D3D11中的硬體反鋸齒 SSAA/MSAA/EQAA/CSAA(2)

三、SSAA(super-sampling anti-aliasing)

      SSAA最初的思路是先上採樣渲染映像，然後再下採樣輸出映像，比如我們要渲染輸出一個256*256的映像，可以設定color buffer為512*512(4倍的SSAA)，這個時候我們的ps需要執行512*512個thread，同時深度模版測試也要進行512*512次，最後把4倍的color buffer resolve成256*256，就是4個像素取平局值，得到最終的映像。這種方法運算量和儲存空間都會增大4倍，cost很高，但效果也最好。

     是一個3*3映像4xSSAA的例子，綠色的RGB為(34,177,76),深紅色的RGB為(136,0,21),邊緣處的顏色為((34,177,76)*3 + (136,0,21))/4 = (59, 133, 62)

      對於現在的電腦硬體來說，我們可以針對每個像素，進行子像素級的採樣，其中採樣點的位置選擇有多種方式，常用的有grid，隨機等等，如所示：

其中，旋轉方式是最常用的採樣方式。

      在D3D11中，我們能夠在sample層級來執行ps，如果採用grid方式的採樣點分布，就間接實現了SSAA，就是每個採樣執行一次ps(採樣的中心就是ps的位置)，對於每個採樣來說，我們可以輸出顏色。下面是一段在sample上執行ps的代碼，其中一個像素中不同的sample用SV_SampleIndex區分：

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基本上是現在gpu硬體上反鋸齒的標配，大多數gpu都實現了該功能。

     MSAA的基本思想就是每個像素有多個採樣，但ps只對該像素執行一次(ps在像素中心位置被調用)，即ps輸出的color被所有sample使用，然後每個sample進行深度模版測試，通過該測試後，會接受ps輸出的顏色，如果沒有通過深度模版測試，則會拒絕ps輸出的顏色（此時會使用color buffer中的原來的顏色，一般就是我們clear背景的顏色），產生該sample的輸出映像，最後resolve所有採樣的映像，產生最終的輸出映像。就是就是說對於32*32的輸出映像，如果是4xMSAA,則要輸出4個32*32的映像。[注:ps 會對每個光柵化後的primitive的像素來進行]

就是4xMSAA的例子，我們看如何得到最終的結果：

1. 執行到黃色三角形，該三角形覆蓋到了該像素中心，執行ps，輸出黃色，三個sample深度測試fail，保持原來的像素顏色（背景色為白色），第二個採樣深度測試pass，對於4個採樣，採樣像素顏色為

2. 藍色三角形進行光柵化，覆蓋到了該像素中心位置，像素執行ps，輸出藍色，對於4個採樣，2個採樣深度測試pass，用藍色替代原來的顏色，最終的採樣顏色為：

3. 最後resolve這個sample的顏色，得到最終的顏色   

     在shader3 model之前，ps執行都在像素的中心，後來加入了centroid插值，PS的輸入屬性就可以是三角形所覆蓋的所有採樣點的中心。如所示，對於昨天的no centroid，ps輸出為白色，而對右邊的centroid，則ps的輸出為黃色。