D3D11中的硬件反锯齿 SSAA/MSAA/EQAA/CSAA(2)

三、SSAA(super-sampling anti-aliasing)

      SSAA最初的思路是先上采样渲染图像，然后再下采样输出图像，比如我们要渲染输出一个256*256的图像，可以设置color buffer为512*512(4倍的SSAA)，这个时候我们的ps需要执行512*512个thread，同时深度模版测试也要进行512*512次，最后把4倍的color buffer resolve成256*256，就是4个像素取平局值，得到最终的图像。这种方法运算量和存储空间都会增大4倍，cost很高，但效果也最好。

     下图是一个3*3图像4xSSAA的例子，绿色的RGB为(34,177,76),深红色的RGB为(136,0,21),边缘处的颜色为((34,177,76)*3 + (136,0,21))/4 = (59, 133, 62)

      对于现在的计算机硬件来说，我们可以针对每个像素，进行子像素级的采样，其中采样点的位置选择有多种方式，常用的有grid，随机等等，如下图所示：

其中，旋转方式是最常用的采样方式。

      在D3D11中，我们能够在sample级别来执行ps，如果采用grid方式的采样点分布，就间接实现了SSAA，就是每个采样执行一次ps(采样的中心就是ps的位置)，对于每个采样来说，我们可以输出颜色。下面是一段在sample上执行ps的代码，其中一个像素中不同的sample用SV_SampleIndex区分：

float 4PSMainPerSample(infloat4screenPos:SV_Position,

in uint subSamplelndex:SV_SampleIndex):SV_Target0

{

float 3normal;

fioat 3position;

floatspecularPower;

GetGBufferAttributes(screenPos.xy,ViewRay,subSamplelndex, normal,position,specularPower);

Return CalcLighting(normal,position,specularPower);

}

四、MSAA(multi-sampling anti-aliasing)

      MSAA基本上是现在gpu硬件上反锯齿的标配，大多数gpu都实现了该功能。

     MSAA的基本思想就是每个像素有多个采样，但ps只对该像素执行一次(ps在像素中心位置被调用)，即ps输出的color被所有sample使用，然后每个sample进行深度模版测试，通过该测试后，会接受ps输出的颜色，如果没有通过深度模版测试，则会拒绝ps输出的颜色（此时会使用color buffer中的原来的颜色，一般就是我们clear背景的颜色），生成该sample的输出图像，最后resolve所有采样的图像，生成最终的输出图像。就是就是说对于32*32的输出图像，如果是4xMSAA,则要输出4个32*32的图像。[注:ps 会对每个光栅化后的primitive的像素来进行]

上图就是4xMSAA的例子，我们看如何得到最终的结果：

1. 执行到黄色三角形，该三角形覆盖到了该像素中心，执行ps，输出黄色，三个sample深度测试fail，保持原来的像素颜色（背景色为白色），第二个采样深度测试pass，对于4个采样，采样像素颜色为

2. 蓝色三角形进行光栅化，覆盖到了该像素中心位置，像素执行ps，输出蓝色，对于4个采样，2个采样深度测试pass，用蓝色替代原来的颜色，最终的采样颜色为：

3. 最后resolve这个sample的颜色，得到最终的颜色   

     在shader3 model之前，ps执行都在像素的中心，后来加入了centroid插值，PS的输入属性就可以是三角形所覆盖的所有采样点的中心。如下图所示，对于昨天的no centroid，ps输出为白色，而对右边的centroid，则ps的输出为黄色。