Анизотропно филтрирање: шта је потребно, шта утиче, практична употреба

Технологије за приказ 3Д објеката на екрану монитора личних рачунара развијају се са издавањем модерних графичких адаптера. Добијање савршене слике у тродимензионалним апликацијама, што је могуће ближе стварном видеу, главни је задатак програмера хардвера и главни циљ за познаваоце рачунарских игара. Технологија имплементирана у најновију генерацију видео картица - анизотропно филтрирање у играма - намјерава помоћи у томе.

Шта је то?

Сваки играч рачунара жели да се на екрану појави шарена слика виртуелног света, тако да се, пењући се на врх планине, може посматрати сликовито окружење, тако да се притиском на дугме за убрзање на тастатури до самог хоризонта може видети тркачка стаза, и комплетно окружење у облику урбаних пејзажа. Објекти приказани на екрану монитора, само идеално стоје директно испред корисника на најпогоднијој скали, у ствари, велика већина тродимензионалних објеката је под кутом у односу на линију вида. Штавише, различита виртуална удаљеност текстура од тачке гледишта такође прилагођава величину објекта и његове текстуре. Прорачуни приказују тродимензионални свијет на дводимензионалном екрану и баве се разним 3Д технологијама дизајнираним да побољшају визуалну перцепцију, међу којима је и најмање филтрирање текстуре (анизотропно или трилинеарно). Филтрирање таквог плана је међу најбољима у овој области.

На прстима

Да бисте разумели шта даје анизотропно филтрирање, морате разумети основне принципе алгоритама текстурирања. Сви објекти тродимензионалног света састоје се од "оквира" (тродимензионални модел обима објекта) и површине (текстуре) - дводимензионална слика "растегнута" преко оквира. Најмањи део текстуре је тексел у боји, они су као пиксели на екрану, у зависности од “густине” текстуре, тексели могу бити различитих величина. Из вишебојних тексела налази се комплетна слика било којег објекта у тродимензионалном свету.

На екрану, тексели су супротни пикселима, број који је ограничен доступном резолуцијом. Док у виртуалној зони видљивости може бити готово бесконачан број текстова, пиксели који приказују слику кориснику имају фиксни број. Дакле, трансформација видљивих тексела у колор пикселе обрађује се алгоритмом за обраду тродимензионалних модела - филтрирање (анизотропно, билинеарно или трилинеарно). Више о свим врстама - ниже у реду, јер оне произлазе једна од друге.

Средња боја

Најједноставнији алгоритам филтрирања приказује боју узорковања тачака најближе тачки гледања сваког пиксела. Све је једноставно: линија видљивости одређене тачке на екрану пада на површину тродимензионалног објекта, а текстура слике враћа боју тексела најближе тачки пада, филтрирајући све остале. Идеалан за монокроматске боје. Уз мале разлике у боји, она такође даје прилично квалитетну слику, али прилично досадну, јер гдје сте видјели тродимензионалне објекте исте боје? Само схадери осветљења, сенке, рефлексије и други су спремни да осликавају било који предмет у играма као новогодишње дрво, шта да кажу о самим текстурама, које понекад представљају дела ликовне уметности. Чак и сиви, бездушни бетонски зид у савременим играма није само правоугаоник безписне боје, већ је обрубљен грубим ивицама, понекад пукотинама и огреботинама и другим уметничким елементима, који доводе виртуелни зид до стварних или имагинарних зидова грађевинара што је ближе могуће. Уопштено говорећи, приближна боја се може користити у првим тродимензионалним играма, али сада су играчи постали много захтевнији од графике. Оно што је важно: филтрирање близу боје не захтева готово никакво рачунање, то јест, веома је економично у смислу рачуналних ресурса.

Линеарно филтрирање

Разлике у линеарном алгоритму нису веома значајне, уместо најближе текселске тачке, линеарно филтрирање користи 4 одједном и израчунава просечну боју између њих. Једини проблем је што на површинама под углом у односу на екран, линија видљивости формира елипсу на текстури, док линеарно филтрирање користи идеалну кружницу за одабир најближих тексела, без обзира на кут гледања. Употреба четири тексела уместо једне вам омогућава да значајно побољшате цртање текстура удаљених са становишта гледишта, али још увек није довољно да правилно одражавају слику.

Мип-мапирање

Ова технологија вам омогућава да мало оптимизујете цртање компјутерске графике. За сваку текстуру, одређени број копија је креиран са различитим степеном детаља, за сваки ниво детаља слика је изабрана, на пример, за дуги коридор или велику просторију, близу подова и зидова захтевају највеће могуће детаље, док удаљени углови покривају само неколико пиксела и не захтевају само неколико пиксела. значајан детаљ. Ова тродимензионална графичка функција помаже да се избегне замућење удаљених текстура, као и дисторзија и губитак слике, и ради заједно са филтрирањем, јер видео адаптер не може самостално да одлучи који су тексели важни за комплетирање слике и који нису веома добри за израчунавање филтрирања.

Билинеарно филтрирање

Користећи заједно линеарно филтрирање и МИП текстурирање, добијамо билинеарни алгоритам који нам омогућава да боље прикажемо удаљене објекте и површине. Међутим, сва четири тексела не дају технологији довољну флексибилност, осим тога, билинеарно филтрирање не маскира прелазе на следећи ниво скалирања, радећи са сваким делом текстуре одвојено, и њихове границе се могу видети. Тако, на великој удаљености или под великим углом, текстуре су јако замагљене, што чини слику неприродном, као да је за људе са миопијом, плус за текстуре са сложеним обрасцима, видљиве спојне линије текстура различитих резолуција. Али ми смо иза екрана монитора, не треба нам кратковидост и разне неразумљиве линије!

