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¿Por qué la claridad de la imagen es tan diferente en distintos ángulos? ¡Explore los secretos de la tecnología de filtrado anisotrópico!
En el campo de los gráficos por computadora en 3D, el filtrado anisotrópico es una tecnología que mejora la calidad de la imagen de textura. Se utiliza principalmente para mejorar la claridad de la imagen en ángulos de visión oblicuos. Esta tecnología no funciona por igual en todas las direcciones, sino más bien en la dirección en la que se observa la textura, mediante un filtrado dirigido para reducir el desenfoque y preservar los detalles, especialmente en ángulos de visión extremos.
El filtrado anisotrópico preserva la "nitidez" de las texturas y evita la pérdida de detalles de la imagen utilizando técnicas de mapas MIP comunes.
El filtrado isotrópico tradicional reduce la resolución de los ejes x e y en cada nivel, por lo que al renderizar en un plano inclinado con respecto a la cámara, la frecuencia del eje vertical. La reducción da como resultado una resolución horizontal insuficiente. Esto hará que se eviten los alias en otras direcciones, pero las texturas en otras direcciones pueden volverse borrosas.
Por el contrario, el filtrado anisotrópico permite filtrar texturas en diferentes proporciones de aspecto. Por ejemplo, cuando la resolución de la textura es 256 px × 256 px, esta tecnología de filtrado puede reducirla a 128 px × 128 px y reducirla aún más a resoluciones no cuadradas como 256 px × 128 px y 32 px × 128 px. Esto no sólo mejora el detalle de la textura en los ángulos de bisel, sino que también mantiene la claridad en otras direcciones cuando se debe evitar el aliasing.
Diferentes niveles de filtrado
En aplicaciones prácticas, se pueden ajustar diferentes grados de filtrado anisotrópico a través de configuraciones desarrolladas. Esta relación es la relación de anisotropía máxima admitida por el proceso de filtrado. Por ejemplo, un filtro anisotrópico 4:1 producirá un efecto más claro en texturas biseladas que un filtro 2:1. Esto significa que en el caso de texturas muy sesgadas, el filtrado 4:1 mostrará mayor detalle que el filtrado 2:1. Sin embargo, la mayoría de las escenas no requieren una precisión tan alta y solo mostrarán diferencias específicas en una gran cantidad de partículas que se ven afectadas por la distancia.
El hardware de gráficos moderno impone un límite superior a este nivel de filtrado para evitar diseños de hardware demasiado complejos y rendimientos visuales decrecientes.
Método de implementación
El verdadero filtrado anisotrópico normalmente se realiza por píxel sobre la marcha. En el hardware de renderizado, cuando se muestrea anisotrópicamente una textura, se toman varias muestras a su alrededor en función de la forma proyectada de ese píxel. Algunos de los enfoques de software originales utilizaban tablas de áreas sumadas, y cada pasada de muestreo podría ser en sí misma una instancia de mapa MIP filtrada, lo que agravaba el proceso de muestreo. Por ejemplo, si se requieren 16 muestras lineales triples, es posible que sea necesario tomar 128 muestras de la textura almacenada, porque el filtrado de mapas MIP lineales triples requiere cuatro muestras como base para cada mapa MIP. Esta complejidad puede no ser necesaria en algunos casos.
Rendimiento y optimización
La cantidad de muestras para el filtrado anisotrópico puede generar requisitos de ancho de banda extremadamente altos. Cada muestra de textura puede exceder los cuatro bytes, por lo que cada píxel anisotrópico puede requerir hasta 512 bytes de datos para recuperarse de la memoria de textura. Esto hace que sea común que los dispositivos de visualización de vídeo requieran un ancho de banda de 300 a 600 MB/s, y que las operaciones de filtrado de texturas en algunas escenas requieran cientos de GB/s. Afortunadamente, algo ayuda a reducir esta penalización en el rendimiento: los puntos de muestra pueden compartir muestras almacenadas en caché, ya sea entre puntos adyacentes o dentro del mismo píxel. Incluso con 16 muestras, es posible que no se necesiten las 16 porque sólo los píxeles más distantes y muy inclinados serán particularmente críticos.
Al combinar estas técnicas, el filtrado anisotrópico se está volviendo cada vez más común en el hardware de gráficos y los controladores de vídeo modernos. Los usuarios pueden ajustar la proporción de filtrado a través de la configuración del controlador y los desarrolladores también pueden implementar sus propias necesidades de filtrado de texturas a través de API, lo que permite presentar detalles de imagen más ricos. Sin embargo, ¿alguna vez has pensado en cómo estas tecnologías pueden evolucionar aún más en la presentación de imágenes en el futuro?
