Anti-Aliasing คืออะไร ? เทคโนโลยีลบรอยหยัก DLSS, FXAA, MLAA, MSAA, SMAA, SSAA, TAA ต่างกันอย่างไร ?

Anti-Aliasing คืออะไร ? เทคโนโลยีลบรอยหยัก
DLSS, FXAA, MLAA, MSAA, SMAA, SSAA, TAA ต่างกันอย่างไร ?

ก่อนจะไปเข้าเรื่องว่า Anti-Aliasing แต่ละรูปแบบแตกต่างกันอย่างไร เราคิดว่าควรจะอธิบายก่อนว่า Anti-Aliasing คือ อะไร แล้วมีประโยชน์อย่างไร โดยในบทความนี้เราจะไม่เน้นศัพท์เทคนิค จะพยายามอธิบายแบบบ้านๆ ให้เข้าใจง่ายที่สุดเท่าที่จะทำได้

Anti-Aliasing คืออะไร ?

จอแสดงผลในปัจจุบันนี้ ไม่ว่าจะจอคอมพิวเตอร์ จอโทรทัศน์ หรือจอสมาร์ทโฟนก็ตาม หากเราขยายมันเข้าไปใกล้ๆ เราจะเห็นเป็นตารางสี่เหลี่ยมดังภาพด้านล่างนี้ ซึ่งจำนวนช่องสี่เหลี่ยมพวกนี้ ก็คือ ความละเอียดที่เราได้ยินกันบ่อยๆ อย่าง 1920 x 1080, 3840 x 2160 ฯลฯ สี่เหลี่ยม 1 ช่อง นี้เราจะเรียกว่า 1 พิกเซล (Pixel)

ภาพจาก : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pixel_grid_4000x2000.svg

ยิ่งพิกเซลมีความหนาแน่นต่อพื้นที่สูงมากเท่าไหร่ ภาพที่ได้ก็จะคมชัดมากขึ้นเท่านั้น ภาพด้านล่างนี้จะเป็นการเปรียบเทียบให้เห็นความแตกต่างระหว่างภาพแบบ 16 x 16, 32 x 32, 64 x 64 และ 128 x 128 สังเกตว่าภาพระดับ 128 x 128 พวกเส้นโค้ง เส้นเฉียงก็จะเนียนกว่าภาพแบบ 16 x 16 มาก แต่อย่างไรก็ตาม เราก็จะเห็น "รอยหยัก" อยู่ดี

ภาพจาก : https://www.reddit.com/r/PixelArt/comments/936k13/theodore_endesga_32_palette_made_with_aseprite_16/

เทคโนโลยี Anti-Aliasing หรือ เทคโนโลยีลบรอยหยัก จึงถูกสร้างขึ้นมาเพื่อแก้ไขปัญหานี้ ซึ่งอันที่จริง มันก็ไม่สามารถลบรอยหยักให้หายไปได้จริงๆ หรอก มันช่วยสร้างภาพลวงตาให้รอยหยักเนียนขึ้นจนเหมือนไม่มีรอยหยักมากกว่า

ตัวอักษร a ด้านล่างนี้ ฝั่งซ้าย คือ ภาพที่เป็น Aliased ส่วนฝั่งขวา คือ ภาพที่ใช้เทคนิค Anti-Aliasing ในการลบรอยหยักแล้ว จะเห็นได้ว่ามันแตกต่างกันอย่างชัดเจน

ภาพจาก https://helpx.adobe.com/photoshop/key-concepts/aliasing-anti-aliasing.html

เทคนิค Anti-Aliasing ก็มีอยู่หลายประเภท ที่เราน่าจะเห็นบ่อยสุดก็จะเป็นเวลาที่เราไปตั้งค่า Anti-Aliasing ในหน้าตั้งค่าของเกมคอมพิวเตอร์ ที่เข้าไปก็จะเห็นตัวเลือกหลากหลายแบบ ให้เลือกใช้

ซึ่งแต่ละเกมก็จะมีตัวเลือก Anti-Aliasing ใส่มาไม่เหมือนกัน ขึ้นอยู่กับผู้พัฒนาว่าจะให้แบบไหนมา ดังนั้นเรามาหาคำตอบกันดีกว่าว่า Anti-Aliasing แต่ละแบบนั้น แตกต่างกันอย่างไร ?

รูปแบบของ Anti-Aliasing มีอะไรบ้าง ?

