Was ist Anti-Aliasing - Antialiasing einfach erklärt

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Auch in Zeiten von Ultra-HD und immer kleiner werdenden Pixeln auf dem Display spielt Anti-Aliasing noch immer eine zentrale Rolle, wenn es darum geht, die Bildqualität in Spielen zu verbessern.

Durch moderne Methoden für die Glättung von störenden Pixelkanten ist der Leistungsverlust auch nicht mehr so hoch wie noch zu Beginn der Anti-Aliasing-Lösungen für Spieler bzw. Gamer. Wie das alles genau funktioniert und welche Varianten aktuell die besten Lösungen sind, klären wir jetzt.

 

Anti-Aliasing In-Game Vergleich League of Legends
In Abb. (linke Seite) ist Anti-Aliasing deaktiviert – in Abb. (rechte Seite) ist Anti-Aliasing aktiviert (Spiel: League of Legends, Bildquelle: 4KMOBILE)

 

Warum ist Anti-Aliasing notwendig?

Vor allem bei hohen Kontrasten auf dem Bildschirm werden sie schnell sichtbar: einzelne Pixel an den Rändern von 3D-Objekten und Texturen.

Wenn Sie in einem Spiel etwa eine dunkel gekleidete Spielfigur so positionieren, dass sie vor einem hellen Hintergrund steht – vielleicht vor einem Himmel mit weißen Wolken –, werden Sie genau am Übergang zwischen dem 3D-Modell und dem Himmel einzelne Pixel sehen können.

Anti-Aliasing mit-und-ohne Vergleich
Abb. (linker Abschnitt) ohne Antialiasing – in Abb. (rechter Abschnitt) mit Antialiasing (Super-Sampling-Anti-Aliasing kurz: SSAA)

Diesen Effekt nennt man Aliasing. Einige Menschen stört das gar nicht, andere wiederum empfinden diese Pixeltreppen als äußerst störend.

  • Dabei gilt: Je niedriger die Auflösung, desto deutlicher fallen Aliasing-Effekte ins Auge.

Das Gegenmittel gegen Aliasing lautet, wenig überraschend, Anti-Aliasing. Die ersten breit verfügbaren Methoden für Anti-Aliasing führte seinerzeit 3dfx auf den hauseigenen Voodoo 5-Grafikkarten im Jahr 2000 ein.

Der Leistungsbedarf der damaligen Multisampling-Methode war jedoch so hoch, dass Anti-Aliasing in den üblichen Auflösungen der Zeit – etwa 1.024 * 768 Pixel – kaum sinnvoll einzusetzen war. Die glatten Pixelkanten wussten jedoch sofort zu gefallen und legten den Grundstein für Anti-Aliasing, wie es heutige GeForce- und Radeon-Grafikkarten unterstützen.

Was ist Anti-Aliasing - Antialising
Abb. (links) ohne Kantenglättung, Abb. (rechts) mit Kantenglättung

 

Anti-Aliasing in modernen Games: wichtiger denn je!

Schnell könnte man meinen, dass heute – in Zeiten von Full-HD, WQHD und Ultra-HD – der Bedarf nach Anti-Aliasing sinkt. Denn: Hohe Auflösungen reduzieren den Bedarf nach Kantenglättung, da die Kanten für das menschliche Auge immer kleiner werden.

Die Wirklichkeit zeichnet jedoch ein anderes Bild: Aktuelle Spiele sind vollgestopft mit kleinen Details. Zäune, Stromleitungen, Gräser, Blätter, Geröll, Haare, Fell, Kleidung und so weiter. Je mehr Details sichtbar sind, desto schnell entsteht Aliasing. Dünne Telefonleitungen in Spielen wie GTA 5 oder auch Zäune flimmern regelrecht, wenn die Szene in Bewegung ist. Auch hier setzt Anti-Aliasing an und sorgt für ein ruhiges Bild.

 

Welche Sampling-Methoden sind heute relevant?

