O que é anti-aliasing?

Se você costuma jogar no PC, é bem provável que já tenha encontrado o termo “anti-aliasing” nas configurações gráficas de algum game, porém esta tecnologia hoje está tão difundida que até nos consoles tornou-se comum. 

Mas, afinal, o que é anti-aliasing? De forma simples, é um recurso que ajuda a suavizar os contornos dos polígonos de personagens, objetos e cenários nos jogos. A ideia do anti-aliasing, quando ativado, é evitar que as imagens fiquem com um aspecto “serrilhado” nas bordas, deixando o visual mais natural.

No entanto, essa suavização não é gratuita e há um impacto no desempenho do software e do hardware do sistema, pois o jogo fica “mais pesado” para rodar devido ao processamento extra. A seguir, vamos explorar os detalhes e tirar dúvidas sobre o anti-aliasing.

Para que serve o anti-aliasing?

As imagens virtuais (estáticas ou dinâmicas) são compostas por pixels e, por natureza, cada uma delas possui um formato quadricular. Ao reunir centenas de milhares desses pixels para formar uma imagem circular, por exemplo, é natural que “pontas” ou “serrilhados” fiquem visíveis, principalmente dependendo da resolução do monitor utilizado.

O filtro anti-aliasing age como uma espécie de “borracha” que, ao invés de apagar, borra as bordas de uma determinada figura, similar a um efeito blur em programas de edição de imagem, tornando os contornos mais realistas. Esse recurso pode ser usado tanto em imagens estáticas quanto dinâmicas.

Como funciona o filtro anti-aliasing na prática?

Para aplicar o recurso, o sistema preenche os espaços entre as pontas dos pixels conglomerados com mais pixels. A diferença é que o anti-aliasing ajusta a cor desses quadradinhos extras para que eles amenizem o aspecto serrilhado, ou efeito escada, das linhas.

Embora o filtro ajude bastante a melhorar o aspecto visual das imagens, ele não é perfeito ou elimina 100% o serrilhado. No entanto, se você estiver jogando com um monitor de alta resolução, já haverá uma melhora considerável.

Leia também:

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• Horizon Forbidden West recebe Intel XeSS 1.3 com anti-aliasing nativo

Por que o “aliasing” causa um estranhamento tão grande?

Para compreender melhor o funcionamento dos métodos de anti-aliasing, e até mesmo o aliasing em si, é necessário entender como funciona a resolução de telas e como elas formam as imagens nos dispositivos. 

Esse serrilhado é causado justamente porque as telas renderizam pixels. A tela dos dispositivos funciona como um grid, e cada pixel renderizado é o resultado de um cálculo de todas as informações espaciais processadas pela placa gráfica para exibir as informações na tela.

Na prática, linhas inclinadas ou curvas não terão a qualidade exata a menos que o grid possua muitas divisões. Esse tipo de serrilhado e falta de informação na tela gera o efeito aliasing. O problema é que, quanto mais divisões, maior o custo para a placa gráfica processar.

Soluções de anti-aliasing

Percebendo que, com todo esse processamento e com as novidades tecnológicas, o problema do serrilhado será constante no desenvolvimento de jogos, foram criadas diversas soluções para corrigi-lo. Algumas são muito custosas e outras mais viáveis e aplicadas em diversos jogos.

Abaixo estão alguns dos principais tipos de anti-aliasing:

• OEAA (Outer Edge Anti-Aliasing): aplica um algoritmo ao buffer de quadros para calcular quais pixels podem ser mesclados para gerar gradientes mais suaves.
• MSAA (Multi Sampling Anti-Aliasing):identifica localidades mediadas entre os pixels que não são percebidas pelos olhos humanos e junta isso com a renderização final do shader.
• FXAA (Fast Approximate Anti-Aliasing): cobre as deficiências do MSAA e custa menos processamento.
• SMAA (Subpixel Morphological Anti-Aliasing): analisa o frame atual e o anterior, criando um blend dos pixels para formar um sub-pixel.
• TXAA (Temporal Anti-Aliasing): reduz o problema do blur em objetos movimentando-se em altas velocidades, interpolando os frames perdidos na tela.
• SSAA (Supersampling Anti-Aliasing): utiliza um render de resolução maior para produzir uma imagem de resolução menor com menos artefatos e serrilhados.
• ATAA (Adaptive Temporal Anti-Aliasing): leva em conta o princípio do Ray Tracing e produz uma grande quantidade de informação para substituir pixels falhos com heurísticas complexas.

