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D3D11中的硬件反锯齿 SSAA/MSAA/EQAA/CSAA(1)

简介: 在篇日志中,我们学习一下在D3D11中,如何启用aa(反锯齿)功能,提高渲染质量,并了解一下硬件反锯齿的原理。首先我们先回顾一下采样和滤波的概念,然后了解在D3D11中,如何启用aa(anti-aliasing)功能,最后是SSAA/MSAA/EQAA/CSAA几种硬件aa的原理。
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     在篇日志中,我们学习一下在D3D11中,如何启用aa(反锯齿)功能,提高渲染质量,并了解一下硬件反锯齿的原理。首先我们先回顾一下采样和滤波的概念,然后了解在D3D11中,如何启用aa(anti-aliasing)功能,最后是SSAA/MSAA/EQAA/CSAA几种硬件aa的原理。

一、采样和滤波

      采样(sampling)和filter(滤波)是信号处理中的概念。所谓sampling,就是把连续的信号离散化,而filter就是根据离散化后的信号恢复原始信号的过程。

image

       上图就是连续信号通过均匀采样得到离散的信号,然后再通过滤波得到重构后的信号。在采样的过程中,涉及到采样频率的问题,采样频率太低的话,很难通过滤波恢复信号,采样频率越高,越容易重构恢复信号,但是采样频率越高,消耗的时间和空间成本越大,这是个tradeoff的问题。要保证信号能通过滤波恢复,采样频率至少是所采样信号频率的2倍,这就是著名奈奎斯特定理。在采样频率比较低的情况下,恢复信号会产生所谓的“锯齿”问题。

      在计算机图像学中,采样和滤波最常使用的就是纹理贴图,怎么采样纹理上像素单元,然后通过什么滤波算法,比如nearest,或线性插值等等,来把纹理贴在物体的表面,如果算法不合适或者纹理分辨率太低,都会遇到锯齿的问题。

另外一个和锯齿有关的问题,就是光栅化物体时候,在物体的边缘,会产生锯齿的问题。如下图所示:

image

      这个问题本质是因为屏幕空间是用离散的像素表示的,用离散的采样点来表示连续的物体形状,必然会出现锯齿的问题。注:在屏幕空间,我们通常采用点采样,像素的中心即为采样点的位置。

二、在D3D11中启用硬件aa功能

        在D3D11中,我们通过设置交换链和深度模版缓冲中的DXGI_SAMPLE_DESC,来启动硬件反锯齿功能。

typedef struct DXGI_SAMPLE_DESC

{ UINT Count;

UINT Quality; }

DXGI_SAMPLE_DESC, *LPDXGI_SAMPLE_DESC;

      其中有2个参数,Count指定每个像素sample的数目,最大为16,quality用做指定aa的质量,这个是和硬件厂商有关的,通常情况下,如果Count和Quality数目一样时候,硬件会调用msaa反锯齿功能,而Count小,而Quality大时,比如Count=4,而Quality=8,一般情况下对于amd显卡会调用eqaa硬件反锯齿,nv的显卡会调用csaa硬件反锯齿。

我们可以通过函数

ID3D11Device::CheckMultisampleQualityLevels( DXGI_FORMAT Format, UINT SampleCount, UINT *pNumQualityLevels);

来得到某种采样数量下Quality的范围,比如结果为16,则Quality有效值为[0-15]

参考资料:

http://www.cnblogs.com/gongminmin/archive/2011/05/16/2047506.html

http://graphics.stanford.edu/courses/cs248-07/lectures/2007.10.11%20CS248-06%20Multisample%20Antialiasing/2007.10.11%20CS248-06%20Multisample%20Antialiasing.ppt

http://www.geeks3d.com/20110915/amd-eqaa-modes-enhanced-quality-anti-aliasing-for-radeon-hd-6900-series/

http://www.tomshardware.com/reviews/anti-aliasing-nvidia-geforce-amd-radeon,2868-4.html

http://www.nvidia.com/object/coverage-sampled-aa.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Supersampling

http://www.confettispecialfx.com/multisample-anti-aliasing

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