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Por que a clareza da imagem em vários ângulos é tão diferente? Aprofunde-se no mistério da tecnologia de filtragem anisotrópica!
No campo da computação gráfica tridimensional, a Filtragem Anisotrópica é uma tecnologia que melhora a qualidade da imagem de textura. Ela é usada principalmente para melhorar a clareza da imagem em ângulos de visão oblíquos. Esta tecnologia não funciona igualmente em todas as direções, mas sim na direção em que a textura é observada, através de uma filtragem direcionada para reduzir o desfoque e preservar os detalhes, especialmente em ângulos de visão extremos.
A filtragem anisotrópica preserva a "nitidez" das texturas e evita a perda de detalhes da imagem usando técnicas comuns de mipmap.
A filtragem isotrópica tradicional reduz a resolução dos eixos x e y em cada nível, portanto, ao renderizar em um plano inclinado em relação à câmera, a frequência do eixo vertical irá resultar em resolução horizontal insuficiente. Isso fará com que o aliasing em outras direções seja evitado, mas as texturas em outras direções podem ficar borradas.
Em contraste, a filtragem anisotrópica permite que as texturas sejam filtradas em diferentes proporções. Por exemplo, quando a resolução da textura é 256px × 256px, esta tecnologia de filtragem pode reduzi-la para 128px × 128px e reduzi-la ainda mais para resoluções não quadradas, como 256px × 128px e 32px × 128px. Isso não apenas melhora os detalhes da textura em ângulos de chanfro, mas também mantém a clareza em outras direções quando o serrilhado deve ser evitado.
Diferentes níveis de filtragem
Em aplicações práticas, diferentes graus de filtragem anisotrópica podem ser ajustados através de configurações desenvolvidas. Esta proporção é a taxa máxima de anisotropia suportada pelo processo de filtragem. Por exemplo, um filtro anisotrópico 4:1 produzirá um efeito mais claro nas texturas de bisel do que um filtro 2:1. Isso significa que, no caso de texturas altamente distorcidas, a filtragem 4:1 mostrará mais detalhes do que a filtragem 2:1. No entanto, a maioria das cenas não exige uma precisão tão elevada e só mostrará diferenças específicas em um grande número de partículas que são afetadas pela distância.
O hardware gráfico moderno impõe um limite máximo nesse nível de filtragem para evitar designs de hardware excessivamente complexos e diminuir os retornos visuais.
Método de implementação
A verdadeira filtragem anisotrópica normalmente é realizada por pixel em tempo real. No hardware de renderização, quando uma textura é amostrada anisotropicamente, várias amostras são obtidas em torno dela com base na forma projetada desse pixel. Algumas das abordagens originais do software usavam tabelas de áreas somadas, e cada passagem de amostragem pode ser uma instância mipmap filtrada, agravando o processo de amostragem. Por exemplo, se 16 amostras lineares triplas forem necessárias, 128 amostras podem precisar ser retiradas da textura armazenada, porque a filtragem de mipmap linear tripla requer quatro amostras como base para cada mipmap. Essa complexidade pode não ser necessária em alguns casos.
Desempenho e otimização
O número de amostras para filtragem anisotrópica pode resultar em requisitos de largura de banda extremamente altos. Cada amostra de textura pode exceder quatro bytes, portanto cada pixel anisotrópico pode exigir até 512 bytes de dados para serem buscados na memória de textura. Isso faz com que seja comum que dispositivos de exibição de vídeo exijam uma largura de banda de 300-600 MB/s e que as operações de filtragem de textura em algumas cenas exijam centenas de GB/s. Felizmente, algo ajuda a reduzir essa penalidade de desempenho: os pontos de amostragem podem compartilhar amostras armazenadas em cache, entre pontos adjacentes ou dentro do mesmo pixel. Mesmo com 16 amostras, é possível que nem todas as 16 sejam necessárias porque apenas os pixels mais distantes e altamente inclinados serão particularmente críticos.
Combinando essas técnicas, a filtragem anisotrópica está se tornando cada vez mais comum em hardwares gráficos e drivers de vídeo modernos. Os usuários podem ajustar a taxa de filtragem por meio das configurações do driver, e os desenvolvedores também podem implementar suas próprias necessidades de filtragem de textura por meio de APIs, permitindo a apresentação de detalhes de imagem mais ricos. Porém, você já pensou em como essas tecnologias podem evoluir ainda mais na apresentação de imagens futuras?