Трилинеар филтеринг

Ова технологија је дизајнирана да исправи цртеж на линијама промене текстура скале. Док билинеарни алгоритам ради са сваким мип-мапинг нивоом одвојено, трилинеарно филтрирање додатно израчунава границе нивоа детаља. Уз све то, захтјеви за РАМ повећавају се, док побољшање слике на удаљеним објектима није јако примјетно. Наравно, границе између блиских нивоа скалирања добијају бољу обраду него са билинеарним, и изгледају хармоничније без наглих прелаза, што утиче на укупни утисак.

Анизотропно филтрирање

Ако израчунамо пројекцију линије видљивости сваког екрана пиксела на текстуру према куту гледања, добијамо погрешне облике - трапез. Заједно са употребом више тексела за израчунавање коначне боје, то може дати много бољи резултат. Шта ради анизотропно филтрирање? С обзиром да у теорији нема ограничења у броју коришћених тексела, такав алгоритам је способан приказати компјутерску графику неограниченог квалитета на било којој удаљености од гледишта и под било којим углом који је идеално упоредив са правим видео. Филтрирање анизотропних у својим могућностима почива само на техничким карактеристикама графичких адаптора персоналних рачунара, на којима су дизајниране модерне видео игре.

Погодне видео картице

Режим анизотропног филтрирања је могућ на прилагођеним видео адапторима од 1999. године, почевши од познатих Рива ТНТ и Воодоо картица. Главне конфигурације ових картица су се добро слагале са погрешном проценом трилинеарне графике и чак су давале подношљиве ФПС показатеље користећи к2 анизотропно филтрирање. Последња цифра означава квалитет филтрирања, који, заузврат, зависи од броја текстова који се користе за израчунавање коначне боје пиксела на екрану, у овом случају они се користе до 8. Плус, подручје хватања тих текстова који одговарају угао гледања се користи у прорачуну. пре него круг, као у линеарним алгоритмима. Модерне графичке картице могу обрадити филтрирање помоћу анизотропног алгоритма на нивоу к16, што значи кориштење 128 тексела за израчунавање коначне боје пиксела. Ово обећава значајно побољшање у приказу текстура које су далеко од гледишта, као и озбиљно оптерећење, али најновији графички адаптери су опремљени довољном количином РАМ-а и вишејезгреним процесорима да се носе са овим задатком.

Утицај на ФПС

Предности су јасне, али колико ће анисотропски филтрирати трошкове играча? Утицај на перформансе видео игара са озбиљним попуњавањем, објављеним најкасније до 2010. године, веома је мали, што потврђују и тестови независних стручњака у бројним популарним играма. Филтрирање анизотропних текстура као к16 на прорачунским картицама показује смањење укупног ФПС-а за 5-10%, а затим због мање продуктивних компоненти графичког адаптера. Таква лојалност савременог гвожђа према ресурсно интензивним калкулацијама говори о непрекидној бризи произвођача за нас, скромним играчима. Могуће је да прелазак на следећи ниво квалитета анизотропије није далеко, ако нас само игноришу.

Наравно, не ради се само о анизотропном филтрирању како би се побољшао квалитет слике. Да ли да га укључите или не, то је на плејеру, али сретни власници најновијих модела из Нвидије или АМД-а (АТИ) не би требали ни да размишљају о овом питању - постављањем анизотропног филтрирања на максимални ниво неће се утицати на перформансе и додати реализам пејзажима и великим локацијама. Ситуација са Интеловим власницима интегрисаних графичких решења је мало компликованија, јер у овом случају много зависи од квалитета РАМ-а рачунара, његове фреквенције и јачине.

Опције и оптимизација

Контрола типа и квалитета филтрирања је доступна захваљујући специјалном софтверу који регулише управљачке програме за графичке картице. Напредна поставка анизотропног филтрирања је такође доступна у менијима игре. Примена високих резолуција и употреба више монитора у играма приморали су произвођаче да размишљају о убрзавању рада својих производа, укључујући оптимизовањем анизотропних алгоритама. Произвођачи картица у најновијим драјверима увели су нову технологију названу адаптивна анизотропна филтрирања. Шта то значи? Ова функција, уведена од стране АМД-а и делимично имплементирана у најновијим Нвидиа производима, омогућава да се смањи стопа филтрирања где је то могуће. Дакле, анизотропно филтрирање коефицијентом к2 може обрадити блиске текстуре, док ће удаљени објекти бити приказани кориштењем сложенијих алгоритама до максималног коефицијента к16. Као и обично, оптимизација даје значајан напредак због квалитета, на неким мјестима адаптивна технологија је склона грешкама, видљивим у ултра подешавању неких од посљедњих тродимензионалних видео игара.

На шта утиче анизотропно филтрирање? Употреба рачунарске снаге видео адаптера, у поређењу са другим технологијама филтрирања, много је већа, што утиче на перформансе. Међутим, проблем брзине при коришћењу овог алгоритма је већ дуго решен у модерним графичким чиповима. Заједно са другим тродимензионалним технологијама, анизотропно филтрирање у играма (које већ представљамо) утиче на укупни утисак о интегритету слике, посебно када се приказују удаљени објекти и текстуре које су нагнуте према екрану. Ово је очигледно главна ствар коју играчи захтевају.

Гледајући у будућност

Савремени хардвер са просечним карактеристикама и вишим је у потпуности способан да се носи са захтевима играча, тако да је реч о квалитету тродимензионалних рачунарских светова сада иза програмера видео игара. Најновија генерација графичких адаптера подржава не само високе резолуције и такве технологије за обраду слика са интензивним коришћењем ресурса као и анизотропну филтрирање текстуре, већ и ВР технологију или подршку за више монитора.