Лекции / Лекция 12

//Лекция 12// Архитектура графических рабочих станций. Технологии 3D графики

Часть вычислительных операций, связанных с отображением и моделированием трехмерного мира, переложено теперь на 3D-акселератор, который является сердцем 3D-видеокарты. Для достижения реалистичности отображения поверхностей применяется текстурирование . Так, фасад здания потребовал бы отображения множества граней для моделирования множества кирпичей. Однако текстура (изображение, накладываемое на всю поверхность сразу) дает больше реализма, но требует меньше вычислительных ресурсов, так как позволяет оперировать всем фасадом как единой поверхностью. Перед тем, как поверхности отображают на экране, они текстурируются и затеняются. Все текстуры хранятся в памяти, обычно установленной на видеокарте. Когда поверхности текстурируются, необходим учет перспективы. Она гарантирует, что битмэп (массив пикселей) правильно наложится на разные части объекта – и те, которые ближе к наблюдателю, и на более далекие. Для подавления эффектов мерцания и пробелов между битмэпами применяется фильтрация (обычно би- или трилинейная). Чтобы избежать непредвиденных изменений (depth-aliasing – неверное наложение текстуры на удаленные полигоны), большинство управляющих графикой процессов создают серии предфильтрованных битмэпов текстур с уменьшенным разрешением, этот процесс называется mip mapping. Затем графическая программа автоматически определяет, какую текстуру использовать, основываясь на деталях изображения, которое уже выведено на экран. Соответственно, если объект уменьшается в размерах, размер его текстурного битмэпа тоже уменьшается: 0 – сама текстура, 1 – уменьшенная в два раза и т.д. В момент нахождения объекта в переходном состоянии от одного mip-map-уровня к другому появляется особый тип ошибок визуализации, известных под названием mip-banding (мип-бендинг) – полосатость или слоеность, т.е. явно различимые границы перехода от одного mip-map-уровня к другому.

Билинейная фильтрация – метод устранения искажений изображения. При медленном вращении или движении объекта могут быть заметны перескакивания пикселей с одного места на другое, что и вызывает мерцание. Для снижения того эффекта при билинейной фильтрации для отображения точки поверхности берется взвешенное среднее четырех смежных текстурных пикселей. Трилинейная фильтрация – для получения каждого пикселя изображения берется взвешенное среднее значение результатов двух mip-уровней билинейной фильтрации. Полученное изображение будет еще более четким и менее мерцающим, что позволяет решить проблему mip-banding. Одной из альтернатив трилинейной фильтрации является анизотропная фильтрация. Анизотропная фильтрация может быть реализована с помощью использования выборки по шаблонам, в качестве которых могут выступать текстели. Для наложения текстуры на пиксель используется больше текстелей, причем количество используемых текстелей зависит от применяемого алгоритма. Для борьбы с рваными краями изображения применяется anti-aliasing. Это способ обработки (интерполяции) пикселей для получения более четких краев изображения.

Z-буферизация – это самый распространенный метод удаления скрытых поверхностей. В Z-буфере хранится значение глубины всех пикселей (z-координаты).

Затуманивание – этот эффект образуется за счет комбинирования смешанных компьютерных цветовых пикселей с цветом тумана под управлением функции, определяющейщей глубину затуманивания. С помощью этого же алгоритма далеко отстоящие объекты погружаются в дымку, создавая иллюзию расстояния.

Прозрачность – способ передачи информации о прозрачности полупрозрачных объектов. Эффект полупрозрачности создается путем объединения цвета исходного пикселя с пикселем, уже находящимся в буфере. В результате цвет точки является комбинацией цветов переднего и заднего плана.