時間的アンチエイリアシング: 祝福か呪いか?

良くも悪くも、テンポラル アンチエイリアシング (TAA) は今日のゲームの画質を決定する要素となっていますが、それは祝福なのか、呪いなのか、あるいはその両方なのでしょうか。どちらの方法でスライスしても、それはここに残ります。それでは、それは何ですか、なぜこれほど多くのゲームがそれを使用するのでしょうか、そして、すべてのぼやけは何ですか?ある時点では、TAA はまったく存在しませんでしたが、どのようなアンチエイリアシングの方法が使用されていましたか?また、なぜ現在は使用されなくなったのでしょうか?

90 年代後半から 2010 年頃までの約 10 年間、最良のアンチエイリアシングは SSAA (スーパー サンプル アンチエイリアシング) でした。原則は非常に単純です。ギザギザを除去するには、GPU リソースをデプロイして画像をはるかに高い解像度でレンダリングしてから、ダウンスケールしました。 1080p 画面上の 8x SSAA は内部的に 8K (!) で効果的にレンダリングされ、代わりに 4x SSAA は 4K からダウンスケールされました。これは強引な方法であり、サブピクセルの分裂がほとんどなく、鮮明なエッジを備えた安定した画像を提供します。 PS4 Pro と Xbox One X が登場したとき、ソニーとマイクロソフトはゲーマーに 4K の夢を売り込んだだけでなく、高解像度でレンダリングしてからダウンスケーリングすることによる SSAA による画質のメリットも売り込みました。

ただし、総当たりアプローチでは、膨大な量の GPU リソースが必要になります。 RTX 3070 で Crysis 3 を使用すると、ネイティブ 1080p は CPU の制限を受けることなく、毎秒 200 フレーム近くで実行されます。ただし、4x SSAA では 70fps に低下し、8x SSAA ではわずか 19fps に低下します。

ソリューション？ MSAA、またはマルチサンプル アンチエイリアス。 MSAA は SSAA に似ていると考えることができますが、大きな違いが 1 つあります。それは、ジオメトリのみがスーパーサンプリングされるということです。私たちの知る限りでは、Nvidia の 8800 GTX は 8x MSAA をサポートする最初の GPU であり、当時の例である The Ellder Scrolls: Oblivion を見ると、8x MSAA で実行するとパフォーマンスの約 35 パーセントが失われます。これは、スループットの 90% を失った RTX 3070 Crysis 3 の例と大幅には異なりますが、まったく同じではありません。 SSAA と同様、品質モードもあるので、2x または 4x を使用すると、ギザギザの軽減は少なくなりますが、パフォーマンスへの影響は少なくなります。しかし、時間の経過とともに MSAA は消滅し、現在ではごく少数のタイトルのみが MSAA を使用しています。

これにはいくつかの理由があります。 1 つ目は遅延レンダリングによるもので、これは高パフォーマンスの方法でレンダリングの複雑さを増大させる手法です。遅延レンダリングの効果の例としては、遅延ライティングを使用するゲームで画面上の可視光の量が大幅に増加することが挙げられます。PS3 時代の Killzone 2 がそれを使用した最初のゲームではありませんが、主な例としてよく引用されます。 。 MSAA は据え置きパイプラインに統合できますが、メモリ使用量と同様に開発者へのコストも多大でした。

Crysis 3 は遅延レンダリングと MSAA をサポートしていますが、ゲームでの一般的な使用の終焉を意味するいくつかの問題を浮き彫りにしています。そのゲームで MSAA を 8x にすると、1080p ではフレーム レートがほぼ半分になり、4K ではさらに悪くなります…そして、アンチエイリアシングの実際の結果は説得力に欠けるものでした。 MSAA はジオメトリに作用しますが、ピクセル シェーディングによってゲームのビジュアル メイクがより明確に定義されるため、ジオメトリの重要性は低くなります。 Doom 3 で普及したノーマル マップのような要素は、ゲームのライティングとオブジェクトのディテールがジオメトリよりもテクスチャによって左右されることを示しました。ボリューム ライティングやスクリーン スペース アンビエント オクルージョン (SSAO) などのエフェクトも、MSAA では適切に動作しませんでした。 Crysis 3 に戻ると、エッジ スムージングは​​まだ存在していましたが、スペキュラー エイリアシング (光沢のあるビット!) は対処されておらず、見た目は貧弱でした。

