cedec 2009　imagire day 2009

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Imagire Day 2009

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続・レンダリスト養成講座続・レンダリスト養成講座シリコンスタジオ株式会社シリコンスタジオ株式会社

川瀬正樹川瀬正樹

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アンチアンチ縮小バッファアーティファクト縮小バッファアーティファクト

4Imagire DayImagire Day コンテンツへ

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• 縮小バッファ縮小バッファ• 縮小バッファアーティファクト縮小バッファアーティファクト• 目標目標• 縮小バッファブラー縮小バッファブラー• マッハバンドマッハバンド• 曲線補間による拡大曲線補間による拡大• 縮小バッファ拡大ブラー縮小バッファ拡大ブラー• 被写界深度エフェクトへの応用被写界深度エフェクトへの応用• 縮小ブレンドバッファＰＣＦ縮小ブレンドバッファＰＣＦ

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縮小バッファ縮小バッファ

続・レンダリスト養成講座続・レンダリスト養成講座アンチ・縮小バッファアーティファクトアンチ・縮小バッファアーティファクト

縮小バッファの背景縮小バッファの背景

• 近年の近年の CGCG 技法はピクセル負荷が高い技法はピクセル負荷が高い– ポストエフェクトポストエフェクト

• 数十回に及ぶ全画面の塗りつぶし数十回に及ぶ全画面の塗りつぶし– 大量の半透明パーティクル大量の半透明パーティクル

• ⇒⇒ フィルがボトルネックとなることが多フィルがボトルネックとなることが多いい

縮小バッファの概要縮小バッファの概要

• フレームバッファより小さいサイズで処フレームバッファより小さいサイズで処理理– 塗りつぶし面積を小さくすることで高速化塗りつぶし面積を小さくすることで高速化– ½×½ ½×½ なら４倍高速に処理可能なら４倍高速に処理可能– ¼×¼ ¼×¼ なら１６倍高速に処理可能なら１６倍高速に処理可能

縮小バッファの特徴縮小バッファの特徴

• メリットメリット– 面積に応じて処理が高速化面積に応じて処理が高速化

• デメリットデメリット– 固定のオーバヘッド固定のオーバヘッド

• 縮小／拡大処理など縮小／拡大処理など– 解像度不足によるアーティファクトの発生解像度不足によるアーティファクトの発生

縮小バッファに向いた処理縮小バッファに向いた処理

• フィルがネックとなる処理フィルがネックとなる処理• 低解像度化による問題が目立たないもの低解像度化による問題が目立たないもの

– 比較的表面化しにくいもの比較的表面化しにくいもの

• 典型的な使い方典型的な使い方– ポストエフェクトポストエフェクト– 半透明描画（特にパーティクル）半透明描画（特にパーティクル）– etc.etc.

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縮小バッファアーティファクト縮小バッファアーティファクト

縮小バッファのアーティファク縮小バッファのアーティファクトト• 低解像度に起因する画質低下低解像度に起因する画質低下• 情報量が少ない状態から拡大するため情報量が少ない状態から拡大するため• 縮小バッファは本質的にこの問題をもつ縮小バッファは本質的にこの問題をもつ

アーティファクトの例アーティファクトの例

• グレアエフェクトの場合グレアエフェクトの場合– 縮小バッファでグレア生成縮小バッファでグレア生成– バイリニア補間でフレームバッファサイズにバイリニア補間でフレームバッファサイズに

拡大拡大

グレア生成結果（グレア生成結果（ 1/8×1/81/8×1/8 サイサイズ）ズ）

バイリニア補間による拡大バイリニア補間による拡大

グレアエフェクトの例グレアエフェクトの例

• さまざまな解像度で生成したグレアさまざまな解像度で生成したグレア• 縮小バッファのサイズ縮小バッファのサイズ

– 1/2×1/21/2×1/2– 1/4×1/41/4×1/4– 1/8×1/81/8×1/8

1/2×1/21/2×1/2

1/4×1/41/4×1/4

1/8×1/81/8×1/8

解像度不足によるエイリアス解像度不足によるエイリアス

1/2 1/2 縮小バッファ縮小バッファ 1/4 1/4 縮小バッファ縮小バッファ 1/8 1/8 縮小バッファ縮小バッファ

鋭さ／きめ細かさの表現力低下鋭さ／きめ細かさの表現力低下

1/2 1/2 縮小バッファ縮小バッファ 1/4 1/4 縮小バッファ縮小バッファ 1/8 1/8 縮小バッファ縮小バッファ

1/8×1/8 1/8×1/8 別のタイプのグレア別のタイプのグレア

マッハバンド現象マッハバンド現象

格子状に明るい線（帯）や暗い線があるように見える格子状に明るい線（帯）や暗い線があるように見える

縮小バッファアーティファクト縮小バッファアーティファクト

• 解像度不足によるエイリアス解像度不足によるエイリアス• 鋭さ／きめ細かさの表現力低下鋭さ／きめ細かさの表現力低下• マッハバンドマッハバンド• etc.etc.

