# Étape 24 — MSAA 4× (Anti-aliasing multi-échantillons)

**Statut** : ⬜ En cours
**Roadmap** : 6.4
**Prérequis** : Pipeline HDR (étape 20) + Bloom (étape 23)

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## Problème

Sans anti-aliasing, les bords des géométries présentent du **staircasing** (aliasing) :
les silhouettes ont des escaliers visibles, surtout sur les contours fins et les
lointains. C'est le défaut visuel le plus flagrant d'un moteur sans post-process.

## Solution

Rendre la scène avec **N échantillons par pixel** (4× par défaut), puis **résoudre**
(en moyenne) vers une texture single-sample. Le reste du pipeline (bloom, TM)
opère sur la texture résolue — aucun changement.

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## Pipeline actuel vs avec MSAA

### Sans HDR, sans MSAA (actuel)
```
Scene → swapchain (Rgba8UnormSrgb) → present
```

### Sans HDR, avec MSAA
```
Scene → MSAA texture (4×, format surface) ──resolve──→ swapchain → present
        + MSAA depth (4×)
```
Le resolve est fait **automatiquement par wgpu** dans le render pass
(`resolve_target` sur la color attachment).

### Avec HDR, sans MSAA (actuel)
```
Scene → HDR texture (Rgba16Float) → [Bloom] → TM → swapchain → present
```

### Avec HDR, avec MSAA (nouveau)
```
Scene → MSAA HDR (4×, Rgba16Float) ──resolve──→ HDR texture (Rgba16Float)
        + MSAA depth (4×)                         → [Bloom] → TM → swapchain → present
```

**Principe** : MSAA s'insère **uniquement** entre le rasterizer et le premier
consommateur de la texture de scène. Les post-processes (bloom, TM) voient
toujours une texture single-sample.

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## Décisions de design

| # | Décision | Rationale |
|---|----------|-----------|
| D1 | `AppBuilder::with_msaa(count)` — opt-in, zero cost désactivé | Principe WSG : chaque effet est optionnel |
| D2 | `sample_count` configurable (2, 4, 8) — default 4 | 4× est le bon rapport qualité/coût ; 8× pour du "max" |
| D3 | Texture MSAA **offscreen** (jamais le swapchain en MSAA direct) | Uniformité : même code path que HDR, resize plus simple |
| D4 | Depth buffer recréé en MSAA quand actif | Le depth doit avoir le même `sample_count` que le color |
| D5 | Resolve via `RenderPassColorAttachment::resolve_target` | Natif wgpu, pas de shader supplémentaire |
| D6 | **Aucun nouveau shader** | MSAA est une feature rasterizer, pas un post-process |
| D7 | Format MSAA = format de la cible (Rgba16Float si HDR, surface format sinon) | Le resolve produit la même texture qu'avant |
| D8 | Resize recrée les textures MSAA + depth | Même pattern que HDR resize |
| D9 | Bloom/TM inchangés — ils lisent la texture résolue (single-sample) | Zéro impact sur les passes post |
| D10 | `MsaaConfig { sample_count: u32 }` — public, re-exporté | API minimale, extensible |

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## API utilisateur

```rust
use wsg_lib::prelude::*;

let app = AppBuilder::new()
    .title("MSAA Demo")
    .with_hdr(ToneMapper::Aces)
    .with_msaa(4)          // ← 4 échantillons (2, 4, ou 8)
    .with_bloom(BloomConfig::default())
    .build()
    .await?;
```

Sans `.with_msaa(...)` → comportement identique à aujourd'hui (0 échantillon overhead).

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## Implémentation

### 24.1 — `MsaaConfig` (public)

Fichier : `lib/src/core/msaa.rs`

```rust
/// Configuration MSAA. `sample_count` doit être 2, 4, ou 8
/// (valeur supportée par le GPU — vérifiée à l'init).
#[derive(Clone, Copy, Debug)]
pub struct MsaaConfig {
    pub sample_count: u32,
}

impl Default for MsaaCapable {
    fn default() -> Self {
        Self { sample_count: 4 }
    }
}
```

### 24.2 — Champs `Renderer`

Ajouter à `Renderer` :
```rust
msaa_config: MsaaConfig,           // toujours présent (sample_count=1 si désactivé)
msaa_color_texture: Option<wgpu::Texture>,  // Some si msaa active
msaa_color_view: Option<wgpu::TextureView>,
msaa_depth_texture: Option<wgpu::Texture>,
msaa_depth_view: Option<wgpu::TextureView>,
```

Quand `msaa_config.sample_count > 1` :
- `msaa_color_texture` = texture `sample_count=N`, format = HDR ou surface
- `msaa_depth_texture` = texture depth `sample_count=N`
- Le render pass scène utilise ces views + `resolve_target`

Quand `sample_count == 1` :
- Tous les `Option` sont `None`
- Le render pass utilise la texture/view existante (comportement actuel)

### 24.3 — Allocation à l'init (`Renderer::new`)

```rust
let sample_count = msaa_config.map(|c| c.sample_count).unwrap_or(1);

// Vérifier que le format supporte ce sample_count
let formats = device.limits(); // ou surface.capabilities()
// Pour le surface : surface.capabilities().formats
// Pour l'offscreen : device.limits().max_color_attachments, etc.
// En pratique : Rgba16Float et Rgba8Unorm supportent 4× partout.

if sample_count > 1 {
    let msaa_tex = device.create_texture(&TextureDescriptor {
        size: Extent3d { width, height, depth_or_array_layers: 1 },
        sample_count,
        dimension: Dimension::D2,
        format: target_format, // Rgba16Float ou surface format
        usage: TextureUsages::RENDER_ATTACHMENT,
        ..
    });
    // + depth MSAA
}
```

