Gráficos por ordenador | Antialiasing
El antialiasing es una técnica utilizada en gráficos por ordenador para eliminar el efecto de aliasing. El efecto aliasing es la aparición de bordes dentados o "jaggies" en una imagen rasterizada (una imagen renderizada usando píxeles). El problema de los bordes dentados se produce técnicamente debido a la distorsión de la imagen cuando la conversión de escaneado se realiza con un muestreo a baja frecuencia, lo que también se conoce como submuestreo. El aliasing se produce cuando los objetos del mundo real que se componen de curvas suaves y continuas se rasterizan utilizando píxeles.
La causa del antialiasing es el submuestreo. El submuestreo provoca la pérdida de información de la imagen. El submuestreo se produce cuando el muestreo se realiza a una frecuencia inferior a la frecuencia de muestreo de Nyquist. To avoid this loss, we need to have our sampling frequency atleast twice that of highest frequency occurring in the object.
This minimum required frequency is referred to as Nyquist sampling frequency (fs):
- fs =2*fmax
This can also be stated as that our sampling interval should be no larger than half the cycle interval. This maximum required the sampling interval is called Nyquist sampling interval Δx
s
:
- Δxs = Δxcycle/2
- Where Δxcycle=1/fmax
Methods of Antialiasing (AA) –
Aliasing is removed using four methods: Uso de la pantalla de alta resolución, Post filtrado (Supersampling), Pre filtrado (Area Sampling), Pixel phasing. Estos métodos se explican a continuación.
- Usando una pantalla de alta resolución:
Una forma de reducir el efecto de aliasing y aumentar la frecuencia de muestreo es simplemente mostrar los objetos a una mayor resolución. Utilizando una alta resolución, los jaggies se vuelven tan pequeños que se vuelven indistinguibles para el ojo humano. Por lo tanto, los bordes dentados se difuminan y los bordes parecen suaves. - Postfiltrado (Supersampling):
En este método, estamos aumentando la resolución de muestreo tratando la pantalla como si estuviera hecha de una cuadrícula mucho más fina, debido a lo cual el tamaño efectivo de los píxeles se reduce. Pero la resolución de la pantalla sigue siendo la misma. Ahora, se calcula la intensidad de cada subpíxel y se obtiene la intensidad media del píxel a partir de la media de las intensidades de los subpíxeles. De este modo, se realiza el muestreo a mayor resolución y se muestra la imagen a menor resolución o resolución de la pantalla, por lo que esta técnica se denomina supermuestreo. Este método también se conoce como postfiltración, ya que este procedimiento se realiza después de generar la imagen rasterizada.Aplicaciones prácticas:
En los juegos, se utiliza el SSAA (Supersample Antialiasing) o FSAA (full-scene antialiasing) para crear la mejor calidad de imagen. A menudo se denomina AA puro y, por tanto, es muy lento y tiene un coste computacional muy elevado. Esta técnica se utilizaba mucho en los primeros tiempos, cuando no se disponía de mejores técnicas de AA. Los diferentes modos de SSAA disponibles son: 2X, 4X, 8X, etc. que indican que el muestreo se realiza x veces (más que) la resolución actual.
Un estilo mejor de AA es el MSAA (multisampling Antialiasing) que es un estilo más rápido y aproximado de supermuestreo http://AA.It tiene un coste computacional menor. Las empresas de tarjetas gráficas han desarrollado técnicas de supermuestreo mejores y más sofisticadas, como la CSAA de NVIDIA y la CFAA de AMD.
3. Prefiltrado (muestreo de área):
En el muestreo de área, las intensidades de los píxeles se calculan de forma proporcional a las áreas de solapamiento de cada píxel con los objetos que se van a mostrar. En este caso, el color de los píxeles se calcula en función del solapamiento de los objetos de la escena con un área de píxeles.
Por ejemplo: Supongamos que una línea pasa por dos píxeles. El píxel que cubre la mayor parte (90%) de la línea muestra una intensidad del 90% mientras que el área menor (10%) que cubre el píxel muestra una intensidad del 10-15%. Si el área del píxel se solapa con áreas de diferente color, entonces el color final del píxel se toma como un promedio de los colores del área de solapamiento. Este método también se conoce como pre-filtrado ya que este procedimiento se realiza ANTES de generar la imagen rasterizada. Se realiza utilizando algunos algoritmos de primitivas gráficas.
4. Pixel phasing:
Es una técnica para eliminar el aliasing. Aquí las posiciones de los píxeles se desplazan a posiciones casi aproximadas cerca de la geometría del objeto. Algunos sistemas permiten ajustar el tamaño de los píxeles individuales para distribuir las intensidades, lo que resulta útil en el pixel phasing.
Otras aplicaciones de las técnicas de antialiasing:
- Compensar las diferencias de intensidad de las líneas:
Cuando una línea horizontal y una línea diagonal se trazan en la pantalla rasterizada, el número de píxeles necesarios para mostrar ambas líneas es el mismo, aunque la línea diagonal sea 1,414 veces mayor que la horizontal. Esto provoca una disminución de la intensidad de la línea más larga. Para compensar esta disminución de la intensidad, la intensidad de los píxeles se asigna en función de la longitud de la línea utilizando técnicas de antialiasing. - Los límites de área de antialiasing:
Los conceptos de antialiasing también pueden aplicarse para eliminar los jaggies a lo largo de los límites de área. Estos procedimientos pueden aplicarse a los algoritmos de líneas de barrido para suavizar los límites del área. Otros métodos ajustan la intensidad de los píxeles en una posición límite según el porcentaje de área de los píxeles dentro del límite. Estos métodos suavizan eficazmente los límites del área