AntiAliasing

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Il existe plusieurs façons de voir l’antialiasing ; une d’entre elles consiste à le considérer comme une méthode permettant de représenter des vecteurs parfaits et continus sur un périphérique d’affichage imparfait et techniquement limité. A la base, les jeux utilisent pour représenter la réalité des formes géométriques ayant comme primitive les triangles. Ceux-ci, en tant que figure géométrique, sont donc lisses et parfaitement continus. Par contre, un moniteur possède une caractéristique essentielle : il affiche les images en utilisant une grille, qui représente en fait la résolution. Celle-ci est limitée à un certain nombre de pixels; dès lors, elle ne peut afficher qu’un nombre fini de nuances au niveau des courbes ou des vecteurs non parallèles avec les bords de l’écran. C’est alors qu’un effet d’escalier apparaît, mettant clairement en évidence les limitations de l’écran pour se rapprocher d’un rendu réaliste.

Une solution pour diminuer cet effet consiste à augmenter la résolution de l’écran dans les options des jeux. Le seul problème est qu’aujourd’hui, la puissance des cartes graphiques augmente bien plus rapidement que les capacités des écrans, et que rares sont ceux pouvant dépasser le 1600 x 1200, voir le 1920 x 1440 (sans même parler de la fréquence de rafraîchissement, si importante pour éviter la fatigue visuelle). Evidemment, ce problème est amplifié avec les écrans TFT, calibrés pour une seule résolution et qui doivent réaliser une interpolation des pixels (pas toujours réussie, il faut bien l’avouer) pour afficher une résolution supérieure. La résolution de base des TFT est généralement de 1280x1024 pour les 17". Or on constate aujourd’hui que l’œil humain est capable de distinguer les effets d’escaliers jusqu’à une résolution de 4000x4000, voir au-delà.

L’antialiasing est donc plus précisément une technique permettant de diminuer les effets d’escalier sans modifier la résolution de l’écran. Il fut inventé par le Media Lab du Massachusetts Institute of Technology (MIT), et il est à noter qu’il ne se limite pas à l’image puisque dans le domaine du son, l’aliasing est un phénomène qui est éliminé en supprimant les fréquences situées au-delà de la moitié des fréquences de sampling.

Restait à connaître l’impact concret de l’activation de l’antialiasing tel que géré actuellement, sur les jeux. Pour ce faire, nous nous sommes placés devant une arche sur Serious Sam : Second Contact, et nous avons comparé les effets d’escaliers obtenus en montant la résolution d’une part, puis en restant en 1024x768 mais en augmentant l’antialiasing d’autre part. L’antialiasing utilisé était celui des cartes ATI de génération R3X0/R420 (voir détails plus bas).

Note : attention à ne pas se focaliser sur l’effet d’escalier visible au niveau du reflet du ciel sur l’arche. En effet, seul l’augmentation de la résolution peut améliorer ceci, l’antialiasing n’intervenant que sur les extrémités de l’arche.

• Le 1024*768 antialiasing 2X est environ équivalent au 1280*960. Cela dépend en grande partie de l’angle observé, et même si le 1280*960 est plus régulier sur l’ensemble, les deux modes sont à peu près équivalents sur les angles importants.

• Le 1024*768 antialiasing 4X est globalement équivalent au 1600*1200. Il lui est supérieur sur les angles très proches de l’horizontale ou de la verticale, mais légèrement inférieur sur les autres.

• Le 1024*768 antialiasing 6X est environ équivalent au 1920*1440. Là encore il est possible de distinguer un vainqueur suivant les situations, et même si la version « antialiasée » est plus efficace dans les cas visuellement importants, le 1920*1440 conserve un petit avantage dans d’autres situations.

