通用 Windows 平台 (UWP) 应用中的多重采样

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07/13/2023

了解如何在使用 Direct3D 生成的通用 Windows 平台 (UWP) 应用中使用多重采样。多重采样（也称为多重采样抗锯齿）是一种图形技术，用于减少锯齿边缘的显示。它的工作方式是绘制比最终渲染目标中包含的实际像素更多的像素，然后取平均值以保留某些像素的“局部”边缘的显示。有关多重采样在 Direct3D 中的实际工作方式的详细说明，请参阅多重采样抗锯齿光栅化规则。

多重采样和翻转模型交换链

使用 DirectX 的 UWP 应用必须使用翻转模型交换链。翻转模型交换链不直接支持多重采样，但仍然可以使用不同方式应用多重采样，方法是将场景渲染到多重采样的渲染目标视图，然后在呈现前将多重采样的渲染目标解析到后台缓冲区。本文介绍将多重采样添加到 UWP 应用所需的步骤。

如何使用多重采样

Direct3D 功能级别保证支持特定的最小样本计数功能，并保证某些支持多重采样的缓冲区格式可用。图形设备支持的格式和样本计数通常多于最低要求。通过检查具有特定 DXGI 格式的多重采样支持功能，然后检查可以与每个支持的格式一起使用的样本计数，你可以在运行时确定多重采样支持。

调用 ID3D11Device::CheckFeatureSupport 以了解哪些 DXGI 格式可以用于多重采用。提供游戏可以使用的呈现目标格式。呈现目标和解析目标必须使用相同的格式，以便检查 D3D11_FORMAT_SUPPORT_MULTISAMPLE_RENDERTARGET 和 D3D11_FORMAT_SUPPORT_MULTISAMPLE_RESOLVE。

**功能级别 9：**尽管功能级别 9 设备保证支持多重采样的呈现目标格式，但不保证支持多重采样解析目标。因此，在尝试使用本主题所述的多重采样技术之前，此检查是必要的。

以下代码将检查多重采样是否支持所有 DXGI_FORMAT 值：
```
// Determine the format support for multisampling.
for (UINT i = 1; i < DXGI_FORMAT_MAX; i++)
{
    DXGI_FORMAT inFormat = safe_cast<DXGI_FORMAT>(i);
    UINT formatSupport = 0;
    HRESULT hr = m_d3dDevice->CheckFormatSupport(inFormat, &formatSupport);

    if ((formatSupport & D3D11_FORMAT_SUPPORT_MULTISAMPLE_RESOLVE) &&
        (formatSupport & D3D11_FORMAT_SUPPORT_MULTISAMPLE_RENDERTARGET)
        )
    {
        m_supportInfo->SetFormatSupport(i, true);
    }
    else
    {
        m_supportInfo->SetFormatSupport(i, false);
    }
}
```

对于每个支持的格式，通过调用 ID3D11Device::CheckMultisampleQualityLevels 查询样本计数支持。

以下代码将检查受支持的 DXGI 格式的样本大小支持：

// Find available sample sizes for each supported format.
for (unsigned int i = 0; i < DXGI_FORMAT_MAX; i++)
{
    for (unsigned int j = 1; j < MAX_SAMPLES_CHECK; j++)
    {
        UINT numQualityFlags;

        HRESULT test = m_d3dDevice->CheckMultisampleQualityLevels(
            (DXGI_FORMAT) i,
            j,
            &numQualityFlags
            );

        if (SUCCEEDED(test) && (numQualityFlags > 0))
        {
            m_supportInfo->SetSampleSize(i, j, 1);
            m_supportInfo->SetQualityFlagsAt(i, j, numQualityFlags);
        }
    }
}

注意如果你需要检查多重采样是否支持平铺资源缓冲区，则改用 ID3D11Device2::CheckMultisampleQualityLevels1。

创建具有所需样本计数的缓冲区和呈现目标视图。使用与交换链相同的 DXGI_FORMAT、宽度和高度，但指定一个大于 1 的样本计数并使用多重采样纹理大小（例如 D3D11_RTV_DIMENSION_TEXTURE2DMS）。如果必要，你可以使用为多重采样优化的新设置重新创建交换链。

