Qu'est-ce que l'anticrénelage ? 6 types et méthodes différents

Pour comprendre l'anti-aliasing, nous devons d'abord comprendre le concept d'aliasing.

Vous avez peut-être rencontré des bords pixelisés ou irréguliers sur votre écran lorsque vous regardez des vidéos ou jouez à des jeux vidéo. Ces « jaggies » sont appelés aliasing. Cela réduit l'expérience visuelle globale.

Mais pourquoi l'aliasing se produit-il ?

Les images affichées à l'écran sont constituées de minuscules carrés appelés pixels. Chaque pixel, le plus petit élément contrôlable d'une image, a sa propre intensité et sa propre couleur. Les lignes verticales et horizontales peuvent être mappées avec précision sur des pixels carrés, mais les lignes courbes ou les images d'un coin à l'autre doivent être ajustées point à point. Lorsque les pixels le long du bord sont activés ou désactivés, cela entraîne des bords irréguliers (crénelage ou marche d'escalier).

La solution évidente pour éviter l'aliasing est d'augmenter la résolution de votre écran, mais tout le monde ne peut pas se permettre un moniteur haut de gamme. C'est pourquoi les ingénieurs ont développé plusieurs techniques pour réduire l'impact des irrégularités sur l'écran. L'anticrénelage est l'une de ces techniques efficaces.

Qu'est-ce que l'anticrénelage ?

L'anticrénelage est une technique consistant à mélanger les bords des pixels avec les pixels environnants afin de créer l'illusion d'un bord plus lisse. Ce n'est pas aussi simple qu'il y paraît :vous dites à votre ordinateur de traiter des millions de pixels à chaque image et de rendre les bords plus lisses.

Le CPU/GPU lisse les bords en ajustant les couleurs sur tous les bords. Au lieu d'activer ou de désactiver le pixel, le processeur le place quelque part entre les deux. Par exemple, une ligne diagonale blanche sur un fond noir peut avoir des nuances de gris foncé et clair le long des bords au lieu de blanc et noir.

Image agrandie de l'alias par rapport à l'anti-aliasé 

Les algorithmes d'anticrénelage sont conçus pour donner aux images numériques un aspect naturel lorsqu'elles sont vues à une certaine distance. Lors d'un zoom avant, le texte et les images anticrénelés apparaissent flous en raison des pixels ajustés.

En plus de la photographie numérique et de l'infographie, l'anticrénelage est également largement utilisé dans l'audio numérique (pour supprimer les fréquences indésirables de l'audio échantillonné). Dans cet article de présentation, nous nous sommes concentrés sur le premier.

Les jaggies ne sont pas perceptibles sur les écrans HiDPI (points élevés par pouce) modernes car ils ont des grilles de pixels plus denses qui peuvent représenter les images plus précisément. Cependant, même ces écrans haute résolution bénéficient de l'anticrénelage.

Il existe différents types de techniques d'anticrénelage pour rendre l'expérience de visionnage et de jeu meilleure et plus immersive. Chacun a ses propres avantages et inconvénients. Examinons en détail les huit types d'anticrénelage les plus populaires.

1. Anticrénelage de suréchantillonnage (SSAA)

Avant (à gauche) et après (à droite) l'application de SSAA 

Fournit une qualité d'image exceptionnelle mais réduit les performances 

Également connu sous le nom d'anti-aliasing pleine scène (FSAA), le supersaming anti-aliasing (SSAA) est l'une des techniques spatiales les plus anciennes et les plus efficaces. Il est parfait pour le traitement d'images photoréalistes car il donne à l'image un aspect plus doux et lui donne un aspect plus réaliste.

Dans cette méthode, l'image affichée est rendue à une résolution beaucoup plus élevée. Des échantillons de couleur sont prélevés sur les pixels en excès qui n'étaient pas présents dans l'image basse résolution, et la valeur moyenne de la couleur est mesurée.

