《图形反走样技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《图形反走样技术.ppt（15页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、图形反走样技术,走样现象,走样：由于低频取样不充分取样而造成的信息失真。光栅算法的取样过程是将图元数字化为离散的整数像素位置，所生成的图元显示具有锯齿形或台阶状外观。增加光栅系统取样率的一种简单方法是：以较高分辩率显示对象。两个问题难以解决：将帧缓冲器做成多大并仍保持刷新频率在每秒3060帧?用连续参数精确地表示对象需要任意小的取样间隔。即使用当前技术能达到的最高分辨率，锯齿形仍会在一定范围内出现。除非硬件技术能处理任意大的帧缓冲器，增加屏幕分辨率还不能完全解决走样问题。,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校
2、正 边界反走样 边界反走样 边界反走样,反走样技术,反走样用来校正不充分取样过程，避免从这种周期性对象中丢失信息，改善所显示的光栅线的外观。把取样频率至少设置为出现在对象中的最高频率的两倍。这个频率称为Nyquist取样频率fs：fs=2fmax。换言之，取样区间不应超过循环区间(Nyquist取样区间)的一半。对于x区间取样，Nyquist取样区间xs为：xs=xcycle/2，其中：xcycle=1/fmax。两类方法：非加权区域采样方法加权区域采样方法,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边界反走样
3、 边界反走样 边界反走样,非加权区域采样方法,直线段对一个像素亮度的贡献与两者相交面积成正比。使线段上各相邻像素的亮度之间有一个平缓的过渡，淡化了锯齿现象。主要思想：将直线段看作是具有一定宽度的狭长矩形；当直线段与像素有交时，求出两者相交区域的面积；根据相交的面积确定该像素的亮度等级；,每个像素面积为单位面积；相交区域面积是介于0、1之间的实数；用它乘以像素可设置的最大亮度值，即可得到该像素实际显示的亮度值。,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边界反走样 边界反走样 边界反走样,加权区域采样方法,这种方
4、法更符合人视觉系统对图像信息的处理方式，反走样效果更好。将直线段看作是具有一定宽度的狭长矩形；当直线段与像素有交时，根据相交区域与像素中心的距离来决定其对象素亮度的贡献。直线段对一个像素亮度的贡献正比于相交区域与像素中心的距离。,设置相交区域面积元与像素中心距离的权函数(如高斯函数等)反映相交面积元对整个像素亮度的贡献大小。利用权函数积分求相交区域面积，用它乘以像素可设置的最大亮度值，即可得到该像素实际显示的亮度值。,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边界反走样 边界反走样 边界反走样,直线段的过取样,
5、过取样(超放样/后过滤)：高分辩率下对对象取样，低分辨率上显示其结果。把屏幕看成比实际具有更细的网格(子像素)来增加取样率；沿这种更细网格(子像素)使用取样点来确定每个屏幕像素的合适亮度等级。,从多个点(子像素)对一个像素总体亮度的贡献来得到该象素亮度；每个像素可能的亮度等级数目等于像素区域内子像素的总数；线亮度在更多的像素上描述，或线亮度分布在较大数目像素上；且通过在阶梯状台阶(水平长度间)附近显示有些模糊的线路径使阶梯形状得到光顺。,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边界反走样 边界反走样 边界反走
6、样,直线段的过取样,考虑线宽度时，则将每个像素亮度设置成正比于线区域内的子像素数目来完成过取样。线路径边界取决于线的斜率：45线，线路径在区域的中央；对水平线和垂直线，要求线路径是线宽边界之一；|m|1时，线路径宜取在接近于较低边界处；|m|1时，线路径放在较接近于较上边界合适。,有颜色显示时：对子像素亮度进行平均来得到像素颜色设置。,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边界反走样 边界反走样 边界反走样,像素加权掩模,在确定象素的亮度等级时，既考虑子像素的多少，还应该考虑子像素的位置分布。通常会给接近于
7、像素区域中心的子像素更大的权。因为这些子像素在确定像素的整体亮度中起更重要的作用。图中示出了对33像素分割所采用的加权方案：中心子像素的加权是角子像素的4倍，是其它像素的2倍；对九个子像素的每个网格所计算出的亮度进行平均。这样的结果是：中心子像素的加权系数为1/4；顶部和底部及两侧子像素的加权系数为1/8；而角子像素的加权系数为1/16。,指定子像素的相对重要性的值数组有时称为子像素权的“掩模”；也可为较大的子像素网格建立类似掩摸。同样，这些掩模常被扩展为包括来自属于相邻像素中子像素的贡献，以使亮度能遍及相邻像素而取平均。,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线
