Прогаем с кенгурой

Демка для потыкать. Половина негенерена кодексом так что не ругайтесь

Это не совсем про антиалиасинг, но про работу с артефактами интерполяции.Если вы возьмете текстуру и просто отрисуете ее лажащей в XZ плоскости в перспективной проекции, то по мере удаления ваша текстура превратится в кашу даже с линейной интерполяцией (билинейной на самом деле). Соль в том, что линейная интерполяция это не про среднее всех пикселей между двумя выбранными (это называется area), а именно что только этих двух пикселей. То есть, очевидно, у вас потеряется очень много информации на больших масштабах. Решается это через мипмапы (пирамида, где каждый следующий слой это х2 меньшая картинка). Там при сэмплинге соовтествующих пикселей не теряется информация, потому как при генерации у нас усредняются попарно все соседние пиксели. Тут есть два варианта: 1. При загрузке текстуры через MTKTextureLoader указывать MTKTextureLoader.Option.generateMipmaps: true. 2. При создании тексутры указывать что нужны мипмапы и пото генерировать блит операцией (`blit.generateMipmaps(for: texture)`). Далее мы можем включить трилинейную интерполяцию: значение будет браться средним по ближайшим слоям мипмапа, а потом еще и между ними. В итоге получается гладенько красиво. Все, что надо, указать .mipFilter=.linear или mip_filter::linear (смотря где вы его создаете) при создании сэмплера. Это может быть полезно для нормальной отрисовки геометрии, если вы, скажем отрисовали линию на текстуре, а потом натягиваете эту плоскость на что-то еще. Вот чтобы эту линию не попердолило, лучше генерировать мипамап пердварительно. Делается это довольно быстро на фоне всего остального, но жрет х1.5 памяти.

Если вы особые ценители прекрасного, то для вас еще есть и субпиксельный антиалиасинг. Его вы скорее всего видели на шрифтах (когда на символах будто цветовая аберрация). Суть его в том, что мы используем каналы пикселя (часто это тупо три палочки RGB), то есть мы делим пиксель на три трети и в зависимости от покрытия заливаем их соответствующим образом. Техника эта зависит от реализации матрицы дисплея, потому не факт, что супер универсально.

MSAA - это все здорово, но часто дорого. Если у вас задача про процедурную геометрию на базе SDF например, то дешевле использовать производные и smoothstep:

float d = length(uv) - 0.55;
float aaMask = 1.0 - smoothstep(-fwidth(d), fwidth(d), d);

Вот чтобы делать MSAA буквально как суперсэмплинг, во фрагментном шейдере нужно обрабатывать каждый сэмпл (`[[sample_id]]`) отдельно по типу такого:

fragment float4 circle_msaa_persample_fragment(TriangleOut in [[stage_in]],
                                               constant ScreenUniforms &screen [[buffer(0)]],
                                               uint sampleID [[sample_id]]) {
    const float2 sampleOffsets[4] = {
        float2(-0.125, -0.375),
        float2(0.375, -0.125),
        float2(-0.375, 0.125),
        float2(0.125, 0.375)
    };

    float2 pixel = in.position.xy + sampleOffsets[sampleID & 3u];
    float2 ndc = demoPixelToNdc(pixel, screen.resolution);
    float3 color = demoTriangleCircleColor(ndc, 1.0);
    return float4(color, 1.0);
}

Проект я потом отдельно прикреплю.

Чтобы не городить огород, во всех нормальных фреймворках есть встроенный мультисэмплинг. В Метал-е для этого нужно указать число сэмплов у пайплайна и таргет текстуры (+ тип текстуры `.type2DMultisample`), а у энкодера будет что-то такое в рендер таргетах:

let pass = MTLRenderPassDescriptor()
pass.colorAttachments[0].texture = msaaTexture
pass.colorAttachments[0].resolveTexture = resolveTexture
pass.colorAttachments[0].loadAction = .clear
pass.colorAttachments[0].storeAction = .multisampleResolve

Что мы тут видим: фрагменты летят по числу сэмплов в msaaTexture, а потом уже резолвятся в выходную текстуру resolveTexture. По дефолту оно будет у вас антиалиасить только геометрию, которая идет через пиксели. Внутри геометрии все будет по прежнему. Об этом дальше.

Итак, по заявкам трудящихся расскажу, как рисовать гладкие полигоны и линии (анти-алиасинг) Самый простой способ антиалиасинга - суперсэмплинг. Идея суперсэмплинга в том, чтобы посчитать значение в нескольких точках, а потом их схлопнуть в один пиксель. Самый простой (но не самый экономный) способ - отрисовать в текстуру в два раза больше, а потом обратно в нужный размер с линейной интерполяцией. Будет красота по всей сцене, но вам надо х3 памяти, и x5 пиксельрейт. Не самая экономная штука в общем. Я буду прикреплять картинку как есть, чтобы можно было поразглядывать