Lorsque l'image est réduite, la valeur moyenne est appliquée pour supprimer les irrégularités. Cela donne une image sous-échantillonnée avec des transitions beaucoup plus douces. La qualité de la sortie dépend du nombre d'échantillons de couleurs :plus le nombre d'échantillons est élevé, plus la qualité est élevée.

Bien que cette technique fournisse une excellente qualité d'image, elle dégrade les performances car le rendu d'images à haute résolution nécessite beaucoup de ressources informatiques. C'est pourquoi il n'est plus largement utilisé dans les jeux.

Un autre inconvénient de l'utilisation de cette méthode est qu'elle affecte négativement les images comportant de nombreuses lignes verticales ou horizontales. Une fois traitées, ces lignes (qui sont nettes par nature) semblent douces.

2. Anti-aliasing multi-échantillons (MSAA)

Source de l'image :Nvidia 

Nécessite relativement moins de ressources de calcul mais produit des images de moindre qualité

L'anticrénelage multi-échantillons est un cas particulier de suréchantillonnage où certains composants de l'image ne sont pas entièrement suréchantillonnés. Seuls les bords du polygone (la source la plus courante d'aliasing dans les graphiques 3D) sont anti-aliasés. Les textures ne sont pas lissées.

Plus précisément, lorsque le CPU/GPU rend une image à l'écran, il fait une distinction entre deux composants différents :un polygone et une texture. Le CPU/GPU dessine d'abord la forme générale ou le contour d'un objet (polygone), puis le remplit d'une texture. MSAA n'ajuste que les irrégularités sur le polygone, laissant les textures telles qu'elles sont.

Étant donné que MSAA ne traite pas toutes les parties de l'image finale, il est plus efficace et nécessite moins de ressources de calcul que SSAA. Cependant, il produit des images de qualité relativement inférieure et ne peut pas gérer les transparences.

3 &4. Coverage Sampling Antialiasing (CSAA) &Enhanced Quality Anti-Aliasing (EQAA)

MSAA (gauche) vs CSAA (droite) [résolution des bords plus étroite dans CSAA] 

Les deux offrent une meilleure qualité tout en n'introduisant qu'un impact minimal sur les performances 

Les fabricants de GPU AMD et NVIDIA ont développé leurs propres méthodes d'anti-aliasing spatial. NVIDIA a créé CSAA et AMD a créé EQAA. Bien qu'ils portent des noms différents, ils fonctionnent de manière similaire.

Dans les deux méthodes, GPU identifie le polygone dans l'image et calcule quelles régions du polygone sont susceptibles d'avoir des irrégularités. Il suréchantillonne ensuite uniquement ces pixels.

Étant donné que l'intégralité de l'image n'est pas traitée, le GPU prend beaucoup moins de puissance de traitement pour fonctionner. De plus, la CSAA et l'EQAA ne nécessitent pas d'échantillons supplémentaires de couleur/profondeur/pochoir. Ils consomment donc la même mémoire vidéo que MSAA (en mode équivalent).

5 &6. Anti-aliasing morphologique (MLAA) et anti-aliasing approximatif rapide (FXAA)

Implémentation de la méthode FXAA (processus pas à pas de gauche à droite, de haut en bas) | Crédit :NVIDIA

Rapide, nécessite moins de ressources de calcul mais ne convient pas aux images avec des textures détaillées

NVIDIA et AMD ont développé deux techniques d'anti-aliasing post-traitement appelées respectivement anti-aliasing rapide approximatif et anti-aliasing morphologique. Les deux fonctionnent de la même manière :le pixel est flou après son rendu.

Dans les méthodes d'anticrénelage post-traitement, le GPU compare le contraste des couleurs entre deux pixels adjacents pour déterminer où se trouve le bord d'un polygone. Les pixels de couleur et d'intensité similaires font généralement partie du même polygone. Une fois le contour détecté, le GPU floute les pixels proportionnellement à leur contraste.

