计算机图形中的混叠效果_面向导航应用的一种新型抗混叠技术.doc

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1、计算机图形中的混叠效果_面向导航应用的一种新型抗混叠技术率低于奈奎斯特频率时，那么从采样点恢复恢复出的信号是与原始信号不同的。原始信号与重构信号体现出的差别，这个效果成为“混叠”。　　这里我们将与大家讨论在计算机图形中混叠效果最普遍的两种体现。第一种就是锯齿（如图1所示），主要就是在斜直线的方向上呈现锯齿状的阶梯。这是在显卡光栅渲染阶段像素之间产生的。　　　　图1：抗混叠效果对比（左：禁止，右：允许）　　第二个是采样混叠。当较高频率（快速变化）的纹理用于渲染远景的一些对象时，比如图2所示的棋盘模式，我们能够清晰的看到一些混叠效果，称为云纹图案模式。　　计算机图形中的混叠效果_面向导航

2、应用的一种新型抗混叠技术率低于奈奎斯特频率时，那么从采样点恢复恢复出的信号是与原始信号不同的。原始信号与重构信号体现出的差别，这个效果成为“混叠”。　　这里我们将与大家讨论在计算机图形中混叠效果最普遍的两种体现。第一种就是锯齿（如图1所示），主要就是在斜直线的方向上呈现锯齿状的阶梯。这是在显卡光栅渲染阶段像素之间产生的。　　　　图1：抗混叠效果对比（左：禁止，右：允许）　　第二个是采样混叠。当较高频率（快速变化）的纹理用于渲染远景的一些对象时，比如图2所示的棋盘模式，我们能够清晰的看到一些混叠效果，称为云纹图案模式。　　　　图2：纹理混叠：双线性滤波（左）和三线性滤波-MIP贴图（右

3、）　　目前有多种算法能够降低这些可见的混叠现象，甚至消除锯齿效果。然而这些算法会占用相当一部分的系统性能，当然这与你使用的硬件平台也有关系。　　·超级采样抗混叠（SSAA）技术：这是一种比较“暴力”的方式，首先以较高的分别率（最终所期望的整数倍x2、x4）来渲染整个场景，然后对整个帧缓冲区进行采样最终生成我们需要的最终分辨率。最终效果显示这种方法在质量上有保证，而且优化了锯齿和纹理采样，但是这个技术的实现成本代价很大。渲染的代价——包括光栅渲染、分片渲染以及相应的带宽——一般都是分辨率的平方，比如x2SSAA对应的代价就是x4，x4SSAA对应的代价就是x16。　　·多采样抗混叠（M

4、SAA）技术：这个方法会增加每个像素点的采样数量，将渲染的图像添加到缓冲区，并且能够存储每个像素点的多个采样值。然后通过缓冲区输出符合我们所期望的图像分辨率。这种技术在PowerVR硬件平台上非常高效而且全部是在芯片内部解决，节省了内存带宽。MSAA能够优化锯齿但是对于采样效果无能为力。　　·基于着色器（Shader）技术如快速近似抗混叠（FXAA）或亚像素形态抗混叠（SMAA），这两种方式都是采用分析来检测和模糊锐利的几何特性。同时也会在显示环节采用后处理算法，付出的代价一般都是固定的（单个全屏幕通过）但是会需要更大的存储带宽，显然这对于移动和嵌入式设备来讲是非常宝贵的。梯度线抗混

5、叠技术简介　　GerryRapTIs是PowerVRSDK开发团队的主管，是他开发的GRLAA技术来改进我们正在设计的导航应用演示Demo。　　GRLAA技术大幅度提升了道路几何图形边沿的可视化质量，所需要的计算成本也相对较低。除此以外这使得没必要再添加道路轮廓了。轮廓能够提升道路边沿的可视化程度，方便用户识别，更加清楚的区分道路边界。　　　　图3：抗混叠道路图形轮廓　　这个方法背后的一般想法就是渲染道路的不透明区，然后逐渐提升透明度，即在道路几何图形的上面或者边缘提升像素的百分比。　　任何分片的alpha通道都是基于两个值。第一个是分片区与道路边沿的距离，第二个是这个距离的变化率，

6、即我们常说的梯度，或者更正式的来说就是距离的偏导数。　　每个分片的RGB颜色数值是通过计算（0，0，0）三者之间的差值来确定的，生成一个固定的黑色轮廓（或者其他颜色的轮廓）和道路的平面颜色，然后将统一数据传递给分片的着色器。所有这些计算都是基于差值t，这个值时通过相对距离和变化率来计算确定的。后面的内容会更加详细的介绍如何推算这些数值，以及这些数值对GRLAA技术的重要性。　　这个算法目前的形式可能没有太大的价值，只适用于一些具有已知宽度的几何图形，比如一条路或者一条线等。GRLAA技术详细分析　　为了确定正确的融合水平，这个算法需要知道距离道路边沿的距离，因为这会影响融合的强度。这

7、意味着数据集中每个几何顶点需要附加额外的顶点补偿数据，必须是某个两个常量值之一，即-1或1。这个赋值应该在奇数和偶数之间变换，这表示道路的一侧会接收基础值-1而另一侧则对应基础值1。这些数据会作为几何顶点数据上传给图形卡硬件，经过分片着色器计算才能确定最终的alpha通道值。　　给每个顶点赋值的基础值按道路的两侧来分是不同的，比如左手侧和右手侧。因为这些顶点数据会被分片着色器用于计算，它们自动会被硬件进行插值转换。　　　　图4：代表几何的基础属性值　　插值