反走樣算法


 

 

反走樣算法

對直線、圓及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應用價值

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

走樣

“鋸齒”是“走樣”(aliasing)的一種形式。而走樣是光 柵顯示的一種固有性質。產生走樣現象的原因是像素本質上的離散性

 

走樣現象:

一是光柵圖形產生的階梯形(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

矩形從左向右移動,當其覆蓋某些像素中心時,矩形被顯示 出來,當沒有覆蓋像素中心時,矩形不被顯示

 

簡單地說,如果對一個快速變化的信號采樣頻率過低,所得 樣本表示的會是低頻變化的信號:原始信號的頻率看起來被 較低的“走樣”頻率所代替

反走樣技術

如何降低由於采樣不足而產生的走樣現象呢?

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

1.提高分辨率

采用分辨率更高的顯示設備,對解決走樣現象有所幫助, 因為可以使鋸齒相對物體會更小一些

該反走樣方法是以4倍的存儲器代價和掃描轉換時間獲得的

為了穩定屏幕上的圖象,電子槍至少要1/24秒時間轟擊 屏幕上所有像素一次,如果像素提高一倍,電子槍就要 快4倍!

 

2.模糊邊界

反走樣技術涉及到某種形式的“模糊”來產生更平滑的圖像

對於在白色背景中的黑色矩形,通過在矩形的邊界附近摻入 一些灰色像素,可以柔化從黑到白的尖銳變化

從遠處觀察這幅圖像時,人眼能夠把這些緩和變化的暗影融 合在一起,從而看到了更加平滑的邊界

 

 

介紹兩種反走樣方法:

1、非加權區域采樣方法

2、加權區域采樣方法

 

 1、非加權區域采樣方法

根據物體的覆蓋率(coverage)計算像素的顏色。覆蓋率 是指某個像素區域被物體覆蓋的比例

把這個多邊形放在方格線中 ,其中每個正方形的中心對 應顯示器上一個像素中心。 被多邊形覆蓋了一半的像素 的亮度值賦為1/2,覆蓋三分 之一的像素賦值為1/3;以 此類推

如果幀緩沖區的每個像素有 4個比特位,那么0表示黑色 ,。。。15表示白色

非加權區域采樣方法有兩個缺點:

1、象素的亮度與相交區域的面積成正比,而與相交區域落 在象素內的位置無關,這仍然會導致鋸齒效應

2、直線條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

每個像素的權值是一樣的,這是它的主要缺點。所以也稱非 加權區域采樣方法

 

2、加權區域采樣方法

這種方法更符合人視覺系統對圖像信息的處理方式,反走 樣效果更好

將直線段看作是具有一定寬度的 狹長矩形;當直線段與像素有交 時,根據相交區域與像素中心的 距離來決定其對象素亮度的貢獻

直線段對一個像素亮度的貢獻正比 於相交區域與像素中心的距離

設置相交區域面積與像素中心距離 的權函數(高斯函數)反映相交面 積對整個像素亮度的貢獻大小

利用權函數積分求相交區域面積,用它乘以像素可設置 的最大亮度值,即可得到該像素實際顯示的亮度值

 

 可采用離散計算方法

將一個像素划分為 n = 3×3個子象素 ,加權表可以取作:

加權方案:中心子像素的加權是角子像素的4倍,是其它像 素的2倍,對九個子像素的每個網格所計算出的亮度進行平均

 然后求出所有中心落於直線段內的子象素。

 最后計算所有這些子象素對原象素亮度貢獻之和

 


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