Memahami Anti-Aliasing: 6 Tipe dan Metode Haluskan Gambar Digital
Untuk memahami anti-aliasing, kita terlebih dahulu perlu memahami konsep aliasing.
Anda mungkin telah mengalami tepi bersisik atau bersih di layar Anda saat menonton video atau bermain video game. 'Jaggies' ini dikenal sebagai aliasing. Ini menurunkan pengalaman penonton secara keseluruhan.
Tapi mengapa aliasing terjadi?
Gambar yang ditampilkan di layar terdiri dari persegi kecil yang disebut piksel. Setiap piksel, elemen terkecil yang dapat dikontrol dari sebuah gambar, memiliki intensitas dan warna sendiri. Garis vertikal dan horizontal dapat dipetakan dengan tepat pada piksel persegi, tetapi garis lengkung atau gambar sudut-ke-sudut harus disesuaikan titik-titik. Ketika piksel di tepi mati atau menyala, hasilnya tepi bersisik (aliasing atau stair-stepping).
Solusi yang jelas untuk menghindari aliasing adalah meningkatkan resolusi layar Anda, tetapi tidak semua orang mampu membeli monitor kelas atas. Itulah sebabnya insinyur telah mengembangkan beberapa teknik untuk mengurangi dampak jaggies di layar. Salah satu teknik efektif ini adalah anti-aliasing.
Apa Itu Anti-aliasing?
Anti-aliasing adalah teknik mencampur tepi piksel dengan piksel di sekitarnya untuk menciptakan ilusi tepi yang lebih halus. Ini tidak sesederhana yang terlihat: Anda meminta komputer Anda untuk memproses jutaan piksel setiap frame dan membuat tepi lebih halus.
CPU/GPU memuluskan tepi dengan menyesuaikan warna di sepanjang semua tepi. Alih-alih menyalakan atau mematikan piksel, prosesor menempatkannya di antaranya. Misalnya, garis diagonal putih pada latar belakang hitam mungkin memiliki bayangan abu-abu gelap dan terang di sepanjang tepi daripada putih dan hitam.
Gambar diperbesar garis aliased vs. anti-aliased
Algoritma anti-aliasing dirancang untuk membuat gambar digital terlihat alami saat dilihat dari jarak tertentu. Saat diperbesar, teks dan gambar anti-aliased terlihat kabur karena piksel yang disesuaikan.
Selain dalam fotografi digital dan grafis komputer, anti-aliasing juga banyak digunakan dalam audio digital (untuk menghilangkan frekvensi yang tidak diinginkan dari audio yang diambil sampel). Dalam artikel ringkasan ini, kami telah fokus pada yang pertama.
Jaggies tidak terlihat pada layar HiDPI (titik per inci tinggi) modern karena mereka memiliki grid piksel yang lebih padat yang dapat merepresentasikan gambar dengan lebih tajam. Namun, bahkan layar resolusi tinggi ini mendapat manfaat dari anti-aliasing.
Ada berbagai jenis teknik anti-aliasing untuk membuat pengalaman penonton dan bermain game lebih baik dan lebih imersif. Setiap jenis memiliki keuntungan dan kekurangannya sendiri. Mari kita bahas delapan jenis anti-aliasing yang paling populer secara rinci.
1. Supersampling Anti-Aliasing (SSAA)
Sebelum (kiri) dan setelah (kanan) menerapkan SSAA
Memberikan kualitas gambar luar biasa tetapi menurunkan performa
Juga dikenal sebagai Full-Scene Anti-Aliasing (FSAA), Supersaming Anti-Aliasing (SSAA) adalah salah satu teknik spasial terlama dan paling efektif. Ini sempurna untuk memproses gambar fotorealistik karena ia memberikan tampilan gambar yang lebih lembut dan membuatnya terlihat lebih hidup.
Dalam metode ini, gambar yang ditampilkan dirender pada resolusi yang jauh lebih tinggi. Sampel warna diambil dari piksel berlebih yang tidak ada dalam gambar resolusi rendah, dan nilai rata-rata warna diukur.
Ketika gambar dikecilkan, nilai rata-rata diterapkan untuk menghapus jaggies. Ini menghasilkan gambar downsampled dengan transisi yang jauh lebih halus. Kualitas output tergantung pada jumlah sampel warna: semakin banyak jumlah sampel, semakin tinggi kualitasnya.