### 24.4 — Render pass scène (modification `render_scene`)

Le render pass principal doit utiliser les views MSAA quand actif :

```rust
// Déterminer la color attachment
let (color_view, resolve_target) = if let Some(msaa_view) = &self.msaa_color_view {
    // MSAA actif : render dans MSAA, resolve vers la texture single
    let resolve = if self.hdr.is_some() {
        Some(self.hdr.as_ref().unwrap().view.clone())  // resolve → HDR tex
    } else {
        Some(view.clone())  // resolve → swapchain
    };
    (msaa_view.clone(), resolve)
} else {
    // Pas de MSAA : comportement actuel
    let color_view = if let Some(hdr) = &self.hdr {
        hdr.view.clone()
    } else {
        view.clone()
    };
    (color_view, None)
};

// Depth : MSAA ou single
let depth_view = if let Some(msaa_depth) = &self.msaa_depth_view {
    msaa_depth.clone()
} else {
    self.depth_view.clone()
};

encoder.render_pass(RenderPassDescriptor {
    color_attachments: &[Some(RenderPassColorAttachment {
        view: &color_view,
        resolve_target: resolve_target.as_ref(),
        load_op: LoadOp::Clear,
        store_op: StoreOp::Store,  // Store même en MSAA (wgpu gère le resolve)
    })],
    depth_stencil_attachment: Some(RenderPassDepthStencilAttachment {
        view: &depth_view,
        ..
    }),
    ..
});
```

### 24.5 — Resize

```rust
fn resize(&mut self, device, width, height) {
    // ... resize depth existant ...
    
    if self.msaa_config.sample_count > 1 {
        // Recréer MSAA color + depth
        self.msaa_color_texture = Some(create_msaa_texture(...));
        self.msaa_color_view = Some(...);
        self.msaa_depth_texture = Some(create_msaa_depth(...));
        self.msaa_depth_view = Some(...);
    }
    
    // HDR resize existant
    // Bloom resize existant
}
```

### 24.6 — Plomberie App/AppBuilder

```rust
// AppBuilder
pub fn with_msaa(mut self, sample_count: u32) -> Self {
    assert!((2..=8).contains(&sample_count) && sample_count.is_power_of_two(),
        "sample_count must be 2, 4, or 8");
    self.msaa_config = Some(MsaaConfig { sample_count });
    self
}

// App
pub fn msaa_enabled(&self) -> bool { ... }
pub fn set_msaa(&mut self, sample_count: u32) { ... } // nécessite resize
```

Plomberie : `AppBuilder → App → AppRunner → Renderer::new(msaa_config)`

### 24.7 — Re-exports

`lib.rs` + `prelude.rs` : `pub use crate::core::MsaaConfig;`

### 24.8 — Exemple `msaa.rs`

Scène simple (cube + sphere + ground) avec/without MSAA commutable à la runtime
(clavier `M`). Camera orbitale pour voir les bords de près.

Contrôles :
- `M` — toggle MSAA (nécessite un resize/recréation des textures)
- `R`/`1`/`2`/`3` — presets caméra
- Drag/wheel — orbit/zoom

### 24.9 — Documentation

- `docs/user/msaa.md` : activation, config, coûts, limitations
- `docs/user/README.md` : section "Anti-aliasing"
- `lib/examples/README.md` : entrée `msaa`
- `docs/ROADMAP.md` : 6.4 → ✅

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## Coût GPU

| Config | Coût relatif |
|--------|:---:|
| Sans MSAA | 1× |
| MSAA 4× | ~1.3–1.5× (le rasterizer sur-échantillonne, le fill rate est partagé) |
| MSAA 8× | ~1.5–2× |

MSAA est **beaucoup** moins coûteux qu'un post-process AA (FXAA, TAA) car le
sur-coût est dans le rasterizer (edges only) et pas dans un blur fullscreen.
Les post-processes (bloom, TM) ne sont **pas** affectés — ils tournent sur la
texture résolue (1 échantillon/pixel).

## Limitations / non-goals

- **Pas de TAA** (temporal AA) — nécessiterait un history buffer + motion vectors,
  bien plus complexe. MSAA 4× couvre 90% du besoin pour un lib "simple".
- **Pas de MSAA sur les post-processes** — le bloom/TM lissent déjà l'image.
- **Pas de coverage sampling** (DX12-only) — WebGPU expose seulement MSAA.
- **Resize = recréation** des textures MSAA (pas de resize in-place).

## Tests

- [ ] `MsaaConfig` Default = 4
- [ ] Validation `sample_count` (rejette 3, 5, 16)
- [ ] Build avec `with_msaa(4)` + HDR + Bloom → compile
- [ ] Exemple `msaa.rs` compile
- [ ] WGSL validation inchangé (pas de nouveau shader)
- [ ] Test unit : `Renderer::new` avec `msaa_config=Some(4)` ne panique pas
  (nécessite un device mock — peut être un test intégration ignoré)

## Critères d'acceptation

1. `cargo check` 0 errors, 0 warnings
2. `cargo test` tous verts
3. `cargo run -p wsg-lib --example msaa` → bords lisses avec M, escaliers sans M
4. `cargo run -p wsg-lib --example demo` → inchangé (pas de `with_msaa`)
5. Combinaison HDR + Bloom + MSAA fonctionne (demo avec `.with_msaa(4)`)