Nvidia的FXAA解析与性能实测.doc

PC游戏玩家肯定会对各式各样的AA抗锯齿技术非常熟悉，而今天本文的主角就是NVIDIA今年才推出的新型抗锯齿技术“FXAA”。FXAA在某种程度上有些类似于AMD之前宣传的MLAA(形态抗锯齿)，但远比后者低调，所以很多玩家可能还从来没听说过，但是如果你玩过永远的毁灭公爵或者F.3.A.R，应该会有所耳闻。今天我们就来实际测测多款显卡上的FXAA性能和画质表现，并将其与MLAA进行简单对比。什么是FXAA？FXAA全称为“Fast Approximate Anti-Aliasing”，翻译成中文就是“快速近似抗锯齿”。它是传统MSAA(多重采样抗锯齿)效果的一种高性能近似值。它是一种单程像素着色器，和MLAA一样运行于目标游戏渲染管线的后期处理阶段，但不像后者那样使用DirectCompute，而只是单纯的后期处理着色器，不依赖于任何GPU计算API。正因为如此，FXAA技术对显卡没有特殊要求，完全兼容NVIDIA、AMD的不同显卡(MLAA仅支持A卡)和DX9、DX10、DX11。 相比于MSAA，FXAA的目标是速度更快、显存占用更低，还有着不会造成镜面模糊和亚像素模糊(表面渲染不足一个像素时的闪烁现象)的优势，而代价就是精度和质量上的损失。 按照FXAA技术开发者Timothy Lottes的说法，GeForce GTX 480利用FXAA Preset 2(第二种预设)处理一帧19201200分辨率画面时所需时间不到1毫秒。 FXAA现在有三种版本：“FXAA 1”是最早最基础的版本，也是在PC游戏中使用最广泛的，已用于F.3.A.R、永远的毁灭公爵、柯南时代、Crysis 2、无主之地等等；“FXAA 2”是针对Xbox 360游戏机专门设计的；“FXAA 3”又有两种算法，Quality质量版本面向PC，Console主机版本则面向Xbox 360、PS3。 FXAA 3相比于FXAA 1有很明显的性能优势，GeForce GTX 480 DX11默认设置下使用FXAA 3 Quality处理典型的720p分辨率画面只需要大约0.21毫秒。另外DX9、DX11模式下性能差异会很大，其中DX11更快一些。 FXAA官方技术白皮书：/assets/gamedev/files/sdk/11/FXAA_WhitePaper.pdf从左到右：无AA、4xMSAA、FXAAFXAA算法过程FXAA演示本次测试的平台配置如下：处理器：Core i7-920 OC 3.6GHz主板：华硕P6T6 WS Revolution内存：海盗船DDR3-1600 6GB硬盘：西部数据500GB SATA电源：酷冷至尊Real Power Pro 1250W显示器：戴尔3007WFP (DVI)操作系统：Windows 7 Ultimate SP1 x64显卡：GeForce GTX 580 772/1544/4008MHzGeForce GTX 570 732/1464/3800MHzGeForce GTX 560 Ti 822/1645/4000MHzRadeon HD 6970 880/5500MHzRadeon HD 6950 800/5000MHzRadeon HD 6870 900/4200MHz驱动程序：GeForce 275.50 BetaCatalyst 11.6 WHQL产品：ENGTX550 Ti DC TOP/DI/1GD5 华硕 显卡 FXAA、MSAA性能对比（1）FXAA、MSAA性能对比 测试场景选择F.3.A.R(版本060)游戏中画质要求更高的Intervals 07，从开始录制帧率，直到Alma尖叫导致Armacham直升机坠毁为止，时长15-18分钟。为了便于保证测试过程的一致性，期间使用了上帝模式。开启DX11、16xAF，分辨率按照显卡不同有高中低三个档次。 经过衡量，平均帧率至少应该达到37FPS才能保证游戏的完全流畅。 GeForce GTX 580开启FXAA之后相比于不开启任何AA性能平均损失11.7，平均帧率依然有56.7FPS。 GeForce GTX 580上开启2xAA速度降为43.1FPS，相比于FXAA慢了13.6，进一步开启4xAA又比2xAA慢了38(此时已经无法保证流畅)，因此从FXAA到4xAA的降幅为52.8。就看FXAA、2xAA、4xAA谁的画质效果好了。 Radeon HD 6970开启FXAA后平均速度为55.6FPS，比不开启AA损失了14.7，略微输于GeForce GTX 580。 Radeon HD 6970开启2xAA、4xAA分别比FXAA慢了17.4、50.9。 GeForce GTX 570 FXAA分别比2xAA、4xAA快了24.8、35，不过因为分辨率降低，4xAA下平均帧率依然接近40FPS。 Radeon HD 6950同样条件下的差距是16.1、30.9，最慢也有44FPS。 GeForce GTX 560 Ti上2xAA、4xAA分别慢了23.1、50。 Radeon HD 6870上则是15.8、37.8。产品：GTX560 Ti HOF 影驰 显卡 FXAA、MSAA画质对比（2）FXAA、MSAA画质对比 以下截图的原始分辨率均为25601600，细节设为最高。 我们之前就说过，FXAA无论对N卡还是A卡都适用，而且没有差别对待，来自GeForce GTX 580、Radeon HD 6970的截图都显示了差不多的效果。 FXAA的抗锯齿效果明显优于2xAA，甚至比4xAA也不弱！结合前边的性能测试可以看出，FXAA用比2xAA快很多的速度，取得了4xAA级别甚至更好的效果。 这几张GeForce GTX 580上的截图显示了FXAA对透明Alpha纹理的影响。不开启AA的话，纹理外侧的硬边缘被平滑，但是树叶和树枝上还有大量颗粒，2xAA、4xAA下甚至更糟，只有FXAA才消除了树叶上的颗粒。 这几张Radeon HD 6970的截图也很容易看出不同效果。关闭AA的时候边缘锯齿非常明显，2xAA略有改善，4xAA又稍好一些，但显然都不如FXAA来得平滑。 这张截图来自NVIDIA，所用游戏不明。最左侧是关闭FXAA，中间是开启FXAA 3.9但没有亚像素对比度降低，右侧就是同时开启FXAA 3.9和亚像素对比度降低了，即使不到一个像素的树叶也都被平滑了。产品：N560GTX-Ti Hawk 微星 显卡 FXAA、MLAA性能对比（3）FXAA、MLAA性能对比 Radeon HD 6970上，FXAA开启后平均速度56FPS，MLAA则会降低至32.6FPS，慢了42之多，只是后者的帧率更加稳定一些。 Radeon HD 6950上FXAA也取得了60的优势。 Radeon HD 6870上FXAA再次获胜，领先幅度47.5。产品：GTX560黑武士 铭瑄 显卡 FXAA、MLAA画质对比（4）FXAA、MLAA画质对比 湿润的底面上，FXAA、MLAA的效果差不多，肉眼基本看不出区别。 较真的话可以说MLAA的色彩过渡更平滑一些，但整体基本相同。 放大区域的对比度略有不同，FXAA更强一些。 以树叶为代表的透明纹理上，FXAA的颗粒明显比MLAA少得多。MLAA也取得了一定的效果，但是FXAA更好一些。 小结： FXAA是NVIDIA针对AMD MLAA提出的技术回应，在基本差不多的画质水平上取得了更快的速度，而且对透明树叶纹理的处理更平滑。在同等画质下，MLAA要比FXAA平均慢37.1之多。 NVIDIA FXAA优点： 兼容NVIDIA、AMD显卡 性能影响更小(相比于MSAA、MLAA) 画质与4xMSAA、MLAA基本相当 定