이방성 필터링: 컴퓨터 비전의 시각적 복잡성 해결

By Fouad Sabry

이방성 필터링이란 무엇입니까

이방성 필터링은 3차원 컴퓨터 그래픽에 사용되는 기술로, 컴퓨터 그래픽 표면 텍스처의 화질을 향상시키는 데 사용됩니다. 카메라에 대해 비스듬한 시야각으로 봅니다. 이 기술은 텍스처 투영이 직교하지 않는 것처럼 보이는 상황에서 특히 유용합니다.

혜택을 받는 방법

(I) 통찰력, 및 다음 주제에 대한 검증:

1장: 이방성 필터링

2장: 텍스처 매핑

3장: 텍스처 필터링

4장: 밉맵

5장: 슈퍼샘플링

6장: 공간 앤티앨리어싱

7장: 픽셀당 조명

8장: 렌더링(컴퓨터 그래픽)

9장: 텍스처 압축

10장: 앤티앨리어싱

(II) 이방성에 대한 대중의 주요 질문에 답하기 필터링.

(III) 다양한 분야에서 이방성 필터링을 사용하는 실제 사례.

이 책의 대상 독자

전문가, 학부생 및 대학원생, 매니아, 취미생활자 및 모든 종류의 이방성 필터링에 대한 기본 지식이나 정보를 넘어서고 싶은 사람들.

 

 

• Language: 한국어
• Publisher: 10 억 지식이 걸립니다 [Korean]
• Release date: May 5, 2024

Book preview

1장: 비등방성 필터링

3D 컴퓨터 그래픽에서 이방성 필터링(약칭 AF)은 카메라에 대한 비스듬한 시야각에서 표면의 텍스처 이미지 품질을 향상시키는 기술로, 텍스처의 투영(렌더링되는 다각형 또는 기타 프리미티브가 아님)이 직교하지 않는 것처럼 보입니다(따라서 단어의 기원: an은 not,  iso는 동일하고 tropic은 방향과 관련된 tropism에서 유래합니다. 이방성 필터링은 모든 방향에서 동일하게 필터링하지 않습니다.

쌍선형 및 삼선형 필터링과 마찬가지로 이방성 필터링은 앨리어싱 효과를 줄이지만 높은 시야각에서 흐림을 최소화하고 세부 묘사를 유지하므로 앨리어싱 효과가 더 효과적입니다.

이방성 필터링은 상대적으로 비용이 많이 들기 때문에(주로 메모리 대역폭과 일반적인 시공간 트레이드오프 규칙이 적용되지만 계산적으로 덜 사용됨) 1990년대 후반까지 소비자 수준 그래픽 카드의 표준 기능이 아니었습니다. 이방성 필터링은 현재 그래픽 하드웨어(및 비디오 드라이버 소프트웨어)에서 점점 더 널리 보급되고 있으며 사용자가 드라이버 설정을 통해 또는 프로그래밍 인터페이스를 통해 그래픽 응용 프로그램 및 비디오 게임에서 활성화할 수 있습니다.

이 시점에서 독자는 MIP 매핑에 익숙할 것으로 예상됩니다.

좀 더 근사적인 이방성 알고리즘을 조사하면 MIP 매핑의 연속인 RIP 매핑을 찾을 수 있으며, 이방성 필터링이 텍스처 매핑을 얼마나 크게 향상시키는지 이해할 수 있습니다.

카메라에 대해 비스듬한 각도로 수평면을 텍스처링해야 하는 경우 텍스처를 회전해야 하며, 세로축을 따라 사진 주파수가 떨어지기 때문에 표준 MIP 맵 최소화는 수평 해상도가 충분하지 않습니다.

이는 각 MIP 수준이 MIP 매핑에서 등방성이므로 256 × 256 텍스처가 128 × 128 이미지로 축소된 다음 64 × 64 이미지 등으로 축소되기 때문에 결과적으로 각 축의 해상도가 동시에 절반으로 줄어들고, 결과적으로 이미지에 대한 MIP 맵 텍스처 프로브는 항상 모든 축을 따라 동일한 빈도로 이미지를 샘플링합니다.