• 縮小バッファが小さいほど目立つ縮小バッファが小さいほど目立つ

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目標目標

動機動機

• 縮小バッファはとにかく画質が低い！縮小バッファはとにかく画質が低い！– この低解像度感をなんとかしたい！この低解像度感をなんとかしたい！

• できるだけ小さい縮小バッファを使いたできるだけ小さい縮小バッファを使いたいい– 高速化のため高速化のため– 小さい縮小バッファほどアーティファクトが小さい縮小バッファほどアーティファクトが

目立つ目立つ– 縮小バッファのサイズを視認させたくない縮小バッファのサイズを視認させたくない

目標とするところ目標とするところ

• アーティファクトを軽減したいアーティファクトを軽減したい– 解像度が低いため本質的な解決は不可能解像度が低いため本質的な解決は不可能

• 基本的にはごまかし処理となる基本的にはごまかし処理となる• パフォーマンス低下は最小限でパフォーマンス低下は最小限で

– あまり遅いと縮小バッファの意味がないあまり遅いと縮小バッファの意味がない– ⇒⇒ 縮小バッファの解像度を上げる方がよい縮小バッファの解像度を上げる方がよい

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縮小バッファブラー縮小バッファブラー

アーティファクトを防ぐにはアーティファクトを防ぐには

• もっとも簡単な方法もっとも簡単な方法– ぼかしフィルタぼかしフィルタ

• 縮小バッファのエフェクト結果を少しぼ縮小バッファのエフェクト結果を少しぼかすかす– 拡大（アップサンプル）前にブラーをかける拡大（アップサンプル）前にブラーをかける

• アップサンプル後のブラーは負荷が高いためアップサンプル後のブラーは負荷が高いため– フレームバッファサイズにバイリニア拡大フレームバッファサイズにバイリニア拡大

わずかなぼかし処理（わずかなぼかし処理（ 1/81/8サイサイズ）ズ）

バイリニアで最終サイズに拡大バイリニアで最終サイズに拡大

拡大アルゴリズムの比較拡大アルゴリズムの比較

• 1/8×1/8 1/8×1/8 サイズ縮小バッファでグレア生成サイズ縮小バッファでグレア生成– バイリニア補間による拡大バイリニア補間による拡大– 縮小バッファブラー縮小バッファブラーバイリニア補間拡大バイリニア補間拡大

• 微妙にぼかしてからバイリニア補間で拡大微妙にぼかしてからバイリニア補間で拡大

バイリニア補間による拡大バイリニア補間による拡大

縮小バッファブラー後バイリニア拡縮小バッファブラー後バイリニア拡大大

縮小バッファブラー縮小バッファブラーバイリニア補間拡大バイリニア補間拡大

縮小バッファブラーの効果縮小バッファブラーの効果

• 空間周波数の高い領域空間周波数の高い領域– 細部がさらにぼけている細部がさらにぼけている– アーティファクトはやや軽減されるアーティファクトはやや軽減される

バイリニア補間バイリニア補間縮小バッファブラー縮小バッファブラー

• 空間周波数の低い領域空間周波数の低い領域– マッハバンドがやや目立たなくなるマッハバンドがやや目立たなくなる

縮小バッファブラーの評価縮小バッファブラーの評価

• 画質面での評価画質面での評価– アーティファクトはやや軽減されているアーティファクトはやや軽減されている– 細部がさらにぼけてしまっている細部がさらにぼけてしまっている

• 速度面での評価速度面での評価– 負荷は極めて少ない負荷は極めて少ない

• 縮小バッファサイズでの極小規模なブラー縮小バッファサイズでの極小規模なブラー• エフェクト全体と比較するとほぼ負荷にならないエフェクト全体と比較するとほぼ負荷にならない

• メリットとデメリットが両方目立つメリットとデメリットが両方目立つ– 強くぼかすとアーティファクトはさらに軽減強くぼかすとアーティファクトはさらに軽減

できるできる– ただしさらに細部がぼけてしまうただしさらに細部がぼけてしまう

バイリニア補間バイリニア補間縮小バッファブラー縮小バッファブラー縮小バッファブラー（強）縮小バッファブラー（強）

• ⇒⇒ 実用性は微妙実用性は微妙

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マッハバンドマッハバンド

視覚の特性視覚の特性

• 明るさの変化を強調して知覚する明るさの変化を強調して知覚する– 変化する場所を実際の差以上に強く感じる変化する場所を実際の差以上に強く感じる

• 典型的なケース典型的なケース– 明るさが非連続明るさが非連続– 明るさの変化率（一階微分）が非連続明るさの変化率（一階微分）が非連続

シュブルール錯視シュブルール錯視

• 明るさが非連続に変化明るさが非連続に変化– 隣接する色との差が強調されて見える隣接する色との差が強調されて見える

このような階調変化はこのような階調変化はこのように知覚されるこのように知覚される境界部分の輝度差が強調境界部分の輝度差が強調

マッハバンドマッハバンド

• 明るさが連続でも滑らかに見えにくい明るさが連続でも滑らかに見えにくい– 明るさの階調が変化している場合明るさの階調が変化している場合– 傾斜の終端部分の外側に本来存在しない明る傾斜の終端部分の外側に本来存在しない明る

