图形绘制的时候总能看见那些不美观的锯齿。尤其是边缘锯齿给用户带来的突兀感，给了计算机图形学几乎一个属于“领域”的研究——反锯齿。视觉上的美观优化，以及改进后的运行效率，两手都要硬。——ZwqXin.com

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锯齿是由于屏幕分辨率低所造成的赝项，想必大家也知道这指什么。CSDN里一位高人仁兄问道，在显卡设置里面有所谓的“反锯齿”选项，可以设置覆盖采样的参数，那么在OpenGL里是否也有相应的API能够做相应的设置呢？我刚开始是认为所谓显卡里的抗锯齿是shader里对屏幕做全屏PCF（百分比渐进过滤），而OPENGL的API里面也没见过有什么可以接收类似覆盖采样这样的参数的，顶多是glHint那类函数可以通过混合等缓解点线的锯齿现象罢了。可接下来有人回帖说了NEHE46课，我马上“觉醒”，对喔，NEHE里[搜集的优良OpenGL教程] 确实有课叫什么“全屏反锯齿”的，马上在电脑里找出来看——还真的有呢！

所谓采样参数，也可以说是“平滑处理级别”，一般就有1X，2X，4X，8X，16X这几个值。在[图像处理里的空间域滤波] 一文中，谈到了图像的平滑处理（模糊），其本质就是通过把一个像素作邻域处理（领域加合平均）得出新像素值而已，领域大小被称为模板参数，一般是个奇数，这样才能把待处理像素包围在中间。而这里的采样参数，乍一看就是2的N次方这样的数，但窃认为其实都是那么回事，只不过更适合于描述而已。

通常认为在实时图形学中，这种像素级别的操作应该交给强大的Shder。在shader里被称为dithered samples的，就是PCF系数。因为它的可编程性能，对显卡的要求就更可具弹性了，实际上任何X都可以，不限制于2的N次方。

为了说得清晰点，以橙书里关于对Shadow map做PCF那章的代码段为例（ZwqXin也弄过[Shadow Map阴影贴图技术之探Ⅲ] ）：

1. //Listing 13.7. Fragment shader for generating shadows, using four dithered samples
2. uniform sampler2DShadow ShadowMap;
3. uniform float Epsilon;
4. uniform bool SelfShadowed;
5. uniform float SelfShadowedVal;
6. uniform float NonSelfShadowedVal;
7. varying vec3 ShadowCoord;
8. float Illumination;
9. float lookup(float x, float y)
10. {
11. float depth = shadow2D(ShadowMap,
12. ShadowCoord + vec2(x, y) * Epsilon).x;
13. return depth != 1.0 ? Illumination : 1.0;
14. }
15. void main()
16. {
17. // lighten up the self-shadows
18. Illumination = SelfShadowed ? SelfShadowedVal : NonSelfShadowedVal;
19. // use modulo to vary the sample pattern
20. vec2 o = mod(floor(gl_FragCoord.xy), 2.0);
21. float sum = 0.0;
22. sum += lookup(vec2(-1.5, 1.5) + o);
23. sum += lookup(vec2( 0.5, 1.5) + o);
24. sum += lookup(vec2(-1.5, -0.5) + o);
25. sum += lookup(vec2( 0.5, -0.5) + o);
26. gl_FragColor = vec4(sum * 0.25 * gl_Color.rgb, gl_Color.a);
27. }

这里你可以认为是为了消缓shadow map形成的锯齿而做的“全屏反锯齿”，或者说“全屏模糊化”“全屏平滑化”（针对阴影帖图覆盖之场景）。参数是4X。看最下面几行，它做了一些检索纹理（阴影图）的动作。sum是个颜色计数器，它把当前处理像素所在纹素的周边四个纹素的值相加，并在输出时除以4以归一化回[0，1]区间——这是典型的模板滤波操作。当然还有一点小动作（取非整值并根据纹理索引的奇偶再偏移0个或1个纹素），不多提，但总体思路就是这样——这就是PCF的雏形。一张纹理的颜色过渡只有在边缘处巨变，而人眼对边缘的部分总是比较敏感，边缘处产生的模糊正能消除这种突兀感。

好吧，如果这算4X，那么5X，6X如此下去都可以。但是4X和5X你能想到两者有啥区别么？无非后者多搅和了一个纹素而已，如果这个被搅和的纹素不用中心纹素，你还得决定是在哪个方向多加一个呢！6X就更不用说了.......所以说，下一个“级别”应该是关于中心纹素得包围圈向外延伸一个纹素，每方向上加多一个，也就是8X了.......如此类推，你能发现比较匀称和谐的“采样参数”都是2的N次方。

