MSAA et alpha-to-coverage : distinguer la couverture de l'ombrage et de l'opacité

Séparer la couverture des échantillons de la fréquence d'exécution du shader

Le MSAA enregistre la couverture et les décisions de profondeur/stencil à plusieurs positions d'échantillonnage à l'intérieur d'un pixel. L'ombrage ordinaire à la fréquence du pixel peut fournir un seul résultat à plusieurs échantillons couverts. Augmenter le nombre d'échantillons n'entraîne donc pas automatiquement un ombrage indépendant du matériau à chaque position. Les règles de rastérisation de Microsoft expliquent cette distinction. [1]

Le MSAA est particulièrement utile aux frontières géométriques. Il ne résout pas automatiquement l'aliasing de tous les motifs générés par shader ni des reflets spéculaires. L'ombrage à la fréquence de l'échantillon modifie la charge de travail ; il faut le choisir délibérément, là où il est pris en charge et utile.

Convertir l'alpha d'une découpe en masque de couverture

L'alpha-to-coverage transforme une valeur alpha produite par le shader en un masque d'échantillons conservés, combiné avec la couverture existante de la primitive. C'est utile pour les formes découpées détaillées, comme des feuilles représentées par des polygones texturés. Les échantillons conservés peuvent participer au test de profondeur normal et aux écritures de profondeur, si elles sont activées.

La conversion dépend de l'implémentation. Direct3D spécifie le comportement aux extrémités, mais n'impose pas un masque intermédiaire identique d'un matériel à l'autre ; un tramage spatial (dithering) peut aussi être utilisé. [2] Dans ce chemin de rendu, il faut traiter l'alpha comme un contrôle de couverture et vérifier son rendu réel avec le nombre d'échantillons retenu.

Exemple détaillé : résoudre un masque donné

Prenons un pixel de 4 échantillons de poids égal. Supposons qu'une feuille couvre 2 échantillons avec la couleur linéaire (0, 1, 0), tandis que les 2 autres conservent la couleur d'arrière-plan (0, 0, 1). Une résolution de couleur par moyenne produit (0, 0.5, 0.5).

Cet exemple fixe le masque ; il ne garantit pas qu'un alpha de 0.5 génère toujours exactement ce masque sur tous les appareils. Il n'implique pas non plus que le shader de la feuille s'est exécuté 4 fois. Si l'alpha 0.5 pilote aussi le mélange alpha ordinaire (alpha blending) sur les échantillons conservés, la contribution verte de la feuille tombe à 0.25 dans le pixel résolu. La couverture et le mélange l'ont atténuée chacun de leur côté. Il faut décider si ce comportement convient au matériau, plutôt que d'activer les deux automatiquement. L'alpha-to-coverage ne retire pas par lui-même l'alpha du calcul de mélange. [2]

Valider l'ensemble du chemin multi-échantillon

Commencez par un bord de triangle opaque, puis ajoutez une texture de découpe. Vérifiez le nombre d'échantillons des attachements, les formats pris en charge, le comportement de la profondeur et la résolution vers l'image finale. Examinez les formes fines à plusieurs distances et sur des arrière-plans contrastés. Déplacez la caméra lentement pour révéler d'éventuelles quantifications ou variations de motif.

Contrôlez les feuilles qui se chevauchent, avec les écritures de profondeur activées puis désactivées selon le chemin de matériau visé. Ne comparez l'ombrage à la fréquence du pixel et à la fréquence de l'échantillon que si la variation d'ombrage est le problème restant. Gardez l'alpha de sortie du shader, la génération de couverture et l'état de mélange inspectables indépendamment.

Évaluer honnêtement les limites

Avec peu d'échantillons, seul un ensemble limité de motifs de couverture est possible : de minuscules détails peuvent donc encore disparaître ou scintiller. Davantage d'échantillons augmentent le stockage ainsi qu'une partie du travail de rastérisation et de résolution, sans que le temps de rendu total d'une image soit multiplié dans les mêmes proportions. L'alpha-to-coverage approxime la couverture ; il ne modélise pas la transmission dépendante de la longueur d'onde à travers du verre. Mesurez la scène réelle et prévoyez une solution de repli adaptée pour les chemins de rendu sans multi-échantillonnage.

Sources

• [1] Rasterization Rules: Multisample Anti-Aliasing — Microsoft, documentation Direct3D.
• [2] Configuring Blending Functionality: Alpha-To-Coverage — Microsoft, documentation Direct3D.