8、段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边界反走样 边界反走样 边界反走样,直线段的区域取样,区域取样(或前滤波)通过计算像素在对象上的覆盖区域来确定像素亮度。像素覆盖区域通过确定对象边界与单个像素边界的相交处而得到。将线看成长方形，在两相邻垂直(或水平)屏幕网格线间的线区域段为四边形，像素的重迭区域就可通过确定在垂直列(或水平行)中每个像素覆盖多少个四边形而计算出。通过将每个像素亮度设置成正比于像素与有限宽线的重迭区域可以完成对直线的区域取样。并且这种判断通过采用更细子像素网格而得到提高。例如，屏幕像素的约百分之九十被线区域覆盖，那么该像素的亮度就设置为最大亮度的百分之九十。
9、对于彩色显示，则计算被不同颜色区域覆盖的像素区域，最后的像素颜色则看作为各覆盖区域的平均颜色。,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边界反走样 边界反走样 边界反走样,过滤技术,反走样线更精确的方法是采用过滤技术。这种方法类似于应用加权像素掩模，只是现在假想一个连续的加权曲面(或过滤函数)覆盖像素。应用过滤函数的方法类似于应用加权掩模，但现在是将像素曲面集成来得到加权的平均亮度。为减少计算量，常用查表法来求整数值。,每个过滤函数的体积被规范化为1。根据任何子像素位置处的高度给出相应的权值。,立方体滤波,圆
10、锥滤波,高斯滤波,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边界反走样 边界反走样 边界反走样,像素移相,像素移相是将像素区域显示位置移动而实现反走样。它通过与对象几何形状相关的电子束的“微定位”而作用。在可以对屏幕网格内的子像素位置编址的光栅系统上，将电子束移动(微定位)到更接近由物体几何指定的近似位置可光顺沿线路径或物体边界的阶梯状。加入这种技术的系统被设计成使单个像素位置可根据像素直径的小数部分来移动。典型地，电子束根据像素直径的1/4，1/2，3/4移动来画接近于线或物体边真实路径的点。有些系统也允许对
11、单个像素的尺寸进行调整作为分配亮度的附加工具。,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边界反走样 边界反走样 边界反走样,线亮度差的校正,为减轻阶梯形效果，反走样线为另一种光栅效果提供校正。用相同数目像素所画的两条线，对角线还是比水平线长，可视效果是对角线显得比水平线要暗，因为对角线以更低的单位长度亮度显示。按照每条线的斜率来调整其亮度，就可对这种效果进行校正。水平和垂直将以最低的亮度显示；而45线则以最高亮度显示；一旦反走样技术应用于显示，亮度就能自动校正。当考虑线的有限宽度时，调整亮度的结果是线以正比于
12、其长度的整体亮度显示。,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边界反走样 边界反走样 边界反走样,反走样区域边界,线反走样概念也可用于区域边界通过分割整体区域，并决定区域边界内的子像素数目，以像素区域覆盖率为基础来调整每个边界位置处的像素亮度。右上图为22网格中覆盖对象边界的像素区域之一，沿着扫描线，确定子像素区域的三个区域在边界内，因此，可将像素亮度设置为最大值的百分之七十五。在右下图中，位置1处的像素有约一半的区域在多边形边界内，因此，该位置处的亮度将被调整到其设定值的一半；沿边界的下一个位置2处的亮度
13、被调整到其设定值的约三分之一，,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边界反走样 边界反走样 边界反走样,反走样区域边界,由Pitteway和Watkinson提出的确定在边界内像素区域百分比的方法是以中点算法为基础的：像Bresenham算法一样，建立决策参数p，其符号能表明下面两个候选像素中哪一个更接近于线。通过对p形式的略微修改，就可得到被物体覆盖的当前像素区域的百分比量。,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边
14、界反走样 边界反走样 边界反走样,反走样区域边界,在多边形顶点处和对于很小的多边形(如右图)，有多于一条边通过像素区域。对这些情况，需要通过处理所有通过像素的边并确定正确的内部区域来修改pitterway Watkinson算法。,对线反走样所讨论的过滤技术也能应用于区域边。同样，各种反走样方法可用于多边形区域或具有曲线边界的区域。边界方程被用来估计像素区域与将要显示的区域的区域覆盖。而相贯性技术被用于沿扫描线和扫描线之间以简化计算。,走样现象 反走样技术 非加权采样 加权采样图形反走样 线段过取样 宽线段过取样 线段区域取样 过滤技术 像素移相 线亮度校正 边界反走样 边界反走样 边界反走样,
