DirectX 12实现TAA时运行数帧后像素颜色不更新

实现TAA时采用固定权重混合当前帧与历史帧，运行数帧后渲染结果仅显示历史像素内容，新帧无法正常叠加，画面出现脏污错误。

原有错误实现代码 #

float4 PS(VertexOut pin) : SV_Target
{ 
    float2 currPos = pin.PosH.xy * gInvRenderTargetSize;
    float2 histPos = currPos + gVelocityBuffer.Sample(gsamPointClamp, currPos).xy;

    float4 currPixel = gCurrFrameMap.Sample(gsamPointClamp, currPos);
    float4 histPixel = gHistoryFrameMap.Sample(gsamPointClamp, histPos);
    
    if(gFirstFrame == 1)
    {
        return currPixel;
    }
    
    float4 taaPixel = 0.05 * currPixel + 0.95 * histPixel;
    return taaPixel;
}

问题现象截图 #

• 渲染目标画面
  
• 历史帧画面
  
• 当前帧画面
  
• 像素无变化的渲染目标帧
  

问题根因 #

• 核心错误：未实现历史帧双缓冲轮转与回写。现有逻辑始终从固定的历史帧纹理采样，混合后的TAA结果从未被写入历史帧缓存，导致历史帧永远停留在第一帧的内容，在0.95的高历史权重下，运行数帧后新帧内容占比被持续压低，最终画面几乎只保留第一帧的历史像素。
• 坐标计算错误：速度向量存储的是当前帧像素与上一帧对应像素的位置差，现有代码用currPos + velocity计算历史坐标，方向完全相反，采样到的历史像素和当前像素无对应关系，直接引发脏污拖影。
• 缺失容错逻辑：没有做历史坐标越界判断、历史颜色邻域钳制，速度向量采样错误、像素新入画面时会采样到无关内容，错误会逐帧累积。
• 权重设置僵化：固定0.05/0.95的混合权重没有根据像素运动状态、颜色差异动态调整，运动像素、新出现像素的历史权重过高，残影无法消除。

修复方案 #

1. 配置历史帧双缓冲，实现正确的帧轮转
   准备两张和渲染目标同分辨率、同格式的纹理作为历史帧缓存，每帧按如下逻辑执行：
   • 奇数帧：从历史缓存A读取上一帧的TAA结果，将当前帧与历史帧混合后的新TAA结果写入历史缓存B，同时将缓存B的内容作为当前帧输出到屏幕
   • 偶数帧：交换读写角色，从历史缓存B读取上一帧结果，混合后写入历史缓存A，循环往复
     第一帧无需混合，直接将当前帧内容写入对应历史缓存即可。

   注意：历史帧纹理在采样、写入前必须切换到正确的资源状态，避免资源状态错误导致读取到旧数据。

2. 修正历史坐标计算逻辑，增加越界判断
   正确的历史UV坐标计算方式为当前坐标减去速度向量，采样前判断坐标是否在[0,1]的合法UV范围内，越界则直接使用当前帧像素，不混合历史：

   float2 velocity = gVelocityBuffer.Sample(gsamPointClamp, currPos).xy;
   float2 histPos = currPos - velocity;
   // 越界判断
   if(histPos.x < 0.0f || histPos.x > 1.0f || histPos.y <0.0f || histPos.y>1.0f)
   {
       return currPixel;
   }
   float4 histPixel = gHistoryFrameMap.Sample(gsamPointClamp, histPos);
   

3. 增加历史颜色邻域钳制
   对当前帧像素周围3x3邻域采样，计算邻域颜色的最小值、最大值，将采样到的历史像素颜色钳制到这个区间内，避免历史错误像素逐帧累积扩散。
4. 动态调整混合权重
   取消固定权重，根据像素运动幅度、当前帧与历史帧的颜色差异调整权重：静止、颜色差异小的像素保留0.9_{0.95的高历史权重，保证抗锯齿效果；运动幅度大、颜色差异大、新入画面的像素将当前帧权重提高到0.2}0.5，加快响应速度，消除残影。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者CarolGolang