さの帯があるように見えるさの帯があるように見える

このような階調変化はこのような階調変化はこのように知覚されるこのように知覚される本来より本来より暗い帯暗い帯

本来より本来より明るい帯明るい帯

本来より本来より暗い帯暗い帯

本来より本来より明るい帯明るい帯

バイリニアに補間によるマッハバンバイリニアに補間によるマッハバンドド

• バイリニア補間で拡大した画像バイリニア補間で拡大した画像– 明るさは連続明るさは連続

• 折れ線のような変化折れ線のような変化– 変化率は非連続変化率は非連続

このような階調変化このような階調変化このように知覚このように知覚グレアに格子状の輝線や暗線が感じられるグレアに格子状の輝線や暗線が感じられる

勾配差の軽減勾配差の軽減知覚の変化知覚の変化

画像の変化画像の変化

• 変化率はややなだらかになる変化率はややなだらかになる– マッハバンドはやや軽減されるマッハバンドはやや軽減される

• 明るさ変化（折れ線）の性質は変わらな明るさ変化（折れ線）の性質は変わらないい– 本質的な軽減策にはなっていない本質的な軽減策にはなっていない– 目立ちにくくなるがしっかり残っている目立ちにくくなるがしっかり残っている

マッハバンドを防ぐにはマッハバンドを防ぐには

• 階調が変化する場所を滑らかに階調が変化する場所を滑らかに– 少なくとも明るさの変化率が連続少なくとも明るさの変化率が連続

• C1C1級以上滑らかであること級以上滑らかであること• つまり折れ線になっていないことつまり折れ線になっていないこと

またはまたは

• 明るさの変化（折れ線）の間隔を狭く明るさの変化（折れ線）の間隔を狭く– たとえ折れ線でも間隔が狭ければ目立ちにくいたとえ折れ線でも間隔が狭ければ目立ちにくい

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曲線補間による拡大曲線補間による拡大

より高次（曲線）の補間はどうより高次（曲線）の補間はどうか？か？• バイキュービック（バイキュービック（ Bi-cubicBi-cubic ）補間）補間• ｎ次ランツォシュ（ｎ次ランツォシュ（ Lanczos-nLanczos-n ）補間）補間• etc.etc.

補間関数補間関数

Bi-cubicBi-cubicBi-linearBi-linear

Lanczos-3Lanczos-3Lanczos-2Lanczos-2

• 1/8×1/8 1/8×1/8 サイズ縮小バッファでグレア生成サイズ縮小バッファでグレア生成– バイリニア補間による拡大バイリニア補間による拡大– 縮小バッファブラー縮小バッファブラーバイリニア補間拡大バイリニア補間拡大– バイキュービック補間による拡大バイキュービック補間による拡大

バイリニア補間（バイリニア補間（ 1/8×1/81/8×1/8 サイサイズ）ズ）

バイキュービック補間（バイキュービック補間（ 1/81/8ササイズ）イズ）

縮小バッファブラー（縮小バッファブラー（ 1/81/8サイサイズ）ズ）

バイキュービック補間による効バイキュービック補間による効果果• 画像の性質によっては大きな効果画像の性質によっては大きな効果

– 空間周波数の高い領域空間周波数の高い領域– 細部が綺麗に拡大される細部が綺麗に拡大される

バイリニア補間バイリニア補間バイキュービック補間バイキュービック補間

バイキュービック補間による効バイキュービック補間による効果果• エッジ強調の特性をもつエッジ強調の特性をもつ

– 変化のなだらかな領域では逆効果変化のなだらかな領域では逆効果• 複数ピクセルにわたるグラデーション複数ピクセルにわたるグラデーション

バイリニア補間バイリニア補間バイキュービック補間バイキュービック補間

バイキュービック補間の評価バイキュービック補間の評価

• 空間周波数の高い領域では効果的空間周波数の高い領域では効果的– 縮小バッファブラーよりも遥かによい結果縮小バッファブラーよりも遥かによい結果– 細部の再現力は高い細部の再現力は高い

• 空間周波数の低い領域では逆効果空間周波数の低い領域では逆効果– 複数ピクセルにわたるなだらかなグラデーショ複数ピクセルにわたるなだらかなグラデーショ

ンン– エッジ強調の特性が悪い方向に発生エッジ強調の特性が悪い方向に発生

• マッハバンドが悪化マッハバンドが悪化

マッハバンド悪化の改善策マッハバンド悪化の改善策

• バイキュービックやランツォシュのエッバイキュービックやランツォシュのエッジ強調ジ強調– グレアエフェクトには不向きグレアエフェクトには不向き– ⇒⇒ 正規分布のような関数がよい正規分布のような関数がよい

Bi-cubicBi-cubic GaussianGaussian

• 1/8×1/8 1/8×1/8 サイズ縮小バッファでグレア生成サイズ縮小バッファでグレア生成– バイリニア補間による拡大バイリニア補間による拡大– 縮小バッファブラー縮小バッファブラーバイリニア補間拡大バイリニア補間拡大– バイキュービック補間による拡大バイキュービック補間による拡大– ガウス補間による拡大ガウス補間による拡大

