MSAA e alpha-to-coverage: como distinguir cobertura de sombreamento e opacidade

Separe a cobertura de amostras da frequência do shader

O MSAA registra a cobertura e as decisões de depth-stencil em várias posições de amostra dentro de um pixel. No sombreamento comum, executado por pixel, um único resultado pode ser atribuído a várias amostras cobertas. Por isso, aumentar o número de amostras não faz, por si só, com que o material seja sombreado de forma independente em cada posição. As regras de rasterização da Microsoft explicam essa distinção. [1]

O MSAA é especialmente útil nas bordas geométricas. Ele não resolve automaticamente o aliasing em qualquer padrão gerado pelo shader nem em realces especulares. O sombreamento por amostra altera a carga de trabalho e deve ser escolhido de forma deliberada, onde houver suporte e onde fizer sentido.

Converta o alfa de recortes em uma máscara de cobertura

O alpha-to-coverage transforma o valor alfa do shader em uma máscara das amostras que permanecem, combinada com a cobertura já existente da primitiva. Isso é útil para formas recortadas detalhadas, como folhas representadas por polígonos texturizados. As amostras que permanecem podem participar normalmente do teste de profundidade e, quando habilitada, da escrita de profundidade.

A conversão depende da implementação. O Direct3D especifica o comportamento nos extremos, mas não exige que a máscara intermediária seja idêntica em todo hardware; também pode ser usado dithering espacial. [2] Nesse caminho, trate o alfa como um controle de cobertura e verifique a aparência real com o número de amostras escolhido.

Exemplo prático: resolve de uma máscara definida

Considere um pixel com 4 amostras de peso igual. Suponha que uma folha cubra 2 amostras com a cor linear (0, 1, 0), enquanto as outras 2 mantêm a cor de fundo (0, 0, 1). Um resolve de cor por média produz (0, 0.5, 0.5).

Este exemplo define a máscara de antemão; ele não garante que alfa 0.5 gere sempre exatamente essa máscara em qualquer dispositivo. Também não significa que o shader da folha tenha sido executado 4 vezes. Se o alfa 0.5 também controlar o alpha blending comum nas amostras que permanecem, a contribuição verde da folha cai para 0.25 no pixel resolvido: a cobertura e o blending a atenuaram cada um por sua conta. Decida se esse comportamento corresponde ao material, em vez de habilitar os dois automaticamente. O alpha-to-coverage, por si só, não remove o alfa do cálculo de blending. [2]

Valide todo o caminho multisample

Comece com a borda de um triângulo opaco e depois adicione uma textura com recorte. Verifique o número de amostras dos attachments, os formatos suportados, o comportamento de profundidade e o resolve para a imagem final. Examine formas finas a várias distâncias e sobre fundos contrastantes. Mova a câmera lentamente para revelar quantização ou mudanças de padrão.

Verifique folhas sobrepostas com a escrita de profundidade habilitada e desabilitada, conforme o caminho previsto para o material. Compare sombreamento por pixel e por amostra apenas quando a variação de sombreamento for o problema que resta. Mantenha o alfa de saída do shader, a geração de cobertura e o estado de blending inspecionáveis de forma independente.

Avalie os limites com honestidade

Poucas amostras oferecem apenas um conjunto limitado de padrões de cobertura, de modo que detalhes muito pequenos ainda podem desaparecer ou cintilar. Mais amostras aumentam o armazenamento e parte do trabalho de rasterização e de resolve, sem que isso signifique multiplicar na mesma proporção o tempo total do frame. O alpha-to-coverage aproxima a cobertura, não a transmissão dependente do comprimento de onda através do vidro. Meça a cena real e mantenha uma alternativa adequada para caminhos de renderização sem multisampling.

Fontes

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