OEAA: Outer Edge Anti-Aliasing

É uma técnica que se concentra em suavizar as bordas externas dos objetos em um jogo. Esse método é útil em jogos onde há muita interseção entre as linhas dos modelos e o fundo.

Funcionamento:

• OEAA aplica um algoritmo personalizado programável ao buffer de quadros.
• O algoritmo calcula quais pixels nas bordas dos objetos podem ser mesclados para gerar gradientes mais suaves.
• Amostras extras são coletadas fora do limite do pixel para ajudar a suavizar as bordas.

Vantagens:

• Suaviza efetivamente as bordas dos objetos sem impactar muito o desempenho.
• É específico para casos onde a interseção de linhas é proeminente, como em jogos com cenários complexos.

Desvantagens:

• Não suaviza texturas ou interiores de objetos, focando apenas nas bordas externas.
• Pode não ser tão eficaz em jogos com muitos detalhes internos que também necessitam de suavização.

MSAA: Multi Sampling Anti-Aliasing

Esta é uma técnica popular entre os jogadores de PC que suaviza as bordas dos polígonos sem afetar as texturas internas.

Funcionamento:

• MSAA diferencia entre dois componentes principais: o polígono (a forma geral do objeto) e a textura (os detalhes aplicados à forma).
• Suaviza apenas as bordas dos polígonos, ignorando as texturas.
• Para cada pixel na borda de um polígono, várias amostras de cores são tiradas e combinadas para criar uma transição suave.

Vantagens:

• Reduz eficazmente o serrilhado nas bordas dos objetos.
• Menos impacto no desempenho comparado ao SSAA, pois não processa a imagem inteira.

Desvantagens:

• Não suaviza texturas, o que pode resultar em pixelização visível em áreas detalhadas.
• Ainda requer um processamento significativo, principalmente em resoluções mais altas.

FXAA: Fast Approximate Anti-Aliasing

É um método desenvolvido pela NVIDIA que é menos custoso em termos de processamento e visa cobrir as deficiências do MSAA.

Funcionamento:

• FXAA aplica um filtro de suavização após a renderização do frame, focando nas bordas dos objetos.
• Em vez de tomar amostras de cada pixel, o FXAA detecta áreas de alto contraste (indicativas de bordas) e aplica um blur para suavizar.

Vantagens:

• Menor impacto no desempenho, permitindo que seja usado em hardware mais fraco.
• Suaviza rapidamente as bordas sem a necessidade de processamento intenso.

Desvantagens:

• Pode causar um leve borrão em toda a imagem, perceptível em texturas detalhadas.
• Menos eficaz em resoluções muito altas, onde o aliasing é menos pronunciado.

SMAA: Subpixel Morphological Anti-Aliasing

Combina técnicas de suavização de bordas e pixels para criar uma imagem mais nítida e detalhada.

Funcionamento:

• Analisa o frame atual e o anterior, criando um blend dos pixels para formar sub-pixels.
• Aplica um filtro de suavização morfológica que detecta e suaviza bordas em nível subpixel.

Vantagens:

• Melhora significativa na qualidade da imagem sem um impacto severo no desempenho.
• Reduz o efeito de borrão associado a técnicas como o FXAA.

Desvantagens:

• Ainda pode apresentar problemas em objetos em movimento rápido.
• Menos eficaz em suavizar texturas internas comparado a métodos mais intensivos.

TXAA: Temporal Anti-Aliasing

Outra técnica avançada que combina amostragem temporal e espacial para suavizar movimentos e bordas de maneira eficaz.

Funcionamento:

• Utiliza amostragem temporal para capturar dados de múltiplos frames e interpolar pixels entre frames, suavizando o movimento.
• Combina com técnicas de suavização espacial para suavizar bordas.

Vantagens:

• Excelente para jogos com muito movimento rápido, onde outras técnicas falham.
• Produz uma imagem muito suave e livre de serrilhados visíveis.