另一方面，总不能无限地32X，64X下去吧，要知道，每多一个“级别”，对每个像素就得做多一倍的加法，运算效率下来了，这还不算，更主要的是，整张纹理都被错位叠加N次了，纹理被覆物最后真被模糊得血肉模糊，不成人形（喂，本来就不成嘛）了——因为平滑模糊，就相当于去处细节！

概念讲到这里，回到开头那里。显卡里的PCF？我看了看自己的显卡的控制面板（NV9），里面解释到：

平滑处理可设置为有利于提高系统性能或改进图象质量。

• 如果要显示三维动画效果和强调场景的流畅变换，最好使用性能设置。
• 如果要以显示非常精细和逼真的三维物体为主要目的时，最好使用质量设置。
• 在“管理 3D 设置”页面上（高级视图），您可以设置具体的平滑处理级别。值越高，对应的平滑处理的级别就越高。例如，16x 的质量要高于 2x。 在 GeForce 8 系列 GPU 中，NVIDIA 推出了一种新形式的平滑处理，称为“覆盖采样”，该功能对 8x、16x 和 16xQ 平滑处理设置产生影响。如需更多信息，请参照 NVIDIA.com 网站上关于 Lumenex 引擎技术的简介。
• 如果您不能肯定如何配置平滑处理，请使用“应用程序控制的”选项。您的显示将根据应用程序的规定自行调整。

有粗略的设置方法（质量-效率权衡）：

也有可能做个精确一点的设置：

的确是可以设置的。那么，既然显卡提供了这样的功能，那么有对应的集成API也很正常吧。但是，看完NEHE46课后，我知道OPenGL里能实现这种设置的方法是使用一个叫"multi sample"的扩展。而且也不能一步到位，需要设置不少东西。我不能肯定它与PCF有没有什么特别的联系，于是我想自己按照NEHE 46来实现一下。

请留意下篇文章：全屏反锯齿 - 多重采样Ⅱ

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实现无关shader编写的全屏反走样的扩展，全名叫WGL_ARB_multisample。关键字1，ARB，说明它真是扩展（别打~）；关键字2，WGL，说明它并非一般的扩展。锯齿，或者，早已把此扩展忘记了吧。本为下篇，有意者可先看上篇，请点：[全屏反锯齿 - 多重采样Ⅰ] 。——ZwqXin.com

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如果你的程序INCLUDE目录里面只有glew.h或者glext.h，你是用不起这个扩展的。它属于ARB委员会的闲置物，因此才会被安排在wglew.h或者wglext.h里的吧。是不是呢？请好心人路过告知。总之，要使用这个扩展，两道。1.程序包含wglew.h，并拥有glew32.lb库文件（与glew.h不同，wglew.h不必要置于gl.h之前，本扩展也没看到需要Initglew()之类的初始化函数）；2.程序包含wglext.h......恩，貌似只需要wglext.h就可。

另外，当时发现本扩展存在EXT版本，惊喜之余专门用了一下，发现是无法用的。用opengl extension viewer看了看，本显卡支持的EXT扩展里没有这个的EXT版本，而且貌似其他显卡也没有。只有用WGL_ARB_multisample了。（ARB与EXT是哪门子区别？可求助GOOGLE大神，通俗点说是一个不能直接用，一个可以。见下所述。）

参考NEHE #46，弄了一个类。最初是想封装得好点的，但后来发现这难度大，因为使用该扩展的位置是程序初始化之前——屏幕像素设置，DC，RC设置的地方。好吧，还是先说这个类：

1. class MultiSample
2. {
3. public:
4. MultiSample();
5. ~MultiSample();
6. bool InitMultiSample(HWND hwnd);
7. bool ExtentionSurpported(){ return multisampleSupportted;}
8. int GetMultiSampleFormat(){ return MultiSampleFormat;}
9. void SetMultiSample(UINT sample){Multisample = sample; }
10. UINT GetSupportedFormatNum(){ return numofFormats;}
11. int GetSupportedFormats(UINT i){ return i < numofFormats ? pixelformat[i] : 0;}
12. private:
13. bool WGLisExtensionSupported(const char *extension);
14. UINT Multisample;
15. bool multisampleSupportted;
16. int MultiSampleFormat;
17. UINT numofFormats;
18. int pixelformat[20];
19. };

最重要的函数是InitMultiSample()，它完成了“全屏反走样必要的设置”，更准确地说，它给下面列出的私有成员变量赋值了。这些变量中最重要的——也是本扩展所需要的东西和最后给出的东西：输入Multisample，输出MultiSampleFormat。前者就是我们要告诉扩展的采样参数，譬如4代表4X，8代表8X等等（详见[全屏反锯齿 - 多重采样Ⅰ] ）；后者就是：像素格式。

恩，没错，最后要的就是像素格式。就是我们在初始化OPENGL窗口设置时用来设置渲染窗口像素的模式的那样东西。（详细见[自剖一下自己用的NEHE OpenGL框架(下篇)] 。）作用的话，接下来再探讨，先来看看这个UINT“像素格式”是怎么得到的：