以下代码将创建多重采样渲染目标：

float widthMulti = m_d3dRenderTargetSize.Width;
float heightMulti = m_d3dRenderTargetSize.Height;

D3D11_TEXTURE2D_DESC offScreenSurfaceDesc;
ZeroMemory(&offScreenSurfaceDesc, sizeof(D3D11_TEXTURE2D_DESC));

offScreenSurfaceDesc.Format = DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM;
offScreenSurfaceDesc.Width = static_cast<UINT>(widthMulti);
offScreenSurfaceDesc.Height = static_cast<UINT>(heightMulti);
offScreenSurfaceDesc.BindFlags = D3D11_BIND_RENDER_TARGET;
offScreenSurfaceDesc.MipLevels = 1;
offScreenSurfaceDesc.ArraySize = 1;
offScreenSurfaceDesc.SampleDesc.Count = m_sampleSize;
offScreenSurfaceDesc.SampleDesc.Quality = m_qualityFlags;

// Create a surface that's multisampled.
DX::ThrowIfFailed(
    m_d3dDevice->CreateTexture2D(
    &offScreenSurfaceDesc,
    nullptr,
    &m_offScreenSurface)
    );

// Create a render target view. 
CD3D11_RENDER_TARGET_VIEW_DESC renderTargetViewDesc(D3D11_RTV_DIMENSION_TEXTURE2DMS);
DX::ThrowIfFailed(
    m_d3dDevice->CreateRenderTargetView(
    m_offScreenSurface.Get(),
    &renderTargetViewDesc,
    &m_d3dRenderTargetView
    )
    );

深度缓冲区必须具有相同的宽度、高度、样本计数和纹理大小以匹配多重采样渲染目标。

以下代码将创建多重采样深度缓冲区：

// Create a depth stencil view for use with 3D rendering if needed.
CD3D11_TEXTURE2D_DESC depthStencilDesc(
    DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT,
    static_cast<UINT>(widthMulti),
    static_cast<UINT>(heightMulti),
    1, // This depth stencil view has only one texture.
    1, // Use a single mipmap level.
    D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL,
    D3D11_USAGE_DEFAULT,
    0,
    m_sampleSize,
    m_qualityFlags
    );

ComPtr<ID3D11Texture2D> depthStencil;
DX::ThrowIfFailed(
    m_d3dDevice->CreateTexture2D(
    &depthStencilDesc,
    nullptr,
    &depthStencil
    )
    );

CD3D11_DEPTH_STENCIL_VIEW_DESC depthStencilViewDesc(D3D11_DSV_DIMENSION_TEXTURE2DMS);
DX::ThrowIfFailed(
    m_d3dDevice->CreateDepthStencilView(
    depthStencil.Get(),
    &depthStencilViewDesc,
    &m_d3dDepthStencilView
    )
    );

现在是创建视口的最佳时间，因为视口宽度和高度必须也匹配渲染目标。

以下代码将创建视口：

// Set the 3D rendering viewport to target the entire window.
m_screenViewport = CD3D11_VIEWPORT(
    0.0f,
    0.0f,
    widthMulti / m_scalingFactor,
    heightMulti / m_scalingFactor
    );

m_d3dContext->RSSetViewports(1, &m_screenViewport);

将每个帧渲染到多重采样渲染目标。完成渲染后，先调用 ID3D11DeviceContext::ResolveSubresource，然后再呈现帧。此操作可指导 Direct3D 执行多重采样操作、计算每个像素值以供显示，并将结果放置在后台缓冲区中。然后，后台缓冲区可包含最终抗锯齿图像并可供呈现。

以下代码在呈现帧之前将解析子资源：

if (m_sampleSize > 1)
{
    unsigned int sub = D3D11CalcSubresource(0, 0, 1);

    m_d3dContext->ResolveSubresource(
        m_backBuffer.Get(),
        sub,
        m_offScreenSurface.Get(),
        sub,
        DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM
        );
}

// The first argument instructs DXGI to block until VSync, putting the application
// to sleep until the next VSync. This ensures that we don't waste any cycles rendering
// frames that will never be displayed to the screen.
hr = m_swapChain->Present(1, 0);

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