Meskipun teknik ini memberikan kualitas gambar yang luar biasa, ia menurunkan performa karena merender gambar pada resolusi tinggi membutuhkan banyak sumber daya komputasi. Itulah sebabnya teknik ini tidak lagi banyak digunakan dalam gaming.
Kekurangan lain dari menggunakan metode ini adalah ia berdampak negatif pada gambar yang memiliki banyak garis vertikal atau horizontal. Saat diproses, garis ini (yang tajam secara alami) tampak lembut.
2. Multisample Anti-Aliasing (MSAA)
Sumber gambar: Nvidia
Membutuhkan sumber daya komputasi yang relatif lebih sedikit tetapi menghasilkan gambar kualitas lebih rendah
Multisample anti-aliasing adalah kasus khusus dari supersampling di mana komponen tertentu dari gambar tidak sepenuhnya di-supersample. Hanya tepi poligon (sumber paling umum aliasing dalam grafis 3D) yang di-anti-alias. Tekstur tidak dimuluskan.
Lebih spesifik, ketika CPU/GPU merender gambar di layar, ia membuat perbedaan antara dua komponen yang berbeda: poligon dan tekstur. CPU/GPU pertama menggambar bentuk umum atau garis luar objek (poligon) dan kemudian mengisi dengan tekstur. MSAA hanya menyesuaikan jaggies pada poligon, membiarkan tekstur seperti semula.
Karena MSAA tidak memproses semua bagian dari gambar akhir, ia lebih efisien dan membutuhkan sumber daya komputasi yang lebih sedikit dibandingkan SSAA. Namun, ia menghasilkan gambar kualitas yang relatif lebih rendah dan tidak dapat menangani transparansi.
3 & 4. Coverage Sampling Antialiasing (CSAA) & Enhanced Quality Anti-Aliasing (EQAA)
MSAA (kiri) vs. CSAA (kanan) [resolusi tepi yang lebih ketat di CSAA]
Keduanya memberikan kualitas lebih baik sambil hanya menimbulkan dampak performa minimal
Pabrikan GPU AMD dan NVIDIA telah mengembangkan metode spasial anti-aliasing miliknya sendiri. NVIDIA telah menciptakan CSAA, dan AMD telah menciptakan EQAA. Meskipun mereka memiliki nama yang berbeda, mereka berfungsi dengan cara yang serupa.
Dalam kedua metode, GPU mengidentifikasi poligon dalam gambar dan menghitung wilayah mana dari poligon yang kemungkinan memiliki jaggies. Kemudian ia hanya melakukan supersampling pada piksel tersebut.
Karena seluruh gambar tidak diproses, GPU membutuhkan daya pemrosesan yang jauh lebih kecil untuk berjalan. Selain itu, baik CSAA maupun EQAA tidak memerlukan sampel warna/kedalaman/stencil tambahan. Oleh karena itu, mereka mengonsumsi memori video yang sama dengan MSAA (dalam mode setara).
5 & 6. Morphological Anti-Aliasing (MLAA) & Fast Approximate Anti-Aliasing (FXAA)
Implementasi metode FXAA (proses bertahap dari kiri ke kanan, atas ke bawah) | Credit: NVIDIA
Cepat, membutuhkan sumber daya komputasi yang lebih sedikit tetapi tidak cocok untuk gambar dengan tekstur detail
NVIDIA dan AMD telah mengembangkan dua teknik anti-aliasing pasca-proses yang dikenal sebagai fast approximate anti-aliasing dan morphological anti-aliasing, masing-masing. Keduanya bekerja dengan cara yang sama — piksel dihaluskan setelah dirender.
Dalam metode anti-aliasing pasca-proses, GPU membandingkan kontras warna antara dua piksel yang bersebelahan untuk menentukan di mana tepi poligon berada. Piksel dengan warna dan intensitas yang sama biasanya merupakan bagian dari poligon yang sama. Setelah tepi terdeteksi, GPU memburamkan piksel sebanding dengan kontrasnya.
Tidak seperti MSAA, yang tidak bekerja untuk deferred rendering, MLAA dan FXAA dapat mendeteksi batas dalam gambar dengan akurat dan kemudian menemukan pola spesifik dalamnya. Keduanya sangat cepat dan membutuhkan sumber daya komputasi yang lebih sedikit dibandingkan metode spasial. 'Pemburaman' telah terbukti efektif, karena menghilangkan kontras tajam antara piksel yang tidak teratur yang menyebabkan jaggies. Namun, kaburan dapat dengan mudah terlihat pada gambar yang memiliki fitur cahaya dinamis dan tekstur detail.
