NVIDIAはこのほど、都内で報道関係者向けに技術説明会を開催。NVIDIA デベロッパー テクノロジーエンジニア 竹重雅也氏が、「Technology in Games アンチエイリアシング最新技術」として、同社が開発する最新のアンチエイリアス技法「TXAA」の解説を行った。
マイナビニュースを読んでいるユーザーには、おなじみかもしれないが、アンチエイリアシングとは、3DCGなどデジタル画像において、斜めの線や曲線を表示するときにオブジェクトの縁に生じるぎざぎざ(ジャギー)や、それらが動いて波打ったように見えるといった現象(クロウリー)を目立たなくする処理のことである。
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エイリアシングが発生する原理 |
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ジャギー |
クロウリー |
ゲーム開発において、かつてはGPUのコンピューティングパワーが十分でなかったために、オブジェクトの描画やテクスチャ、シェーディングといった処理にGPUパワーが使い切られてしまい、アンチエイリアシングまで手が回らなかったが、近年ではGPUのパワーが上がり、アンチエイリアシングが広く適用される状況になってきた。しかし、それに伴い、アンチエイリアシングの品質向上が課題になってきたという。
具体的には、解像度を変更させない場合には、オブジェクトの縁(エッジ)周辺の色をならすことによって、エッジを目立たなくし、なだらかに見せるという処理を行っている。
SSAAとMSAA
アンチエイリアシングの技法はさまざまで、竹重氏はまず代表的なアンチエイリアシング技法として、Supersampling Anti-Aliasing(SSAA)を紹介。SSAAはピクセルを2つ、あるいは4つ、8つと複数のサブピクセルに分解し、それぞれのピクセルにおいて色の計算を行う。その計算結果により色を混ぜて、平均化する。
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SSAAの原理 |
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SSAAは、サブピクセルのサンプリング数を増やすことで高画質を得られるが、同時にすべてのサブピクセルに対して計算を行うので、処理が重くなるという課題を持っている。
この課題を解決したとして、次に竹重氏が紹介したのはMultisample Anti-Aliasing(MSAA)。MSAAは、対象のピクセルを複数のサブピクセルに分割するところまでは、SSAAと同様の処理を行うが、実際の計算内容に違いがある。
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MSAAの原理 |
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MSAAの場合、色の計算はピクセル中央部の1回のみ行い、サブピクセルについて、手前に描かれているものを算出する奥行きテストをそれぞれ実行してオブジェクトのエッジを検出する。得られた結果から、色を混ぜてして平均化を行う。
MSAAは、SSAAと比べてシェーディングの計算をピクセルに対して1回しか実行していないので、GPUパワーをそれほど必要としないことが利点だが、サブピクセルの奥行きしか見ていないので、オブジェクトの中にあるテクスチャーのジャギーには対応できないという課題もある。
FXAA
続いて、竹重氏はFast Approximate Anti-Aliasing(FXAA)を紹介。FXAAはサブピクセルを使わないアンチエイリアスの技法で、通常のレンダリングを行ってから、ピクセルごとに周辺ピクセルとの輝度差を計算、エッジの向きと長さについて仮定を立てて、このエッジについて、周辺のピクセルと色をブレンドして、色を平均化する。
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FXAAの原理 |
FXAAでは、MSAAで適用されないテクスチャ部分のジャギーも低減できる。
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アンチエイリアスを欠けていない状態。左上の窓枠や照準にジャギーが発生している |
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MSAAでアンチエイリアスを行ったもの。窓枠のジャギーは軽減したが、照準はテクスチャで描かれているため、この部分のジャギーに対応できていない |
FXAAでアンチエイリアスを行ったもの、FXAAの場合はテクスチャのジャギーにも対応できるため照準のジャギーが軽減している |
TXAA
次に紹介されたのが、同社の最新技術であるTXAAで、TXAAではMSAAよりもより低負荷で高画質を実現するという。例えば2つのサブピクセルを使ったTXAAでは、4つあるいは、8つのサブピクセルを使ったMSAAよりも負荷が軽く高画質になるとしている。
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TXAAではより低負荷で高画質を実現するとしている |
TXAAではMSAAの持ついくつかの課題を解消している。例えばMSAAの場合、ピクセルごとに色の計算と平均化を行っているが、となりのピクセルがどんな色になっているのか判断していない。静止画の場合は問題ないのだが、常にオブジェクトが動いているゲームの場合、アンチエイリアスが行われているところとそうでないところで、コントラストの差ができてしまう。このコントラストの差がジャギーなどのエイリアスとして目に映ってしまうことになる。TXAAでは、ピクセルの境界を越えて大きな範囲を参照して計算することで、この問題に対処している。
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TXAAではMSAAの課題を解消する |
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また、通常のMSAAはHDR(High Dynamic Range)といった明るすぎるシーンのレンダリングに対応できていないという。HDRではないLDR(Low Dynamic Range)レンダリングでは、γ=1/2.2曲線にそった値を使ったフィルターをかけることで、人間の目に自然に見える明るさで描画しているが、HDRの場合はリニアな直線でフィルターを×必要がある。TXAAでは正弦波の曲線を使うことで、大きい輝度のピクセルが近づいてきたら少しずつ色を混ぜるという手法を採用している。
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TXAAでは輝度の高いシーンで発生するエイリアシングも軽減できる |
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また、時間に対してもデータを持っており、前のフレームの結果を参照することでさらに高画質化を行っているという。
ゲーマー向けキャンペーンを実施
TXAAは、2012年11月22日に日本国内でも発売された「コール オブ デューティ ブラックオプスII」や2012年12月21日に発売が予定されている「アサシン クリード3」といったゲームで活用されている。
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実際にゲーム内で適応されるTXAA。TXAAの場合「ぼけて見える」という指摘もあるが、竹重氏は「シャープな画が好きな人はMSAA、アンチエイリアスが効いた画が好きな人はTXAAと好みに合わせてユーザーに選択してもらう」としている |
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NVIDIAでは「やっぱりゲームはGeForce GTX 2012キャンペーン」と題したキャンペーンを実施。11月26日からマウスコンピュータやTSUKUMOブランドなどのPCメーカーから発売する「Geared for Gaming PC」購入者を対象に、先着でNVIDIAのロゴが入ったオリジナルバッグがプレゼントされる。
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「やっぱりゲームはGeForce GTX 2012キャンペーン」を実施 |
また、「コール オブ デューティ ブラックオプスII」や「アサシン クリード3」の推奨スペックPCのほか、カードベンダからオリジナルパッケージのグラフィックスカードの発売も予定されている。
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「コール オブ デューティ ブラックオプスII」や「アサシン クリード3」の推奨スペックPCの発売が予定されている |
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