一个小技巧，解决DirectX 9半像素偏移问题

摘要：Direct3D 9 的“半像素偏移”问题困扰了很多人，其实可以在一个位置有效地解决这个问题，并且是用一种你不必反复思考的方法解决。只需为所有顶点着色器自动加上两个说明。

……在这里，我很想知道，在全世界，我2016年发布的关于D3D9的博客的受众是否超过了7个人。呃，无所谓了！[e-mail]

背景

与OpenGL,D3D10+, Metal等平台相比，版本10之前的Direct3D有其特殊性——“半像素偏移”，其中视口坐标改变了半像素。这造成了各种各样的问题，特别是在图像后处理或者UI渲染方面，但是在其它地方也出问题。

官方文档（“直接将纹素映射到像素”），尽管技术上是正确的，但也不能完全只总结成简单的三点。

典型的建议多种多样：“将四个顶点的位置移动半个像素”或者“将纹理坐标移动半个纹素”等等。它们大多数都是只是谈论关于渲染图像处理或者UI的屏幕空间。

所有的问题在于：你得记住在每个小地方做过的事情。你的后处理代码需要注意，你的UI需要注意，你的烘焙代码需要注意，你的一些着色器需要注意……当你的代码有20个地方需要记得处理这个问题时，你发现你有问题了。

3D也有半像素问题！

尽管D3D9半像素偏移上大部分材质都是关于屏幕空间的操作，但在3D中也同样存在问题！与OpenGL、D3D10+ 或者Metal相比较，D3D9对3D物体3D 的渲染稍有变化。

这里是一个低分辨率的场景对比，分别用D3D9和D3D11渲染：

这是更低的分辨率，按比例放大了很多倍，D3D9 vs D3D11:

根本原因和解决方案

根本原因是：视口不在我们希望的位置上，它移动了半像素。不幸的是，我们不能通过改变所有传入SetViewport 的坐标来修复这个问题，我们不能让坐标都移半像素（坐标成员都是整型）。

但是，我们有顶点着色器。顶点着色器输出视频的空间位置。我们可以调整视频空间位置，来把所有内容都移动半个视口像素。基本上我们需要这样做：

就是这样。没有其他事情要做。在所有你的顶点着色器中这样写，设置包括视口尺寸着色器常量就大功告成了。

      我必须强调全都这么做，不只是在后处理或者UI着色器中这么做。全部！这修复了3D栅格化不匹配的问题，还有后处理和UI等问题。

等等，那么为什么没有人做这件事？

哈哈，结果是，他们做！

•  在2003年写过关于此问题的博客：“怎样修复DirectX的光栅规则”。

• WebGL  使用这个，并且在“ANGLE项目：在Direct3D上实现OpenGL ES 2.0”文章中写到了相关内容，也在2012年《OpenGL思考》这本书中写了一部分。

• 微软的Direct3D 11  在幕后做这件事；着色器编译器插入补丁，运行时设置着色器常量。Avery Lee在2012年在博客“ 的像素中心定位”写了这件事。.

可能这是常识，只有我点困惑吗？那对不起了！我本该在去年就意识到的……

自动解决

如果你是在自己编写或者生成着色器源文件，“把这行HLSL代码加到你所有着色器中”是很好的。但是如果你不是呢？（比如：Unity落入这一阵营，不计其数的着色器已经写好了）

结果是，在D3D9字节码水平上这样做并不困难，不需要修正HLSL着色器代码。在你将HLSL代码编译为D3D9字节码之后（通过D3D编译或者fxc），只需要稍微改动就可以了。

D3D9字节码在MSDN中有相关文档——“Direct3D着色器代码”。我曾想是否应该做一些灵活的/通用的事情（从字节码解析“指令”，研究它，再编码成字节码），或者至少编写补丁所需的最少量代码。我决定采用后者；运气好的话D3D6即将过时。我需要进行更多D3D9字节码操作的可能性很小。如果5年后我还需要这段代码，我会非常伤心！

基本的想法是：

1. 找到那个寄存器是“输出位置”（在着色器模型2.0中有明确定义；在着色器模型3.0中可以是任意寄存器），让我们把这叫做oPos。

2. 找到未用的临时寄存器，让我们把它们叫做tmpPos。

3. 把所有oPos换成tmpPos。

4. 在结尾加上oPos.xy， tmpPos.w， constFixup，tmpPos 和 mov oPos.zw， tmpPos。

这里是需要对简单顶点着色器做的事情：

这是代码的一个要点。

在运行时，每个视口都会变化，把顶点着色器常量（我设置的是c255）设置成包括(-1.0f/width, 1.0f/height, 0, 0)。

就是这样！

有没有缺点？

很少:)  整个的问题修复需要着色器：

• 有一个未用的常量寄存器。我们的大部分着色器是着色器模型3.0，我还没有看过用光32个临时寄存器的顶点着色器。如果出现问题了，“找未用寄存器”的分析更聪明——只需在最早和最晚编写位置之间寻找一个未用寄存器。我还没有这么做过。

• 一些index上有一个未用的常量寄存器。着色器模型2.0和3.0的基本规则都是顶点着色器有256个常量寄存器，所以我挑选了最后一个来盛装修复数据。

• 有指令槽空间来再加入两个指令。着色器模型3.0有512指令槽闲置，很有可能使用超过510。

优点！

要点：

• 不再需要考虑D3D9 半像素偏移。

• 3D 光栅化的位置恰好与D3D9和其他（D3D11, GL, Metal等）之间匹配。

修复了D3D9vs D3D11。现在匹配了：

我运行了现有的所有图形测试，研究了产生的所有差异，并且将结果与D3D11进行比较。结果是：这显示了我们之前在着色器/代码中存在半像素偏移错误的几个小地方。所以下面是几个彩蛋（都是针对Unity的）：

• 一些GrabPass的案例是在像素中采样，也就是说结果有点模糊。

• 一些阴影瑕疵略有减少；现在与DX11匹配。

• 一些图像后处理效果的案例中物体与屏幕边缘有一像素距离，但物体本应与屏幕严丝合缝，这个问题已经解决了。现在与DX11匹配。

这些全部会加进Unity5.5。我还没想好在此阶段加进5.4是否太快或者太冒险。

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