CG09-反走样技术原理.pptVIP

深圳大学计算机系 李坚强博士 走样现象 走样：由于低频取样不充分取样而造成的信息失真。 光栅算法的取样过程是将图元数字化为离散的整数像素位置，所生成的图元显示具有锯齿形或台阶状外观。 增加光栅系统取样率的一种简单方法是：以较高分辩率显示对象。 两个问题难以解决： 将帧缓冲器做成多大并仍保持刷新频率在每秒30～60帧? 用连续参数精确地表示对象需要任意小的取样间隔。 即使用当前技术能达到的最高分辨率，锯齿形仍会在一定范围内出现。 除非硬件技术能处理任意大的帧缓冲器，增加屏幕分辨率还不能完全解决走样问题。 反走样技术 反走样用来校正不充分取样过程，避免从这种周期性对象中丢失信息，改善所显示的光栅线的外观。 把取样频率至少设置为出现在对象中的最高频率的两倍。这个频率称为Nyquist取样频率fs： fs=2fmax。 换言之，取样区间不应超过循环区间(Nyquist取样区间)的一半。 对于x区间取样，Nyquist取样区间△xs为： △xs =△xcycle/2， 其中：△xcycle=1/fmax。 两类方法： 非加权区域采样方法 加权区域采样方法 非加权区域采样方法 直线段对一个像素亮度的贡献与两者相交面积成正比。 使线段上各相邻像素的亮度之间有一个平缓的过渡，淡化了锯齿现象。 主要思想： 将直线段看作是具有一定宽度的狭长矩形； 当直线段与像素有交时，求出两者相交区域的面积； 根据相交的面积确定该像素的亮度等级； 加权区域采样方法 这种方法更符合人视觉系统对图像信息的处理方式，反走样效果更好。 将直线段看作是具有一定宽度的狭长矩形； 当直线段与像素有交时，根据相交区域与像素中心的距离来决定其对象素亮度的贡献。 直线段对一个像素亮度的贡献正比于相交区域与像素中心的距离。 直线段的过取样 过取样(超放样/后过滤)： 高分辩率下对对象取样，低分辨率上显示其结果。 把屏幕看成比实际具有更细的网格(子像素)来增加取样率； 沿这种更细网格(子像素)使用取样点来确定每个屏幕像素的合适亮度等级。 直线段的过取样 考虑线宽度时，则将每个像素亮度设置成正比于线区域内的子像素数目来完成过取样。 线路径边界取决于线的斜率： 45°线，线路径在区域的中央； 对水平线和垂直线，要求线路径是线宽边界之一； |m|＜1时，线路径宜取在接近于较低边界处； |m|＞1时，线路径放在较接近于较上边界合适。 像素加权掩模 在确定象素的亮度等级时，既考虑子像素的多少，还应该考虑子像素的位置分布。 通常会给接近于像素区域中心的子像素更大的权。 因为这些子像素在确定像素的整体亮度中起更重要的作用。 图中示出了对3×3像素分割所采用的加权方案： 中心子像素的加权是角子像素的4倍，是其它像素的2倍； 对九个子像素的每个网格所计算出的亮度进行平均。这样的结果是： 中心子像素的加权系数为1/4； 顶部和底部及两侧子像素的加权系数为1/8； 而角子像素的加权系数为1/16。 直线段的区域取样 区域取样(或前滤波) 通过计算像素在对象上的覆盖区域来确定像素亮度。 像素覆盖区域通过确定对象边界与单个像素边界的相交处而得到。 将线看成长方形，在两相邻垂直(或水平)屏幕网格线间的线区域段为四边形，像素的重迭区域就可通过确定在垂直列(或水平行)中每个像素覆盖多少个四边形而计算出。 通过将每个像素亮度设置成正比于像素与有限宽线的重迭区域可以完成对直线的区域取样。并且这种判断通过采用更细子像素网格而得到提高。 例如，屏幕像素的约百分之九十被线区域覆盖，那么该像素的亮度就设置为最大亮度的百分之九十。 对于彩色显示，则计算被不同颜色区域覆盖的像素区域，最后的像素颜色则看作为各覆盖区域的平均颜色。 过滤技术 反走样线更精确的方法是采用过滤技术。 这种方法类似于应用加权像素掩模，只是现在假想一个连续的加权曲面(或过滤函数)覆盖像素。 应用过滤函数的方法类似于应用加权掩模，但现在是将像素曲面集成来得到加权的平均亮度。为减少计算量，常用查表法来求整数值。 像素移相 像素移相是将像素区域显示位置移动而实现反走样。它通过与对象几何形状相关的电子束的“微定位”而作用。 在可以对屏幕网格内的子像素位置编址的光栅系统上，将电子束移动(微定位)到更接近由物体几何指定的近似位置可光顺沿线路径或物体边界的阶梯状。 加入这种技术的系统被设计成使单个像素位置可根据像素直径的小数部分来移动。典型地，电子束根据像素直径的1/4，1/2，3/4移动来画接近于线或物体边真实路径的点。 有些系统也允许对单个像素的尺寸进行调整作为分配亮度的附加工具。 线亮度差的校正 为减轻阶梯形效果，反走样线为另一种光栅效果提供校正。 用相同数目像素所画的两条线，对角线还是比水平线长，可视效果是对角线显得比水平