Filtraggio anisotropico: Svelare la complessità visiva nella visione artificiale

Di Fouad Sabry

Che cos'è il filtro anisotropico

Il filtro anisotropico è una tecnica utilizzata nella grafica computerizzata tridimensionale che viene utilizzata per migliorare la qualità dell'immagine delle trame sulle superfici della grafica computerizzata che sono visto ad angoli di visione obliqui rispetto alla fotocamera. Questa tecnica è particolarmente utile in situazioni in cui la proiezione della texture sembra non ortogonale.

Come trarrai vantaggio

(I) Approfondimenti, e convalide sui seguenti argomenti:

Capitolo 1: Filtraggio anisotropico

Capitolo 2: Mappatura delle texture

Capitolo 3: Filtraggio delle texture

Capitolo 4: Mipmap

Capitolo 5: Supersampling

Capitolo 6: Anti-aliasing spaziale

Capitolo 7: Illuminazione per pixel

Capitolo 8: Rendering (computer grafica)

Capitolo 9: Compressione delle texture

Capitolo 10: Anti-aliasing

(II) Rispondere alle principali domande del pubblico sull'anisotropico filtraggio.

(III) Esempi reali dell'utilizzo del filtro anisotropico in molti campi.

A chi è rivolto questo libro

Professionisti, studenti universitari e laureati, appassionati, hobbisti e coloro che desiderano andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di filtro anisotropico.

 

 

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 4 mag 2024

Anteprima del libro

Capitolo 1: Filtraggio anisotropo

Nella computer grafica 3D, il filtro anisotropico (abbreviato AF) è una tecnica per migliorare la qualità dell'immagine delle texture su superfici ad angoli di visione obliqui rispetto alla telecamera, dove la proiezione della texture (e non del poligono o di altra primitiva su cui viene renderizzata) appare non ortogonale (da qui l'origine della parola: an per non,  iso per lo stesso, e tropico da tropismo, relativo alla direzione; Il filtro anisotropico non filtra allo stesso modo in ogni direzione).

Simile al filtro bilineare e trilineare, il filtro anisotropico riduce gli effetti di aliasing, ma li supera riducendo al minimo la sfocatura e preservando i dettagli ad angoli di visualizzazione elevati.

Il filtraggio anisotropico è relativamente costoso (principalmente larghezza di banda della memoria e, in misura minore, computazionale, anche se si applicano le tipiche regole di compromesso spazio-tempo), e quindi non era una caratteristica standard delle schede grafiche di livello consumer fino alla fine degli anni '90. Il filtraggio anisotropico è sempre più diffuso nell'hardware grafico attuale (e nel software del driver video) e può essere abilitato dall'utente tramite le impostazioni del driver o dalle applicazioni grafiche e dai videogiochi tramite interfacce di programmazione.

A questo punto ci si aspetta che il lettore abbia familiarità con il mapping MIP.

Se dovessimo indagare su un algoritmo anisotropo più approssimativo, troveremmo:, la mappatura RIP, come continuazione della mappatura MIP, Possiamo comprendere come il filtro anisotropo migliori la mappatura delle texture in modo così significativo.

Se è necessario strutturare un piano orizzontale con un angolo obliquo rispetto alla fotocamera, è necessario ruotare la trama, a causa di un calo della frequenza dell'immagine lungo l'asse verticale, la minimizzazione della mappa MIP standard produrrebbe una risoluzione orizzontale insufficiente.

Ciò è dovuto al fatto che ogni livello MIP è isotropo nel mapping MIP, quindi una trama 256 × 256 viene ridimensionata a un'immagine 128 × 128, quindi un'immagine 64 × 64 e così via, Di conseguenza, la risoluzione su ciascun asse si dimezza simultaneamente, Di conseguenza, una sonda di trama della mappa MIP per un'immagine campiona sempre un'immagine con frequenza identica lungo tutti gli assi.

Pertanto, durante il campionamento per evitare l'aliasing dell'asse ad alta frequenza, allo stesso modo, gli altri assi della trama verranno sottocampionati e forse sfocati.

Con il filtro anisotropico delle mappe MIP, oltre al downsampling a 128 × 128, le immagini vengono campionate anche a 256 × 128 e 32 × 128 ecc.

Queste immagini sottocampionate anisotropamente possono essere esaminate quando la frequenza dell'immagine mappata con texture varia lungo ciascun asse della texture.

Pertanto, un asse non è influenzato dalla frequenza dello schermo dell'altro asse e l'aliasing continua a essere evitato.

a differenza del filtro anisotropico più generale, La mappatura MIP fornita come esempio è limitata in quanto supporta solo sonde anisotrope allineate agli assi nello spazio della trama, Di conseguenza, l'anisotropia diagonale rimane una preoccupazione, Nonostante il fatto che tali mappature dello spazio dello schermo siano tipicamente viste nelle applicazioni del mondo reale della trama anisotropa, questo non è sempre il caso.

La mappatura MIP e le relative limitazioni allineate agli assi lo rendono scarso per un vero e proprio filtro anisotropico. Viene utilizzato qui solo a scopo dimostrativo, poiché le implementazioni sono libere di scegliere le proprie soluzioni. L'implementazione completamente anisotropa è spiegata in dettaglio di seguito.

Nel linguaggio comune, il filtro anisotropico preserva la nitidezza di una trama, che in genere viene persa quando una trama della mappa MIP tenta di impedire l'aliasing. Si può quindi affermare che il filtro anisotropico preserva i dettagli nitidi delle texture in tutti gli orientamenti di visualizzazione, offrendo al contempo un rapido filtraggio delle texture anti-aliasing.

Durante il rendering, è possibile eseguire diversi gradi o rapporti di filtro anisotropico e le attuali implementazioni di rendering hardware forniscono un limite superiore a questo rapporto.

In pratica, ciò significa che un filtro 4:1 sarà due volte più nitido di un filtro 2:1 in scenari di texturing molto obliqui (visualizzerà frequenze doppie rispetto al filtro 2:1). Tuttavia, la maggior parte della scena non richiederà il filtro 4:1; Solo i pixel più inclinati e quindi più lontani richiederanno il filtro più nitido. Ciò implica che, man mano che il grado di filtraggio anisotropico continua a raddoppiare, ci sono rendimenti decrescenti in termini di qualità percepita, poiché sempre meno pixel renderizzati vengono influenzati e i risultati diventano meno evidenti per l'utente.

Confrontando i risultati renderizzati di una scena filtrata anisotropica 8:1 con quelli di una scena filtrata anisotropica 16:1, solo pochi pixel altamente obliqui, principalmente su geometrie più distanti, visualizzeranno texture visibilmente più nitide nella scena con il grado più elevato di filtro anisotropico, e le informazioni sulla frequenza su questi pochi pixel filtrati 16:1 saranno solo il doppio di quelle del filtro 8:1. Anche la riduzione delle prestazioni diminuisce, poiché un minor numero di pixel richiede il recupero dei dati quando aumenta l'anisotropia.

Il limite massimo della qualità anisotropa di un progetto hardware è determinato in ultima analisi dall'aumento della complessità dell'hardware rispetto a queste ricompense in calo. Gli utenti e le applicazioni sono quindi liberi di modificare questo compromesso tramite configurazioni di driver e software fino a questa soglia.

Il vero filtro anisotropico esamina la trama in modo anisotropo, pixel per pixel, per qualsiasi orientamento di anisotropia.

Quando una trama viene campionata anisotropica