作者：Arm 開發者生態系統戰略總監 Peter Hodges

近日，Arm 推出了 Arm 精銳超級分辨率技術 (Arm Accuracy Super Resolution, Arm ASR)，這是一款面向移動設備進行優化升級的出色開源超級分辨率（下文簡稱“超分”）解決方案。本文將為你介紹我們所采用的方法，并歡迎你一同加入我們的技術探索旅程。

制作精良的游戲能夠帶領玩家踏上一段動人的旅程。游戲開發者套件里有許多工具可以為此增添助力，例如引人入勝的音樂、富有想象力的操控模式和圖形效果等。就圖形技術而言，手游中圖像的精細程度令人震撼。游戲被渲染到包含數百萬像素的屏幕上，并以驚人的 60Hz 或更高的刷新率顯示呈現。

推動游戲開發更上一層樓是行業永無止境的追求。現代手游通過復雜的光照和著色器，不斷突破極限，以實現開發者的愿景。然而代價在于，這不僅加重了 GPU 的負載，還會消耗更多電力。即使是在高端 PC 上，我們也認識到超分技術正是我們所追尋的答案。

Arm 精銳超級分辨率技術

通過超分技術，一幀的內容得以在某些階段先以較低分辨率渲染，然后應用該技術從低分辨率放大到高分辨率。這一技術并非在幀渲染的每個環節都使用，否則可能會在渲染全屏效果或用戶界面時產生不美觀的瑕疵。然而，在管線的早期階段，該技術可以發揮顯著作用，并作為流程的一環提供抗鋸齒效果。

圖：將超分技術集成到幀中

后處理技術示例

在眾多可用的解決方案中，AMD 超級分辨率銳畫技術 2 (FSR 2) 引起了我們的關注。作為 GPUOpen 的一部分，該開源項目始于 2016 年，采用相對寬松的 MIT 許可證，旨在提供可移植的解決方案，以緩解 PC 和游戲主機之間存在的性能差異。這引發了我們的關注和思考：優秀的移動端解決方案應該具備哪些特性？

超分技術的類型

超分技術主要分為空間類和時域類。最先問世和被開發者采用的是空間類技術。

空間類超分會逐幀生成結果，其工作原理理解起來更加簡單，對游戲引擎的要求也相對較低，例如 FSR 1 和驍龍游戲超級分辨率 (GSR) 就是這一類的代表。但該技術的缺點在于，開發者在選擇渲染分辨率時不能過于激進，否則最終圖像可能會出現模糊。不過，這種技術的算力成本相對較低。

而時域類超分則更為復雜，它通過整合多個幀的信息來生成最終結果。通常來說，它能夠從較低分辨率生成更高質量的圖像。但這對游戲引擎提出了額外的輸入要求。例如，必須提供深度和運動矢量信息，并且最好有反應性遮罩，以便處理如粒子效果等缺乏深度或運動信息的元素。

邁向時域類超分技術

我們決定直接選用時域類超分技術，來應對常見的圖形性能挑戰，并為手游開發者帶來優勢。我們以 AMD FSR 2 為基礎，它能夠提供不錯的效果，但實現成本相對較高，僅適用于 PC 和高端游戲主機。我們的解決方案源自 FSR 2，因此開發者能夠繼續使用熟悉的 API 和配置選項。

在研究過程中，我們采用了大家熟悉的小餐館場景，并且增加了更多的局部重疊光源和主光源衰減，以此模擬實際的計算挑戰，大約需要渲染 280 萬個三角形。

針對搭載 Arm Immortalis-G720 GPU 和采用 2800x1260 顯示分辨率的商用移動設備，我們對收集的結果進行分析后，發現 GPU 性能得到了顯著提升。

圖：使用 Arm ASR、FSR 2、FSR 1 和 GSR 時的

原生分辨率和提升性能的幀率分析

同樣重要的是，這項技術能夠穩定保持在相對較低的溫度下，渲染出高質量的結果。而以原生分辨率進行渲染時，不可避免地會出現明顯的發熱升溫，這會有損游戲中的用戶體驗，并縮短游戲時間。

Arm ASR 的性能表現

Arm ASR 的出色性能得益于一系列高效的著色器代碼，不僅減輕了 GPU 的負載，也降低了帶寬需求。

圖：FSR 2 和 Arm ASR 的 GPU 性能分析

性能的提升往往也同樣意味著節省能耗，由此可以延長電池續航時間，這對于用戶的日常使用是一大利好。在我們與 MediaTek 的協作中，證實了這一推測，在搭載天璣 9300 芯片的手機上進行了測試并得到了以下結果。

圖：原生全分辨率 (1080p)、Arm ASR 質量、平衡和性能模式下從 540p 提升到 1080p，以及原生半分辨率 (540p) 的功耗對比

Arm 游戲內容團隊一直在努力制作一款虛幻引擎 (Unreal Engine) 演示，以挑戰未來移動端 GPU 的性能極限。我們也期待將 Arm ASR 應用于此類內容演示中。

這個演示場景中包含了許多精致入微的細節，這正是因為我們在 Arm ASR 中支持了穩健對比度自適應銳化 (RCAS) 技術，AMD FSR 1 和 FSR 2 也采用了這項技術。效果顯而易見。

與開源社區共享成果

我們對這項工作成果深感自豪，并希望基于 MIT 開源許可協議與開發者社區進行成果共享，使得每一位開發者都能親身感受 Arm ASR 的優勢，并在自己的項目中嘗試應用。