Alisado a Pantalla Completa

Desde que existen gráficos hechos por ordenador, un defecto visual se ha convertido en un dolor de cabeza para todos los diseñadores que trabajan con ellos: el aliasing. A continuación de qué se trata este defecto y qué técnicas se han venido desarrollando para su posible solución. La principal y más reciente es el Alisado a Pantalla Completa.Si se fijan bien, cada elemento de la pantalla no está perfectamente definido. Las fuentes, los iconos, los gráficos… todos sufren de un mismo problema: los bordes imperfectos. Si bien en monitores de 14 y 15 pulgadas y a resoluciones estándar se disimulan bastante, no ocurre lo mismo en los dispositivos de este estilo más grandes que los mencionados. En pocas palabras, el aliasing -la denominación a esta problemática- siempre se encuentra presente, pero se nota de sobremanera al utilizar una resolución menor a la nativa del monitor. La mayoría de vosotros seguramente lo haya oído con denominaciones tales como dentado, serrucho y similares.

Partiendo de la idea de que la imagen perfecta está compuesta por infinitos puntos cuadrados, sale a relucir el por qué de la existencia del aliasing. En cada una de las curvas que presenta un elemento en pantalla, nunca van a ser suficientes los pixeles para lograr que sean perfectas, teniendo en cuenta la forma cuadrada de cada píxel. A mayores resoluciones, más suaves y definidas, pero nunca llegan al ideal. Afortunadamente, existen algunas técnicas que ayudan a superar este inconveniente, que describiremos en las siguientes líneas.

Volviendo al tema de la imagen ideal, aquí vale la pena ahondar de manera más profunda. Comúnmente, la representación de las imágenes se logra a través de funciones f(x, y), donde x e y son valores de coordenadas. Considerando que las funciones pueden llegar a ser infinitas, es necesario hacer una simplificación de las mismas para que los dispositivos proyectores (monitores, televisores, etc.) puedan mostrar la imagen en pantalla.

La forma más directa de simplificar es tomar una muestra de dicha imagen por cada par de coordenadas de un píxel, o sea, en función del mismo. Lejos de ser lo más efectivo, este método produce deformaciones visuales bien marcadas. Según la perspectiva utilizada, los pixeles de cierto sector de la pantalla se “mezclan”, produciendo un aliasing conocido como el efecto Moiré.

Otra manera surge al utilizar un área rectangular en la zona aledaña a cada píxel, haciendo que se genere una intensidad promedio entre la que aportan todos los pixeles afectados por el rectángulo. Entran en juego los valores de color y su porcentaje de aparición en el área, se realiza el promedio correspondiente y se aplica sobre los bordes procesados. Así, el efecto resultante mejora la calidad visual, no en las proporciones deseadas, pero si lo suficiente como para ser útil. Esta técnica se aplica, generalmente, a las fuentes, las cuales no necesitan un gran tratamiento en este sentido al ser figuras bastante simples.

Las primeras formas de alisado aplicadas en el procesamiento de escenas tridimensionales se basaron en el método Supersampling. Su funcionamiento requiere, como muchos de ustedes sabrán, de un poder de cálculo considerable. En primer lugar, dibuja la imagen a una resolución mucho más grande a la que saldrá por pantalla, para poder llevar a cabo el tratamiento del color dentro de cada píxel y lograr un valor promedio acuerdo a las circunstancias. En el interior de cada uno, realiza un división del mismo en varios sub-pixeles, y toma muestras (samples) del color de éstos para llegar a dicho promedio. Existen diferentes criterios para completar este proceso, que describiremos a continuación:

* Adaptive supersampling: considerando que la mayoría de los pixeles en pantalla no necesitan tomarse en cuenta para el supersampling, esta modalidad reconoce cuando se da una situación de este estilo y evita valioso tiempo de cálculo. ATI, en su familia X1000, puso en práctica una variante del Adaptive supersampling que afecta las texturas “transparentes” y mejora sustancialmente la calidad de imagen.
* Grid supersampling: el píxel se divide en una grilla de n x n subpixeles y, conforme a esta división, se toman las muestras de cada subpixel. A pesar de ser el más rápido, no resulta tan efectivo en la imagen final.
* Random: como el nombre lo indica, los puntos seleccionados son aleatorios. Esto puede producir resultados desbalanceados, como por ejemplo, zonas del píxel demasiado sampleadas y otras sin ningún tipo de muestra.
* Poisson Disc: al igual que el Random, toma muestras de forma aleatoria, pero chequea de que los puntos escogidos no estén muy cerca entre sí para prevenir el desbalanceo del método anterior.
* Jittered: esta variante combina las primeras dos, ya que divide el píxel en distintas partes, y por cada una de ellas obtiene un punto aleatorio de muestra. Su principal característica es su sencilla implementación.