7. Enhanced Subpixel Morphological Anti-aliasing (SMAA)
Contoh SMAA 4x terintegrasi ke dalam game Crysis 2
Menggabungkan kedua metode spasial dan pasca-proses antialiasing
Teknik anti-aliasing pasca-proses ini menggabungkan morphological antialiasing (MLAA) dengan strategi multi/supersampling tambahan (MSAA, SSAA) untuk fitur subpiksel yang akurat.
SMAA menghasilkan kualitas gambar yang lebih baik sambil mempertahankan waktu eksekusi yang sangat cepat. Lebih spesifik, ia memberikan gradien yang sangat akurat dan stabilitas temporal sambil menimbulkan overhead minimal. Ini menjadikannya pilihan yang diinginkan untuk konfigurasi kelas rendah.
8. Temporal anti-aliasing (TXAA)
Memberikan kualitas gambar yang lebih baik daripada FXAA atau MLAA tetapi membutuhkan banyak lebih banyak sumber daya komputasi
Metode kompleks ini menggunakan baik pemburaman dan supersampling untuk membangun grafis tajam dan gerakan yang halus. Dengan kata lain, ia bertujuan untuk mempertahankan tingkat gerakan yang halus dalam lingkungan virtual.
Dalam beberapa tahun terakhir, peneliti telah mengembangkan Adaptive Temporal Anti-aliasing (ATAA), yang mengatasi kekurangan TXAA. Misalnya, ia menghilangkan artefak pemburaman dan ghosting tanpa menimbulkan dampak performa yang signifikan. Hasil ATAA mendekati apa yang dapat disediakan oleh 16x supersampling.
Metode Anti-Aliasing Mana yang Harus Anda Gunakan?
Jika Anda memiliki pemahaman yang baik tentang perangkat keras yang Anda gunakan dan taham performa apa yang Anda inginkan dari mesin Anda, maka akan lebih mudah untuk memutuskan teknik anti-aliasing mana yang terbaik untuk Anda.
Pertanyaan berikut akan membantu Anda membuat keputusan yang tepat:
- Spesifikasi GPU Anda apa?
- Seberapa berat atau grafis yang menuntut adalah game Anda?
- Fitur grafis apa yang Anda inginkan sempurna, dan yang mana yang tidak Anda pedulikan?
Jika Anda memiliki perangkat gaming yang kuat/kelas atas, Anda harus memilih SSAA, MSAA, dan TXAA. Jika Anda memiliki CPU/GPU dengan daya menengah, Anda dapat memilih MSAA, FXAA, atau MLAA. Dan jika Anda memiliki perangkat gaming kelas rendah yang tidak dapat menangani frame-rate tinggi dan rentan overheat, Anda harus memilih CSAA atau SMAA.
Anda juga dapat bereksperimen dengan pengaturan grafis Anda untuk mengetahui apa yang dapat ditangani CPU/GPU Anda. Ada banyak parameter yang dapat diubah, seperti resolusi, kualitas bayangan, bidang pandang, jarak pandang, tekstur, dan pemfilteran anisotropik.
Disarankan untuk memulai dengan konfigurasi terendah yang mungkin dan kemudian beralih ke level yang lebih detail. Meskipun ini adalah tugas yang cukup melelahkan, ini adalah cara termudah untuk mengetahui bagaimana Anda dapat mendapatkan pengalaman gaming terbaik pada mesin Anda.
Namun, mengingat kemajuan terbaru dalam unit pemrosesan grafis dan teknologi layar, sebenarnya tidak perlu khawatir tentang anti-aliasing. Faktanya, video game baru dan gambar resolusi ultra tinggi tidak memerlukan anti-aliasing sama sekali.
Masih ide bagus untuk memperoleh pengetahuan tentang berbagai jenis anti-aliasing sehingga Anda dapat membuat keputusan yang tepat tentang menyeimbangkan visual dan performa desktop Anda berikutnya. Informasi ini juga akan berguna jika Anda pernah memutuskan untuk mengedit video profesional atau mengembangkan game Anda sendiri.