FXAA や SMAA などの一時しのぎの手段が登場しました。これらは、シーンがすでにレンダリングされた後に目に見えるエッジを探し、それらのエッジをぼかしたり柔らかくしたりする効果的なポストプロセス ソリューションです。これは多くのシナリオでの改善であり、GPU リソースへの使用量は比較的小さいですが、画像は確実に柔らかくなり、履歴については考慮されません。つまり、フレームごとに異なる処理を行うと視覚的な不連続性が生じる可能性があります。そしてここが TAA の始まりです。

時間的アンチエイリアスはスーパー サンプリングの別の形式ですが、はるかに大きな画像からダウンスケーリングする代わりに、前のフレームのデータが現在のフレームに再投影されます。正常に動作する場合、SSAA と同様の動作が行われ、あらゆるタイプのすべてのジャギーがクリーンアップされます。 MSAA がシェーダー エイリアシングで壊れる場合、テンポラル AA はそれを非常にうまくクリーンアップし、まったく機能しない可能性がある MSAA よりもはるかに滑らかなイメージを作成します。 TAA はスーパー サンプリングのように機能するため、ジオメトリでまったく構成されていないものにも影響を与える可能性があります。 Control では、ゲーム内のレイ トレーシング エフェクトに適切なエッジのスムージングとクリーンアップが行われますが、MSAA ではこれは決して起こりません。現時点での TAA の究極の形式は、Nvidia の DLAA (実質的にネイティブ解像度での DLSS レンダリング) であり、実際には標準のスーパー サンプリングよりもはるかに優れた外観を実現できます。

TAA のこの優れたスーパー サンプリング特性は、開発者によってすぐに活用され、場合によってはパフォーマンスが向上しました。反射、ボリュメトリック ライティング、シャドウ フィルタリング、アンビエント オクルージョン、ヘア レンダリングなどのエフェクトは、より低い解像度でレンダリングされ、TAA が以前のフレームからデータを集約してエフェクトを「仕上げ」て初めて実際に「完全」になります。開発者は TAA を使用して、ゲーム内のギザギザのエッジをクリーンアップするだけでなく、ゲームの効果を最適化し、品質の手抜き部分を隠します。ただし、ここでのマイナス点は明らかです。TAA を使用したくない場合はオフにできますが、低解像度の効果が目立ちやすく、見た目が適切ではありません。

ただし、その効果は驚異的である可能性があり、純粋なアンチエイリアシングの観点から見ても、TAA のコストは比較的わずかです。たとえば、Deus Ex: Mankind Divided では、TAA 計算に費やされるフレーム時間はわずか 3% です。この技術は、以前の技術よりもパフォーマンスが向上し、アンチエイリアシングが優れているという利点だけを単独で見ると信じられないほど素晴らしいように思えますが、問題もあります。画像の鮮明さも明らかにその 1 つです。 TAA はソフトな画像を解決します。

TAA の重要な問題は、柔らかくなった画像を解決することです。これの一部は、アンチエイリアシングの性質にすぎません。技術的には、SSAA にも軟化要素があります。ただし、すべてのアンチエイリアスがどのように画像を柔らかくするかを考慮しても、TAA はその効果を達成するために画像をわずかにジッタリングすることで前のフレームからの情報を統合する方法により、本質的にさらにソフトになります。 TAA は通常、デフォルトで他のアンチエイリアシング技術よりもソフトに解決します。これが快適にソフトであると感じることもあれば、煩わしいほどぼやけていると感じることもあります。

これの大きな側面は、画面からの距離と、ゲームが実行されている解像度の高さです。画面から離れている場合は、柔らかさに気づかない可能性があり、TAA のマクロな側面だけを理解することができます。ただし、近づくと柔らかさが増幅され、より明白になります。画面解像度が低い場合、その柔らかさはさらに顕著になります。 1080p ディスプレイ ユーザーの状況は 4K よりもはるかに悪く、私は 4K でのソフト化は問題ではないと考えています。

TAA の良し悪しを左右する画面の距離と解像度のこの側面が、TAA の一般的な問題の鍵となります。コンソール ゲームをプレイする人は、数メートル離れた高解像度テレビでプレイすることが多く、そのような距離では柔らかさはあまり目立ちません。ただし、PC では、多くの人が画面にかなり近づいて、低解像度でプレイしていることがよくあります。したがって、ゲームの開発者がコンソールのエクスペリエンスに基づいてゲームの画質オプションのバランスをとった場合、低解像度で画面に近づいている多数の PC ユーザーは、主観的にはよりソフトなエクスペリエンスを得る可能性があり、TAA の欠陥がより顕著になる可能性があります。 。

