Filtering Approaches for Real-Time Anti-Aliasing（2011 SIGGRAPH）

shaoheshaohe

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)
      
    
    
• 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