Filtraggio anisotropico: cosa serve, cosa influenza, uso pratico

Le tecnologie per la visualizzazione di oggetti 3D sullo schermo dei monitor dei personal computer si stanno evolvendo con il rilascio di adattatori grafici moderni. Ottenere il quadro perfetto nelle applicazioni tridimensionali, il più vicino possibile al video reale, è il compito principale degli sviluppatori di hardware e l'obiettivo principale per gli intenditori dei giochi per computer. La tecnologia implementata nell'ultima generazione di schede video - il filtro anisotropico nei giochi - è pensata per aiutare in questo.

Cos'è?

Ogni giocatore di computer vuole che l'immagine colorata del mondo virtuale si dispieghi sullo schermo, in modo che, salendo in cima alla montagna, si possa osservare l'ambiente pittoresco, in modo che premendo il pulsante di accelerazione sulla tastiera al massimo, si possa vedere fino all'orizzonte la pista da corsa, e un ambiente completo sotto forma di paesaggi urbani. Gli oggetti visualizzati sullo schermo del monitor, idealmente, si posizionano direttamente di fronte all'utente nella scala più comoda, infatti, la maggior parte degli oggetti tridimensionali è inclinata rispetto alla linea di vista. Inoltre, la diversa distanza virtuale delle trame dal punto di vista apporta anche modifiche alle dimensioni dell'oggetto e alle sue trame. I calcoli mostrano il mondo tridimensionale su uno schermo bidimensionale e sono impegnati in varie tecnologie 3D progettate per migliorare la percezione visiva, tra cui il filtro strutturale (anisotropico o trilineare). Il filtraggio di un tale piano è uno dei migliori sviluppi in questo settore.

Sulle dita

Per capire cosa fornisce un filtro anisotropico, è necessario comprendere i principi di base degli algoritmi di texturing. Tutti gli oggetti del mondo tridimensionale consistono in una "cornice" (un modello di volume tridimensionale di un oggetto) e una superficie (trama) - un'immagine bidimensionale "tesa" sopra il fotogramma. La parte più piccola della trama è un colore texel, questi sono come pixel sullo schermo, a seconda della "densità" della texture, i texel possono essere di dimensioni diverse. Dai texels multicolori è un'immagine completa di qualsiasi oggetto nel mondo tridimensionale.

Sullo schermo, i texel sono opposti ai pixel, il cui numero è limitato dalla risoluzione disponibile. Mentre ci può essere un numero virtualmente infinito di texels nella zona virtuale di visibilità, i pixel che visualizzano l'immagine all'utente hanno un numero fisso. Quindi, la trasformazione dei texeli visibili in pixel colorati viene gestita dall'algoritmo per l'elaborazione di modelli tridimensionali - filtraggio (anisotropico, bilineare o trilineare). Altre informazioni su tutti i tipi: più in basso, poiché emanano l'una dall'altra.

Colore centrale

Il più semplice algoritmo di filtraggio sta visualizzando il colore del punto di campionamento più vicino al punto di vista di ciascun pixel. Tutto è semplice: la linea di vista di un certo punto sullo schermo cade sulla superficie di un oggetto tridimensionale e la trama delle immagini restituisce il colore del texel più vicino al punto di rilascio, filtrando tutte le altre. Ideale per superfici cromatiche monocromatiche. Con piccole differenze di colore, offre anche un'immagine di qualità piuttosto elevata, ma piuttosto noiosa, visto dove hai visto oggetti tridimensionali dello stesso colore? Solo gli ombreggiatori di luci, ombre, riflessi e altri sono pronti a dipingere qualsiasi oggetto nei giochi come un albero di Capodanno, cosa dire delle trame stesse, che a volte rappresentano opere d'arte. Anche il muro di cemento grigio e senz'anima nei giochi moderni non è solo un rettangolo di colore indefinito, è punteggiato di bordi grezzi, a volte crepe e graffi e altri elementi artistici, che porta il muro virtuale a muri di sviluppatori reali o immaginari il più vicino possibile. In generale, il colore vicino potrebbe essere utilizzato nei primi giochi tridimensionali, ma ora i giocatori sono diventati molto più esigenti nella grafica. Cosa è importante: filtrare il colore vicino richiede quasi nessun calcolo, cioè è molto economico in termini di risorse del computer.

