Анизотропная, билинейная и трилинейная фильтрация

Анизотро́пная фильтра́ция (англ. Anisotropic Filtering, AF) — в трёхмерной графике метод улучшения качества изображения текстур на поверхностях, сильно наклонённых относительно камеры. Как билинейная и трилинейная фильтрация, анизотропная фильтрация позволяет устранять алиасинг на различных поверхностях, но при этом вносит меньше размытия и поэтому позволяет сохранить бо́льшую детальность изображения. Анизотропная фильтрация требует относительно сложного вычисления, и поэтому только около 2004 года она стала «бесплатной» (не снижающей общей кадровой частоты, либо снижающей её незначительно) в графических платах потребительского уровня.

Принцип действия

Выбирается MIP-текстура, соответствующая разрешению поперёк направления обзора. Берут несколько текселей вдоль направления обзора (в фильтрации 2x — до двух, в 4x — до четырёх, и т. д.) и усредняют их цвета.

Так как пикселей на экране может быть 1 миллион и даже больше, а каждый тексель — это не менее 32 бит, анизотропная фильтрация требует огромной пропускной способности видеопамяти (десятки гигабайт в секунду). Столь большие требования к памяти уменьшают за счёт сжатия текстур и кэширования.

Билинейная фильтрация — процесс извлечения нескольких пикселей исходной текстуры с последующим усреднением их значений для получения окончательного значения пикселя. Понятие «билинейная фильтрация», точно так же, как и сходное понятие «трилинейная фильтрация», применимо только к двумерным текстурам. Для трехмерных, например, данное понятие неприменимо, а понятие трилинейной фильтрации имеет совершенно другое значение.

Трилинейная фильтрация — усовершенствованный вариант билинейной фильтрации.

MIP-текстурирование, повышая чёткость изображения и процент попаданий в кэш на дальних расстояниях, имеет серьёзный недостаток: ясно видны границы раздела между MIP-уровнями. Трилинейная фильтрация позволяет исправить этот недостаток ценой некоторого снижения резкости текстур.

Для этого цвет пикселя высчитывается как средневзвешенное восьми текселей: по четыре на двух соседних MIP-текстурах. В случае, если формулы MIP-текстурирования дают самую крупную или самую маленькую из MIP-текстур, трилинейная фильтрация вырождается в билинейную.

С недостаточной резкостью борются, устанавливая отрицательный mip bias — то есть, текстуры берутся более детальные, чем нужно было бы без трилинейной фильтрации.

60. UV-преобразования, сферическое и кубическое текстурирование

UV-преобразование или развёртка в трёхмерной графике (англ. UV map) — соответствие между координатами на поверхности трёхмерного объекта (X, Y, Z) и координатами на текстуре (U, V). Значения U и V обычно изменяются от 0 до 1. Развёртка может строиться как вручную, так и автоматически.

Современное трёхмерное аппаратное обеспечение считает, что UV-преобразование в пределах одного треугольника является аффинным — поэтому достаточно задать U и V для каждой вершины каждого из треугольников. Впрочем, как именно стыковать треугольники друг с другом, выбирает 3D-моделер, и умение строить удачную развёртку — один из показателей его класса. Существует несколько противоречащих друг другу показателей качества развёртки:

Максимально полное использование площади текстуры. Впрочем, в зависимости от разрыва между «минимальными» и «максимальными» системными требованиями, по краям развёртки текстуре нужен определённый «припуск» на генерацию текстур меньшего размера.

Отсутствие областей с недостаточной или избыточной детализацией текстуры.

Отсутствие областей с излишними геометрическими искажениями.

Сходство со стандартными ракурсами, с которых обычно рисуется или фотографируется объект — упрощает работухудожника по текстурам.

Удачно расположенные «швы» — линии, соответствующие одному ребру, но расположенные в разных местах текстуры. Швы желательны, если есть естественный «разрыв» поверхности (швы одежды, кромки, сочленения и т. д.), и нежелательны, если таковых нет. В моделировании персонажей Dota 2 участвовали любители со всего мира, и руководство по моделированиютребовало, чтобы глаза были отдельным «островком» развёртки.

Для частично симметричных объектов: удачное сочетание симметричных и асимметричных участков развёртки. Симметрия повышает детализацию текстуры и упрощает работу художника по текстурам; асимметричные детали «оживляют» объект.