1. bool MultiSample::InitMultiSample(HWND hwnd)
2. {
3. multisampleSupportted = WGLisExtensionSupported("WGL_ARB_multisample");
4. if(!multisampleSupportted)return false;
5. PFNWGLCHOOSEPIXELFORMATARBPROC wglChoosePixelFormatARB = (PFNWGLCHOOSEPIXELFORMATARBPROC)wglGetProcAddress("wglChoosePixelFormatARB");
6. HDC hdc = ::GetDC(hwnd);
7. float fAttributes[] = {0,0};
8. int iAtributes[] =
9. {
10. WGL_DRAW_TO_WINDOW_ARB, GL_TRUE,
11. WGL_SUPPORT_OPENGL_ARB, GL_TRUE,
12. WGL_ACCELERATION_ARB, WGL_FULL_ACCELERATION_ARB,
13. WGL_COLOR_BITS_ARB, 24,
14. WGL_ALPHA_BITS_ARB, 8,
15. WGL_DEPTH_BITS_ARB, 16,
16. WGL_STENCIL_BITS_ARB, 0,
17. WGL_DOUBLE_BUFFER_ARB, GL_TRUE,
18. WGL_SAMPLE_BUFFERS_ARB, GL_TRUE,
19. WGL_SAMPLES_ARB, Multisample,
20. 0,0
21. };
22. if(!wglChoosePixelFormatARB(hdc, iAtributes, fAttributes, 20 , pixelformat, &numofFormats))
23. {
24. multisampleSupportted = false;
25. return false;
26. }
27. if(numofFormats <= 0)return false;
28. MultiSampleFormat = pixelformat[0];
29. return true;
30. }

本函数接受一个表征窗口的句柄，并接下来从该句柄得出绘图环境DC。这是本扩展第2个需要知道的东西：产生新像素格式必然要先了解绘图环境。multisampleSupportted返回你的显卡是否支持本WGL扩展，WGLisExtensionSupported是直接从NEHE46那里拿来的。然后我们来获取本ARB扩展功能函数：wglChoosePixelFormatARB的“实体”，获取后我们就能用了。用的方法无非是输入-输出。我们输入绘图环境DC，还有一个iAtributes数组指针，一个fAttributes数组指针。fAttributes只是单纯的0数组，我不知道其他值会有什么效果，只知道这里只需要float类型的0数组就够了，或者NULL，我尝试过，也可以的。至于iAtributes，可是戏玉！

它很明显在设置类似PIXELFORMATDESCRIPTOR（像素描述器，见[自剖一下自己用的NEHE OpenGL框架(下篇)）的东西，告诉wglChoosePixelFormatARB函数，我们所需要的像素格式的模样，譬如彩色通道位数，是否使用双缓冲等等（注意数组内是：“属性，值”的格式），然后由它去设置新的像素格式。值得注意的是WGL_SAMPLE_BUFFERS_ARB和WGL_SAMPLES_ARB。根据opengl官方给出的的本扩展的文档，前者表明新增一个缓冲（缓存），叫“多重采样缓冲”（如何？），该缓冲启用下，传统5大缓冲中的3个将会失效，只有颜色缓冲和辅助缓冲能继续。是不是因为多重采样缓冲其实包含了这些了呢？文档没兴致看仔细，算了。启用该缓冲，并把WGL_SAMPLES_ARB设置为我们需要的采样参数后，就能用它来描述像素格式了。

像素格式，其实表面上看就是一个简单的UINT，真正的含义只有SetPixelFormat函数才知道。wglChoosePixelFormatARB接收输入后，输出满足要求的像素格式（用UINT表示），我把这些满足的像素格式扔进成员数组pixelformat里了，并规定最多接收20个，numofFormats是实际满足的个数。我做过试验的，其他像素属性按上，1X的不算，2X下共有16种像素格式可以满足（UINT为20，24，28~64）；3X~4X，共有12种满足；5X~8X，8种；9X~16X，4种；16X以上，0种。由此一来说明本显卡确实最多支持16X，二来印证上篇所言，只有2的N次方的采样参数有用（中间那些都被默认向大者靠了）。

