martes, 9 de febrero de 2010

RayTracing: Aliasing Vs Antialiasing

Al generar una imagen de síntesis, como por ejemplo las utilizadas en películas como Avatar, se pueden producir efectos no deseados o “artefactos” que empobrecen la imagen. Uno de estos efectos es el denominado “Aliasing”.


El aliasing se produce fundamentalmente en líneas y bordes de formas rectas, que presentan una forma “en diente de sierra” que rompe su continuidad.

Supongamos que se quiere representar una de estas líneas en una pantalla compuesta por un conjunto de puntos o pixels de igual tamaño.

El algoritmo de renderizado debe calcular los puntos de la pantalla que se iluminan para obtener la imagen de la línea.



Una primera solución consiste en  identificar aquellos pixels que son atravesados por la línea, es decir, aquellos que “toca” al ser proyectada sobre el plano de imagen (la pantalla del ordenador).

Esta técnica puede resultar muy simple para imágenes de alta calidad, pero cumple con el fin expositivo que se busca sin profundizar en soluciones más complejas.

Esta solución genera un patrón en forma de escalera que rompe la continuidad de la recta, y que recuerda a la forma dentada de una sierra para madera. Este es el efecto de aliasing.



Para minimizarlo, se pueden iluminar con diferente intensidad, dependiendo de “cuanto intersecta la recta”, así como crear un efecto de difuminado en los puntos próximos.

Al hacer los pixels suficientemente pequeños, se obtienen líneas aceptables





El aliasing se define por tanto como una distorsión de la información que se origina al muestrear una imagen en baja frecuencia (submuestreo).

Mediante técnicas de suavizado (por ejemplo el supermuestreo) se puede compensar este efecto. Estas técnicas se denominan “antialiasing”.

Las frecuencias de muestreo que liitan estos efectos se conocen como “frecuencias de Nyquist

Os dejo una colección de imágenes que comparan visualmente la misma escena renderizada mediante un simple Ray-Tracing de tres niveles de recursividad, y aplicando una técnica de supermuestreo para reducir el aliasing de líneas. Primero se presenta la imagen en "bruto" y a continuación "refinada"

Para una introducción a la imagen de síntesis se puede consultar ¿Qué es el Ray Tracing? Introducción a la imagen de síntesis
Explicaciones sobre el efecto de aliasing y las técnicas de antialiasing se pueden documentar en las referencias


Cuando los patrones son rectos, este efecto se acusa mucho, como en el suelo del ejemplo siguiente




En formas curvas es menos visible, aunque crea la impresión de una imagen deteriorada


En imágenes compuestas, crea zonas de atracción visual, degradando la calidad del conjunto



Al introducir formas muy brillantes que dirigen nuestra atención se minimiza el impacto visual, aunque se aprecia de igual forma si se focaliza en regiones sensibles


Referencias

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