ATI vs nVidia

Là encore, ATI n’a rien changé par rapport au R3X0, au contraire de nVidia qui adopte désormais une technique similaire. Cette technique, c’est le Rotated Grid Multi-Sampling. Rotated Grid traduit principalement la position des points utilisés pour l’antialiasing. Avec l’ordered grid que l’on trouvait sur les NV2X/NV3X, la configuration des points était celle-ci en 4X :

Cette configuration est particulièrement efficace sur les angles intermédiaires, au contraire des bords verticaux et horizontaux.

Avec le RGMS, on se retrouve avec le schéma suivant sur le NV40 :

Cette configuration est plus efficace sur les bords horizontaux et verticaux, mais moins efficace sur les autres angles. Pour s’en convaincre, il suffit de comparer les deux méthodes à l’aide de FSAA Tester de Tommti-Systems :

Quelle est la meilleure solution ? La réponse n’est pas absolue, mais en pratique il est relativement clair que l’on remarque plus les effets d’escaliers sur les bords proches de l’horizontale ou de la verticale, d’où l’intérêt du RGMS.

Notez que si ATI utilise aussi un RGMS en 4X, la configuration de ses points de référence varie légèrement :

Et le résultat en pratique :

Pour ce qui est de la comparaison entre l’AA 4X d’ATI et celui de nVidia, les choses sont assez complexes et s’il est possible de donner un vainqueur pour chaque angle, au final les deux solutions se valent et les différences varient suivant les jeux, ou plutôt la scène considérée.

Concernant l’antialiasing 2X maintenant. Les choses restent ici inchangées par rapport aux NV3X et R3X0, et les deux utilisent un RGMS, mais avec là encore une configuration légèrement différente.

nVidia :

ATI :

Ici, les deux résultats sont encore plus proches, et se valent complètement :

Il est à noter que les 6800 supportent d’autres modes d’antialiasing. On note par exemple un 4xS correspondant à l’association du RGMS 2X avec un Super Sampling 2X.

Dans le même ordre d’idée on trouve un mode 12xS et même 16xS, qui correspond à l’association d’un RGMS 4x et d’un OGSS 2x2 :

Côté X800, le seul autre mode supporté est le 6X RGMS :

Temporal AntiaAliasing

En outre, ATI permet désormais d’activer sur R420 mais aussi sur R3X0 le Temporal Antialiasing. Ce nouveau type d’antialiasing fonctionne en fait sur le principe de la persistance rétinienne, en alternant la configuration de la grille appliquée à chaque image. Ainsi, un antialiasing 2X est à peu près perçu comme un antialiasing 4X.

En pratique, la qualité est effectivement au rendez-vous, et l’impact sur les performance est bien plus faible que ce que coûterait un antialiasing classique équivalent. Malheureusement, les contraintes d’utilisation sont assez énormes. Il faut en effet activer le V-Sync, et que le GPU soit capable de tenir la fréquence de rafraîchissement de l’écran, soit entre 60 et 100 images par secondes. Il est possible de se retrouver dans cette situation avec le X800 XT, mais en baissant un peu la résolution. Par ailleurs il est impossible d’atteindre un tel framerate sous certains jeux comme les simulateurs d’avions par exemple.

Sous la plupart des jeux, on conserve généralement une bonne fluidité avec un framerate moyen de 40 ou 50 fps. Dans cette situation pourtant, le Temporal Antialiasing sera gênant et il faudra revenir à l’antialiasing classique. En clair, il est impossible de pousser vraiment les détails ou la résolution avec ce type d’antialiasing, afin de conserver un framerate assez élevé. Et du coup, on ne peut que rarement l’activer, du moins en l’état.

Globalement, rappelez vous que le Multi Sampling qui est utilisé par la quasi-totalité des modes antialiasing actuels, n’améliore pas tous les effets d’escaliers. Les reflets du ciel sur l’arche montrés plus haut sont un bon exemple d’une situation pour laquelle il reste plus intéressant d’augmenter la résolution, même si ce type de situation semble se raréfier. Ce qui est une bonne chose pour les (rares) joueurs à avoir opté pour un écran TFT.