游戏抗锯齿即图形学 Anti-Aliasing（反走样），FXAA、MSAA、TAA 缩略中的 AA 来源，本文我们使用图形学的反走样这一术语。

反走样本质是为了解决采样不足的问题。需在游戏画面质量和渲染效率权衡下，进行图形增强。我们期望引擎中主流的 AA 算法能大幅度改善游戏中的走样现象的同时，不增加太多时间的开销。

经过多年演进，反走样算法产生了多种分支。随着游戏引擎与硬件的发展，最初用于抗锯齿的 FXAA、MSAA 逐渐被 Temporal AA、DLSS 等新秀取代。

本文挑选商用游戏引擎中最具代表的几种 AA 算法，对其底层原理进行剖析，并进行相互比较。

主流 AA 算法：哪种算法最佳？

基于图像后处理的 AA 算法：简单的图像后处理，根据像素邻域信息进行融合，性能开销小，对于边缘平滑明显，常见于 FXAA。

增加像素采样数 AA 算法：他们对于单个像素颜色，使用了多个样本点平均，得出的结果更精确。算法开销中等，效果明显优于 FXAA，且消耗更多的 GPU 内存资源，MSAA、Temporal AA 属于该类算法。

基于深度学习的 AA 算法：前两种算法的组合，利用神经网络的重建能力进行图像处理。效果较好，算法开销最高，同时利用时域信息增加单个像素的采样点，常见算法 DLSS（需要特殊硬件 Tensor Core 的支持，当前，仅 RTX 20 系列的少量游戏能开启）。

接下来的章节会涵盖每种算法的原理、资源消耗、效果、抗锯齿类别、所处渲染流程五个维度。

英伟达 DLSS | 深度学习超采样

DLSS 背后使用的技术是 Recurrent CNN，递归神经网络与卷积神经网络的一种结合。因此他能结合时域上的信息保证时域稳定性——像素具有帧间连贯性，不会出现过多闪烁、跳变现象。其次，结合神经网络的强大图形重建能力，DLSS 能够分别对几何边缘以及着色进行重建。

DLSS 神经网络结构类似于英伟达在 SIGGRAPH 17 发表论文：

总体来说，依据英伟达的官方资料得出的结论是，DLSS 效果优于现有的主流 AA 算法，它能同时在几何、着色、时域上进行反走样；不足之处是神经网络带来的性能开销比较大，仅仅反走样就占用了画面 20% 的渲染时长，相比之下 Temporal AA 开销低了一个量级。

3DMark: TAA vs DLSS image quality comparison using the NVIDIA DLSS feature test

所处流程

图形后处理

抗锯齿类别

时域、几何、着色

使用场景

拥有 RTX 20 系列显卡，对画质敏感玩家，追求极佳图形/光照效果，DLSS 2X 模式对标 64X SSAA。

优缺点

MSAA

MSAA 在光栅化过程中计算多个子像素的 Coverage 情况，着色仅进行一次，Resolve的时候将着色结果乘上 Coverage 的比例，从结果上看 MSAA 几何边缘反走样效果良好。

所处流程

光栅化，仅支持前向渲染，无法融合进主流的延迟渲染。

使用场景

前向渲染

抗锯齿类别

几何

优缺点

Temporal AA 时域反走样

Temporal AA 是近年来商业引擎最流行的几种反走样算法之一。它以后处理的方式融入渲染流，良好的抗锯齿效果以及与延迟渲染的适配，使得业界游戏非常乐于采取这种抗锯齿方式。

算法思想可以看前一篇文章，TAA 反走样算法研究 | 时域超采样技术 。简单来说，对于每一帧游戏画面，相机抖动 0.x~1 像素。那么在时域上，我们可以得到当前像素的多个子像素信息。时域上进行加权融合后，得到当前像素的最终颜色。

其原理接近 SSAA，不同的是Temporal AA 将采样点分摊到历史帧上。

所处流程

图形后处理

使用场景

支持主流游戏引擎使用的延迟渲染，采样样本分摊在时域上，开销小，抗锯齿能力强。

抗锯齿类别

几何、着色、时域

优缺点

FXAA

最简单的、高效率的抗锯齿方式，对图形边缘进行后处理。

所处流程

图形后处理

使用场景

开销极小，对图形边缘进行柔化。

抗锯齿类别

几何、着色

优缺点

小结

每种 AA 算法有其特定使用场景，在性能/画质的 Trade off 下，你的硬件配置及游戏渲染方式决定了最优选择。

• 对于追求高帧率/低画质改善的人来说 FXAA 较为实用；
• 拥有英伟达最新 RTX 20 系列显卡的游戏玩家来说，不妨试试 DLSS 2X 技术带来的绝佳画质；
• 绝大多数用户，TAA 在不带来太多性能损失的情况下，对画质改善较好，能满足大部分使用场景。
• 对那些仍在使用 Forward Shading 的游戏来说，MSAA 是最佳选择。

Appendix A：英伟达在线 Anti-Aliasing 算法比较

• FXAA vs No AA
• SMAA vs FXAA
• 4x MSAA vs SMAA
• 8x MSAA vs 4x TXAA
• SSAA 4x vs SMAA
• 4x TXAA vs 4x MSAA

Appendix B：参考文章

Anti-Aliasing: What Is It and Why Do We Need It?