anti-alias，簡稱aa，在圖形學中廣泛地用於提公升渲染質量。經過幾十年的發展，aa也從離線渲染逐步普及到了實時渲染的領域。本系列文章將總結一下在實時渲染中使用的aa方法的前世和今生。本片集中討論硬體提供的aa方法。
圖1. 乙個畫素內部的取樣點。16個紅圈表示16個取樣點，藍色和黃色是覆蓋了這個畫素的兩個三角形。
super sampling anti-aliasing是最直觀的一種aa方法。實現方法之一就是渲染乙個大圖，然後downsample，這相當於在每個最終畫素內部做了乙個均勻 分布取樣。更通用的描述是，每個畫素分布多個取樣點（可以均勻分布、poisson分布、隨機分布、抖動分布等），每個取樣點都有獨立的color和 depth，pixel shader在每個取樣點都執行一遍。如圖1的情況，會得到1個白色，1個淺藍色和14個黃色的取樣點。最後這個畫素的值是這16個取樣點的平均，也就是 ((1, 1, 1) + (0.77, 0.77, 1) + 14 * (1, 1, 0)) / 16 = (0.98, 0.98, 0.125)。在這些方法中，ssaa質量最好，畢竟是個最暴力的方法。在d3d 10.1+上可以選擇per-sample或者per-pixel執行pixel shader，也就是直接支援了ssaa。
效能統計（取樣數為n，下同）：每個畫素裡ps執行次數為n，占用空間n個color + n個depth。
ssaa需要在每個取樣點都執行一次ps並儲存color和depth，時間和空間開銷都是驚人的。multi-sampling anti-aliasing的出現極大地改善了這點。msaa在每個畫素只執行一次ps，輸出顏色寫入所有通過depth-stencil測試的取樣本 中。在shader model 3之前，ps的輸入一定取自畫素的中心；後來加入了centric插值，ps的輸入屬性就可以是三角形所覆蓋的所有取樣點的中心：
來自如圖1的情況，沒有centric插值的話，藍色三角形的兩個取樣點將都得到純藍的顏色（外差而得），最終畫素的顏色就是(2 * (0, 0, 1) + 14 * (1, 1, 0)) / 16 = (0.875, 0.875, 0.125)。有centric插值的話就是個更正確的淺藍色((1, 1, 1) + (0.77, 0.77, 1)) / 2 = (0.885, 0.885, 1)，最終畫素顏色是(2 * (0.885, 0.885, 1) + 14 * (1, 1, 0)) / 16= (0.98, 0.98, 0.125)。如下圖所示：
效能統計：每個畫素裡ps執行次數為每個覆蓋到該畫素的三角形一次，占用空間n個color + n個depth。
msaa雖然解決了計算的問題，但儲存量還是很大，尤其是取樣率到了8以上。nvidia在g80及以上的gpu增加了coverage sampling anti-aliasing的方法。csaa解耦了color/depth的buffer和coverage的buffer，可以用較少的color /depth空間來儲存原先高取樣數才能得到的質量。比如圖1的情況，用csaa 16x來渲染，就會把乙個畫素分成左上、右上、左下和右下4塊區域，每塊區域有4個coverage取樣點，但共享同乙個color和depth。對於圖 1的情況，結果就是，(0.25 * (0.885, 0.885, 1) + 0.25 * (0.885, 0.885, 1) + 3.75 * (1, 1, 0)) / 4 = (0.98, 0.98, 0.125)。
效能統計：每個畫素裡ps執行次數為每個覆蓋到該畫素的三角形一次，占用空間m個color + m個depth，m小於n。
這三種方法是常見的硬體直接支援的aa方法，下篇文章將講述各種基於post process的aa方法。
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