ガウス補間（ガウス補間（ 1/81/8サイズ）サイズ）

ガウス補間による効果ガウス補間による効果

• 空間周波数の高い領域空間周波数の高い領域– アーティファクトは軽減されているアーティファクトは軽減されている– 若干ぼけている若干ぼけている

バイリニア補間バイリニア補間ガウス補間ガウス補間

ガウス補間による効果ガウス補間による効果

• 空間周波数の低い領域空間周波数の低い領域– 非常に高い効果非常に高い効果– マッハバンドは解消されているマッハバンドは解消されている

バイリニア補間バイリニア補間ガウス補間ガウス補間

ガウス補間の評価ガウス補間の評価

• アーティファクト軽減に高い効果アーティファクト軽減に高い効果– マッハバンドも解消マッハバンドも解消– 細部は若干ぼけている細部は若干ぼけている

• 問題になるほどではない問題になるほどではない– ほぼ理想的な結果を得られているほぼ理想的な結果を得られている

曲線補間の評価曲線補間の評価

• 曲線補間全般での速度評価曲線補間全般での速度評価– 非常に負荷が高い非常に負荷が高い

• バイリニア補間と異なり拡大負荷が高いバイリニア補間と異なり拡大負荷が高い• フレームバッファ解像度の多サンプルフレームバッファ解像度の多サンプル

曲線補間の評価曲線補間の評価

• 関数によっては画質は非常に高い関数によっては画質は非常に高い– グレアにはガウス補間が理想的グレアにはガウス補間が理想的

• よい結果を得るための負荷が非常に高いよい結果を得るための負荷が非常に高い

• ⇒⇒ トータルではあまり実用的とはいえなトータルではあまり実用的とはいえないい

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縮小バッファ拡大ブラー縮小バッファ拡大ブラー

縮小バッファを拡大後にブラー縮小バッファを拡大後にブラー

• 拡大後ブラーなら大きな効果が期待でき拡大後ブラーなら大きな効果が期待できるる– フレームバッファサイズでのブラーは負荷がフレームバッファサイズでのブラーは負荷が

高い高い– ⇒⇒ 縮小バッファの解像度を上げるべき縮小バッファの解像度を上げるべき

• 少し拡大してからブラーならどうか？少し拡大してからブラーならどうか？– ２倍程度にバイリニアで拡大してからブラー２倍程度にバイリニアで拡大してからブラー

２倍程度に拡大後ブラー２倍程度に拡大後ブラー

• 負荷があまり高くない負荷があまり高くない• 縮小バッファブラーよりもクォリティが高い縮小バッファブラーよりもクォリティが高い

– 細部のぼけ方が比較的少ない細部のぼけ方が比較的少ない• より高解像度でのブラーのためより高解像度でのブラーのため

– バイリニアによる輝度の折れ線の幅がせまくなるバイリニアによる輝度の折れ線の幅がせまくなる• マッハバンドにも効果が期待できるマッハバンドにも効果が期待できる

勾配の軽減勾配の軽減知覚の変化知覚の変化

縮小バッファ拡大ブラー縮小バッファ拡大ブラー

• エフェクト結果縮小バッファを倍サイズエフェクト結果縮小バッファを倍サイズに拡大に拡大

• わずかにブラーをかけるわずかにブラーをかける• フレームバッファサイズまでバイリニアフレームバッファサイズまでバイリニア

拡大拡大

バイリニアで倍に拡大（バイリニアで倍に拡大（ 1/41/4ササイズ）イズ）

わずかなぼかし処理（わずかなぼかし処理（ 1/41/4サイサイズ）ズ）

バイリニアで最終サイズに拡大バイリニアで最終サイズに拡大

• 1/8×1/8 1/8×1/8 サイズ縮小バッファでグレア生成サイズ縮小バッファでグレア生成– バイリニア補間による拡大バイリニア補間による拡大– 縮小バッファブラー縮小バッファブラーバイリニア補間拡大バイリニア補間拡大– バイキュービック補間による拡大バイキュービック補間による拡大– ガウス補間による拡大ガウス補間による拡大– バイリニア拡大バイリニア拡大ブラーブラーバイリニア拡大バイリニア拡大

