11 - 抗锯齿

发表于 分类于 ， ， 阅读次数： 60 Waline： 本文字数： 2.7k 阅读时长 ≈ 2 分钟

如图，在没有开启抗锯齿的情况下，我们渲染出的画面会出现走样现象：

在 OpenGL 中，可以采用内建的 MSAA 技术进行反走样 / 抗锯齿。

MSAA

MSAA 原理

有关多重采样 MSAA 技术的原理，详见 GAMES101 关于反走样的文章。

OpenGL 的 MSAA

要使用 MSAA，得准备一个能在每个像素中存储大于 1 个颜色值的缓冲，它叫做 多重采样缓冲 (Multi-sample Buffer)。对于当前使用的 GLFW，可以用 glfwWindowHint() 来提示它，我们希望使用一个包含 N 个样本的多重采样缓冲：

glfwWindowHint(GLFW_SAMPLES, 4);

这样 GLFW 就会创建每像素 4 个子采样点的深度和样本缓冲，这也意味着所有缓冲的大小都增长了 4 倍。

接下来通过 glEnable() 启动 MSAA 即可：

glEnable(GL_MULTISAMPLE);

可以看到模型边缘确实平滑了很多。

离屏 MSAA

通过 GLFW 来启动 MSAA 很简单，因为它负责创建多重采样缓冲等工作。如果我们想要用自己的帧缓冲来进行离屏渲染，就得自己动手生成多重采样缓冲 FBO：

   
unsigned int framebuffer;
glGenFramebuffers(1, &framebuffer);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, framebuffer);

然后给它附加多重采样纹理附件，使用 glTexImage2DMultisample() 代替 glTexImage2D()，它的纹理目标是 GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE；第二个参数是纹理拥有的样本个数；如果最后一个参数是 GL_TRUE，就会对每个纹素使用相同的样本位置和相同的子采样点个数（这里是 4）。

代码如下：

   
unsigned int textureColorBufferMultiSampled;
glGenTextures(1, &textureColorBufferMultiSampled);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE, textureColorBufferMultiSampled);
glTexImage2DMultisample(GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE, 4, GL_RGB, SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, GL_TRUE);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE, 0);
glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE, textureColorBufferMultiSampled, 0);

接下来附加多重采样渲染缓冲对象附件，将 glRenderbufferStorage 的调用改为 glRenderbufferStorageMultisample 就可以了：

   
unsigned int rbo;
glGenRenderbuffers(1, &rbo);
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, rbo);
glRenderbufferStorageMultisample(GL_RENDERBUFFER, 4, GL_DEPTH24_STENCIL8, SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT);
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, 0);
glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT, GL_RENDERBUFFER, rbo);

检查完整性后，这个 MSAA 的 FBO 就准备好了，接下来还要用一个新的 FBO，用于将 MSAA 效果跟后处理（如果有的话）的效果组合到一起，它只有一个纹理附件：

   
// configure second post-processing framebuffer
unsigned int intermediateFBO;
glGenFramebuffers(1, &intermediateFBO);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, intermediateFBO);
// create a color attachment texture
unsigned int screenTexture;
glGenTextures(1, &screenTexture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, screenTexture);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, NULL);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D, screenTexture, 0);	// we only need a color buffer

最后我们要通过 glBlitFramebuffer()，将两个 FBO 的效果综合起来，读取 MSAA 的帧缓冲，写入后处理的帧缓冲中：

   
glBindFramebuffer(GL_READ_FRAMEBUFFER, framebuffer);
glBindFramebuffer(GL_DRAW_FRAMEBUFFER, intermediateFBO);
glBlitFramebuffer(0, 0, SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, 0, 0, SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, GL_COLOR_BUFFER_BIT, GL_NEAREST);

效果如下：

自定义抗锯齿算法

OpenGL 可以直接将多重采样的纹理图像（未还原）传入着色器，让我们能够对纹理图像的每个子样本进行采样。因此我们也能创建自己的抗锯齿算法，在大型的图形应用（如游戏引擎）中通常都会这么做。

只需将纹理采样器类型设为 sampler2DMS，使用 texelFetch(texture, texcoord, num) 即可获取第 num 个子样本的颜色值。

参考资料