 4x. Các chấm đỏ thể hiện vị trí mà GPU sẽ lấy mẫu để trộn màu cho phù hợp. Ta có thể thấy pixel trên cùng bên trái có 2 mẫu nằm trong vùng xanh lá cây và 2 mẫu nằm trong vùng xanh lam, do đó màu của pixel này sẽ được trộn theo tỉ lệ tương ứng là 2:2. Số lượng mẫu thử trong 1 pixel càng nhiều, tỉ lệ trộn màu càng chính xác và hiệu quả khử răng cưa càng tốt.
MSAA có ưu điểm nổi bật hơn FSAA là GPU không cần tính toán và chỉnh sửa màu cho tất cả các pixel trên màn hình, mà chỉ tập trung vào các khu vực trên cạnh của các vật thể. Điều này đồng nghĩa với việc FPS không bị giảm đáng kể như khi sử dụng FSAA.
So sánh chất lượng hình ảnh giữa FSAA và MSAA.
Để dễ so sánh, chúng ta hãy xem 3 bức ảnh dưới đây.
Chưa mở AA.
MSAA 4x.
Và FSAA với tỷ lệ 4x.
Khác biệt về chất lượng hình ảnh giữa FSAA và MSAA rõ rệt, đặc biệt là ở khu vực mặt nước và lưới sắt (khu vực lưới sắt khi bật MSAA 4x không có sự thay đổi so với khi chưa bật AA). Điều này là điểm yếu lớn nhất của MSAA, chỉ khử răng cưa ở cạnh của vật thể mà không khử texture bên trong.
FSAA, còn được gọi là Anti-Aliasing đa mẫu, không chỉ có tác dụng khử răng cưa mà còn làm cho bề mặt các vật thể trở nên mịn hơn. Điều này là do FSAA tác động lên tất cả các pixel trên màn hình. Tuy nhiên, nhược điểm của MSAA đã khiến cả AMD và NVIDIA phát triển các công nghệ riêng để khắc phục. Chúng sẽ được đề cập tới trong phần tiếp theo.