縮小バッファ拡大ブラー縮小バッファ拡大ブラー（（ 1/81/8））

バイリニア補間で２倍に拡大バイリニア補間で２倍に拡大ブラーブラーバイリニア補間拡大バイリニア補間拡大

拡大ブラーの効果拡大ブラーの効果

• 空間周波数の高い領域空間周波数の高い領域– 細部が綺麗に拡大される細部が綺麗に拡大される– ややぼけが強いややぼけが強い

• 拡大前のブラーほどではない拡大前のブラーほどではない

バイリニア補間バイリニア補間拡大ブラー拡大ブラー

• 空間周波数の低い領域空間周波数の低い領域– 滑らかさが改善されている滑らかさが改善されている– マッハバンドが改善されているマッハバンドが改善されている

バイリニア補間バイリニア補間拡大ブラー拡大ブラー

ＧＰＵ実装ＧＰＵ実装

• バイリニアで２倍拡大後に小規模ブラーバイリニアで２倍拡大後に小規模ブラー

バイリニアで拡大後にブラー処バイリニアで拡大後にブラー処理理

小規模なブラーを適用小規模なブラーを適用バイリニアで２倍に拡大してバイリニアで２倍に拡大して

テクスチャフェッチ座標テクスチャフェッチ座標バイリニアの結果サンプリングされるテクセルバイリニアの結果サンプリングされるテクセル

ターゲット（処理中の）ピクセルターゲット（処理中の）ピクセル

縮小バッファテクセル（ソーステクスチャの各テクセル）縮小バッファテクセル（ソーステクスチャの各テクセル）

ＧＰＵ実装時の工夫ＧＰＵ実装時の工夫

• 拡大時に周辺テクセルをサンプル拡大時に周辺テクセルをサンプル– 通常の拡大では１テクスチャフェッチ（４サ通常の拡大では１テクスチャフェッチ（４サ

ンプル）ンプル）– ⇒⇒ 周辺を４テクスチャフェッチ（９サンプル周辺を４テクスチャフェッチ（９サンプル

以上）以上）• オフセット量でブラーの程度を調節できるオフセット量でブラーの程度を調節できる

• ⇒⇒ 拡大と同時にブラーを適用できる拡大と同時にブラーを適用できる– ブラーパスを省略できるブラーパスを省略できる– ２倍サイズのバッファを一枚節約できる２倍サイズのバッファを一枚節約できる

拡大時に周辺テクセルをサンプ拡大時に周辺テクセルをサンプルル

テクスチャフェッチ座標テクスチャフェッチ座標バイリニアの結果サンプリングされるテクセルバイリニアの結果サンプリングされるテクセル

オフセットでブラー量調整オフセットでブラー量調整

ターゲット（処理中の）ピクセルターゲット（処理中の）ピクセル

縮小バッファテクセル（ソーステクスチャの各テクセル）縮小バッファテクセル（ソーステクスチャの各テクセル）

周辺をサンプリング周辺をサンプリングバイリニアによる拡大バイリニアによる拡大

最終結果の画質比較最終結果の画質比較

• 実際のグレア合成結果の比較実際のグレア合成結果の比較– フレームバッファとの合成フレームバッファとの合成– 非線形トーンマップ非線形トーンマップ

バイリニア補間との比較バイリニア補間との比較

バイリニア補間のみバイリニア補間のみ（（ 1/8×1/81/8×1/8 ））

縮小バッファ拡大ブラー利用縮小バッファ拡大ブラー利用（（ 1/81/8））

拡大図：バイリニア補間のみ拡大図：バイリニア補間のみ（（ 1/81/8））

拡大図：拡大ブラー利用拡大図：拡大ブラー利用（（ 1/81/8））

解像度によるバイリニアとの比解像度によるバイリニアとの比較較

まとめて比較まとめて比較

1/81/8 拡大ブラー利用拡大ブラー利用1/81/8 バイリニアのみバイリニアのみ

まとめて比較まとめて比較

• 最終結果での比較最終結果での比較• 空間周波数の高い領域空間周波数の高い領域

– ジャギーの軽減ジャギーの軽減

バイリニア補間のみバイリニア補間のみ拡大ブラー利用拡大ブラー利用

• 最終結果での比較最終結果での比較• 空間周波数の低い領域空間周波数の低い領域

– マッハバンドの改善マッハバンドの改善

• 最終結果での比較最終結果での比較• 空間周波数の高い領域空間周波数の高い領域

– ジャギーの軽減ジャギーの軽減

速度比較速度比較

• 環境環境– PS3PS3

• 最終（ディスプレイ）解像度最終（ディスプレイ）解像度– Ｄ４（１２８０Ｄ４（１２８０ ××７２０）７２０）

• シーンレンダリング／エフェクトフォーシーンレンダリング／エフェクトフォーマットマット– ＲＧＢＡ１６ＦＲＧＢＡ１６Ｆ

• グレアエフェクトグレアエフェクト– ブルーム／スター／ゴースト／残像ブルーム／スター／ゴースト／残像 etc.etc.– 合計４０パス程度の塗りつぶし処理合計４０パス程度の塗りつぶし処理

• グレアエフェクトに関わる合計時間を計測グレアエフェクトに関わる合計時間を計測– グレアエフェクトの生成時間グレアエフェクトの生成時間– バッファの縮小／拡大のオーバヘッド合計バッファの縮小／拡大のオーバヘッド合計– 単位はミリ秒で小数点以下３桁有効単位はミリ秒で小数点以下３桁有効