函数最后让输出的像素格式取第一个有用的（最准确满足的）像素格式。

看MainFrame里的像素格式设置部分（OnCreateClient函数），在两个地方作了代码添加：

1. BOOL CMainFrame::OnCreateClient(LPCREATESTRUCT lpcs, CCreateContext* pContext)
2. {
3. //.........常规的像素格式描述器设置
4. //.........
5. if(!SecondWindowCreate)
6. {
7. if ( !( PixelFormat = ChoosePixelFormat ( m_hDC, &pfd ) ) ) {
8. KillGLWindow ();
9. MessageBox ( "Can't Find A Suitable PixelFormat.", "ERROR", MB_OK | MB_ICONEXCLAMATION );
10. return FALSE;
11. }
12. }
13. else
14. PixelFormat = MultiSampleFormat;
15. if ( !SetPixelFormat ( m_hDC, PixelFormat, &pfd ) ){
16. KillGLWindow ();
17. MessageBox ( "Can't Set The PixelFormat.", "ERROR", MB_OK | MB_ICONEXCLAMATION );
18. return FALSE;
19. }
20. //.........DC，RC关联设置
21. //..........
22. if(SecondWindowCreate)
23. {
24. if (MessageBox("渲染一堆三角形(YES) 渲染几个一般几何模型(NO)",
25. "RederTest Selection",MB_YESNO|MB_ICONQUESTION)==IDYES)
26. RenderOb=FALSE;
27. else
28. RenderOb = TRUE;
29. }
30. else
31. {
32. MutiSampleSelectDlg MSdLG;
33. if(MSdLG.DoModal() == IDOK)
34. {
35. MultiSample = MSdLG.GetMultiSample();
36. Multisam.SetMultiSample(MultiSample);
37. Multisam.InitMultiSample(m_hWnd);
38. PixelFormat = Multisam.GetMultiSampleFormat();
39. return bRet;
40. }
41. }
42. //.....
43. //....初始化....
44. }

SecondWindowCreate是CMAINFRAME的成员函数，顾名思义，就是表明OnCreateClient函数要执行两次。SecondWindowCreate为FALSE的时候，按照原设置来设置像素格式。然后关联好RC后，调用InitMultiSample，接收当前opengl渲染窗口（原窗口）句柄和从某对话框（我弄的）得来的采样参数，得出的像素格式存入CMAINFRAME另一成员函数PixelFormat里。不必初始化直接返回。

注意，返回后，我会保存生成的PixelFormat，然后把这个刚刚建立的窗口（原窗口）——连显示都不让它显示，直接让它夭折。重新建一个CMAINFRAME对象，生成新窗口，让SecondWindowCreate为TRUE，并把刚才的PixelFormat交给它。好了，第二次来到OnCreateClient，直接用支持多重采样的PixelFormat去SetPixelFormat()，一路下去。

这是因为只有原来的RC建立好后，wglChoosePixelFormatARB才能知道当前有哪些像素格式适合吧。是不方便但也没办法。对了，最后再看一下夭折-再生的处理在我的NEHE框架里怎么改吧，是在APP类的InitInstance函数里（不改动前的，可见[自剖一下自己用的NEHE OpenGL框架(中篇)] ）：

1. BOOL CAntialiasing_MultiSampleApp::InitInstance()
2. {
3. // Standard initialization
4. // Change the registry key under which our settings are stored.
5. // TODO: You should modify this string to be something appropriate
6. // such as the name of your company or organization.
7. SetRegistryKey(_T("Local AppWizard-Generated Applications"));
8. // To create the main window, this code creates a new frame window
9. // object and then sets it as the application's main window object.
10. m_pMainWnd = NULL;
11. CMainFrame* pFrame = new CMainFrame;
12. pFrame->CreateWindowSecondTime(false);
13. if (!pFrame->Create(NULL,"MFC OpenGL"))
14. return FALSE;
15. int MultiSampleFormat = pFrame->GetMultiSampleFormat();
16. pFrame->DestroyWindow();
17. //delete pFrame;
18. pFrame = new CMainFrame;
19. pFrame->CreateWindowSecondTime(true);
20. pFrame->SetMultiSampleFormat(MultiSampleFormat);
21. if (!pFrame->Create(NULL,"MFC OpenGL"))
22. return FALSE;
23. m_pMainWnd = pFrame;
24. pFrame->ShowWindow(m_nCmdShow);
25. pFrame->UpdateWindow();
26. return TRUE;
27. }

在下对MFC不熟，中间那里为什么无法DELETE掉呢？好了，看结果吧：

(场景1是用了NEHE #46里的旋转矩形场景。设置为1X时，可见基本跟不设置差不多的，边缘锯齿严重)

(设置为4X时，边缘锯齿还是明显的，但稍微不那么严重了吧)

(设置为16X时，边缘锯齿效应基本上消除了哦)

(16X时，再来一张，很好哦。效率呢？这么多次采样平滑，肯定会下降的，但因为场景简单+偶家显卡比较好，所以FPS没有下降)

(自家的场景2，模型边缘，在1X下的严重锯齿)

(自家的场景2，模型边缘，在16X下的锯齿现象消解)

本日志demo放出：AntialiasingMultiSampleDemobYzwqxin.rarDEMO使用了扩展,需要下载glew库到指定目录，下载见此：OpenGL常用的库

2009.5.2-5.3