Co powoduje aliasing?
Odpowiedzi:
Czy to zjawisko fizyczne? czy numerycznie?
To pytanie sugeruje mi, że tak naprawdę nie wiesz, co oznacza aliasing / anty-aliasing. To znaczy, mówisz, że „wiesz, jak to wygląda”, ale gdybyś rzeczywiście wiedział, co oznaczają te terminy, prawdopodobnie zdałbyś sobie sprawę, że twoje pytanie jest bezsensowne. Aliasing jest efektem ubocznym renderowania grafiki komputerowej, a grafika komputerowa z definicji nie jest zjawiskiem fizycznym.
„Aliasing” odnosi się tylko do stopniowego wyglądu linii pod kątem, ponieważ grafika komputerowa składa się z wielu małych kwadratów w siatce. Oto obraz ilustrujący to, o czym mówię:
Jest to problem przy każdym renderowaniu pikseli na obrazie, niezależnie od tego, czy rysujesz odręcznie, czy piszesz algorytm do obliczania pikseli dla wielokąta 3D. To tylko efekt uboczny tego, że obraz jest kwadratową siatką pikseli. „Wygładzanie” ma miejsce, gdy ukrywasz wygląd schodów, łącząc kolory wzdłuż pikseli krawędzi.
Przyjęta odpowiedź nie jest ściśle poprawna, chociaż dotyczy najczęściej wykorzystywanych grafik komputerowych. Aliasing jest podstawową koncepcją przetwarzania sygnałów, a jego matematyczna teoria poprzedza wyświetlacze komputerowe. Nie jest też prawdą, że „jest to efekt uboczny faktu, że piksele są kwadratowe”. Aliasing występuje za każdym razem, gdy dyskretnie próbkujesz sygnał z częstotliwością niższą niż częstotliwość Nyquista dla tego sygnału i wpływa on na dźwięk cyfrowy, a także obrazy i wiele innych rodzajów dyskretnie próbkowanych sygnałów. Aliasing w grafice komputerowej to efekt uboczny dyskretnego próbkowania, a nie kształtu pikseli.
Anty-aliasing w grafice komputerowej jest głębokim i złożonym tematem i jest o wiele więcej niż tylko anty-aliasing krawędzi. Ponownie, istnieje wiele podstawowych teorii związanych z przetwarzaniem sygnału i jest to aktywny obszar badań w grafice komputerowej, w jaki sposób skutecznie wygładzać, nie tylko krawędzie, ale także tymczasowe aliasing, aliasing podczas rekonstrukcji BRDF w shadery pikseli, w cieniu krawędzie i wiele innych obszarów. Mapowanie MIP tekstur w grafice 3D to dobrze znana technika antyaliasingu, która rozwiązuje ważny problem inny niż na przykład antyaliasing krawędzi.
To naprawdę zjawisko matematyczne bardziej niż fizyczne, ale pojawia się w inżynierii w wielu obszarach innych niż grafika komputerowa. Tak naprawdę nie opisałbym tego również jako zjawiska liczbowego - jest to wynik dyskretnego próbkowania, a nie dyskretnej reprezentacji wartości liczbowych na komputerze, chociaż może to również powodować efekty aliasingu. Zrozumienie podstaw przetwarzania sygnałów jest dobrym fundamentem do zrozumienia, w jaki sposób aliasing przejawia się w grafice komputerowej, oraz do zrozumienia, jak go zmniejszyć.
Dodając do pozostałych dwóch odpowiedzi, oto bardziej intuicyjne wyjaśnienie tego, co się dzieje.
Kwadraty siatki reprezentują piksele. Czerwony wielokąt po lewej stronie jest rysowanym kształtem, reprezentowanym wewnętrznie jako sekwencja punktów. Podczas renderowania jest konwertowany z listy punktów na bufor kolorów pikseli. Dyskretne próbkowanie określa, które piksele są ciemne, a które jasne. Na podstawie tego, ile wielokąta pokrywa każdy piksel.
Aby odpowiedzieć na twoje pytanie, jest to zjawisko numeryczne / matematyczne, ponieważ informacje o oryginalnym kształcie są tracone z powodu przybliżenia.
Wygładzanie ma miejsce, gdy renderowanie próbuje poprawić aliasing, zmniejszając intensywność częściowo zakrytych pikseli.
W polu przetwarzania sygnału aliasing odnosi się do błędnej identyfikacji częstotliwości sygnału. Na przykład z powodu braku odpowiedniego uwzględnienia w etapie niedostatecznego próbkowania może to prowadzić do błędów generowania i zniekształceń. Można go uogólnić na dyskretny sygnał 2D, taki jak obraz.