• ４桁目を四捨五入４桁目を四捨五入

速度比較（速度比較（ 1/8×1/81/8×1/8 サイズ）サイズ）

• 1/8×1/8 1/8×1/8 サイズ縮小バッファサイズ縮小バッファ– バイリニア補間拡大のみバイリニア補間拡大のみ

• 1.908 ms1.908 ms

– 拡大ブラー利用拡大ブラー利用• 1.958 ms1.958 ms

• 1/8×1/8 1/8×1/8 サイズ縮小バッファサイズ縮小バッファ– ⇒⇒ 拡大ブラーによって増加した負荷拡大ブラーによって増加した負荷

• 0.0510.051 ms ms

• 1/4×1/4 1/4×1/4 サイズ縮小バッファサイズ縮小バッファ– バイリニア補間拡大のみバイリニア補間拡大のみ

• 3.957 ms3.957 ms

– 拡大ブラー利用拡大ブラー利用• 4.085 ms4.085 ms

• 1/4×1/4 1/4×1/4 サイズ縮小バッファサイズ縮小バッファ– ⇒⇒ 拡大ブラーによって増加した負荷拡大ブラーによって増加した負荷

• 0.1280.128 ms ms

評価まとめ評価まとめ

縮小バッファ拡大ブラーの評価縮小バッファ拡大ブラーの評価

• 画質面での評価画質面での評価– ガウス補間に近いレベルの効果ガウス補間に近いレベルの効果

• 細部の再現とマッハバンド軽減でやや劣る程度細部の再現とマッハバンド軽減でやや劣る程度– 縮小バッファが小さいほど大きい効果縮小バッファが小さいほど大きい効果

• 大きな縮小バッファでは効果が少ない大きな縮小バッファでは効果が少ない– 全体的にややぼけた画像となる全体的にややぼけた画像となる

• グレアエフェクトの特性上あまり大きな問題はないグレアエフェクトの特性上あまり大きな問題はない

• 速度面での評価速度面での評価– 縮小バッファが小さければ負荷は少ない縮小バッファが小さければ負荷は少ない

• 縮小バッファが大きいとやや負荷が高い縮小バッファが大きいとやや負荷が高い

縮小バッファ拡大ブラーの評価縮小バッファ拡大ブラーの評価

• その他その他– 縮小バッファの２倍サイズ（面積４倍）のバ縮小バッファの２倍サイズ（面積４倍）のバ

ッファが別途必要になるッファが別途必要になる– 縮小バッファが小さい場合特に有用縮小バッファが小さい場合特に有用

• 1/4 1/4 程度以下ならコストパフォーマンスが高い程度以下ならコストパフォーマンスが高い• 1/2 1/2 程度以上では効果が少なく遅い程度以上では効果が少なく遅い

• ⇒⇒ 現状で実用的現状で実用的

縮小バッファ拡大ブラーの課題縮小バッファ拡大ブラーの課題

• 本当のアンチエイリアスとしての効果は本当のアンチエイリアスとしての効果はないない– ぼかしてごまかしているだけぼかしてごまかしているだけ– 縮小バッファの本質的な問題縮小バッファの本質的な問題

• ガウス補間などでも改善できないガウス補間などでも改善できない

• ⇒⇒ 動画では時間方向でのモアレが発生動画では時間方向でのモアレが発生– 輝点が明滅するような効果輝点が明滅するような効果– 静止画のジャギーほどは目立たない静止画のジャギーほどは目立たない

縮小バッファ拡大ブラーの改善策縮小バッファ拡大ブラーの改善策

• 速度に余裕がある場合の改善策速度に余裕がある場合の改善策– ブラーを２段階程度のバッファサイズで実行ブラーを２段階程度のバッファサイズで実行

• 縮小バッファ縮小バッファ２倍化／ブラー２倍化／ブラー２倍化／ブラー２倍化／ブラー– ブラーをガウシアンブラーなどに変更ブラーをガウシアンブラーなどに変更

• ガウス半径はかなり小さめでよいガウス半径はかなり小さめでよい

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被写界深度エフェクトへの応用被写界深度エフェクトへの応用

• 特定のアルゴリズムで利用できる特定のアルゴリズムで利用できる– ボケ画像を生成して最後に合成するタイプボケ画像を生成して最後に合成するタイプ

• １つまたは複数のボケ画像を生成１つまたは複数のボケ画像を生成• それらを合成して最終画像を生成それらを合成して最終画像を生成

– ギャザー／スキャッターベースは問わないギャザー／スキャッターベースは問わない• 縮小バッファを生成／合成するタイプなら利用可縮小バッファを生成／合成するタイプなら利用可

能能

フラットなボケのアーティファフラットなボケのアーティファクトクト• リアリティのあるフラットなボケ表現リアリティのあるフラットなボケ表現

– 縮小バッファアーティファクトが目立ちやす縮小バッファアーティファクトが目立ちやすいい• ガウスブラーよりもエッジのジャギーが目立つガウスブラーよりもエッジのジャギーが目立つ

滑らかなガウスブラー滑らかなガウスブラーフラットな円形ブラーフラットな円形ブラーフラットな六角形ブラーフラットな六角形ブラー

フラットなボケの生成例フラットなボケの生成例

• 余談余談

• 直径９ピクセルの円形絞り直径９ピクセルの円形絞り– ２５サンプル（バイリニアにより計８１サン２５サンプル（バイリニアにより計８１サン

プル）プル）

円形ブラー円形ブラー

９９ ××９ディスクブラー９ディスクブラー

• バイリニア補間を活用して円形を構築バイリニア補間を活用して円形を構築– サンプルポイントの調整サンプルポイントの調整– 面積と目的の形を考慮して重みを調整面積と目的の形を考慮して重みを調整