따라서 고주파 축 앨리어싱을 방지하기 위해 샘플링하는 동안 마찬가지로 다른 텍스처 축도 다운샘플링되고 흐려질 수 있습니다.

MIP 맵의 이방성 필터링을 통해, 128 × 128로 다운샘플링하는 것 외에도, 이미지는 또한 256 × 128 및 32 × 128 등으로 샘플링된다.

이러한 이방성으로 다운샘플링된 이미지는 텍스처 매핑된 이미지의 빈도가 각 텍스처 축을 따라 변할 때 검사할 수 있습니다.

따라서 한 축은 다른 축의 스크린 주파수에 영향을 받지 않으며 앨리어싱은 계속 방지됩니다.

보다 일반적인 이방성 필터링과 대조적으로, 예제로 제공된 MIP 매핑은 텍스처 공간에서 축-정렬된 이방성 프로브만 지원한다는 점에서 제한되며, 결과적으로 대각선 이방성은 여전히 우려 사항으로 남아 있지만, 이러한 스크린 스페이스 매핑이 일반적으로 이방성 텍스처의 실제 애플리케이션에서 볼 수 있다는 사실에도 불구하고, 항상 그런 것은 아닙니다.

MIP 매핑 및 관련 축 정렬 제한으로 인해 진정한 이방성 필터링에는 적합하지 않습니다. 여기서는 구현이 자체 솔루션을 자유롭게 선택할 수 있으므로 데모 목적으로만 사용됩니다. 완전한 이방성 구현은 아래에 자세히 설명되어 있습니다.

일반적인 용어에서 이방성 필터링은 텍스처의 선명도를 유지하며, 이는 일반적으로 MIP 맵 텍스처가 앨리어싱을 방지하려고 할 때 손실됩니다. 따라서 이방성 필터링은 모든 보기 방향에서 선명한 텍스처 디테일을 보존하는 동시에 신속한 앤티앨리어싱된 텍스처 필터링을 제공한다고 말할 수 있습니다.

렌더링하는 동안 여러 각도 또는 비율의 이방성 필터링을 수행할 수 있으며 현재 하드웨어 렌더링 구현은 이 비율에 대한 상한을 제공합니다.

실제로 이는 매우 비스듬한 텍스처링 시나리오에서 4:1 필터가 2:1 필터보다 두 배 더 선명하다는 것을 의미합니다(2:1 필터의 두 배에 달하는 주파수를 표시함). 그러나 대부분의 장면에는 4:1 필터가 필요하지 않습니다. 더 기울어져 더 멀리 떨어져 있는 픽셀에만 더 선명한 필터가 필요합니다. 이는 이방성 필터링의 정도가 계속 두 배가 됨에 따라 영향을 받는 렌더링된 픽셀이 점점 더 적어지고 결과가 사용자에게 덜 분명해지기 때문에 인식된 품질 측면에서 수익이 감소한다는 것을 의미합니다.

8:1 이방성 필터링된 장면의 렌더링된 결과와 16:1 이방성 필터링된 장면의 렌더링된 결과를 비교하면 주로 더 먼 지오메트리에서 몇 개의 매우 비스듬한 픽셀만 더 높은 수준의 이방성 필터링을 사용하여 장면에서 눈에 띄게 더 선명한 텍스처를 표시하며, 이러한 몇 가지 16:1 필터링된 픽셀의 주파수 정보는 8:1 필터의 두 배에 불과합니다. 또한 이방성이 증가할 때 데이터 가져오기가 필요한 픽셀이 줄어들기 때문에 성능 저하가 감소합니다.

하드웨어 설계의 이방성 품질에 대한 최대 한계는 궁극적으로 하드웨어 복잡성 증가와 이러한 보상 감소에 의해 결정됩니다. 그런 다음 사용자와 응용 프로그램은 드라이버 및 소프트웨어 구성을 통해 이 임계값까지 이 절충안을 자유롭게 변경할 수 있습니다.

진정한 이방성 필터링은 이방성의 모든