拙訳「Anti-Aliasing From a Different Perspective」

Directionally Localized Anti-Aliasing#

そのアイデアとは…（The Idea is…）#

それらの方向に沿ってエッジをブラーすることである

エイリアシング（Aliasing）#

• 信号処理
  • サンプル時の区別できない信号
  • 再構築のアーティファクト
• グラフィクス
  • ピクセル”ノイズ”
  • エッジのジャギー

アンチエイリアシング その１（Anti-Aliasing I）#

• 高周波を減らす
• 過剰サンプル、および、“ブラー”
  • 音響では時間的
  • 光学では空間的
• 完璧なフィルタは存在しない
  • サンプリング理論
  • シャープ(エイリアス)対ソフト(アンチエイリアス)

アンチエイリアシング その2（Anti-Aliasing II）#

• テクスチャ
  • MIPマッピング
• シェーディング
  • スペキュラ、リムライティング
  • 手動で回避する
• ジオメトリのエッジ
  • マルチサンプリング(MSAA)
  • カスタムソリューション

MSAA#

• 良好な品質
• 部分的なスーパーサンプリング
  • 少なくとも深度
• ディファードレンダリングとフレンドリーでない
• コンソールではコストが高い
  • 直接的にも間接的にも

代替品（Alternatives）#

• スクリーン空間フィルタリング
  • 知覚ベース
  • ジャギーを隠す
  • モーフォロジカルAA(MLAA)
• テンポラル(Crysis2、Halo)
• エッジベースAA

MLAA#

• モーフォロジカルアンチエイリアシング
  • 元のジオメトリを再構築する
  • 近傍を再ブレンドする
• CPUフレンドリー
  • The Saboteur
  • GoW3 (4 ms / 5 SPUs)
• XBox360 GPU (-> 3.7 ms)

静的な画像では良好な結果を得るが、二値の特徴に基づくパターン認識のため、動作中にかなり目立つテンポラルアーティファクトに悩まされる。画像中のフリッカリングはノイジーな背景を通る長いエッジで最も多く見られる。

エッジベース（Edge-Based）#

• XBox360 SDKのサンプル
  • 1ピクセル幅ポリゴンをレンダリングする
  • ピクセルカバレッジとしてテクスチャ座標
  • 近傍を再ブレンドする

使用できなかったモノ（Could Not Use）#

• MLAA
  • 不安定
  • X360では厳しい
• エッジベース
  • PS3では追加のGPUコストがかかる
• テンポラル
  • TFU2での動的解像度調節
  • モーションVS解像度

”理想的”なAAフィルタ（“Ideal” AA Filter）#

• マルチプラットフォーム
  • GPU、SPU
  • プロダクションで信頼できる
• 時間的に安定
• 知覚ベース
  • ジャギーを隠す
  • ローコストで良好な品質

もしも…（What If …）#

ピクセルカバレッジのようなルックを作る

Fresnel項ベース（Fresnel Term Based）#

• $(N \cdot V)^n$
• 再ブレンドする
• 曲面のみ
• 制御しづらい

深度ベース勾配（Depth Based Gradients）#

• エッジの勾配を見つける
  • 深度のボックスブラー
  • レベルを局所的に調整する
• 再ブレンドする
• 平坦な表面

深度の再サンプリング（Depth Re-Sampling）#

• 代替深度をレンダリングする
  • 回転した第二Zプリパス
  • または、深度に対する4xMSAA
• ピクセルカバレッジを計算する
  • 深度値をリマップする
• 再ブレンドする

観察（Observation）#

DLAAプロトタイピングその1（DLAA Prototyping I）#

• Photoshop
  • レイヤVSピクセル
  • 複合的なコトを行うのが難しい
  • うまく動作するなら実装しやすい:)
• フィルタ/その他/カスタム
  • 基本的な5x5畳み込み
  • ブラー、エッジ、など…

DLAAプロトタイピングその5（DLAA Prototyping V）#

• 垂直にブラーする
• 垂直のエッジを見つける
• エッジマスクを構築する
  • saturate(abs(x) * a - b)
• 元のレイヤーとブレンドする
• 水平も同様に

