Filtrado anisotrópico: Desentrañando la complejidad visual en la visión por computadora

Por Fouad Sabry

¿Qué es el filtrado anisotrópico?

El filtrado anisotrópico es una técnica utilizada en gráficos por computadora tridimensionales que se utiliza para mejorar la calidad de la imagen de las texturas en superficies de gráficos por computadora que son vistos en ángulos de visión oblicuos con respecto a la cámara. Esta técnica es especialmente útil en situaciones en las que la proyección de la textura parece no ortogonal.

Cómo se beneficiará

(I) Insights, y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Filtrado anisotrópico

Capítulo 2: Mapeo de texturas

Capítulo 3: Filtrado de texturas

Capítulo 4: Mipmap

Capítulo 5: Supermuestreo

Capítulo 6: Antialiasing espacial

Capítulo 7: Iluminación por píxel

Capítulo 8: Renderizado (gráficos por computadora)

Capítulo 9: Compresión de texturas

Capítulo 10: Antialiasing

(II) Respondiendo las principales preguntas del público sobre anisotrópico filtrado.

(III) Ejemplos del mundo real para el uso de filtrado anisotrópico en muchos campos.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieran ir más allá del conocimiento o información básica para cualquier tipo de Filtrado Anisotrópico.

 

 

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 4 may 2024

Vista previa del libro

Capítulo 1: Filtrado anisotrópico

En infografía 3D, el filtrado anisotrópico (abreviado AF) es una técnica para mejorar la calidad de imagen de las texturas en superficies con ángulos de visión oblicuos con respecto a la cámara, donde la proyección de la textura (y no el polígono u otra primitiva sobre la que se representa) aparece no ortogonal (de ahí el origen de la palabra: an por no,  iso por lo mismo, y trópico por el tropismo, relacionado con la dirección; El filtrado anisotrópico no filtra de la misma manera en todas las direcciones).

Al igual que el filtrado bilineal y trilineal, el filtrado anisotrópico reduce los efectos de aliasing, pero los supera al minimizar el desenfoque y conservar los detalles en ángulos de visión altos.

El filtrado anisotrópico es relativamente caro (principalmente el ancho de banda de la memoria y, en menor medida, computacionalmente, aunque se aplican las reglas típicas de compensación espacio-tiempo) y, por lo tanto, no fue una característica estándar de las tarjetas gráficas a nivel de consumidor hasta finales de la década de 1990. El filtrado anisotrópico está cada vez más extendido en el hardware gráfico actual (y en el software del controlador de vídeo) y puede ser habilitado por el usuario a través de la configuración del controlador o por aplicaciones gráficas y videojuegos a través de interfaces de programación.

Se espera que el lector esté familiarizado con la asignación de MIP en este punto.

Si investiguáramos un algoritmo anisotrópico más aproximado, encontraríamos: , el mapeo RIP, como continuación del mapeo MIP, podemos comprender cómo el filtrado anisotrópico mejora el mapeo de texturas de manera tan significativa.

Si necesitamos texturizar un plano horizontal en un ángulo oblicuo con respecto a la cámara, debemos rotar la textura, Debido a una caída en la frecuencia de la imagen a lo largo del eje vertical, la minimización estándar del mapa MIP produciría una resolución horizontal insuficiente.

Esto se debe a que cada nivel de MIP es isotrópico en el mapeo de MIP, por lo que una textura de 256 × 256 se reduce a una imagen de 128 × 128, luego a una imagen de 64 × 64 y así sucesivamente, En consecuencia, la resolución en cada eje se reduce simultáneamente a la mitad, En consecuencia, una sonda de textura de mapa MIP a una imagen siempre muestreará una imagen con una frecuencia idéntica a lo largo de todos los ejes.

Por lo tanto, durante el muestreo para evitar el aliasing de ejes de alta frecuencia, de manera similar, los otros ejes de textura se reducirán y tal vez se difuminarán.

Con el filtrado anisotrópico de los mapas MIP, además de reducir el muestreo a 128 × 128, las imágenes también se muestrean a 256 × 128 y 32 × 128, etc.

Estas imágenes submuestreadas anisotrópicamente se pueden examinar cuando la frecuencia de la imagen mapeada de texturas varía a lo largo de cada eje de textura.

Por lo tanto, un eje no se ve afectado por la frecuencia de pantalla del otro eje y se sigue evitando el aliasing.

A diferencia del filtrado anisotrópico más general, El mapeo MIP proporcionado como ejemplo es limitado en el sentido de que solo admite sondas anisotrópicas alineadas con ejes en el espacio de textura, En consecuencia, la anisotropía diagonal sigue siendo una preocupación, A pesar de que tales asignaciones de espacio de pantalla se ven típicamente en aplicaciones del mundo real de textura anisotrópica, este no es siempre el caso.

El mapeo MIP y las limitaciones relacionadas alineadas con los ejes lo hacen pobre para el filtrado anisotrópico genuino. Aquí se utiliza solo con fines demostrativos, ya que las implementaciones son libres de elegir sus propias soluciones. A continuación se explica en detalle la implementación totalmente anisotrópica.

En el lenguaje común, el filtrado anisotrópico conserva la nitidez de una textura, que normalmente se pierde cuando una textura de mapa MIP intenta evitar el aliasing. Por lo tanto, se puede afirmar que el filtrado anisotrópico conserva los detalles nítidos de la textura en todas las orientaciones de visualización, al tiempo que ofrece un rápido filtrado de texturas suavizado.

Durante el renderizado, se pueden realizar varios grados o proporciones de filtrado anisotrópico, y las implementaciones de renderizado de hardware actuales proporcionan un límite superior en esta proporción.

En la práctica, esto significa que un filtro 4:1 será dos veces más nítido que un filtro 2:1 en escenarios de texturizado muy oblicuo (mostrará frecuencias el doble que el filtro 2:1). Sin embargo, la mayor parte de la escena no requerirá el filtro 4:1; Solo los píxeles que están más inclinados y, por lo tanto, más alejados, requerirán el filtro más nítido. Esto implica que, a medida que el grado de filtrado anisotrópico continúa duplicándose, hay rendimientos decrecientes en términos de calidad percibida, ya que cada vez menos píxeles renderizados se ven afectados y los resultados se vuelven menos evidentes para el usuario.

Al comparar los resultados renderizados de una escena con filtro anisotrópico 8:1 con los de una escena filtrada anisotrópicamente 16:1, solo unos pocos píxeles muy oblicuos, principalmente en geometría más distante, mostrarán texturas visiblemente más nítidas en la escena con el mayor grado de filtrado anisotrópico, y la información de frecuencia en estos pocos píxeles filtrados 16:1 será solo el doble que la del filtro 8:1. La penalización del rendimiento también disminuye, ya que menos píxeles requieren capturas de datos cuando se aumenta la anisotropía.

El límite superior de la calidad anisotrópica de un diseño de hardware está determinado en última instancia por el aumento de la complejidad del hardware frente a estas recompensas decrecientes. Los usuarios y las aplicaciones son libres de cambiar esta compensación a través de configuraciones de controlador y software hasta este umbral.