Contrairement à MSAA, qui ne fonctionne pas pour le rendu différé, MLAA et FXAA peuvent détecter avec précision les bordures de l'image, puis y localiser des motifs spécifiques. Les deux sont très rapides et nécessitent moins de ressources de calcul que la méthode spatiale. Le « flou » s'est avéré efficace, car il supprime le contraste frappant entre les pixels étrangement alignés qui provoquent des irrégularités. Cependant, le flou peut être facilement remarqué dans les images ayant des fonctionnalités d'éclairage dynamiques et des textures détaillées.

7. Anticrénelage morphologique subpixel amélioré (SMAA)

Exemple de SMAA 4x intégré au jeu Crysis 2

Combine des méthodes d'anticrénelage spatial et post-traitement

Cette technique d'anticrénelage de post-traitement combine l'anticrénelage morphologique (MLAA) avec des stratégies supplémentaires de multi/super-échantillonnage (MSAA, SSAA) pour des caractéristiques de sous-pixel précises.

SMAA offre une meilleure qualité d'image tout en maintenant des temps d'exécution exceptionnellement rapides. Plus précisément, il offre des gradients très précis et une stabilité temporelle tout en introduisant une surcharge minimale. Cela en fait un choix privilégié pour les configurations bas de gamme.

8. Anticrénelage temporel (TXAA)

Fournit une meilleure qualité d'image que FXAA ou MLAA mais nécessite beaucoup plus de ressources de calcul 

Cette méthode complexe utilise à la fois le flou et le suréchantillonnage pour créer des graphiques nets et des mouvements gracieux. En d'autres termes, il vise à maintenir un niveau de mouvement fluide dans un environnement virtuel.

Ces dernières années, les chercheurs ont développé l'anti-aliasing temporel adaptatif (ATAA), qui traite les lacunes du TXAA. Par exemple, il élimine les artefacts de flou et d'image fantôme sans introduire un impact significatif sur les performances. Les résultats de l'ATAA sont proches de ce que le suréchantillonnage 16x pourrait fournir.

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Quelle méthode d'anticrénelage devriez-vous utiliser ?

Si vous avez une bonne compréhension du matériel que vous utilisez et savez quel type de performances vous attendez de votre machine, il serait alors plus facile de décider quelle technique d'anticrénelage vous convient le mieux.

Les questions suivantes vous aideront à prendre la bonne décision :

• Quelles sont vos spécifications GPU ?
• Dans quelle mesure vos jeux sont-ils lourds ou exigeants graphiquement ?
• Quelles fonctionnalités graphiques voulez-vous être parfaites, et lesquelles ne vous intéressent pas ?

Si vous avez un équipement de jeu puissant/de haut niveau, vous devriez opter pour SSAA, MSAA et TXAA. Si vous avez un CPU/GPU modérément alimenté, vous pouvez sélectionner MSAA, FXAA ou MLAA. Et si vous avez du matériel de jeu de niveau inférieur, qui ne peut pas gérer des fréquences d'images élevées et est sujet à la surchauffe, vous devriez préférer CSAA ou SMAA.

Vous pouvez également expérimenter avec vos paramètres graphiques pour découvrir ce que votre CPU/GPU est capable de gérer. Il existe des dizaines de paramètres à modifier, tels que la résolution, la qualité des ombres, le champ de vision, la distance de vision, la texture et le filtrage anisotrope.

Il est conseillé de commencer avec la configuration la plus basse possible, puis de passer à des niveaux de détail plus élevés. Bien qu'il s'agisse d'une tâche assez fastidieuse, c'est le moyen le plus simple de découvrir comment obtenir la meilleure expérience de jeu sur votre machine.

Cependant, compte tenu des progrès récents des unités de traitement graphique et de la technologie d'affichage, il ne vaut vraiment pas la peine de s'inquiéter de l'anticrénelage. En fait, les jeux vidéo les plus récents et les images ultra haute résolution ne nécessitent pas du tout d'anticrénelage.

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C'est toujours une bonne idée d'acquérir des connaissances sur les différents types d'anticrénelage afin que vous puissiez prendre des décisions éclairées sur l'équilibrage des visuels et des performances de votre prochain bureau. Ces informations seraient également utiles si jamais vous décidiez d'éditer des vidéos professionnelles ou de développer votre propre jeu.