Schauen wir uns nun einige typische Anti-Aliasing-Methoden und ihre Funktionsweise an:

Super-Sampling (SSAA)

Diese Methode, die manchmal auch als FSAA bezeichnet wird (Full-Scene Anti-Aliasing) ist praktisch die Brechstange unter den Anti-Aliasing-Varianten: Das Bild wird in einer deutlich höheren Auflösung als gewünscht berechnet – also intern etwa mit Ultra-HD-Auflösung, obwohl der Bildschirm nur Full-HD ausgeben wird –, und anschließend wieder auf die Zielgröße des Monitors heruntergeschrumpft. Diese Methode ist auch heute noch sehr effektiv und bietet fantastische Bildqualität, sie geht aber gleichzeitig mit enormem Leistungsbedarf einher.

 

Multi-Sampling (MSAA)

Wesentlich leistungsschonender sind die diversen Varianten von MSAA. Hier wird nicht das gesamte Bild hochskaliert und wieder heruntergerechnet; stattdessen werden nur die Kanten und Ecken – also die Stellen, an denen Pixeltreppen überhaupt entstehen – bearbeitet. NVIDIA nennt diese Methode im eigenen Treiber CSAA (Coverage-Sample Anti-Aliasing), bei AMD hört dieselbe Technik auf den Namen EQAA (Enhance Quality Anti-Aliasing). Der Nachteil ist, dass diese Methode nur an 3D-Objekten funktioniert und damit nicht an Alpha-Effekten wie Drahtzäunen.

 

Fast-Approximate (FXAA)

Das mit der GeForce FX-Serie eingeführte FXAA hatte unter Gamern immer einen schweren Stand: Der Performanceeinbruch durch die Aktivierung fällt zwar nur minimal aus, allerdings lässt das Ergebnis auch zu wünschen übrig. Über das Bild wird im Post-Processing-Verfahren ein Unschärfefilter gelegt. Kanten verschwinden dadurch zwar, allerdings wird auch das gesamte Bild mit einer teilweise kaum zumutbaren Unschärfe überzeichnet. FXAA sollte daher stets nur die letzte Option sein. AMD hat mit MLAA (Morphological Anti-Aliasing) eine ähnliche Technik im Programm.

Diese drei Techniken, um Anti-Aliasing umzusetzen, und diverse Abwandlungen sind auch heute der Standard. Der letzten Variante widmen wir aufgrund ihrer Verbreitung eine weitere Überschrift.

In diesem Video (oben) können Sie die verschiedenen Antialiasing-Varianten im Vergleich sehen.

 

Temporales Anti-Aliasing: guter Kompromiss zwischen Bildqualität und Leistung

In vielen aktuellen Spielen finden Sie im Optionsmenü Schaltflächen für Anti-Aliasing. Sehr häufig kommt dabei die temporale Lösung (TAA) zum Einsatz: Sie verwendet mehrere Einzelbilder über eine gewisse Zeit hinweg, um so zahlreiche Samples zu sammeln, die dann auf das aktuelle Bild projiziert werden.

Je mehr Samples gesammelt werden, desto weicher werden die Kanten, aber desto unschärfer werden vielleicht – je nach Spiel – auch einige Inhalte dargestellt. Aliasing verschwindet hier nicht nur an Objektkanten, sondern auch beim Einsatz von Motion Blur oder Tiefenunschärfe und auch an Alpha-Effekten wie den erwähnten Zäunen oder Stromleitungen.

Diese Lösung wird vom Entwickler des Spiels selbst implementiert, was auch bedeutet, dass die Qualität der Resultate schwankt. Wer genau hinsieht, erkennt auch ohne Bewegung im Spiel mitunter leichte Artefakte in Bereichen mit hohen Kontrasten.

Im Spielbetrieb selbst fällt das aber nicht auf. Die hohe Leistung kombiniert mit der sehr guten Glättungswirkung führt dazu, dass TAA heute sehr häufig etwa in Spielen wie Doom Eternal eingesetzt und teilweise auch zwangsweise aktiviert wird.

 

Bildnachweise:

  • Shutterstock
  • Displayninja.com

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