Desvantagens:

• Requer uma quantidade significativa de poder de processamento.
• Pode introduzir borrões menores, perceptíveis em jogos com iluminação dinâmica e texturas detalhadas.

SSAA: Supersampling Anti-Aliasing

É um dos métodos mais antigos e eficazes, conhecido também como “full-scene anti-aliasing”.

Funcionamento:

• Renderiza a imagem em uma resolução muito maior do que a final e, em seguida, reduz a imagem para a resolução desejada.
• A amostragem em alta resolução permite que os pixels se combinem de forma mais suave quando reduzidos.

Vantagens:

• Produz a melhor qualidade de imagem com a suavização mais efetiva de todas as bordas e texturas.
• Ideal para renderização de imagens fotorealísticas.

Desvantagens:

• Extremamente custoso em termos de processamento, requerendo uma GPU muito poderosa.
• Pouco usado em jogos modernos devido à sua demanda por recursos.

ATAA: Adaptive Temporal Anti-Aliasing

Técnica moderna que visa combinar os benefícios do anti-aliasing temporal e espacial de maneira adaptativa.

Funcionamento:

• Executa o algoritmo de Ray Tracing para traçar raios a partir de cada pixel da tela em direção aos objetos.
• Produz informações detalhadas sobre os pixels falhos e usa heurísticas complexas para corrigir esses pixels.

Vantagens:

• Adapta-se ao conteúdo da imagem, oferecendo uma suavização eficiente com menos artefatos.
• Combina os benefícios do temporal e espacial para uma imagem de alta qualidade.

Desvantagens:

• Requer hardware muito avançado, sendo mais adequado para placas gráficas modernas.
• Ainda em desenvolvimento e não amplamente adotado em todos os jogos.

Que tipo de anti-aliasing é o melhor para você?

Isso depende, diretamente, do poder de processamento da máquina que estiver usando. Apesar de haver outras variações, para deixar as coisas mais claras, vamos listar os seguintes tipos de filtros mais comuns:

• FXAA (Fast Approximate Anti-Aliasing): popular e não tão custoso em termos de processamento.
• MSAA (Multi Sampling Anti-Aliasing): baixo custo, porém não tão utilizado atualmente.
• SSAA (Supersampling Anti-Aliasing): altamente custoso, mas com alta qualidade.
• TXAA (Temporal Anti-Aliasing): adequado para PCs medianos a robustos.
• SMAA (Subpixel Morphological Anti-Aliasing):combina técnicas de suavização para uma qualidade superior com menor custo de processamento.

Sendo assim, a escolha do tipo de anti-aliasing a ser usado deve levar em conta o poder de processamento do seu hardware e as suas prioridades em termos de qualidade visual versus desempenho. Aqui estão algumas recomendações gerais:

• PCs de Baixa Performance: FXAA ou SMAA, que são menos exigentes.
• PCs de Média Performance: MSAA ou uma combinação de FXAA/SMAA.
• PCs de Alta Performance: TXAA ou SSAA, para a melhor qualidade visual.

Ajustar as configurações de anti-aliasing pode ser um processo de tentativa e erro. É importante encontrar o equilíbrio certo entre qualidade gráfica e desempenho para uma experiência de jogo ou uso gráfico otimizada.

Que efeitos o anti-aliasing causa no computador?

Ativar o anti-aliasing em seus jogos e aplicativos gráficos pode ter vários efeitos, tanto positivos quanto negativos, no desempenho do computador. Aqui estão os principais impactos:

Suavização das bordas e melhora visual

Efeito positivo: O benefício mais óbvio do anti-aliasing é a suavização das bordas irregulares nas imagens renderizadas. Isso resulta em gráficos mais suaves e realistas, eliminando o “serrilhado” ou “jaggies” que pode ser visualmente desagradável.

Impacto no desempenho do sistema

Efeito negativo: o anti-aliasing exige processamento extra, o que pode afetar o desempenho do sistema. Isso ocorre porque o processo de suavização adiciona carga adicional à GPU (Unidade de Processamento Gráfico) e à CPU (Unidade Central de Processamento).