Terminado el proceso de muestreo, la imagen vuelve a acondicionarse a la resolución de salida esperada, habiendo hecho los cálculos necesarios para la aplicación de los nuevos valores de color en los pixeles intervenidos.

Por otra parte, Multisampling (o High-Resolution Anti-Aliasing, otra forma de llamarlo) es ligeramente más sofisticada que Supersampling y, en teoría, ofrece resultados mucho más satisfactorios sin una penalización en el rendimiento demasiado importante. La diferencia más radical con respecto al anterior método es que la GPU está “enterada” del proceso de muestreo, ya que la aplicación del alisado -y todo lo concerniente al mismo- proviene desde este circuito. Cuando esta técnica se dio a conocer, requería de un procesador gráfico poderoso y, por esas épocas, el único capaz de ejecutarla era el GeForce 3. NVIDIA lo llamó Quincunx, y hoy está presente en todos los chips de esta compañía, a partir del modelo recién mencionado. Para poner un punto de comparación, los beneficios al aplicar Supersampling 4x y Quincunx 2x son casi idénticos.

Con las configuraciones de procesamiento de gráficos en paralelo que están disponibles en la actualidad, el poder de cálculo necesario para realizar un buen alisado a pantalla completa (FSAA, siglas en inglés de Full Screen Anti-Aliasing) no es un problema tan grave. Las dos empresas más importantes del rubro, NVIDIA y ATI, han incluido nuevas opciones para ejecutar esta función y lograr una calidad de imagen superior.

Por el lado de la creadora del GeForce, dicha función de alisado se conoce como SLI Anti-Aliasing. En el panel de control de los controladores figura como un modo de renderizado y, efectivamente, lo es. Además, resulta independiente del API utilizada: no importa si el juego funciona bajo Direct3D u OpenGL, el SLI Anti-Aliasing se encargará de cumplir su labor.
Al activar SLI AA, la carga de procesamiento se divide entre las dos placas, teniendo cada una que renderizar la mitad de las muestras necesarias, para luego combinar el trabajo y entregar la imagen final. Por dar un ejemplo, el modo SLI AA 8x no es otra cosa que la doble aplicación del Multisampling 4x, uno por cada placa, con la diferencia que las muestras en cada caso están desplazadas (para poder diferenciarlas). El resultado es equivalente al conocido modo Anti-Aliasing 8xS. Mientras tanto, con el SLI AA 16x ocurre algo similar, sólo que se realizan dos procesos en paralelo del AA 8xS. Ahora… ¿qué diferencia hay entre SLI AA 8x y activar el AA 8xS con dos placas en SLI? En la primera, ambas placas actúan por separado aplicando Multisampling 4x, en tanto que, en el segundo, se comportan como una sola para lidiar con un AA de ocho muestras. NVIDIA asegura que con SLI AA 8x se obtienen mayores ganancias a nivel general.

En cuanto a ATI y su sistema CrossFire, el nombre del modo encargado de alisar los bordes es CrossFire Super Anti-Aliasing. No hay que confundirlo con el método Supersampling AA, que fue el que comentamos en el apartado anterior. El Super AA es una combinación de las tecnologías Supersampling y Multisampling. Es por ello que el modo Super AA 10x corresponde a Multisampling 8x y Supersampling 2x. Lo mismo ocurre con la opción de 14x, donde se distribuye 12x del primero y 2x del segundo. El trabajo de aplicación de Super AA se divide entre las dos tarjetas, encargándose cada una de uno de los métodos planteados. A juzgar por las imágenes que muestran esta técnica de alisado de ATI en acción, todo parece indicar que el premio a mejor calidad gráfica queda del lado canadiense.

A pesar de todo lo que relatamos a lo largo de este informe, la disyuntiva va a continuar siendo la misma: ¿Subimos la resolución para evitar los “serruchos” o aplicamos el alisado a pantalla completa? ¿En cuál de las dos situaciones se obtiene la mejor relación calidad visual-rendimiento? Como describíamos al principio del artículo, todo depende del dispositivo proyector (en nuestro caso, el monitor) y de cuanto se noten las imperfecciones en los bordes. A mayor cantidad de pulgadas, mayor aliasing en resoluciones estándar (640×480 y 800×600). Más allá de los 1280×1024 pixeles, sólo en algunos pocos juegos se percibe la diferencia al aplicar o no el alisado, en cualquiera de sus variantes. Y claro, cuanto mayor es la resolución, más marcado es el impacto que tiene en el rendimiento la utilización de estas técnicas.

En definitiva, podríamos decir que el alisado a pantalla completa sigue siendo una función reservada para la gama media-alta y alta del sector gráfico. Si bien la mejora visual que producen es asombrosa, la mayoría de los usuarios tiende a preferir un desempeño más fluido y dejarla desactivada. Y hasta que no surja una técnica que supere todos los inconvenientes relatados con las distintas formas de este filtro, esta opción quedará reservada para el rango de mercado antes mencionado y las tarjetas de última generación.