Filtraggio lineare

Le differenze nell'algoritmo lineare non sono molto significative, invece del punto di texel più vicino, il filtro lineare usa 4 contemporaneamente e calcola il colore medio tra di loro. L'unico problema è che su superfici ad angolo rispetto allo schermo, la linea di vista forma un'ellisse sulla trama, mentre il filtro lineare utilizza un cerchio ideale per selezionare i più vicini, indipendentemente dall'angolo di visione. L'utilizzo di quattro texel anziché uno consente di migliorare in modo significativo il disegno di trame distanti dal punto di vista, ma non ancora sufficiente per riflettere correttamente l'immagine.

Mip-mapping

Questa tecnologia consente di ottimizzare leggermente il disegno della grafica del computer. Per ogni trama, viene creato un certo numero di copie con vari gradi di dettaglio, per ogni livello di dettaglio viene selezionata un'immagine, ad esempio, per un lungo corridoio o una vasta sala, vicino a pavimenti e pareti richiedono il maggior dettaglio possibile, mentre gli angoli più lontani coprono solo pochi pixel e non richiedono dettaglio significativo. Questa funzione grafica tridimensionale aiuta a evitare la sfocatura delle trame distanti, oltre alla distorsione e alla perdita dell'immagine, e funziona insieme al filtro, poiché la scheda video non può decidere autonomamente quali texel sono importanti per completare l'immagine e che non sono molto utili per il calcolo del filtro.

Filtraggio bilineare

Usando insieme il filtraggio lineare e la texturizzazione MIP, otteniamo un algoritmo bilineare che ci consente di visualizzare meglio oggetti e superfici distanti. Tuttavia, tutti gli stessi 4 texels non offrono sufficiente flessibilità alla tecnologia, inoltre, il filtro bilineare non maschera le transizioni al livello successivo di ridimensionamento, lavorando separatamente con ciascuna parte della trama e i loro confini possono essere visti. Pertanto, ad una grande distanza o ad un grande angolo, le trame sono fortemente sfocate, rendendo l'immagine innaturale, come per le persone con miopia, oltre a trame con motivi complessi, le linee di giunzione di trame di diverse risoluzioni sono evidenti. Ma siamo dietro lo schermo del monitor, non abbiamo bisogno di miopia e di linee incomprensibili!

Filtraggio trilineare

Questa tecnologia è progettata per correggere il disegno sulle linee del cambiamento delle trame della scala. Mentre l'algoritmo bilineare funziona separatamente con ciascun livello di mappatura mip, il filtro trilineare calcola ulteriormente i confini dei livelli di dettaglio. Con tutto ciò, aumentano i requisiti per la RAM, mentre il miglioramento dell'immagine su oggetti distanti non è molto evidente. Naturalmente, i confini tra i livelli vicini di ridimensionamento ottengono un trattamento migliore rispetto a quello bilineare e appaiono più armoniosi senza transizioni brusche, che influiscono sull'impressione generale.

Filtraggio anisotropico

Se calcoliamo la proiezione della linea di vista di ciascun pixel dello schermo sulla trama in base all'angolo di visione, otteniamo le forme sbagliate - trapezio. Insieme all'utilizzo di più texels per il calcolo del colore finale, questo può dare un risultato molto migliore. Cosa fa il filtraggio anisotropico? Dato che in teoria non ci sono limiti al numero di texels usati, tale algoritmo è in grado di visualizzare grafica computerizzata di qualità illimitata a qualsiasi distanza dal punto di vista e in qualsiasi angolo idealmente paragonabile al video reale. Il filtraggio anisotropico nelle sue capacità si basa esclusivamente sulle caratteristiche tecniche degli adattatori grafici dei personal computer, sui quali sono progettati i moderni videogiochi.

Schede video idonee

La modalità di filtro anisotropico è stata possibile su adattatori video personalizzati dal 1999, a partire dalle note carte Riva TNT e Voodoo. Le configurazioni superiori di queste schede hanno risolto bene l'errore di calcolo della grafica trilineare e hanno persino fornito indicatori FPS tollerabili utilizzando il filtro anisotropico x2. L'ultima cifra indica la qualità del filtro, che a sua volta dipende dal numero di texels utilizzati per calcolare il colore finale del pixel sullo schermo, in questo caso vengono utilizzati fino a 8. Inoltre, l'area di acquisizione di questi texel corrispondente all'angolo di visualizzazione viene utilizzata nei calcoli. piuttosto che un cerchio, come negli algoritmi lineari precedenti. Le moderne schede video sono in grado di elaborare il filtraggio mediante un algoritmo anisotropico a livello x16, che significa utilizzare 128 texel per calcolare il colore finale del pixel. Ciò promette un miglioramento significativo nella visualizzazione di trame che sono lontane dal punto di vista, nonché un carico serio, ma gli ultimi adattatori grafici sono dotati di una quantità sufficiente di RAM e processori multi-core per far fronte a questa attività.

