OpenGL 抗锯齿

1.简介

你可以看到，我们只是绘制了一个简单的立方体，你就能注意到它存在锯齿边缘。

可能不是非常明显，但如果你离近仔细观察立方体的边缘，你就应该能够看到锯齿状的图案。如果放大的话，你会看到下面的图案：

你能够清楚看见形成边缘的像素。这种现象被称之为走样(Aliasing)。有很多种抗锯齿（Anti-aliasing，也被称为反走样）的技术能够帮助我们缓解这种现象，从而产生更平滑的边缘。

2.超采样抗锯齿(Super Sample Anti-aliasing, SSAA)的技术

会使用比正常分辨率更高的分辨率（即超采样）来渲染场景，当图像输出在帧缓冲中更新时，分辨率会被下采样至正常的分辨率。这些额外的分辨率会被用来防止锯齿边缘的产生。虽然它确实能够解决走样的问题，但是由于这样比平时要绘制更多的片段，它也会带来很大的性能开销。所以这项技术只拥有了短暂的辉煌。

3.多重采样

这里我们可以看到一个屏幕像素的网格，每个像素的中心包含有一个采样点(Sample Point)，它会被用来决定这个三角形是否遮盖了某个像素。图中红色的采样点被三角形所遮盖，在每一个遮住的像素处都会生成一个片段。虽然三角形边缘的一些部分也遮住了某些屏幕像素，但是这些像素的采样点并没有被三角形内部所遮盖，所以它们不会受到片段着色器的影响。

你现在可能已经清楚走样的原因了。完整渲染后的三角形在屏幕上会是这样的：

多重采样所做的正是将单一的采样点变为多个采样点。我们不再使用像素中心的单一采样点，取而代之的是以特定图案排列的4个子采样点。我们将用这些子采样点来决定像素的遮盖度。当然，这也意味着颜色缓冲的大小会随着子采样点的增加而增加。 

MSAA真正的工作方式是，无论三角形遮盖了多少个子采样点，每个像素只运行一次片段着色器。片段着色器所使用的顶点数据会插值到每个像素的中心，所得到的结果颜色会被储存在每个被遮盖住的子采样点中。当颜色缓冲的子样本被图元的所有颜色填满时，所有的这些颜色将会在每个像素内部平均化。因为上图的4个采样点中只有2个被遮盖住了，这个像素的颜色将会是三角形颜色与其他两个采样点的颜色（在这里是无色）的平均值，最终形成一种淡蓝色。 

颜色缓冲中所有的图元边缘将会产生一种更平滑的图形。让我们来看看前面三角形的多重采样会是什么样子：

简单来说，一个像素中如果有更多的采样点被三角形遮盖，那么这个像素的颜色就会更接近于三角形的颜色。如果我们给上面的三角形填充颜色，就能得到以下的效果：

对于每个像素来说，越少的子采样点被三角形所覆盖，那么它受到三角形的影响就越小。三角形的不平滑边缘被稍浅的颜色所包围后，从远处观察时就会显得更加平滑了。

示例：Qt中设置采样点

    QSurfaceFormat format;
    format.setSamples(4); // Set the number of samples used for multisampling
    setFormat(format); // Note we set the format on the window...

4.离屏MSAA

有两种方式可以创建多重采样缓冲，将其作为帧缓冲的附件：纹理附件和渲染缓冲附件，这和在帧缓冲中的普通附件很相似。

多重采样纹理附件

为了创建一个支持储存多个采样点的纹理，我们使用glTexImage2DMultisample来替代glTexImage2D，它的纹理目标是GL_TEXTURE_2D_MULTISAPLE。

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE, tex);
glTexImage2DMultisample(GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE, samples, GL_RGB, width, height, GL_TRUE);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE, 0);

我们使用glFramebufferTexture2D将多重采样纹理附加到帧缓冲上，但这里纹理类型使用的是GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE。

glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE, tex, 0);

多重采样渲染缓冲对象

和纹理类似，创建一个多重采样渲染缓冲对象并不难。我们所要做的只是在指定（当前绑定的）渲染缓冲的内存存储时，将glRenderbufferStorage的调用改为glRenderbufferStorageMultisample就可以了。

glRenderbufferStorageMultisample(GL_RENDERBUFFER, 4, GL_DEPTH24_STENCIL8, width, height);

渲染到多重采样帧缓冲

一个多重采样的图像包含比普通图像更多的信息，我们所要做的是缩小或者还原图像。多重采样帧缓冲的还原通常是通过glBlitFramebuffer来完成，它能够将一个帧缓冲中的某个区域复制到另一个帧缓冲中，并且将多重采样缓冲还原。

glBindFramebuffer(GL_READ_FRAMEBUFFER, multisampledFBO);
glBindFramebuffer(GL_DRAW_FRAMEBUFFER, 0);
glBlitFramebuffer(0, 0, width, height, 0, 0, width, height, GL_COLOR_BUFFER_BIT, GL_NEAREST);

5.相关参考

OpenGL 帧缓冲_Mr.codeee的博客-CSDN博客