1. 程式人生 > >計算機圖形學——反走樣

計算機圖形學——反走樣

對於直線、圓形、橢圓這些最基本元素的生成速度和顯示質量的改進,在圖形處理系統中具有重要的使用價值。

但它們生成的線條具有明顯的“鋸齒形”即會發生走樣(Liasing)現象

一、走樣

 

產生走樣現象的原因是畫素本質上的離散性,要用有限的畫素點來逼近無限的直線!

走樣是數字化的必然產物!

走樣現象:
    一是光柵圖行產生的階梯形(鋸齒形);
    二是圖形中包含相對微小的物體時,這些物體在靜態圖形中容易被丟棄或忽略。

小物體由於走樣而消失

在動畫序列中時隱時現,產生閃爍

矩形從左到右移動,當其覆蓋某些畫素中心時,矩形被顯示出來,當沒有覆蓋畫素中心時,矩形不被顯示

簡單地說,如果對一個快速變化的訊號取樣頻率過低,所得樣本表示的會是低頻變化的訊號;原始訊號的頻率看起來被較低的“走樣”頻率所替代。

 

如何降低由於取樣不足而產生的走樣現象?

二、反走樣技術

用於減少或消除走樣效果的技術,稱為反走樣(Antialiasing)技術

由於圖形的走樣現象對圖形的質量有很大影響,幾乎所有圖形處理系統都要對基本圖形進行反走樣處理

硬體解決方法

採用高解析度的光柵圖形顯示器

 

該反走樣方式是以4倍的儲存器代價和掃描轉換時間獲得的

為了穩定螢幕上影象,電子槍至少要1/24秒時間轟擊螢幕所有畫素一次,如果畫素提高一倍,電子槍就要快4倍!

軟體解決方法

用“模糊”來產生更平滑的影象

對於在白色背景的黑色矩形,通過在矩形邊界附近滲入一些灰色畫素,可以柔化從黑到白的尖銳變化

從遠處觀察這幅影象時,人眼能夠將這些緩和變化的暗影融合在一起,從而看到更加平滑的世界

 

這裡有兩種反走樣方法,非加權區域取樣方法和加權區域取樣方法。

三、非加權區域取樣方法

根據物體的覆蓋率(某個象素區域被物體覆蓋的比例)計算畫素點顏色。

 

缺點
    1、畫素的亮度與相交區域的面積成正比,而與相交區域落在畫素內的位置無關,這仍會導致鋸齒效應
    2、直線上沿理想直線方向的相鄰兩個象素有時會有較大的灰度差;

每個畫素的權值是一樣的,這是主要缺點。

四、加權區域取樣方法

這種方法更符合人視覺系統對影象資訊的處理方式,反走樣效果更好

 

直線段對一個象素亮度的貢獻正比於相交區域與象素中心的距離

設定相交區域面積與畫素中心距離的權函式(高斯函式)反映相交面積對整個畫素亮度的貢獻大小

利用權函式積分求相交區域面積,用它乘以象素可設定的最大亮度值,即可得到該象素實際顯示的亮度值。

 

 

&n