英伟达FXAA抗锯齿性能实测、画质对比

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回击MLAA：NVIDIA FXAA抗锯齿性能实测、画质对比

PC游戏玩家肯定会对各式各样的AA抗锯齿技术非常熟悉，而今天本文的主角就是NVIDIA今年才推出的新型抗锯齿技术“FXAA”。
FXAA在某种程度上有些类似于AMD之前宣传的MLAA(形态抗锯齿)，但远比后者低调，所以很多玩家可能还从来没听说过，但是如果你玩过《永远的毁灭公爵》或者《F.3.A.R》，应该会有所耳闻。今天我们就来实际测测多款显卡上的FXAA性能和画质表现，并将其与MLAA进行简单对比。
什么是FXAA？
FXAA全称为“Fast Approximate Anti-Aliasing”，翻译成中文就是“快速近似抗锯齿”。它是传统MSAA(多重采样抗锯齿)效果的一种高性能近似值。它是一种单程像素着色器，和MLAA一样运行于目标游戏渲染管线的后期处理阶段，但不像后者那样使用DirectCompute，而只是单纯的后期处理着色器，不依赖于任何GPU计算API。正因为如此，FXAA技术对显卡没有特殊要求，完全兼容NVIDIA、AMD的不同显卡(MLAA仅支持A卡)和DX9、DX10、DX11。
相比于MSAA，FXAA的目标是速度更快、显存占用更低，还有着不会造成镜面模糊和亚像素模糊(表面渲染不足一个像素时的闪烁现象)的优势，而代价就是精度和质量上的损失。
按照FXAA技术开发者Timothy Lottes的说法，GeForce GTX 480利用FXAA Preset 2(第二种预设)处理一帧1920×1200分辨率画面时所需时间不到1毫秒。
FXAA现在有三种版本：“FXAA 1”是最早最基础的版本，也是在PC游戏中使用最广泛的，已用于《F.3.A.R》、《永远的毁灭公爵》、《柯南时代》、《Crysis 2》、《无主之地》等等；“FXAA 2”是针对Xbox 360游戏机专门设计的；“FXAA 3”又有两种算法，Quality质量版本面向PC，Console主机版本则面向Xbox 360、PS3。
FXAA 3相比于FXAA 1有很明显的性能优势，GeForce GTX 480 DX11默认设置下使用FXAA 3 Quality处理典型的720p分辨率画面只需要大约0.21毫秒。另外DX9、DX11模式下性能差异会很大，其中DX11更快一些。
FXAA官方技术白皮书：
http://developer.download.nvidia.com/assets/gamedev/files/sdk/11/FXAA_WhitePaper.pdf

从左到右：无AA、4xMSAA、FXAA

FXAA算法过程

FXAA演示

本次测试的平台配置如下：
处理器：Core i7-920 OC 3.6GHz
主板：华硕P6T6 WS Revolution
内存：海盗船DDR3-1600 6GB
硬盘：西部数据500GB SATA
电源：酷冷至尊Real Power Pro 1250W
显示器：戴尔3007WFP (DVI)
操作系统：Windows 7 Ultimate SP1 x64
显卡：
GeForce GTX 580 772/1544/4008MHz
GeForce GTX 570 732/1464/3800MHz
GeForce GTX 560 Ti 822/1645/4000MHz
Radeon HD 6970 880/5500MHz
Radeon HD 6950 800/5000MHz
Radeon HD 6870 900/4200MHz
驱动程序：
GeForce 275.50 Beta
Catalyst 11.6 WHQL

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FXAA、MSAA性能对比
       测试场景选择《F.3.A.R》(版本16.0.20.1060)游戏中画质要求更高的Intervals 07，从开始录制帧率，直到Alma尖叫导致Armacham直升机坠毁为止，时长15-18分钟。为了便于保证测试过程的一致性，期间使用了上帝模式。开启DX11、16xAF，分辨率按照显卡不同有高中低三个档次。
      经过衡量，平均帧率至少应该达到37FPS才能保证游戏的完全流畅。