短いエッジのみ（Short Edges Only）#

2つのケース（Two Cases）#

長いエッジの検出（Long Edge Detection）#

• ハイパスマスクを取る
• ブラーする
• コントラストを調整する
• 長エッジフィルタを適用する
  • 必要なところに

長いエッジのフィルタリング（Long Edge Detection）#

• カラーブリーディング
• 光度ブレンディングモード
• 対象としてのぶらーされた輝度
  • 合致するローカルピクセルを探す

ノイズレベル推定（Noise Level Estimation）#

• ノイズ領域を除外する
  • 長い垂直および水平エッジを持つ
  • $\|H_{hF} - V_{hF}\| > \lambda$

勾配レベル比較（Gradient Levels Comparison）#

ビジュアル結果（Visual Results）#

反射のアンチエイリアシング（Reflections Anti-Aliasing）#

実行結果@720p（Execution Results @ 720p）#

• XBox360 2.2±0.2 ms
• PlayStation3 1.6±0.3 ms (5 SPUs)
• プロジェクトの時間
  • 研究 8週(パートタイム)
  • X360 2週
  • PS3 (SPU) 3週以上

実装戦略（Implementation Strategies）#

• 実行時間
  • サンプルを再利用する
  • できるだけ多くの処理をリジェクトする
  • パイプラインをバランスする
• メモリの使い方
  • テクスチャやバッファを再利用する
  • 使い方に応じてデータをパックする
• 大局的なパイプライン最適化

処理リジェクション（Work Rejection）#

• 前処理
  • 長いエッジ領域を見つける
  • 長いエッジ周りのハイパス
  • 解決
• 処理
  • 短いエッジ
  • 短いエッジと長いエッジ (~10-20%)
  • 解決

長いエッジの推定その１（Long Edge Estimation I）#

• 長い軸方向のエッジを直接見つける
  • 低解像度で(例えば、HDRリダクションから)

長いエッジの推定その２（Long Edge Estimation II）#

• 32ビットHDR入力をインターリーブする
  • HDRリダクションの一部
  • エッジ情報を十分に離す

長いエッジの推定その３（Long Edge Estimation III）#

• Hi-Zに転送する(4x4ピクセルブロック)
  • 4xMSAAトリック
• 深度トリックでHi-Zテストを反転する
  • D3DHIZFUNCを用いる

ハイパスフィルタ（High-Pass Filter）#

• 5つのバイリニアサンプル
• 長いエッジ周りのみ
• アルファに格納する

短いエッジ（Short Edges）#

• ローおよびハイパスフィルタ
  • 垂直および水平サンプルを再利用する
• 正規化されたブレンディング係数
  • $t_h = (\lambda \cdot L(edge_h) - \varepsilon) / L(blur_h)$
  • $L(x)$ --- 強度関数
• 再ブレンドする
  • $c = \text{lerp}(c, blur_h, \text{saturate}(t_h))$

長いエッジその１（Long Edges I）#

• GPUでの疎なサンプリング
  • 短いサンプリングを再利用する
  • 追加の4つのバイリニアサンプリング
• 水平か垂直ならば、破棄する
  • ブラーされるハイパスに基づいて[branch]

長いエッジその２（Long Edges II）#

• ブラーされる強度にマッチするローカルピクセルを見つける
  • blurred_lum = lerp(X_lum, Y_lum, t)
  • t = (blurred_lum - X_lum) / (Y_lum - X_lum)
  • if (0 < t && t < 1) color = lerp(X, Y, t)
• 2つの検索ケース
  • 上下の近傍
• 再ブレンドする
  • longEdgeMaskに基づく

典型的なSPUコード（Typical SPU Code）#

• ソフトウェアパイプライニング
  • レイテンシーの隠蔽
• 偶数番および奇数番の命令のバランスを取る
• ストリーム処理
• タイルのRSXサーフェス
  • VRAMからコピーするのに0.3ms
  • DMAでの部分的アンタイリング

DLAA On SPUs#

¹

おわりに（Conclusion）#

• DLAA
  • XBox360 2.2±0.2 ms
  • PlayStation3 1.6±0.3 ms (5 SPUs)
• コンソールライフサイクルの終わり
  • すべてのミリ秒を計測する
  • トリックは不可避《inevitable》
  • 異なるソリューション＆異なる考え