• FPS reduzido: em jogos, isso geralmente se traduz em uma redução na taxa de quadros por segundo (FPS). Jogos que antes rodavam suavemente podem começar a apresentar quedas de desempenho e, em casos extremos, até travamentos.
• Tempo de renderização aumentado: em aplicações de renderização ou design gráfico, o tempo necessário para completar uma imagem ou cena pode aumentar significativamente.

Consumo de recursos da GPU

Efeito negativo: diferentes técnicas de anti-aliasing têm diferentes demandas sobre a GPU. Por exemplo:

• FXAA e SMAA: tendem a ser menos exigentes e podem ser usados em computadores com hardware mais modesto.
• MSAA: requer mais poder de processamento, mas ainda é viável em máquinas medianas.
• SSAA: extremamente exigente, muitas vezes só pode ser usado em sistemas de alto desempenho.

Uso de memória

Efeito negativo: técnicas como o SSAA exigem mais memória, pois envolvem renderizar a imagem em uma resolução muito maior antes de reduzi-la. Isso pode levar ao uso elevado de VRAM (memória de vídeo), o que pode ser um problema em sistemas com menos memória disponível.

Efeito de Borrão

Efeito negativo: métodos de pós-processamento, como FXAA e TXAA, podem introduzir um leve borrão na imagem, visível em texturas detalhadas. Isso pode ser indesejável em jogos que dependem de gráficos nítidos e claros.

6. Aquecimento e consumo de energia

Efeito negativo: o aumento da carga de trabalho na GPU e na CPU pode levar ao aumento do consumo de energia e, consequentemente, ao aquecimento dos componentes do computador. Isso pode resultar em necessidade de melhores soluções de resfriamento e, em casos extremos, pode causar throttling térmico, onde o sistema reduz sua performance para evitar superaquecimento.

Limitações e soluções adicionais

Mesmo que efeitos anti-aliasing sejam combinados para obter as melhores soluções e estratégias no jogo, isso ainda não elimina todos os problemas. Muitos métodos citados resolvem principalmente o movimento e as bordas dos objetos. Contudo, algumas vezes, mesmo movimentos suaves podem causar serrilhamento de texturas, ou o computador pode processar modelos grandes demais a distância.

Esse tipo de processamento gera diversos problemas, pois texturas e modelos em alta resolução, mesmo que apareçam apenas em uma pequena parte da tela, precisam ser processados inteiramente. Isso resulta em um alto custo de processamento.

MipMapping: solução para texturas

Em computação gráfica, MipMapping é uma técnica que ajuda a melhorar a qualidade visual das texturas à distância, além de reduzir o custo de renderização. Mipmaps são sequências de imagens pré-calculadas, cada uma sendo uma representação em menor escala da mesma textura. Elas são agrupadas em um atlas de textura e utilizadas conforme a distância do objeto à câmera.

Funcionamento:

• Mipmaps reduzem a resolução das texturas à medida que a distância entre o objeto e a câmera aumenta.
• Renderizar a textura em seu tamanho real, quando o objeto está distante, é custoso e visualmente desnecessário.
• Mipmaps permitem que a textura mantenha uma aparência fluida e agradável aos olhos humanos mesmo à distância.

LOD: Level of Detail: solução para modelos 3D

Level of Detail (LOD) aplica princípios semelhantes ao MipMapping, mas em modelos 3D. Essa técnica reduz a complexidade geométrica dos modelos 3D com base na distância da câmera.

Funcionamento:

• Modelos com muitos vértices sendo renderizados a distância gastam muito processamento e não ficam visualmente agradáveis.
• O LOD reduz a geometria e a complexidade dos modelos conforme a distância aumenta, mantendo as propriedades essenciais do modelo.
• Essa técnica é geralmente combinada com MipMapping para que tanto os modelos quanto as texturas tenham tamanhos reduzidos para diferentes distâncias.

Conclusão

Mesmo com a combinação de efeitos anti-aliasing para as melhores soluções e estratégias de jogo, outros problemas podem ocorrer. Texturas e modelos em alta resolução, mesmo que apareçam em uma pequena parte da tela, ainda necessitam ser processados inteiramente, o que pode ser custoso.

Portanto, ao configurar o anti-aliasing no seu jogo, leve em consideração o poder de processamento do seu hardware e a resolução do seu monitor para obter o melhor equilíbrio entre qualidade visual e desempenho.