模糊算法让图像更清晰？游戏里的「抗锯齿」到底在做什么 文章

前言随意启动一款 3D 游戏，打开图形设置界面，你大概率能发现一个选项——「抗锯齿」。你可能参考了网上的设置教程，切换到了 TAA，抑或是 MSAA、DLSS 等的设置选项，画面看起来似乎更好了。那么这些字母的含义究竟是什么，「抗锯齿」又在背后做了哪些操作？《双影奇境》抗锯齿设置从一个像素说起屏幕是怎么显示图像的我们所在的世界是连续的 —— 想象你用一支笔在纸上随意画一个实心三角形，无论你从哪个角度观察，这个三角形在现实中都是连续的。但光栅显示器（也就是我们每天面对的各类手机、电脑屏幕）天生并不具备这种连续性。如果你使用微距镜头对着手机或电脑屏幕拍一张照片，不难发现，屏幕上的图像并不是由真正连续的线条和色块组成的，而是由一个个排列整齐的像素构成的。每个像素只能显示一个颜色值。光栅显示器是由像素组成的  图源：Unsplash问题也就出现在这里：当一条连续的斜线、曲线或物体边缘被显示到屏幕上时，它必须通过光栅化，被采样转换成一格一格的像素。原本连续的图形，被迫用离散的像素来近似表示。右图模拟使用光栅显示器表示左图连续的三角形这种「用离散量表示连续量」所引起的失真现象，就叫做「走样」。锯齿的出现，其实就是走样的一种典型表现。在游戏中，锯齿是影响体验的一大因素，未经过任何抗锯齿处理的画面，边缘往往会显得十分粗糙。左图未开启抗锯齿功能，右图开启 TAA。如何抗锯齿？需要说明的是，Anti-Aliasing 在学术界更常使用的中文译名为「反走样」，而锯齿（Jaggies）只是走样现象的一种具体表现，走样现象还包括摩尔纹、远处细线闪烁、物体运动时的跳动等。考虑到国内游戏社区和游戏画质设置中更常使用「抗锯齿」这一说法，下文均以「抗锯齿」指代 Anti-Aliasing。我们已知，锯齿现象本质上来自连续图像被离散采样后的失真。换句话说，只要屏幕仍然由一个个像素组成，只要游戏画面仍然需要被转换成像素来显示，这种问题就不可能被彻底消除。因此，「抗锯齿」的实质是通过一系列技术手段让显示的画面骗过我们的大脑，在视觉上更接近连续图像。接下来，笔者主要从硬件与算法两方面进行说明。硬件提升分辨率最简单的方法莫过于提高同一显示面积下显示器的分辨率。