反走样技术Antialiasing

5.1直线段的过采样技术
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2 图5.3
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5.2 加权像素掩模
对于这种方法，在计算某像素总的颜色之时，可以将 背景颜色考虑进去，例如一个像素的5个子像素被确 定在线宽度边界内，其余4个落在背景内，该像素的 颜色值可以用线段颜色和背景颜色加权计算得到。要 显示的像素颜色值为： pixelcolor=(5*red+4*blue)/9
5.3直线段的区域采样
覆盖区域的大小可以利用5.1节介绍的将每个像素分 割为更次层次的字像素，用直线宽度范围内覆盖的子 像素的多少来表示。 如图5.3中（1，1）像素被覆盖9个像素，其颜色 值为直线颜色值，（3，2）中被覆盖7个像素，其颜 色值为直线颜色的7/9。
5.4 滤波技术
类似于前面介绍的掩模技术，在区域采样中，可以采 用一个滤波函数来计算不同覆盖区域对最终像素颜色 贡献大小，5.3介绍的只是利用覆盖像素的面积大小 比例来确定该像素的颜色，这实际上是假设一个像素 的各个位置对像素的贡献是相同的，这相当于一个方 形滤波器（图5.5 a）。可以采用其他滤波器， 如图5.5所示的锥形滤波和高斯滤波，最终的像素颜 色值是滤波函数对覆盖区域的二重积分。在具体实施 中，为减少计算量，一般不直接计算积分值，而是对 不同位置区域建建立一个查找表，
反走样
分辨率屏幕上显示其结果的技术称为过取样 （supersampling）也叫后滤波（postfiltering）。 所显示的像素位置为覆盖更细屏幕网格区域中的点， 每个像素的亮度由更细网格中的这些点来决定的。用 过取样方法，可从多个点对一个像素总体亮度的贡献 来得到亮度信息。 另一种反走样技术是通过计算待显示每个像素被目标 物体覆盖区域的多少来确定像素亮度。这种方法称为 区域取样(或前滤波)。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
5.4 滤波技术
b a 图5.5 a:方形滤波 b:锥形滤波 c: 高斯滤波
C
5.5 区域边界的反走样
区域边界的反走样和可以直接应用前面介绍的各种反 走样技术，本部分内容课后自学
作 业
Discribe either the advantages or defects of each antialiasing technologies mentioned in this lecture.
4-31. Implement an antialiasing procedure by extending B来自百度文库esenham's line algorithm to adjust pixel intensities in the vicinity of a line path.
Computer graphics
C version. Second Edition
第五讲： 反走样技术
Antialiasing
山东师范大学传播学院 李大锦
2008.9.28
反走样
前面介绍的通过光栅化算法生成的基本图元在视觉上 会产生锯齿状，这是因为我们在算法中将图元上的坐 标离散化为整数的像素位置，产生视觉上的失真是由 地低频率的采样（欠采样）造成的。这种失真叫走样， 通过反走样的方法可以有效的减少欠采样引起的失真。 图5.1显示了低频采样引起的信息丢失，对于这种 周期性信息，为了减少信息的丢失，采样频率一般要 大于要处理的对象的最高频率的两倍，这个采样频率 成为Nyquist采样频率fs 。 fs=2fmax
图5.4
5.3直线段的区域采样
对于直线段的区域采样，我们将某一像素的颜色值设 置为与直线宽度范围内覆盖该像素区域的大小成正比。 如右图所示：在 （2，2）处直线覆 盖该像素区域的大约 70%则它的颜色值是 直线颜色的70%，在 （3，3）处覆盖该像 素区域大约50%则颜 色为直线颜色的50%
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5.1直线段的过采样技术
直线段的过采样，一种方法将每个屏幕像素看成是由 更细层次的字像素构成，待显示的像素颜色亮度和直 线通过该像素时覆盖更细层次的子像素的格数成正比， （如图所示）子像素的选择可以由前面介绍的 bresenham或中点法计算得到
图5.2
5.1直线段的过采样技术
前面介绍的过采样方法，得到的像素的颜色亮度值只 有3个级别，因为线段穿过每一个待显示像素时，最 多穿过3个子像素，另外一种过采样方法是将线段看 作是由一个像素宽度的多变形，计算每一个待显示像 素的亮度时，检查多边形覆盖该像区域中子像素的个 数，最终的像素亮度和多边形在该像素区域中覆盖的 字像素个数成正比。这样每个像素就有9种不同的亮 度。用多边形表示带宽度的直线，可以在直线两侧放 置两条平行于直线的直线来表示多边形的边界。如图 5.3。 这种方法的李一个优点是总的线亮度分布在更 多的像素上。一个像素的视觉效果可以来自其相邻像 素。
加权像素掩模
在使用更细层次的字像素进行最终像素颜色计算时， 在接近像素中心位置的子像素，我们给他赋予更大的 权值，在远离中心位置的地方赋予较小的权值。
5.2 加权像素掩模
右图是一个将像素分为3*3字像素 的掩模，每个掩模值标示了不同位 置对最终颜色值的贡献大小，当直 线通过该像素时，该像素的颜色值 等于直线所穿过的每个子像素的掩 模值乘以直线颜色值的和再除以16，
反走样
图5.1 上：对周期性对象低频率采样 下：低频率采样后恢复的图形造成了信息的
丢失
反走样
或者说采样的间隔应不大于周期对象的最小周期的 1/2。 在光栅系统中解决走样问题的最直接的方法是增加分 辨率，这样对可以得到更多的采样点。但是屏幕的分 辨率并不能无限放大，即使相当高的分辨率也仍然有 锯齿存在，为什么？ 我们可以利用多种颜色亮度来对图形对象进行反走样 操作。最直接的反走样方法是把屏幕看成比实际所具 有的更细的网格来增加取样数目，在这种更细网格使 用取样点来确定每个屏幕像素的亮度等级。这种在高 分辨率下对对象取样并在较高