GeForce GTX 580开启FXAA之后相比于不开启任何AA性能平均损失11.7％，平均帧率依然有56.7FPS。

GeForce GTX 580上开启2xAA速度降为43.1FPS，相比于FXAA慢了13.6％，进一步开启4xAA又比2xAA慢了38％(此时已经无法保证流畅)，因此从FXAA到4xAA的降幅为52.8％。就看FXAA、2xAA、4xAA谁的画质效果好了。

Radeon HD 6970开启FXAA后平均速度为55.6FPS，比不开启AA损失了14.7％，略微输于GeForce GTX 580。

Radeon HD 6970开启2xAA、4xAA分别比FXAA慢了17.4％、50.9％。

GeForce GTX 570 FXAA分别比2xAA、4xAA快了24.8％、35％，不过因为分辨率降低，4xAA下平均帧率依然接近40FPS。

Radeon HD 6950同样条件下的差距是16.1％、30.9％，最慢也有44FPS。

GeForce GTX 560 Ti上2xAA、4xAA分别慢了23.1％、50％。

Radeon HD 6870上则是15.8％、37.8％。

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FXAA、MSAA画质对比
以下截图的原始分辨率均为2560×1600，细节设为最高。

我们之前就说过，FXAA无论对N卡还是A卡都适用，而且没有差别对待，来自GeForce GTX 580、Radeon HD 6970的截图都显示了差不多的效果。
FXAA的抗锯齿效果明显优于2xAA，甚至比4xAA也不弱！结合前边的性能测试可以看出，FXAA用比2xAA快很多的速度，取得了4xAA级别甚至更好的效果。

这几张GeForce GTX 580上的截图显示了FXAA对透明Alpha纹理的影响。不开启AA的话，纹理外侧的硬边缘被平滑，但是树叶和树枝上还有大量颗粒，2xAA、4xAA下甚至更糟，只有FXAA才消除了树叶上的颗粒。

这几张Radeon HD 6970的截图也很容易看出不同效果。关闭AA的时候边缘锯齿非常明显，2xAA略有改善，4xAA又稍好一些，但显然都不如FXAA来得平滑。

         这张截图来自NVIDIA，所用游戏不明。最左侧是关闭FXAA，中间是开启FXAA 3.9但没有亚像素对比度降低，右侧就是同时开启FXAA 3.9和亚像素对比度降低了，即使不到一个像素的树叶也都被平滑了。

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FXAA、MLAA性能对比

Radeon HD 6970上，FXAA开启后平均速度56FPS，MLAA则会降低至32.6FPS，慢了42％之多，只是后者的帧率更加稳定一些。

Radeon HD 6950上FXAA也取得了60％的优势。

Radeon HD 6870上FXAA再次获胜，领先幅度47.5％。

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FXAA、MLAA画质对比

湿润的底面上，FXAA、MLAA的效果差不多，肉眼基本看不出区别。

较真的话可以说MLAA的色彩过渡更平滑一些，但整体基本相同。

放大区域的对比度略有不同，FXAA更强一些。

以树叶为代表的透明纹理上，FXAA的颗粒明显比MLAA少得多。MLAA也取得了一定的效果，但是FXAA更好一些。
小结：
FXAA是NVIDIA针对AMD MLAA提出的技术回应，在基本差不多的画质水平上取得了更快的速度，而且对透明树叶纹理的处理更平滑。在同等画质下，MLAA要比FXAA平均慢37.1％之多。
NVIDIA FXAA优点：
－ 兼容NVIDIA、AMD显卡
－ 性能影响更小(相比于MSAA、MLAA)
－ 画质与4xMSAA、MLAA基本相当
－ 定制度高，可在性能和画质之间取得平衡
－ 能够减少边缘、纹理和Shader上的锯齿
缺点：
－ 需要游戏开发人员提供支持
AMD MLAA优点：
－ 无需游戏特别支持，可通过驱动用于任何游戏
－ 兼容所有游戏和引擎，不管是DirectX还是OpenGL
－ 能够减少边缘、纹理和Shader上的锯齿
缺点：
－ 仅支持AMD显卡
－ 性能影响比较大
－ 对于单像素和亚像素物体效果一般