WoW 6.0 的圖像引擎進化 - WOW

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作者: ONISUKA () 看板: C_Chat
標題: Re: [新聞] WoW 6.0 的圖像引擎進化
時間: Sun Sep 21 14:28:09 2014

對這個領域稍微有點了解，底下介紹給不熟悉電腦圖學的朋友

官方繁體中文版在這:
http://tw.battle.net/wow/zh/blog/15936285/


在講CSAA跟MSAA之前，先要從AA說起。


什麼是AA(Anti-Aliasing)呢?

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%8D%E9%8B%B8%E9%BD%92

擷取WIKI的解釋:

在3D繪圖時，每個圖形由像素組成，每段瞬間畫面由影格組成，因為螢幕上的像素有限，
如果要表現出多邊形的位置時，因技術所限，使用絕對坐標定位法是無法做到的，只能使
用在近似位置採樣來進行相對定位。由於沒有足夠的採樣來表現出3D世界中的所有物品的
圖形，所以在最後影像顯示上，這些現象便會造成在物品與物品中過渡的邊緣就會產生波
浪狀、圓形、鋸齒和閃爍等失真現象，嚴重影響了畫面的品質。


簡單來說，AA(反鋸齒)顧名思義就是將畫面上的鋸齒給消除掉，

可以把它想成是一種柔化、模糊化的技術。


Aliasing的情形很常在電腦上看到，大家可以打開小畫家，畫一條斜線，

然後再用放大鏡放大好幾倍，就可以看到斜線的邊緣呈現鋸齒狀。

會有這樣的原因，是因為一般點陣圖片儲存的方式，都是用像素矩陣來儲存。

由於斜直線很常會在相鄰的整數X座標上，其Y值剛好差一的情形，

但我們又不能使用絕對坐標(因為像素矩陣是整數X整數)，

所以斜直線在兩個相鄰的像素列上，就很容易出現鋸齒狀的現象。

如下圖左。

http://www.markhamilton.info/wp-content/uploads/2011/08/Antialiasing.png

而AA的作用就是將這種現象柔化(模糊化)，如上圖右。

只要將線條邊緣的地方用介於黑色跟白色之間的灰色來填補，
(顏色根據該像素距離黑色線條的遠近而有所深淺)

遠遠的看就會發現眼睛不再覺得鋸齒狀那麼明顯(當然近看還是會有)。


回到遊戲來說，由於電腦螢幕也是由像素矩陣所構成，

所以當遊戲內的物體投影到螢幕時，

只要物體與物體相鄰的地方，或者物體的邊緣(與背景相鄰的地方)，

如果沒有剛好都在整數數值(也就是剛好落在像素上)的話，

就容易出現鋸齒或失真的現象。


那麼Aliasing要怎麼實作呢，最簡單也最暴力的做法就是超級採樣

Super sampling anti-aliasing (SSAA)，又被稱作Full-scene anti-aliasing (FSAA)。

http://www.spec.org/gwpg/publish/fsaa_in_vp10.html


作法很簡單，先把影像放大幾倍：

http://www.spec.org/gwpg/images/fsaa_in_vp10_clip_image005.gif

再用Super sampling進行採樣。

通常是根據放大的倍率取對應的像素，上圖就是把上頭有綠點的四個像素的顏色值混合，

再除以四以後填回要填的像素位置。

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/6/61/Supersampling.png

這樣子做雖然簡單暴力，但缺點就是很消耗GPU資源。


因此OpenGL就提出了多重採樣的反鋸齒技術，MSAA(Multisample anti-aliasing)，

這個方法可以有效地降低GPU所需的資源。為什麼呢?

由於多邊形的內部通常不太會有鋸齒或失真的情形發生，只會在多邊形的邊緣發生，

所以MSAA先使用Z buffer跟Stencil buffer(按:這兩個有興趣的可以自行估狗)

來找出到底有哪些像素正好是落在多邊形的邊緣，

然後找出有哪些物體或背景會落在這些像素，然後分別對這些點取顏色、混合、平均。

這樣一來就可以省下很多資源，但又可以將輸出的遊戲畫面更柔化。


那麼為什麼WOW要改用由nVIDIA所提出的CSAA(CoverageSampling Anti-Aliasing)呢?

原因是因為CSAA比起MSAA又更省GPU資源，

一般來說，16xCSAA的效果跟8xMSAA差不多，但其性能下降程度只比4xMSAA高一點。

由於許多新的繪圖技術不斷加入WOW，導致WOW對於GPU的需求比過去越來越高，

改用CSAA可以把GPU的資源分給那些新的繪圖技術，讓效能更加提升。

(CSAA的效能提升的原因是採樣的方式不同，由於牽扯到很多技術內容，
所以略過不提，詳情請參考:http://www.anandtech.com/show/2116/9 )


另外對於只支援DirectX 9的顯示卡而言，

可以使用更快速的FXAA(Fast approximate anti-aliasing)，

這種作法的取樣方式並不會從3D模型上取樣，而是直接從輸出到螢幕上的圖片來取樣。


不過有點讓人疑惑的就是，nVIDIA在最新推出的Maxwell架構中已不再使用CSAA，

那麼使用這些顯示卡可不可以獲得CSAA效果呢?

由於我們並不知道WOW程式是怎麼運行CSAA的，

如果是寫在WOW裡面，那就不成問題；

如果是需要使用顯示卡的CSAA功能，

那麼使用新一代不支援此技術顯卡(800系列及之後)有可能就得使用其它的技術取代。
(例如用顯卡上的MSAA)


但畢竟這些新的顯示卡也是今年才推出的，短時間應該不用擔心這問題。

而且我想暴雪應該會針對這點做出改良方案吧。


TLDR: CSAA比MSAA更不吃GPU資源，因此更多進階的顯像技術就能充分發揮GPU效果。

所以使用同樣的配備，玩6.0的WOW應該可以獲得更好的畫面品質。

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