 

Кубическое текстурирование, кубическая карта (англ. Cube mapping, CubeMap) — методика в трёхмерной компьютерной графике, предназначеная преимущественно для моделирования отражений на поверхности объекта. Суть методики в использвании кубической карты для отображения трёхмерной координаты текстурыв тексель при построении изображений отраженния окружения в поверхности объекта. Кубическая карта представляет собой развёртку шести граней куба, каждая грань которого содержит текстуру. Каждая текстура отображает вид окружения, которое видно из одной точки зрения в шести направлениях. Текстурная координата является вектором, который определяет, как смотреть из центра куба, чтобы получить желаемый тексель.

Cube mapping, как правило, более предпочтительный устаревшей методике Sphere mapping (англ.), так как является более простым для динамической генерации в симуляциях реального времени и имеет меньшее искажение.

ВНИМАНИЕ!
ПЕРЕВОД ГУГЛА!

Сферическое текстурирование

В компьютерной графике отображения сферы (или отображения сферической окружающей среды) является одним из видов отображения отражения, что приближает отражающие поверхности, рассматривая среду для бесконечно далекой сферической стены. Эта среда хранится в виде текстуры, изображающие то, что зеркальный шар будет выглядеть, если бы он был помещен в окружающую среду, используя ортогональной проекции (в отличие от одного с точки зрения). Эта текстура содержит отражающие данные для всей среды, к тому месту, непосредственно позади сфере исключением. (Для одного примера такого объекта, см. Эшера рисования Рука с Отражая Sphere.)

 

Чтобы использовать эти данные, нормаль к поверхности объекта, просмотреть направление от объекта к камере, и / или отражается направление от объекта к окружающей среде, используется для расчета координат текстуры для поиска в вышеупомянутом текстурной карты. Результат выглядит как окружающая среда отражается в поверхности объекта, подлежащего визуализации.

 

 

Оглавление

1. Определение и основные виды компьютерной графики. 1

2. Основные области применения компьютерной графики. 1

3. Фрактальная графика. 1

4. Двухмерная и трёхмерная компьютерная графика. 1

5. Дополнительные виды компьютерной графики (пиксельная, ASCII, псевдографика) 1

6. Определение и основные понятия растровой графики. 2

7. Разрешение растрового изображения. 2

8. Разрешение цифрового видео, развёртка и соотношение сторон кадра. 2

9. Глубина цвета в растровой графике. 2

10. Представление цветов в компьютерной графике, цветовая модель. 3

32. Преобразования кривых Бернштейна-Безье. 12

33. Аффинное преобразование и его матричное представление. 13

34. Виды аффинных преобразований. 13

35.??? Геометрические сплайновые модели и алгоритмы их построения. 13

36. Способы описания векторного изображения, редактор векторной графики. 13

37. Технологии описания статичной векторной графики (PostScript, VML, PGML) 14

38. Технологии описания динамической векторной графики (SVG, Flash и др.) 14

39. Определение и основные понятия трехмерной векторной графики. 15

11. 40. Параметрическое задание поверхности. 15

41. Кривые поверхности. 15

42. Основные методы 3D моделирования. 16

43. Полигональная сетка, их виды.. 16

44. Файловые форматы полигональных сеток. 16

45. Основные методы и ПО рендеринга. 16

46. Уравнение рендеринга. 17

47. Растеризация, построение проекций. 18

48. Матрица преобразований камеры 3D сцены.. 18

49. Модель и методы освещения в 3D графике. 18

50. Рейкастинг и трассировка лучей. 18

51. Рендеринг в реальном времени. 19

52. Объёмный рендеринг, вокселы. 20

53. Процессы и стадии графического конвейера. 22

54. Низкоуровневые графические API. 25

55. Шейдеры, шейдерные языки. 25

Шейдерные языки. 26

Профессиональный рендеринг. 26

Рендеринг в реальном времени. 27

56. Типы шейдеров. 28

57. Определение, основные понятия и методы текстурирования. 29

58. Рельефное текстурирование. 32

59. Анизотропная, билинейная и трилинейная фильтрация. 34

60. UV-преобразования, сферическое и кубическое текстурирование. 35