Filtering Approaches for Real-Time Anti-Aliasing（2011 SIGGRAPH）
在2011的SIGGRAPH上，NVIDA提出了FXAA3.1，本文主要介绍FXAA实现思路，提供部分简单实现的代码。
1.What is FXAA 3.11
- Fast approXimate Anti-Aliasing
- Two algorithms
- FXAA 3.11 Console (360 and PS3)
- FXAA 3.11 Quality (PC)
- Two algorithms
- 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全称“Fast Approximate Anti-Aliasing”,翻译成中文就是“快速近似抗锯齿”。
FXAA3.11在之前FXAA1，2的基础上做了一些改进。
- FXAA1：最早最基础的版本，也是在PC游戏中使用最广泛的，已用于《孤岛危机2》、《无主之地》。
- FXAA2：针对Xbox 360游戏机专门设计。
- FXAA3：Quality质量版本面向PC，Console主机版本则面向Xbox 360、PS3。
FXAA是一种单程像素着色器，和MLAA一样运行于目标游戏渲染管线的后期处理阶段，但不像后者那样使用DirectCompute，而只是单纯的后期处理着色器，不依赖于任何GPU计算API。正因为如此，FXAA技术对显卡没有特殊要求，完全兼容NVIDIA、AMD的不同显卡(MLAA仅支持A卡)和DX9、DX10、DX11。
2.How FXAA Working
- Early exit for pixels
取4个方向以及中间像素，对5个位置的值做滤波操作，对于范围之外进行分段线性变换。对于差异较大的像素，进行AA。
maxLuma = max(nw,ne,sw,se)
contrast = max(nw,ne,sw,se,m) - min(nw,ne,sw,se,m)
if(contrast >= max(minThreshold, maxLuma * threshold))
- extra taps
dir.x = -((NW+NE)-(SW+SE))
dir.y = ((NW+SW)-(NE+SE))
dir.xy = normalize(dir.xy) * scale
使用2x2的区域，计算像素边界，做向量运算。得到dir之后归一化长度。
- Optional extra 2 taps
缩放dir.xy,扩展到8个像素
minDir = min(|dir.x|, |dir.y|) * sharpness
- Compare 4-tap filter luma to neighborhood luma
比较4个方向的luma和相邻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.简单实现
我自己再Direct11的环境下，参考FXAA思路，实现了简单版本的FXAA，相比自带d3d实现的4xMSAA，效果较为不明显，仅供交流学习。
//--------------------------------------------------------------------------------------
// File: FXAA.fx
//--------------------------------------------------------------------------------------
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个像素
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;
}
- 效果对比（左为无FXAA）
