【图形学】抗锯齿方法总结

文章目录

Super Sampling
- MSAA（MultiSampling AA）
- SSAA（SuperSampling AA）
Post Processing AA
- TAA（Temporal AA）
- - 反向投影
  - 验证数据
- MLAA（Morphological AA）
- SMAA（Enhanced Subpixel Morphological AA）
- FXAA（Fast Approximately AA）
参考文章

本文简单总结了常见的抗锯齿方法，包括以MSAA为主的超采样抗锯齿方法，和现在主流的后处理抗锯齿方法。

Super Sampling

MSAA（MultiSampling AA）

原理：在光栅化阶段，判断一个三角形是否被像素覆盖的时候计算三角形对子像素的覆盖情况，但计算颜色时只用像素中心坐标计算一次颜色，然后将着色结果乘以coverage的比例

光栅化：确定每个顶点最终位于屏幕上的哪个像素，判断每个像素是否被三角形覆盖

对三角形内部的像素：pixel shader计算的颜色会存到全部4个子采样点中

对三角形边缘的像素：pixel shader计算的颜色只会存到被三角形覆盖的子采样点中

最后对4个子采样点的颜色进行插值。因为颜色是以父采样点中心计算的，所以pixel shader只计算一次颜色即可。

特点：

只支持前向渲染，不支持延迟渲染
静态画面表现好，时域上不稳定
只能消除几何走样，不能解决高光区域着色走样

SSAA（SuperSampling AA）

原理：光栅化时，采样多个子像素，进行加权平均，作为最终像素的颜色

MSAA是对SSAA的改进

Post Processing AA

TAA（Temporal AA）

原理：对每一帧画面，加上微小的抖动偏移（0~1像素），在时域上得到当前像素的子像素信息，在时域上加权融合，得到当前像素的最终颜色

特点：

将子像素采样分摊到多个历史帧上，减少每帧的开销
支持延迟渲染
需要额外的内存开销，velocity buffer

实现细节：

反向投影

由于物体运动和相机抖动，当前像素对应的上一帧像素不表示同一个物体点，需要得到当前像素在上一帧的位置，利用速度缓冲velocity buffer

插值：当前像素对应的上一帧的点不一定在像素中心，需要插值得到
当前像素在上一帧的颜色

验证数据

直接混合可能会出现鬼影现象

原因：历史像素与当前像素无关，混合的几个点颜色差异太大。例如上一帧对应的点被遮挡了，光照发生变化等

解决方法：判断历史颜色值是否在当前颜色值及其周围点的颜色值的AABB范围里

MLAA（Morphological AA）

原理：通过亮度、颜色、深度、法线等检测每帧图像的边缘，对边缘进行模式识别，分为Z、U、L三类。根据边缘的形状，判断原始边缘的形状，对边缘进行重新矢量化，计算权重，与周围颜色进行混合

特点：

形态学抗锯齿
后处理

SMAA（Enhanced Subpixel Morphological AA）

在MLAA的基础之上建立

论文地址

FXAA（Fast Approximately AA）

传统MSAA的高性能近似版

边缘像素的混合由GPU的ALU执行，占用的显存带宽显著小于MSAA

无差别对所有图形边缘进行柔化

参考文章

游戏反走样算法调研 | 英伟达最新 DLSS, TAA, FXAA, MSAA 原理及比较

图形学基础 - 着色 - TAA抗锯齿

TAA 反走样算法研究 | 时域超采样技术

SMAA算法详解

请问FXAA、FSAA与MSAA有什么区别？效果和性能上哪个好？