Anti-aliasing to słowo, które często jest rzucane przez fotografów i graczy podczas pracy z grafiką i obrazami. Przyjrzyj się, czym jest anty-aliasing, dlaczego go używamy i, co najważniejsze, kiedy najlepiej go nie używać.
To ważna część tworzenia zdjęć i fotografii - anty-aliasing jest z pewnością czymś, co powinno być rozumiane tak dokładnie, jak to możliwe, aby tworzyć obrazy o wysokiej jakości. Mamy nadzieję, że jesteś przygotowany na bardzo geekowy artykuł, ponieważ masz wiele dyskusji na temat matematyki i nauk ścisłych z dzisiejszym artykułem wyjaśniającym. Czytaj dalej!
Być może pamiętasz artykuł sprzed roku, w którym mówiliśmy o różnicy w wektorach i pikselach. Istnieje wiele podstawowych różnic między nimi: piksele są uporządkowanymi tablicami światła, pigmentu lub koloru; wektory są matematycznymi reprezentacjami linii, kształtów, gradientów itp. Wektory są precyzyjne; istnieją na absolutnych współrzędnych na siatce algebraicznej. Ponieważ są one absolutne, nie zacierają granic między tym, gdzie się znajdują a gdzie nie. Nawet jeśli monitor nie może renderować nieskończonej grubości segmentu linii (musi zawsze pokazywać go w pikselach), wciąż jest tak cienki jak linia istniejąca tylko w matematycznym świecie teoretycznym.
Na tym polega problem z fotografią - światło nie jest tak precyzyjne, jak by trzeba było uchwycić je w doskonale matematyczny sposób. Jest prawdopodobne, że nawet jeśli opracowaliśmy kamery zdolne do odczytywania lokalizacji pojedynczych fotonów z kwantową precyzją w momencie uderzenia w czujnik, ze względu na dziwną naturę fizyki na poziomie kwantowym, poszczególne cząstki mogą faktycznie pojawić się w wielu miejscach na czujniku o tym samym czasie. Oznacza to, że absolutnie niemożliwe jest uzyskanie absolutnej lokalizacji tej pojedynczej cząstki światła w momencie, gdy trafi ona w czujnik - fotografia jest tylko przybliżeniem tego, jak światło jest przechwytywane. Zatrzymanie (zdolność kamery do tworzenia ostrych obrazów z poruszających się obiektów) nigdy nie może być doskonałe - przynajmniej wydaje się bardzo, bardzo mało prawdopodobne.
Piksele są przydatne, ponieważ obrazy o wysokiej rozdzielczości mogą przybliżać kolory i kształty, dokładnie odtwarzając obraz w podobny sposób, jak w przypadku fotografii filmowej. Chociaż ta właściwość pikseli i jej wykorzystanie w fotografii jest nie wygładzanie krawędzi dokładniezrozumienie tej właściwości fotografii cyfrowej jest jednym z najlepszych miejsc, w których można zacząć solidnie rozumieć, czym jest anty-aliasing.
Fotografia cyfrowa jest przybliżeniem kolorów i wartości obecnych podczas docierania światła do czujnika - w ten sam sposób antyaliasing jest przybliżeniem danych obrazu za pomocą techniki zwanej "interpolacją". Interpolacja to fantazyjne pojęcie matematyczne oznaczające dane utworzone w oparciu o trendy istniejących danych, czyli wykształcone odgadnięcie, co może faktycznie być w tym miejscu, gdyby dostępnych było więcej punktów danych. Chociaż jest to bardziej skomplikowane niż proste zgadywanie - istnieją formuły i odpowiednie metody interpolacji - nie można oczekiwać, że będzie to dokładna reprezentacja danych obrazu, które faktycznie istnieją. Nawet najmądrzejsza matematyka nie może stworzyć czegoś z niczego.
Kiedy patrzymy na te szachownice renderowane komputerowo, możemy zacząć rozumieć, co robi anty-aliasing, aby poprawić i przybliżyć obrazy. Na obrazie po lewej stronie nie ma interpolacji danych - szachownica jest renderowana w czarno-białych pikselach, gdy cofa się w perspektywie i szybko staje się bałaganem. Powstałe błędy wizualne i artefakty to to, co nazywamy "aliasingiem". Drugi i trzeci obraz powyżej wykorzystuje różne formy "antyaliasingu", aby lepiej określić, w jaki sposób ludzkie oczy (i kamery) postrzegają światło.
Te obrazy były jednak tłumaczeniem absolutnych obrazów matematycznych na obrazy oparte na pikselach. W jaki sposób anty-aliasing dotyczy twojej fotografii? Gdy obrazy są powiększane, powiększane lub pomniejszane, obraz jest interpolowany na podstawie danych istniejących w dokumencie graficznym. Lewy obraz jest pomniejszany za pomocą resamplingu "najbliższego sąsiada" w Photoshopie - innymi słowy, nie jest wygładzany (możesz to nazwać dosłownie aliasowany). Obraz po prawej stronie jest zredukowany i wygładzony, tworząc bardziej prawdziwy obraz w tym małym rozmiarze.
