AntiAliasing学习笔记

简介

MSAA是直接硬件支持的，使用pattern在一个像素上做多次fragment计算，最后对去结果做平均的方式，这是在输出之前对结果做滤波，但是这个方法的缺点是占用的显存会变成原来的pattern采样点的倍数。当然这个MSAA多重采样的性质也可以用到别的需要这个这特特性的地方，比如Voxel化

FXAA和SMAA都是形态学方法抗锯齿，简单而言就是找到边界，在边界位置做低通滤波，即采样求平均值，就可以做到抗锯齿

TAA则是采用Temporal的方法，做时间上的滤波，需要注意上一帧的数据在当前帧是否被遮挡住了

FXAA

FXAA的核心思路就是查找当前边界并做滤波，通常称为形态学方法，实现参考FXAA3.11

1. 边缘检测用灰度值，或者要效率高点直接使用Green通道也行，虽然效果会差一点（其实可以看颜色频谱分布，绿色在中间，而且所占的频谱范围更广）

2. Local Contrast Check: 采样上下左右的点的灰度值，计算出最大contrast，如果对比度不大，就可以直接判断当前像素点不在边缘上

   

   l.contrast < max(_ContrastThreshold, _RelativeThreshold * l.highest); 
   

3. Sub-pixel Aliasing Test: 对当前像素周围所有像素，计算当前的Sub-pixel混合权重，让blend更平滑一点

   

    float DeterminePixelBlendFactor (LuminanceData l) {
          
        float filter = 2 * (l.n + l.e + l.s + l.w);
        filter += l.ne + l.nw + l.se + l.sw;
        filter *= 1.0 / 12;
        filter = abs(filter - l.m);
        filter = saturate(filter / l.contrast);
   
        float blendFactor = smoothstep(0, 1, filter);
        return blendFactor * blendFactor * _SubpixelBlending;
    }
   

4. 边缘检测

   1. Vertical/Horizontal Edge Test：用类似于Sobel算子的核计算水平和竖直方向的梯度，梯度更大的方向作为边缘的方向
   2. End-of-edge Search：因为边缘有可能是曲线，所以我们需要找到真正需要Blend的侧面，而且求出blend的权重，需要把uv朝着真正的边界偏移半个像素，并朝着两边分别查找边 End-of-edge ，最后权重为 0.5 - shortestDistance / (pDistance + nDistance)
      

5. 比较 Sub-pixel Aliasing Test 计算出的Blend系数与边缘检测得到的Blend系数，选择更大的那个作为混合的权重

    float pixelBlend = DeterminePixelBlendFactor(l);
    EdgeData e = DetermineEdge(l);
    float edgeBlend = DetermineEdgeBlendFactor(l, e, uv);
    float finalBlend = max(pixelBlend, edgeBlend);
   

SMAA

SMAA在paper给的代码里面已经实现的很好了，所以unity也基本是拿了原来paper的代码直接用的

SMAA流程

TAA

TAA主要包含：

1. MotionVector 计算
2. Temporal Reprojection 对输出纹理滤波

TAA流程

• jittering view frustum
  • 16 first samples of halton(2,3)
• generating velocity buffer
  • camera motion + dynamics (manual tagging, eurgh)
• reprojection using velocity
  • based on closest (depth) fragment
• neighbourhood clipping
  • center clip to RGB min max of “rounded” 3x3 region
• motion blur fallback
  • kicks in when || v || > 2, and full effect at 15
  • does not apply to history

参考PlayerDead的Inside实现的TAA，效果对比如下图
在Unity上的实现代码 https://gitee.com/alienity/SRPTAA2，有兴趣的同学可以下载下来学习参考

引用

[1] https://catlikecoding.com/unity/tutorials/advanced-rendering/fxaa/

[2] https://developer.download.nvidia.cn/assets/gamedev/files/sdk/11/FXAA_WhitePaper.pdf

[3] https://docs.nvidia.com/gameworks/content/gameworkslibrary/graphicssamples/d3d_samples/fxaa311sample.htm

[4] https://github.com/playdeadgames/temporal