MSAA与延迟渲染

翻了下之前在Games101上写的MSAA的实现，发现错的离谱(逃。改了一下以后顺手就把MSAA和延迟渲染这部分写了。

MSAA的原理

MSAA的buffer里保存的是着色中心点的颜色，buffer的大小为屏幕大小乘以子sample的数量，其需要保存\(n\)个sample的深度和sample的颜色。其渲染流程如如下

假设先渲染蓝色三角形，后渲染黄色三角形
渲染蓝色三角形时，先计算像素中心点着色，计算结果为紫色。对四个采样点进行深度测试和测试是否在三角形内。下面两个sample通过测试，所以把紫色复制到这两个sample的buf上。
渲染黄色三角形，进行同样的测试，黄色三角形只有一个采样点位于三角形内。
所有的三角形渲染完成后，对所有的像素的子sample的缓冲区进行resolve，常见的resolve方法是取平均。

GBuffer与MSAA

MSAA的子sample保存的颜色是像素中心点的颜色，其resolve阶段在所有三角形的fshader运行着色以后进行。

延迟渲染的第二个阶段已经丢失了几何信息(其实际是渲染一个quad或者一个大三角形)，所以在延迟渲染的第二个阶段运行MSAA是无意义的。

MSAA运用到延迟渲染的第一个阶段是可以的，目前看到两种方法。

Per-Sample Shading

在Gbuffer中我们往往还要保存深度、法线等信息，对这些信息resolve是无意义的，比如下图。同一个像素的4个子sample有不同的法线，其加权出来的法线与单独计算光照后再加权得出的结果是不一样的。

Shader X7里的 Deferred Shading with Multisampling Anti-Aliasing in DirectX 10文章采用了multisampled texture来保存所有的GBuffer，在fshader里对每个sample而不是像素进行着色，最后对光照结果进行resolve。为了进一步提高效率，考虑到MSAA对三角形内部是不起作用的，所以用了额外的一个stencil buffer保存三角形的边缘信息，只对边缘做MSAA。

优点：

正确的MSAA结果

缺点：

GBuffer膨胀为N倍，N为Sample数量
不考虑边缘检测的情况下，Fshader运行次数膨胀为N倍，考虑的话，需要额外一张Stencil Texture
需要API提供Per-Sample Shading支持(DX10.0以上)

Albedo Resolve

从延迟渲染与MSAA的那些事看来的，大概意思是在保存GBuffer的时候只考虑Albedo这张纹理采用MSAA，因为对法线和深度进行MSAA是无意义的。在着色阶段的时候采用的是resolve以后的Albedo，其他正常着色。

思考了一下，感觉不太对。把resolve简写为\(R\)，把Shading过程简写为\(S\)。MSAA是在着色阶段完成以后进行resolve，其过程不等于对一个resolved的变量进行着色,和逻辑和上面的法线例子比较类似。并且由于MRT不能单独对某张纹理设置MSAA，所以要渲染两个Pass分别记录Albedo和其他Gbuffer，drawcall数得翻倍。

\[ R(S(Albedo)) \neq S(R(Albedo)) \]

优点：没看出来有什么优点

缺点：

计算结果大概率边缘会有瑕疵
drawcall数翻倍

总结

MSAA作为一种几何抗锯齿的方法(其只是增加了对几何的采样，没有额外的光照计算)，对阴影的闪烁或者PBR中容易出现的高光闪烁是不起作用的。在延迟渲染中应用MSAA是可能的，但是代价较高，尤其是带宽开销，效果又欠佳，所以不如用TAA。

Reference

Multisample Anti-Aliasing
Shader X7 Part II 2.8 Deferred Shading with Multisampling Anti-Aliasing in DirectX 10
延迟渲染与MSAA的那些事