– この図は正確ではないこの図は正確ではない

ターゲット（処理中の）ピクセルターゲット（処理中の）ピクセルテクスチャフェッチ座標テクスチャフェッチ座標

ディスクブラーディスクブラー

• 右は工夫してさらにサンプル数を増やし右は工夫してさらにサンプル数を増やした例た例– 直径１７ピクセルの円形絞り直径１７ピクセルの円形絞り

９９ ×× ９円形ブラー９円形ブラー１７１７ ×× １７円形ブラー１７円形ブラー

ディスクブラーディスクブラー

• バイリニア補間で拡大した結果バイリニア補間で拡大した結果

９９ ×× ９円形ブラー９円形ブラー１７１７ ×× １７円形ブラー１７円形ブラー

• 六角絞り六角絞り– 平行四辺形を３つ生成して中央点と合成平行四辺形を３つ生成して中央点と合成

六角絞りブラー六角絞りブラー

六角絞りの生成例（１‐１）六角絞りの生成例（１‐１）

• 六角絞り六角絞り– 再帰的に２パスずつで各平行四辺形を生成再帰的に２パスずつで各平行四辺形を生成

六角絞りの生成例（１‐２）六角絞りの生成例（１‐２）

六角絞りの生成例（１終了）六角絞りの生成例（１終了）

六角絞りの生成例（２‐１）六角絞りの生成例（２‐１）

六角絞りの生成例（２‐２）六角絞りの生成例（２‐２）

六角絞りの生成例（２終了）六角絞りの生成例（２終了）

六角絞りの生成例（３‐１）六角絞りの生成例（３‐１）

六角絞りの生成例（３‐２）六角絞りの生成例（３‐２）

六角絞りボケの生成例（３終六角絞りボケの生成例（３終了）了）• 六角絞り六角絞り

– 再帰的に２パスずつで各平行四辺形を生成再帰的に２パスずつで各平行四辺形を生成

六角絞りボケの生成例（最終パ六角絞りボケの生成例（最終パス）ス）• 生成した３つの平行四辺形と中央点を合生成した３つの平行四辺形と中央点を合

成成– 計４パスで完了計４パスで完了

六角絞りボケの生成例六角絞りボケの生成例

• 六角絞り（任意サイズで可能）六角絞り（任意サイズで可能）

六角絞り高速版六角絞り高速版

• ７サンプルの再帰（ピンポンブラー）で７サンプルの再帰（ピンポンブラー）で生成生成– 色の濃い部分がサンプル点色の濃い部分がサンプル点– 重みを調節して中央部をフラットに重みを調節して中央部をフラットに

六角絞り高速版六角絞り高速版

• ７サンプルの再帰７サンプルの再帰– ややエッジ部分が暗くなるややエッジ部分が暗くなる– サイズに制限ありサイズに制限あり

六角絞りブラー六角絞りブラー

拡大ブラーの適用拡大ブラーの適用

• 本題に戻って・・・本題に戻って・・・

拡大ブラーの適用拡大ブラーの適用

• 生成したボケ画像に対してブラーを適用生成したボケ画像に対してブラーを適用– ２倍解像度へ拡大と同時に小規模なブラー２倍解像度へ拡大と同時に小規模なブラー

• 各ボケ画像ごとに適用する各ボケ画像ごとに適用する– ある程度より大きな縮小バッファでは不要ある程度より大きな縮小バッファでは不要

• 効果が少なく負荷が高い効果が少なく負荷が高い

拡大と同時にブラーを適用するサンプリング例拡大と同時にブラーを適用するサンプリング例

解像度によるバイリニアとの比解像度によるバイリニアとの比較較

拡大ブラー利用（拡大ブラー利用（ 1/4×1/41/4×1/4 ））

バイリニア補間のみバイリニア補間のみ（（ 1/16×1/161/16×1/16））

拡大ブラー利用（拡大ブラー利用（ 1/16×1/161/16×1/16））

解像度によるバイリニアとの比解像度によるバイリニアとの比較較• 別のシーンの画像別のシーンの画像

拡大ブラー利用（拡大ブラー利用（ 1/16×1/161/16×1/16））

その他の画像比較その他の画像比較

六角絞りバイリニア補間のみ六角絞りバイリニア補間のみ（（ 1/81/8））

六角絞り拡大ブラー利用六角絞り拡大ブラー利用（（ 1/81/8））

拡大ブラー利用（拡大ブラー利用（ 1/16×1/161/16×1/16））

１７１７ ××１７円形ブラー１７円形ブラーバイリニア補間のみ（バイリニア補間のみ（ 1/4×1/41/4×1/4 ））

１７１７ ××１７円形ブラー１７円形ブラー拡大ブラー利用（拡大ブラー利用（ 1/4×1/41/4×1/4 ））

１７１７ ××１７円形ブラー１７円形ブラーバイリニア補間のみ（バイリニア補間のみ（ 1/8×1/81/8×1/8 ））

１７１７ ××１７円形ブラー１７円形ブラー拡大ブラー利用（拡大ブラー利用（ 1/8×1/81/8×1/8 ））

• 1/4×1/4 1/4×1/4 サイズ縮小バッファサイズ縮小バッファ

被写界深度エフェクトでの評価被写界深度エフェクトでの評価

• 画質面での評価画質面での評価– アーティファクトをかなり軽減できるアーティファクトをかなり軽減できる

• エッジ部のジャギーなどエッジ部のジャギーなど– 全体的にややぼけた画像となる全体的にややぼけた画像となる

• 目的がピンボケなのでほとんど問題はない目的がピンボケなのでほとんど問題はない

• 速度面での評価速度面での評価– グレアエフェクトよりもやや負荷が高いグレアエフェクトよりもやや負荷が高い

• ボケ画像ごとに適用するためボケ画像ごとに適用するため

被写界深度エフェクトでの評価被写界深度エフェクトでの評価

• 効果は非常に大きい効果は非常に大きい– 特に縮小バッファ解像度が低い場合特に縮小バッファ解像度が低い場合

• 1/4 1/4 程度以下ならコストパフォーマンスが高い程度以下ならコストパフォーマンスが高い• 1/2 1/2 程度以上では効果が少なく遅い程度以上では効果が少なく遅い