Anti-Aliasing จะมีอัลกอริทึมในการทำงานอยู่ประมาณ 11 รูปแบบใหญ่ๆ โดยจะแตกต่างกันที่อัลกอริทึมที่ใช้ในการทำงาน ดังนี้ครับ

• Deep learning super sampling (DLSS)
• Fast approximate anti-aliasing (FXAA)
• Fast sample anti-aliasing (FSAA)
• Morphological antialiasing (MLAA)
• Multisample anti-aliasing (MSAA)
• NVIDIA Temporal anti-aliasing (TXAA)
• Stochastic multicriteria acceptability analysis (SMAA) 
• Spatial anti-aliasing
• Supersampling Anti-Aliasing (SSAA)
• Temporal anti-aliasing (TAA)
• Xiaolin Wu's line algorithm

อย่างไรก็ตาม Anti-Aliasing ที่เห็นกันบ่อยๆ ในปัจจุบันนี้ จะมีอยู่ประมาณ 7 รูปแบบเท่านั้น คือ

• Deep learning super sampling (DLSS)
• Fast approximate anti-aliasing (FXAA)
• Morphological antialiasing (MLAA)
• Multisample anti-aliasing (MSAA)
• Stochastic multicriteria acceptability analysis (SMAA) 
• Supersampling Anti-Aliasing (SSAA)
• Temporal anti-aliasing (TAA)

Deep learning super sampling (DLSS)

Deep learning super sampling (DLSS) เป็นเทคโนโลยีลบรอยหยักที่พัฒนาขึ้นมาโดย NVIDIA ใช้งานได้กับการ์ดจอตระกูล GeForce RTX 20 และ GeForce RTX 30 series เท่านั้น เนื่องจากมันต้องอาศัย Tensor cores ในการช่วยประมวลผล

Tensor cores เป็นชิปที่มีอยู่ในการ์ดจอ ตระกูล GeForce RTX 20 และ GeForce RTX 30 series เท่านั้น

DLSS มีความแตกต่างจาก Anti-Aliasing รูปแบบอื่นๆ ตรงที่ใช้เทคโนโลยี Deep learning มาช่วยในการคำนวณข้อมูลการแสดงผล ทำให้ภาพคมชัดขึ้น รายละเอียดสวยงามขึ้น โดยที่ไม่เพิ่มภาระให้กับการ์ดจอมากนัก

Fast approximate anti-aliasing (FXAA)

Fast approximate anti-aliasing (FXAA) ถูกพัฒนาขึ้นมาโดย NVIDIA มันเป็นระบบ Anti-Aliasing ที่ดีที่สุดสำหรับคอมพิวเตอร์ที่มีสเปกต่ำ เนื่องจากมันเบียดเบียนพลังของการ์ดจอน้อยมาก ด้วยการเรนเดอร์โมเดลแบบ 2 มิติ แทนที่จะเรนเดอร์แบบ 3 มิติ

ภาพจาก https://hardforum.com/threads/how-much-does-fxaa-take-from-you-a-little-tests-warninglots-of-pics.1698508/

อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของ FXAA คือ มันอาจทำให้ขอบภาพ และตัวอักษรมีลักษณะเบลอ ไม่คมชัดเท่าไหร่นัก เมื่อเทียบกับ MSAA หรือ SSAA ซึ่งก็แล้วแต่เกม บางเกมเราอาจจะไม่รู้สึกแตกต่างมากนัก แต่อย่างเกม Gothic 3 (ในภาพด้านล่างนี้) จะเห็นว่าต้นไม้ด้านหลังดูแบน ไร้มิติไปเลย

ภาพจาก https://hardforum.com/threads/how-much-does-fxaa-take-from-you-a-little-tests-warninglots-of-pics.1698508/

Morphological antialiasing (MLAA)

Morphological antialiasing (MLAA) ไม่ได้แตกต่างจาก FXAA มากนัก ใช้เทคนิคลบรอยหยักในขั้นตอน Post-processing ด้วยการรวมพิกเซล และเบลอภาพเหมือนกัน เรียกได้ว่าผลลัพธ์แทบจะไม่แตกต่างกันเลย

ภาพจาก https://prog3.com/sbdm/blog/u013467442/article/details/40627493

Multisample anti-aliasing (MSAA)

Multisample anti-aliasing (MSAA) เป็นระบบ Anti-Aliasing ที่มีความสมดุลระหว่างผลลัพธ์ กับประสิทธิภาพ

เทคนิคนี้จะใช้ "Samples" ที่สร้างจากพิกเซลที่อยู่ติดกันจำนวนสองพิกเซล หรือมากกว่า มาสร้างภาพที่มีความละเอียดสูงยิ่งขึ้น ยิ่งจำนวน Samples เยอะเท่าไหร่ภาพยิ่งออกมาดูดียิ่งขึ้นเท่านั้น เกมที่รองรับเทคนิคนี้ มักจะให้เราเลือกได้ว่าจะใช้ MSAA2X, MSAA4X หรือ MSAA8X ในการสร้าง Samples 

อย่างไรก็ตาม นั่นก็หมายถึงการใช้ทรัพยากรจากการ์ดจอที่สูงขึ้นตามไปด้วย 

Enhanced quality anti-aliasing (EQAA) และ Coverage sampling anti-aliasing (CSAA)

