Language
Country/Area
No result found
Công nghệ cải thiện hình ảnh tuyệt vời: Lọc dị hướng phá vỡ những hạn chế của lọc truyền thống như thế nào?
Trong đồ họa máy tính 3D, Lọc bất đẳng hướng (AF) là phương pháp cải thiện đáng kể chất lượng của hình ảnh có kết cấu. Điều làm cho nó trở nên độc đáo là kỹ thuật này chỉ được áp dụng trên các bề mặt có góc nhìn của máy ảnh bị lệch và hình chiếu kết cấu có vẻ không trực giao. Về mặt từ nguyên, lọc dị hướng không xử lý giống nhau theo mọi hướng. So với lọc song tuyến và tam tuyến, lọc bất đẳng hướng không chỉ loại bỏ hiệu ứng răng cưa mà còn cải thiện độ mờ và bảo toàn chi tiết ở góc nhìn cực cao.
Lọc bất đẳng hướng có thể giữ lại "độ sắc nét" bị mất bởi công nghệ mipmap truyền thống trong quá trình tránh răng cưa.
Vào cuối những năm 1990, do hạn chế về băng thông bộ nhớ, việc sử dụng bộ lọc bất đẳng hướng dần trở nên phổ biến và trở thành một tính năng tiêu chuẩn của card đồ họa tiêu dùng. Công nghệ này rất phổ biến trong phần cứng đồ họa (và trình điều khiển video) hiện đại và người dùng có thể sử dụng công nghệ lọc này thông qua cài đặt trình điều khiển hoặc giao diện chỉ mục trò chơi.
So sánh với thuật toán đẳng hướng
Lọc bất đẳng hướng duy trì các chi tiết kết cấu sắc nét ở mọi góc nhìn bằng công nghệ lọc kết cấu khử răng cưa nhanh. Công nghệ mipmap đẳng hướng truyền thống khi độ phân giải của mỗi lớp giảm sẽ đồng thời giảm một nửa độ phân giải ở mỗi trục. Kết quả là khi hiển thị mặt phẳng ngang ở góc lệch, kết quả thu nhỏ sẽ không đủ độ phân giải theo chiều ngang do tần số của hình ảnh trục dọc bị giảm.
Ví dụ: khi lọc bất đẳng hướng kết cấu có độ phân giải 256x256, nó sẽ không chỉ trở thành độ phân giải 128x128 mà còn cả các độ phân giải không vuông như 256x128 và 32x128.
Với tính năng lọc bất đẳng hướng mipmap, khi tần số hình ảnh của kết cấu khác nhau đối với mỗi trục kết cấu, thì có thể phát hiện những hình ảnh được chuyển đổi xuống bất đẳng hướng này. Bằng cách này, một trục không bị mờ bởi tần số màn hình của trục kia trong khi vẫn tránh được hiện tượng răng cưa.
Mức độ bất đẳng hướng
Trong quá trình kết xuất, bạn có thể áp dụng các mức độ lọc bất đẳng hướng khác nhau, đề cập đến tỷ lệ bất đẳng hướng tối đa được quá trình lọc hỗ trợ. Ví dụ: lọc bất đẳng hướng 4:1 ("bốn đến một") sẽ nâng cao hơn nữa độ rõ nét của kết cấu bị lệch ngoài phạm vi 2:1. Về mặt thực tế, điều này có nghĩa là trong trường hợp kết cấu có độ lệch cao, bộ lọc 4:1 sẽ sắc nét gấp đôi bộ lọc 2:1.
Tuy nhiên, hầu hết các cảnh sẽ không yêu cầu lọc 4:1, chỉ những pixel bị lệch nhiều hơn và thường ở xa hơn mới yêu cầu kỹ thuật lọc sắc nét hơn.
Điều này có nghĩa là khi mức độ lọc bất đẳng hướng tăng lên, sự cải thiện chất lượng nhìn thấy bằng mắt thường sẽ giảm dần, chỉ có một số lượng tương đối nhỏ các pixel có độ lệch cao hiển thị kết cấu rõ ràng hơn.
Triển khai
Tính năng lọc bất đẳng hướng thực sự sẽ phát hiện tức thời theo tỷ lệ trên cơ sở từng pixel. Trong phần cứng đồ họa, khi thực hiện lấy mẫu bất đẳng hướng, người ta thường thực hiện một số thăm dò xung quanh điểm trung tâm kết cấu dựa trên hình dạng được chiếu của pixel đó. Các phương pháp phần mềm trước đây chủ yếu sử dụng bảng diện tích tổng. Mỗi đầu dò được lọc bất đẳng hướng thường là một mẫu mipmap được lọc, do đó quá trình này làm tăng độ phức tạp của việc lấy mẫu.
Ví dụ: mười sáu mẫu dị hướng ba tuyến tính có thể cần 128 mẫu, trong khi lọc mipmap ba tuyến tính yêu cầu lấy bốn mẫu cho mỗi mipmap và sau đó lấy mẫu dị hướng mười sáu lần.
Tuy nhiên, sự phức tạp trong việc lọc như vậy không phải lúc nào cũng cần thiết. Đối với phần cứng kết xuất hình ảnh, có một số phương pháp có sẵn để giảm khối lượng công việc. Trong phần cứng đồ họa, phổ biến nhất là tổng hợp các giá trị pixel được lọc chỉ từ một hàng mẫu mipmap.
Hiệu suất và tối ưu hóa
Số lượng mẫu cần thiết có thể khiến việc lọc bất đẳng hướng tốn rất nhiều băng thông. Bởi vì nhiều kết cấu là phổ biến nên kích thước của mỗi mẫu có thể là 4 byte hoặc cao hơn, do đó, mỗi pixel dị hướng có thể yêu cầu 512 byte để được tìm nạp từ bộ nhớ kết cấu. Thật không may, màn hình TV hiện tại có thể dễ dàng có hơn hai triệu pixel và tốc độ khung hình ứng dụng mong muốn thường cao hơn 60 khung hình mỗi giây.
Do đó, yêu cầu về băng thông cho các hoạt động hiển thị kết cấu có thể đạt tới hàng trăm gigabyte mỗi giây, điều này không hiếm khi có liên quan đến các hoạt động lọc bất đẳng hướng.
May mắn thay, có một số yếu tố có thể cải thiện hiệu suất. Bản thân các đầu dò chia sẻ các mẫu kết cấu được lưu trong bộ nhớ đệm, cả giữa và trong các pixel. Ngay cả với bộ lọc dị hướng 16 mẫu, không phải tất cả 16 mẫu đều cần thiết, bởi vì chỉ những vùng lấp đầy pixel ở xa và lệch sẽ có tính dị hướng cao.
Trong bối cảnh này, tính năng lọc bất đẳng hướng đã cho phép chúng tôi đáp ứng các yêu cầu về chất lượng hình ảnh hơn bao giờ hết. Điều này khiến chúng tôi phải suy nghĩ: Công nghệ hình ảnh trong tương lai sẽ phát triển theo hướng nào để trải nghiệm hình ảnh của chúng ta trở nên chân thực và đặc biệt hơn?
