Filtering Approaches for Real-Time Anti-Aliasing（2011 SIGGRAPH）
阿新 • • 發佈：2018-05-08
siggraph The sam 不同 gin d3d optional posit ear
Filtering Approaches for Real-Time Anti-Aliasing（2011 SIGGRAPH）
在2011的SIGGRAPH上，NVIDA提出了FXAA3.1，本文主要介紹FXAA實現思路，提供部分簡單實現的代碼。
1.What is FXAA 3.11
- Fast approXimate Anti-Aliasing
- Two algorithms
- FXAA 3.11 Console (360 and PS3)
- FXAA 3.11 Quality (PC) - Fixed set of constraints
- One shader pass, only color input, only color output
- Run on all APIs (GL, DX9, through DX11, etc)
- Certainly better can be done under other constraints!
FXAA全稱“Fast Approximate Anti-Aliasing”,翻譯成中文就是“快速近似抗鋸齒”。
FXAA3.11在之前FXAA1，2的基礎上做了一些改進。
- FXAA1：最早最基礎的版本，也是在PC遊戲中使用最廣泛的，已用於《孤島危機2》、《無主之地》。
- FXAA2：針對Xbox 360遊戲機專門設計。
- FXAA3：Quality質量版本面向PC，Console主機版本則面向Xbox 360、PS3。
FXAA是一種單程像素著色器，和MLAA一樣運行於目標遊戲渲染管線的後期處理階段，但不像後者那樣使用DirectCompute，而只是單純的後期處理著色器，不依賴於任何GPU計算API。正因為如此，FXAA技術對顯卡沒有特殊要求，完全兼容NVIDIA、AMD的不同顯卡(MLAA僅支持A卡)和DX9、DX10、DX11。
2.How FXAA Working
- Early exit for pixels
取4個方向以及中間像素，對5個位置的值做濾波操作，對於範圍之外進行分段線性變換。對於差異較大的像素，進行AA。
maxLuma = max(nw,ne,sw,se)
contrast = max(nw,ne,sw,se,m) - min(nw,ne,sw,se,m)
if 
- extra taps
dir.x = -((NW+NE)-(SW+SE))
dir.y = ((NW+SW)-(NE+SE))
dir.xy = normalize(dir.xy) * scale使用2x2的區域，計算像素邊界，做向量運算。得到dir之後歸一化長度。
Optional extra 2 taps
縮放dir.xy,擴展到8個像素minDir = min(|dir.x|, |dir.y|) * sharpness
Compare 4-tap filter luma to neighborhood luma
比較4個方向的luma和相鄰luma的值，
// Use the min and max luma range of the original 4 samples
* {NW, NE, SW, SE}
// If 4-tap filter luma exceeds this range,
* Assume invalid and use just the first 2 taps
- 效果展示
3.簡單實現
我自己再Direct11的環境下，參考FXAA思路，實現了簡單版本的FXAA，相比自帶d3d實現的4xMSAA，效果較為不明顯，僅供交流學習。
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// File: FXAA.fx
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SamplerState samLinear : register(s0);
Texture2D txFxaa : register(t0);
struct PS_INPUT
{
float4 Pos : SV_POSITION;
float4 PosProj : POSITION;
float3 Norm : NORMAL;
float4 Diffuse : COLOR0;
float2 Tex : TEXCOORD;
float3 Tangent : TANGENT;
};
float4 FxaaPS(PS_INPUT input) : SV_Target
{
float4 texColor = txFxaa.Sample(samLinear, input.Tex);
// FXAA 3x3取9個像素
float3 luma = float3(0.299, 0.587, 0.114);
//luma = float3(0.33, 0.33, 0.33);
float lumaTL = dot(luma, txFxaa.Sample(samLinear, input.Tex.xy + float2(-1.0, -1.0)).xyz);
float lumaTR = dot(luma, txFxaa.Sample(samLinear, input.Tex.xy + float2(1.0, -1.0)).xyz);
float lumaBL = dot(luma, txFxaa.Sample(samLinear, input.Tex.xy + float2(-1.0, 1.0)).xyz);
float lumaBR = dot(luma, txFxaa.Sample(samLinear, input.Tex.xy + float2(1.0, 1.0)).xyz);
float lumaM = dot(luma, txFxaa.Sample(samLinear, input.Tex.xy).xyz);
float2 dir;
dir.x = -((lumaTL + lumaTR) - (lumaBL + lumaBR));
dir.y = (lumaTL + lumaBL) - (lumaTR + lumaBR);
float FXAA_SPAN_MAX = 8.0;
float direReduce = 1.0 / 128.0;
float inverseDir = 1.0 / (min(abs(dir.x), abs(dir.y)) + direReduce);
dir = min(float2(FXAA_SPAN_MAX, FXAA_SPAN_MAX),
max(float2(-FXAA_SPAN_MAX, -FXAA_SPAN_MAX), dir*inverseDir));
float3 res1 = (1.0 / 2.0) * (
txFxaa.Sample(samLinear, input.Tex.xy + (dir * float2(1.0 / 3.0 - 0.5, 1.0 / 3.0 - 0.5))).xyz +
txFxaa.Sample(samLinear, input.Tex.xy + (dir * float2(2.0 / 3.0 - 0.5, 2.0 / 3.0 - 0.5))).xyz);
float3 res2 = res1 * (1.0 / 2.0) + (1.0 / 4.0) * (
txFxaa.Sample(samLinear, input.Tex.xy + (dir * float2(0.0 / 3.0 - 0.5, 0.0 / 3.0 - 0.5))).xyz +
txFxaa.Sample(samLinear, input.Tex.xy + (dir * float2(3.0 / 3.0 - 0.5, 3.0 / 3.0 - 0.5))).xyz);
float lumaRes = dot(luma, res2);
float lumaMin = min(lumaM, min(min(lumaTL, lumaTR), min(lumaBL, lumaBR)));
float lumaMax = max(lumaM, max(max(lumaTL, lumaTR), max(lumaBL, lumaBR)));
if (lumaRes <lumaMin || lumaRes > lumaMax)
texColor = float4(res2, 1.0);
else
texColor = float4(res1, 1.0);
return texColor;
}
- 效果對比（左為無FXAA）
Filtering Approaches for Real-Time Anti-Aliasing（2011 SIGGRAPH）