EQAA เป็นเทคนิคที่พัฒนาโดย AMD ส่วน CSAA พัฒนาโดย NVIDIA มีพื้นฐานการทำงานมาจาก Multisample anti-aliasing (MSAA) ให้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกัน แต่ว่าใช้ทรัพยากรการ์ดจอในการทำงานน้อยกว่า

Stochastic multicriteria acceptability analysis (SMAA) 

เทคนิคนี้มีความคล้ายคลึงกับ MLAA แต่ว่ามีข้อดีกว่าตรงที่ปรับปรุงเรื่องการเบลอที่เป็นข้อเสียของเทคนิคนั้นให้ลดน้อยลงกว่าเดิม ภาพจึงดูคมชัดกว่า

ภาพจาก https://www.reddit.com/r/EliteDangerous/comments/2r1mgm/antialiasing/cnbmge5/

Supersampling Anti-Aliasing (SSAA)

Supersampling Anti-Aliasing (SSAA) เป็น Anti-Aliasing แบบพื้นฐาน และพบเจอในเกมต่างๆ ได้ค่อนข้างบ่อย เทคนิคการทำงานของ SSAA จะเรนเดอร์ภาพในเกมที่ความละเอียดสูงกว่าปกติ จากนั้นก็ลดขนาดมาแสดงผลตามความละเอียดที่ผู้เล่นกำหนดไว้ ร่วมกับการใช้ Downsampling patterns เพื่อให้ได้ภาพที่คมชัดที่สุด

หากพูดในด้านผลลัพธ์แล้ว SSAA เป็นวิธีที่ได้ภาพสวยที่สุดในการทำ Anti-Aliasing อย่างไรก็ตาม มันเป็นวิธีที่ใช้ทรัพยากรการ์ดจอสูงที่สุดด้วยเช่นกัน หากฮาร์ดแวร์ของเราไม่แรงพอ SSAA จะทำให้เฟรมเรทตกไปเยอะมากเลยล่ะ

ภาพจาก https://hardforum.com/threads/how-much-does-fxaa-take-from-you-a-little-tests-warninglots-of-pics.1698508/

Temporal anti-aliasing (TAA)

Temporal anti-aliasing (TAA) เป็นการทำ Anti-Aliasing โดยการนำข้อมูลจากเฟรมที่อยู่ติดกันมาผสานกันเพื่อสร้างภาพใหม่ขึ้นมา

โดยเฟรมภาพที่แสดงผลอยู่จะเรนเดอร์พร้อมกับข้อมูล Geometry และ shading ที่อ้างอิงจากเฟรมภาพก่อนหน้า โดยใช้ข้อมูล Jitter offsets และ Motion vectors ในการเปรียบเทียบเฟรมต่อเฟรม ซึ่งทุกเฟรมที่แสดงผลจะผ่านกระบวนการนี้ต่อเนื่องไปเรื่อยๆ

อย่างไรก็ตาม เทคนิค TAA มีข้อเสียตรงที่มีผลให้ภาพเบลอ และเสียรายละเอียดของพื้นผิวไปบางส่วน

เลือกใช้ Anti-Aliasing แบบไหนดี ?

ในภาพรวมแล้ว Anti-Aliasing อย่าง FXAA, MLAA และ SMAA เป็นเทคนิคที่ไม่ใช้ทรัพยากรเครื่องมากนัก คอมพิวเตอร์สเปกต่ำไปจนถึงสเปกระดับกลางสามารถปรับใช้งานได้สบายๆ อย่างไรก็ตาม มันเป็นเทคนิคที่มีข้อเสียตรงเรื่องภาพเบลอด้วย

ส่วน MSAA และ SSAA เป็นเทคนิคที่ให้การแสดงผลที่สวยงามกว่า แต่มันก็ต้องใช้พลังจากการ์ดจอสูงมาก หากเครื่องคอมพิวเตอร์ไม่แรงพอ FPS ก็จะตกจนภาพกระตุกก็เป็นได้

ดังนั้นการเลือกใช้จึงอาจจะเริ่มจาก MSAA หรือ SSAA หากพบว่าภาพกระตุกมากก็ค่อยลองปรับเป็น FXAA, MLAA หรือ SMAA

ทั้งนี้ เทคนิค Anti-Aliasing อย่าง EQAA, CSAA, TXAA และ DLSS ก็เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจ เพียงแต่ว่าเกมที่รองรับยังมีจำนวนไม่มากนัก

สรุปแล้ว จะเลือกใช้แบบไหนก็ต้องพิจารณาจากฮาร์ดแวร์ที่ใช้งานอยู่นั่นเอง รวมไปถึงเกมที่จะเปิดใช้งานด้วย ทางที่ดีที่สุด คือ เปิดไล่ทดสอบไปทีละแบบเพื่อหาผลลัพธ์ที่เหมาะสมกับตัวคุณเองมากที่สุด