Powiększone obrazy również korzystają z antyaliasingowych programów graficznych, które najlepiej odzwierciedlają dane na obrazie. Pamiętaj, że podczas upsamplingu (powiększania) obrazów w programie graficznym, że nigdy nie będziesz w stanie uzyskać większej rozdzielczości z powiększenia cyfrowego - rodzaj interpolacji, która jest wykonywana, może sprawić, że będzie się dobrze działo, ale Nigdy się nie dowiem. Twoje krawędzie będą miękkie i będą bardziej miękkie podczas powiększania zdjęcia.
Dobrą zasadą jest to, że zawsze możesz zmniejszyć (zmniejszyć) obrazy bez utraty jakości dzięki wygładzaniu. Upsampling (powiększanie) sprawia, że wygładzanie jest bardzo oczywiste, nie dodaje nowej rozdzielczości i powinno być wykonywane tylko wtedy, gdy nie można tego uniknąć.
Jeśli grałeś w grę na PC w ciągu ostatnich 15 lat, być może widziałeś opcje wideo, które zawierały ustawienia wygładzania. Jeśli pamiętasz, kiedy omawialiśmy kształty wektorowe istniejące w absolutnej pozycji, powinieneś zacząć rozumieć, dlaczego wygładzanie jest ważne w grach wideo.
Trójwymiarowe formy są tworzone w wektorowych wielokątach, a te wielokąty istnieją tylko w dziedzinie matematyki.Anti-aliasing w grach wideo ma co najmniej dwa cele: po pierwsze chce renderować bezwzględne, sztywne linie wielokątów w formie, która wygląda na przyzwoitą dla monitora opartego na pikselach; po drugie, antyaliasing lepiej oddaje nieprecyzyjny sposób, w jaki fotografia i ludzkie oczy postrzegają światło.
Na koniec, istnieje wiele okazji, w których antyaliasing nie jest idealny. Jeśli kiedykolwiek pracowałeś nad grafikami, prawdopodobnie słyszałeś, jak narzekają na typografię w Photoshopie i jak gorszy jest program Illustrator - i mają rację.
Obie powyższe litery są oparte na pikselach, z których jedna jest aliasowana, a prawa jedna wygładzona. Nie są też dobre przedstawienia typografii, a przynajmniej tego kroju pisma. Dopuszczalne jest renderowanie czcionki na ekranie za pomocą wygładzania, ale w przypadku druku może to mieć katastrofalne konsekwencje.
Kiedy myślisz o tym, jakie są litery, nie przestrzegają tych samych zasad, których wymaga fotografia cyfrowa. Litery są abstrakcyjnymi pomysłami i absolutnymi kształtami - lepiej mieszczą się w kategorii "czysta matematyka" grafiki wektorowej. I w zależności od rodzaju procesu drukowania używanego do ich tworzenia, te czyste kształty wektorowe matematyki stają się absolutnie ważne.
Powyższy obrazek został utworzony za pomocą typu wygładzanego, a następnie najprawdopodobniej przesunięty. Kiedy przyjrzymy się uważnie, możemy zobaczyć, dlaczego jest to złe.
Bardzo szybko staje się jasne, że te wygładzone formularze nie nadawały się do drukowania w ten sposób. Jest to przykład tego, jak antyaliasing (jak również obrazowanie oparte na pikselach) może być gorsze podczas renderowania typografii.
Oczywiście, gdyby był to obraz (jak fotografia), a nie abstrakcyjne formy, to całkiem dobrze.
Typ, będący nośnikiem abstrakcyjnym, wymaga precyzji wektorów do podtrzymywania pod różnymi rodzajami procesów drukowania, które nie wykorzystują kropek atramentowych do utworzenia obrazu. Nawet z bardzo bliskiej odległości nie widzimy żadnych kropek ani dowodów na to, że antyaliasing, który trafił do plików używanych do drukowania tej puszki coli.
Oczywiście, większość czytników HTG nie będzie drukować offsetowo większość swoich zdjęć, więc typografia oparta na pikselach drukowana z drukarek opartych na punktach zadziała dobrze. Po prostu pamiętaj o antyaliasingu podczas pracy z typografią i kiedy pracujesz z fotografią - odkryjesz, że jesteś lepiej przygotowany do właściwych wyborów, które dadzą Ci najlepsze możliwe obrazy.
Jeśli masz pytania dotyczące wygładzania i Twoich zdjęć, na które nie odpowiedzieliśmy, a może uważasz, że zostawiliśmy coś ważnego, daj nam znać w komentarzach poniżej.
Zdjęcie: Varena # 1 wg hasensaft, dostępne pod Creative Commons. Niewyraźny portret z parasolem Shannon, dostępne pod Creative Commons. Dragon Age 2 Demo Ogre VH by Deborah Timmins, dostępne pod Creative Commons. Wygładzanie obrazów według Loisel, dostępne pod Bezpłatna licencja GNU.
