Lantialiasing nelle schede video Metodi e tecniche di

L’antialiasing nelle schede video Metodi e tecniche di correzione

Cos’è l’aliasing n n Un'immagine generata dal computer è composta da pixel che possono essere ovviamente di un solo colore L’aliasing si manifesta come una imprecisione dovuta all’incapacità da parte di un calcolatore di eseguire elaborazioni con una precisione infinita ed alla necessità di rappresentare i dati in forma discreta

Un esempio n Supponiamo di dover rasterizzare questo triangolo e consideriamo ogni quadratino con il punto rosso un singolo pixel

Un esempio n n Con un campionamento puntuale, si ottiene il seguente triangolo Ed in arancione vengono evidenziati i pixel non considerati

Un esempio n n In verde si notano i pixel interamente accesi nonostante si trovino sul bordo della figura In rosso viene evidenziato l’errore introdotto

I metodi Antialiasing più utilizzati n Questi sono il Supersampling e il Multisampling ¨ Consistono sostanzialmente nella suddivisione dei singoli pixel in più punti di campionatura

Il Supersampling n Passaggi principali: ¨ il pixel viene campionato in più posizioni ¨ di seguito viene eseguito un filtraggio ed uno scalamento alla risoluzione originale n Il sistema più semplice è denominato “Oversampling”

L’oversampling n n n Si scalano gli assi di un fattore intero (nell’esempio di 2) Si esegue il rastering dell’immagine ad una risoluzione superiore Di seguito avviene il filtraggio e lo scalamento alla risoluzione originale Scalamento e rastering a risoluzione maggiore Filtraggio e ritorno alla risoluzione originale

Il Supersampling n Esistono però altri metodi di supersampling più complessi ed essi sono: ¨ l’uniform sampling ¨ il random sampling ¨ il jittered sampling ¨ il semi-jittered sampling ¨ il weighted distribution ¨ l’adaptive sampling

Caratteristiche principali n Uniform sampling: ¨ esso crea una griglia di subpixel regolare ¨ permette di ottenere un’immagine di alta qualità soggetta però ad un effetto Moiré (un effetto dovuto alla sovrapposizione di due reticoli con passi diversi che creano una serie di frange scure nell’immagine finale)

Caratteristiche principali n Random Sampling: ¨i punti di campionamento sono distribuiti in modo casuale per evitare i problemi dell’uniform sampling (la distribuzione può essere sbilanciata verso certe zone rispetto ad altre)

Caratteristiche principali n Jittered sampling: ¨ questa volta i punti di campionamento sono distribuiti nuovamente in modo casuale ma all’interno del confine del singolo subpixel

Caratteristiche principali n Semi-Jittered sampling ¨ tramite esso lo schema di subpixel jittered viene ripetuto per tutti i punti dello schermo risultando più veloce, ma reintroducendo un possibile effetto Moiré

Caratteristiche principali n Weighted sampling: ¨ viene calcolata una media pesata dei valori dei subpixel dove quelli centrali hanno un’importanza maggiore rispetto ai periferici (ovviamente ciò richiederà maggiore potenza di calcolo)

Caratteristiche principali n Weighted distribution: ¨ avendo un maggior peso i subpixel centrali, con tale metodo la griglia di campionamento viene ridistribuita in modo da avere una migliore efficienza senza intaccare ulteriormente le prestazioni

Caratteristiche principali n Adaptive sampling: ¨ si ha una griglia che si adatta alla posizione del segnale in ingresso risultando quindi ancora più efficiente, ma comportando un elevato livello di complessità di calcolo

Il Multisampling I subpixel, in questo caso vengono salvati temporaneamente in un buffer n Si campiona un valore per ognuno di questi subpixel e tale dato viene quindi salvato n

Il Multisampling Successivamente verrà effettuato il downfiltering che calcolerà la media dei valori contenuti nel blocco n Se i valori del blocco sono tutti uguali al pixel verrà assegnato uno di questi (si occuperanno risorse hardware quindi, solamente per i bordi delle figure) n

Rotazione della griglia n Un’altra tecnica molto diffusa ed utilizzata particolarmente con il Multisampling è l’implementazione delle griglie ruotate in modo da ottenere risultati migliori su spigoli obliqui

Il Multisampling In conclusione il multisampling ha il vantaggio di fornire un’ottima qualità migliorando le prestazioni n Si ha però meno libertà nel riposizionamento della griglia di campionamento rispetto al supersampling n

Le scelte delle costruttrici n n ATI utilizza un motore di antialiasing totalmente programmabile che permette ai tecnici di scegliere qualunque distribuzione dei samples per un numero massimo di 6. Questa caratteristica ha permesso alla casa canadese di offrire sempre una migliore qualità dell’immagine almeno sino a prima dell’uscita del chip grafico G 70 della concorrente NVIDIA

I samples ATI No Anti Aliasing 4 x Anti Aliasing 2 x Anti Aliasing 6 x

I samples NVIDIA n ATI e NVIDIA utilizzano disposizioni simili per i salmples ma con angolazioni di rotazioni opposti (entrambi però utilizzano una griglia ruotata)

I samples NVIDIA n NVIDIA supporta anche un antialiasing ad 8 samples ottenuto mixando la tecnica multisampling con la supersampling che però risulta molto dispendiosa in termini di prestazioni

L’antialiasing gamma corrected n n Utilizzato da ATI dal 2002 ed implementato anche a partire dal chip G 70 di NVIDIA, consiste nel non eseguire gradazioni lineari tra le zone più scure e le più chiare, ma nell’assegnare un maggior numero di sfumature ai livelli più delicati. Questo modo di trattare l’immagine porta ad un antialiasing che viene percepito dall’occhio umano in maniera più morbida e piacevole

Il Temporal Anti. Aliasing n n Il Temporal Anti. Aliasing è una speciale modalità che, alternando su frame pari e dispari due differenti distribuzioni dei samples (sempre grazie alla programmabilità della GPU ATI), portano ad una resa effettiva pari al doppio dei samples realmente utilizzati. Il TTA 2 x ha quindi la stessa qualità dell’antialiasing 4 x e così via sino al 6 x pari ad un 12 x. Il Temporal Anti. Aliasing però soffre della limitazione che la sua abilitazione è possibile solo se il numero di frame al secondo è pari o superiore al refresh del monitor.

Il Temporal Anti. Aliasing 2 x 2 x. TAA 4 x 6 x 6 x. TAA 8 x. S NVIDIA

Transparency Anti. Aliasing (NVIDIA) e Adaptive Anti. Aliasing (ATI) n Sono entrambe tecniche adattative a livello texture che ammorbidiscono non più i contorni delle figure, ma i bordi delle texture nelle zone in cui essi divengono trasparenti

Bibliografia Multisampling e Supersampling http: //www. 3 dcenter. org/artikel/multisampling_anti-aliasing/index_e. php Supersampling http: //www. neoseeker. com/Hardware/faqs/kb/10, 72. html Approcci all’anti-aliasing http: //minosse. dibe. unige. it Antialiasing nelle schede video http: //www. hwupgrade. it