TAA のもう 1 つの問題は、動きに応じてぼやけてしまうことです。これについては、ビデオで簡単に説明します。 Halo Infinite の TAA は、画面が動いたときに画面がぼやけるものの 1 つですが、カメラが動いているときに画面がぼやける動作は、ほぼすべてのタイプの TAA で見られます。これは実際にはバグではなく、機能です。どの程度気づくかは、繰り返しになりますが、主観的なものですが、解像度が低くなり、画面に近づくほど、より気づくようになります。また、動作速度に応じて変化するため、ジョイパッド ユーザーよりもマウス ユーザーの方が大きな影響を受けると思います。

TAA のもう 1 つの側面は、フレーム レートに依存することです。フレーム レートが高いほど、サンプリングされたフレームの間隔が近くなり、再投影計算のエラーが少なくなり、画像の完全性が高くなります。高フレーム レートでゲームをプレイする場合、これはプラスの側面とみなされる可能性がありますが、TAA の有用性が偏り、グラフィックスを求める特定のゲーム タイプには TAA が適用されにくくなるとも言えます。 TAA のもう 1 つのあまり好ましくない側面は、画像内に目に見えるジッターが発生する可能性があることですが、最もひどいアーティファクトはゴーストです。これは通常、TAA の一定の状態ではありませんが、ほぼすべての TAA タイプでこれが可能であり、私は Digital Foundry のゲームをあらゆる解像度でレビューしてきた長年の中で、そのような動作に何百回も遭遇しました。 TAA の頂点である Nvidia の DLSS でも、この問題が発生する可能性があります。

では、TAAは祝福なのか、それとも呪いなのか？つまり、TAA がなければ、リアルタイム グラフィックスは現在のところまで進歩することはできなかったでしょう。 『サイバーパンク 2077』のような AAA ゲームにおけるリアルタイム パス トレーシングのような成果は、TAA がもたらしたコンセプトがなければ存在しなかったでしょう。コンソール側では、TAA がなければコンソールの世代間の違いは非常にわずかになるということも意味します。 TAA が存在しない場合、ギザギザのエッジをクリーンアップすることに多くの計算能力が費やされ、ライティングやジオメトリなどの改善が行われないことになります。 Xbox または PlayStation で実行される『マトリックス覚醒』のデモは、エピックの TSR ソリューション (事実上、DLSS を独自に取り入れたもの) なしでは不可能でした。

すべての問題について、私は TAA を素晴らしいものだと考えています。しかし、私は単なる 1 つの声であり、私の声を超えて聞こえるべき多数の声があります。たとえば、私は 4K で多くのゲームをプレイしていますが、これが私の経験の基礎となっており、TAA の主要な問題のほとんどは目立たなくなりますが、1080p などの低解像度でプレイすると、TAA の欠点がより明白になります。 Steam ハードウェア調査によると、膨大な数のユーザーが 1080p でゲームをプレイしているため、これは非常に重要です。

また、ゴーストやブラーなどの TAA の欠点は 1080p ではより明らかになるため、業界は TAA をゲームにブラーを追加する他のオプションと同様に扱うことができると思います。 TAA は、乗り物酔いする人のためのアクセシビリティ オプションであるモーション ブラーを常にオフにできるようにするのと同じように、オフにできる必要があります。

さらに、TAA を使用したくないユーザーが利用できる、シンプルで標準的な代替手段が必要だと強く思います。たとえば、Nixxes によるスパイダーマンの PC 移植では、それらのゲームは間違いなく PlayStation 用の TAA を中心に設計されていますが、必要に応じてそれをオフにしたり、単純なポストプロセス アンチエイリアスを使用したりできます。確かに、FXAA や SMAA はギザギザのエッジをクリーンアップするのがあまり得意ではありませんが、何もしないよりはマシであり、代替手段として使用するのが簡単です。

TAA をオフに切り替えることができる最後の理由は、将来のスケーリングによるものです。現時点では、TAA は主に利便性のために存在していますが、10 年後には、おそらくユーザーはゲームをスーパー サンプリングすることを好むようになるでしょう。この記事をまとめるにあたり、RTX 4090 で SSAA を使用して美しく実行できる古いタイトルをいくつかロードしました。そのため、おそらく開発者は、将来のより高性能なハードウェアでのゲームの将来性を保証するために、TAA をオフにできるようにする必要があります。

しかし、短期的には、TAA は存続します。ハードウェアによるパフォーマンスのスケールアップがもたらす利益は減少の一途をたどる世界では、世代の飛躍からより多くの成果をもたらすソフトウェア ソリューションに重点が移っています。そして、TAA は最先端技術を高める強力なツールです。