Ich höre immer von Aliasing und Anti-Aliasing und weiß, wie es aussieht, aber was ich nicht verstehe, ist, was es verursacht. Ist es ein physikalisches Phänomen? Oder eine numerische?
Wenn es hilft zu erklären, ich habe einige Programmierkenntnisse, aber nicht in Videospielen oder Grafiken.
Antworten:
Ist es ein physikalisches Phänomen? oder numerisch?
Diese Frage impliziert für mich, dass Sie nicht genau wissen, was Aliasing / Anti-Aliasing bedeutet. Ich meine, Sie sagen, Sie wissen, wie es aussieht, aber wenn Sie tatsächlich wüssten, was die Begriffe bedeuten, würden Sie wahrscheinlich erkennen, dass Ihre Frage unsinnig ist. Aliasing ist ein Nebeneffekt der Darstellung von Computergrafiken, und Computergrafiken sind per Definition keine physischen Phänomene.
"Aliasing" bezieht sich nur auf den Treppenstufen-Look auf abgewinkelten Linien, da Computergrafiken tatsächlich aus vielen winzigen Quadraten in einem Raster bestehen. Hier ist ein Bild, um zu veranschaulichen, wovon ich spreche:
Dies ist ein Problem, wenn Sie die Pixel in einem Bild rendern, unabhängig davon, ob Sie freihändig zeichnen oder einen Algorithmus schreiben, um die Pixel für ein 3D-Polygon zu berechnen. Es ist nur ein Nebeneffekt der Tatsache, dass das Bild ein quadratisches Pixelraster ist. "Anti-Aliasing" ist, wenn Sie den Treppenstufen-Look verschleiern, indem Sie die Farben entlang der Randpixel zusammenmischen.
Die akzeptierte Antwort ist nicht unbedingt korrekt, obwohl sie sich mit der häufigsten Verwendung in Computergrafiken befasst. Aliasing ist ein grundlegendes Konzept in der Signalverarbeitung, und seine mathematische Theorie geht Computerbildschirmen voraus. Es ist auch nicht wirklich wahr, dass "es ein Nebeneffekt der Tatsache ist, dass Pixel quadratisch sind". Aliasing tritt immer dann auf, wenn Sie ein Signal mit einer Rate unterhalb der Nyquist-Rate für dieses Signal diskret abtasten und wirkt sich auf digitales Audio sowie auf Bilder und viele andere Arten von diskret abgetasteten Signalen aus. Aliasing in der Computergrafik ist ein Nebeneffekt der diskreten Abtastung, nicht der Form der Pixel.
Anti-Aliasing in der Computergrafik ist ein tiefgreifendes und komplexes Thema, das viel mehr beinhaltet als nur Kanten-Anti-Aliasing. Auch hier liegt der Signalverarbeitung eine Menge Theorie zugrunde, und es ist ein aktives Forschungsgebiet in der Computergrafik, wie Anti-Aliasing nicht nur für Kanten, sondern auch für temporäres Aliasing, für Aliasing bei der Rekonstruktion einer BRDF in Pixel-Shadern und für Schatten effektiv durchgeführt werden kann Kanten und in vielen anderen Bereichen. Mip-Mapping von Texturen in 3D-Grafiken ist eine bewährte Antialiasing-Technik, die sich mit einem anderen wichtigen Problem als beispielsweise Kanten-Antialiasing befasst.
Es ist wirklich ein mathematisches Phänomen, das mehr als ein physikalisches Phänomen ist, aber es zeigt sich in der Technik in vielen anderen Bereichen als der Computergrafik. Ich würde es auch nicht wirklich als numerisches Phänomen beschreiben - es ist das Ergebnis einer diskreten Abtastung, nicht der diskreten Darstellung numerischer Werte auf einem Computer, obwohl dies auch zu Aliasing-Effekten führen kann. Das Verständnis der Grundlagen der Signalverarbeitung ist eine gute Grundlage, um zu verstehen, wie sich Aliasing in der Computergrafik manifestiert, und um zu verstehen, wie man es reduzieren kann.
Zusätzlich zu den beiden anderen Antworten finden Sie hier eine intuitivere Erklärung dessen, was passiert.
Die Gitterquadrate repräsentieren Pixel. Das rote Polygon links ist die zu zeichnende Form, die intern als Folge von Punkten dargestellt wird. Beim Rendern wird es aus einer Liste von Punkten in einen Puffer mit Pixelfarben konvertiert. Die diskrete Abtastung bestimmt, welche Pixel dunkel und welche hell sind, basierend darauf, wie viel des Polygons jedes Pixel bedeckt.
Um Ihre Frage zu beantworten, handelt es sich um ein numerisches / mathematisches Phänomen, da Informationen über die ursprüngliche Form aufgrund von Annäherungen verloren gehen.
Anti-Aliasing ist, wenn das Rendering versucht, das Aliasing zu korrigieren, indem teilweise verdeckte Pixel weniger intensiv werden.
Im Bereich der Signalverarbeitung bezieht sich Aliasing auf die falsche Identifizierung der Signalfrequenz. Beispielsweise kann es aufgrund des Fehlens einer angemessenen Berücksichtigung im Unterabtastschritt zu Fehlern und Verzerrungen kommen. Es kann auf das diskrete 2D-Signal wie ein Bild verallgemeinert werden.