Antialiasing：一篇关于抗锯齿的综述

一、什么是抗锯齿

抗锯齿是一种图形处理技术，用于减少图像、字体或者线条边缘处的锯齿状物。Antialiasing并不是一种算法，它是描述一系列算法的术语，包括多种采样、插值技术，对位移值的估计和边缘检测技术等。在图形学、计算机游戏、电影制作等领域得到广泛应用，使得图像看上去更加平滑自然。

二、为什么需要抗锯齿

当我们把锯齿状物看成量子化的周期波时，我们知道较高的频率成分表示高频细节部分，包括边缘和刻线部分，并且与明暗或色彩变化相关联。所以，当锯齿状物显示在计算机屏幕上时，由于其包含的高频部分，会对边缘形状的结构和表示造成干扰，使得保真度下降，视觉质量下降。因此，为了获得更好的平滑效果，通过抗锯齿技术，可以去除差异并呈现真正的曲线，使得输出结果更具真实感。

三、抗锯齿算法的种类

1. 多重采样抗锯齿（MSAA）

MSAA算法基于取多次采样数值的原理。在三角形边缘或图像中，每个样本点的RGB值被平均。它是一种常用的技术，能够在不降低渲染速度的情况下消除边缘锯齿，可以达到平滑的视觉效果。不过，它无法解决彩色物体的颜色边缘锯齿问题。

void render(){
  glEnable(GL_MULTISAMPLE_ARB);
  glBegin(GL_TRIANGLES);
  glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
  glVertex3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
  glVertex3f(-1.0f, 0.0f, 0.0f);
  glEnd();
  glDisable(GL_MULTISAMPLE_ARB);
}

2. 对位移值的估计技术（FXAA）

FXAA是Fast Approximate Anti-Aliasing的缩写，它是一种在屏幕空间内的反锯齿技术，它不基于光栅化。它的技术原理是通过对每个像素执行过滤，然后分析输出，从而获得位置和颜色信息，最后通过对锯齿进行过滤来达到平滑和旋转的效果。FXAA技术效果好，可以更快地处理，但是对于复杂多边形会出现伪影现象。

void render(){
  glEnable(GL_MULTISAMPLE_ARB);
  GLuint resolveFBO;
  glGenFramebuffers(1, &resolveFBO);
  glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, resolveFBO);
  glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE, colorTexMS, 0);
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
  glBegin(GL_TRIANGLES);
  glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
  glVertex3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
  glVertex3f(-1.0f, 0.0f, 0.0f);
  glEnd();
  glDisable(GL_MULTISAMPLE_ARB);
}

3. 直线抗锯齿（SRAA）

SRAA在效果和性能之间平衡，可以更好地控制据有不同像素层质量的线条的复杂度。由于它的算法基于局部和全局分析，每个像素都采用多个采样值来提高保真度和图像质量。很适合用于处理笔画和线条。

void resolve(GLuint textureMS, GLuint textureSRAA){
  GLuint resolveFBO;
  glGenFramebuffers(1, &resolveFBO);
  glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, resolveFBO);
  glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D, textureSRAA, 0);
  glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT1, GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE, textureMS, 0);
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
  glBegin(GL_LINES);
  glVertex3f(-0.5f, -0.5f, 0.0f);
  glVertex3f(0.5f, 0.5f, 0.0f);
  glEnd();
}

四、结论

抗锯齿已经成为现代图形学中不可或缺的一部分。在今天的计算机图形中，它是创建平滑、自然的图像最重要的工具之一。随着技术的不断发展和普及，越来越多的抗锯齿技术将被提出，以满足不同的应用和场景需求。