• グレアよりもやや負荷が高いグレアよりもやや負荷が高い

• ⇒⇒ 実用的実用的

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縮小ブレンドバッファＰＣＦ縮小ブレンドバッファＰＣＦ

縮小ブレンドバッファ縮小ブレンドバッファ

• 縮小バッファを利用した半透明描画縮小バッファを利用した半透明描画

• 参照：参照：– Kawase, Masaki. “Kawase, Masaki. “DOUBLE-S.T.E.A.LDOUBLE-S.T.E.A.L におけるリアルタイムにおけるリアルタイム CGCG 表現表現

技法”技法” , , CEDEC 2002, 2002.CEDEC 2002, 2002.

– Ishida, Tomofumi. Ishida, Tomofumi. ““ 次世代機に向けたゲームエンジンの設計”次世代機に向けたゲームエンジンの設計” , , CEDEC CEDEC 2006, 2006.2006, 2006.

– Takabe, Kunio. Takabe, Kunio. ““ 「「 METAL GEAR SOLID 4METAL GEAR SOLID 4 」に使われた技術等の紹」に使われた技術等の紹介”介” , , CEDEC 2008, 2008.CEDEC 2008, 2008.

縮小バッファへの半透明描画縮小バッファへの半透明描画

• ブレンドは特殊なモードを利用するブレンドは特殊なモードを利用する– 最終的なフレームバッファへの合成のため最終的なフレームバッファへの合成のため

• 縮小されたデプスバッファを利用縮小されたデプスバッファを利用– フレームバッファの内容をダウンサンプルフレームバッファの内容をダウンサンプル

• デプステストを行いながら描画するデプステストを行いながら描画する

縮小ブレンドバッファの問題点縮小ブレンドバッファの問題点

• デプステストは合格／不合格のいずれかデプステストは合格／不合格のいずれか– Ｏｎ／Ｏｆｆ（０／１）の２値情報でしかなＯｎ／Ｏｆｆ（０／１）の２値情報でしかな

いい

• 解像度不足がさらに悪化解像度不足がさらに悪化– ただでさえ縮小バッファは解像度が低いただでさえ縮小バッファは解像度が低い

• ⇒⇒ 非常に激しいエイリアスが発生非常に激しいエイリアスが発生

２値ではなくフィルタを使う２値ではなくフィルタを使う

• ０／１が問題ならフィルタを使えばよい０／１が問題ならフィルタを使えばよい– デプステストの代わりにデプステクスチャでデプステストの代わりにデプステクスチャで判断判断• デプスバッファではなくテクスチャを利用デプスバッファではなくテクスチャを利用

– ピクセルシェーダ内でフィルタを適用ピクセルシェーダ内でフィルタを適用• 近傍の複数テクセルでそれぞれ深度テスト近傍の複数テクセルでそれぞれ深度テスト• 結果をバイリニア／バイキュービックなどで補間結果をバイリニア／バイキュービックなどで補間• PCFPCF （（ Percentage Closer FilteringPercentage Closer Filtering ））

– ⇒⇒ デプスシャドウマップとまったく同じデプスシャドウマップとまったく同じ

ＰＣＦ利用時の制限ＰＣＦ利用時の制限

• フィルタを利用する場合の制限フィルタを利用する場合の制限– デプスバッファに書き込み操作を行えないデプスバッファに書き込み操作を行えない

• 縮小バッファ半透明では通常デプス書き込みは不縮小バッファ半透明では通常デプス書き込みは不要要

追加で拡大ブラーを適用追加で拡大ブラーを適用

• 必要に応じて結果をさらにブラー必要に応じて結果をさらにブラー– ２倍程度の解像度でブラー２倍程度の解像度でブラー– 負荷が高い場合は拡大せずにブラー負荷が高い場合は拡大せずにブラー

• 元の縮小バッファサイズのブラーでも効果は大き元の縮小バッファサイズのブラーでも効果は大きいい

拡大と同時にブラー拡大と同時にブラー同じ解像度でブラー同じ解像度でブラー

実装例実装例

• 環境環境– XboxXbox

• 縮小バッファ解像度縮小バッファ解像度– 128×72128×72 （または（または 9696 ））

縮小ブレンドバッファの解像度縮小ブレンドバッファの解像度

縮小ブレンドバッファＰＣＦの縮小ブレンドバッファＰＣＦの評価評価• 画質面での評価画質面での評価

– かなり効果が大きいかなり効果が大きい

• 速度面での評価速度面での評価– 負荷がかなり高い負荷がかなり高い

• ＰＣＦ自体の処理の重さＰＣＦ自体の処理の重さ• 高速なデプステストの恩恵をすべて捨てる高速なデプステストの恩恵をすべて捨てる

縮小ブレンドバッファＰＣＦの縮小ブレンドバッファＰＣＦの評価評価• その他その他

– 負荷は高いが効果も大きい負荷は高いが効果も大きい– 縮小バッファが小さい場合はかなり有用縮小バッファが小さい場合はかなり有用

• ⇒⇒ シーンによっては実用的シーンによっては実用的

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