Impatto su FPS

I vantaggi sono chiari, ma quanto costano i giocatori i filtri anisotropi? L'impatto sulle prestazioni degli adattatori video di gioco con un riempimento serio, pubblicato entro il 2010, è molto piccolo, come confermato dai test di esperti indipendenti in numerosi giochi popolari. Il filtraggio di trame anisotropiche come x16 sulle schede di budget mostra una diminuzione dell'FPS complessivo del 5-10%, e quindi a causa dei componenti meno produttivi dell'adattatore grafico. Tale lealtà del ferro moderno per i calcoli ad alta intensità di risorse parla della cura incessante dei produttori per noi, modesti giocatori. È del tutto possibile che la transizione ai livelli successivi di qualità dell'anisotropia non sia lontana, se solo gli igrodeli non ci deludono.

Naturalmente, non è solo il filtro anisotropico a essere coinvolto nel miglioramento della qualità dell'immagine. Se accenderlo o no, dipende dal giocatore, ma i felici possessori degli ultimi modelli di Nvidia o AMD (ATI) non dovrebbero nemmeno pensare a questo problema: l'impostazione del filtro anisotropico al livello massimo non influisce sulle prestazioni e aggiunge realismo ai paesaggi e alle località estese. La situazione con i proprietari di soluzioni grafiche integrate di Intel è un po 'più complicata, poiché in questo caso molto dipende dalla qualità della RAM del computer, dalla sua frequenza di clock e dal suo volume.

Opzioni e ottimizzazione

Il controllo del tipo e della qualità del filtro è disponibile grazie a uno speciale software che regola i driver per le schede grafiche. Un'impostazione di filtro anisotropico avanzata è disponibile anche nei menu di gioco. L'implementazione di risoluzioni elevate e l'uso di più monitor nei giochi hanno costretto i produttori a pensare ad accelerare il lavoro dei loro prodotti, anche ottimizzando algoritmi anisotropi. I produttori di schede negli ultimi driver hanno introdotto una nuova tecnologia chiamata filtro anisotropico adattivo. Cosa significa? Questa funzionalità, introdotta da AMD e parzialmente implementata negli ultimi prodotti Nvidia, consente di ridurre il tasso di filtraggio laddove possibile. Pertanto, il filtraggio anisotropico mediante il coefficiente x2 può elaborare le trame vicine, mentre gli oggetti distanti saranno renderizzati utilizzando algoritmi più complessi fino al massimo coefficiente x16. Come al solito, l'ottimizzazione offre un miglioramento significativo a causa della qualità, in alcuni casi la tecnologia adattiva è soggetta ad errori, evidenti nelle impostazioni ultra di alcuni degli ultimi videogiochi tridimensionali.

Che cosa influenza il filtraggio anisotropico? L'utilizzo della potenza di calcolo degli adattatori video, rispetto ad altre tecnologie di filtraggio, è molto più elevato e questo influisce sulle prestazioni. Tuttavia, il problema della velocità quando si utilizza questo algoritmo è stato a lungo risolto nei moderni chip grafici. Insieme alle altre tecnologie tridimensionali, il filtraggio anisotropico nei giochi (che già rappresentiamo) influisce sull'impressione generale dell'integrità dell'immagine, specialmente quando si visualizzano oggetti distanti e trame che si inclinano sullo schermo. Questa è ovviamente la cosa principale richiesta dai giocatori.

Guardando al futuro

L'hardware moderno con caratteristiche medie e superiori è pienamente in grado di far fronte alle richieste dei giocatori, quindi la parola sulla qualità dei mondi informatici tridimensionali è ora destinata agli sviluppatori di videogiochi. L'ultima generazione di adattatori grafici supporta non solo le risoluzioni elevate e le tecnologie di elaborazione delle immagini ad alta intensità di risorse come il filtraggio anisotropico delle texture, ma anche la tecnologia VR o il supporto multi-monitor.