خريطة Mipmap

في مجال رسومات الحاسوب ، تُعرف خريطة ميب ( mipmap ) ( وهي اختصار للعبارة اللاتينية multum in parvo ، والتي تعني "الكثير في القليل" ^{[ 1 ]} ) بأنها سلسلة مُحسَّنة من الصور مُحسَّنة مُسبقًا، حيث تكون دقة كل صورة منها أقل بنصف دقة الصورة السابقة. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} ويُعرف استخدامها باسم رسم خرائط ميب .

تهدف هذه التقنية إلى زيادة سرعة العرض وتقليل تشوهات التعرج . تُستخدم صورة MIP-map عالية الدقة للعينات ذات الكثافة العالية، كما هو الحال بالنسبة للأجسام القريبة من الكاميرا؛ بينما تُستخدم صور أقل دقة كلما ابتعد الجسم. تُعد هذه الطريقة أكثر كفاءة في تقليل حجم النسيج من أخذ عينات من جميع وحدات البكسل في النسيج الأصلي التي تُساهم في بكسل الشاشة ؛ إذ يُعد أخذ عدد ثابت من العينات من النسيج المُصفّى بشكل مناسب أسرع. وبما أن صور MIP-map، بحكم تعريفها، مُخصصة مسبقًا ، فإنها تتطلب مساحة تخزين إضافية للاستفادة منها. كما أنها مرتبطة بضغط الموجات .

تُستخدم خرائط Mipmaps على نطاق واسع في ألعاب الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد ، ومحاكيات الطيران ، وأنظمة التصوير ثلاثية الأبعاد الأخرى لتصفية النسيج ، وبرامج نظم المعلومات الجغرافية ثنائية وثلاثية الأبعاد . تُستخدم نسيجات Mipmaps في المشاهد ثلاثية الأبعاد لتقليل الوقت اللازم لعرض المشهد. كما أنها تُحسّن جودة الصورة عن طريق تقليل التشويه وأنماط التداخل التي تظهر عند مسافات المشاهدة الكبيرة، ^{[ 5 ]} على حساب زيادة الذاكرة بنسبة 33% لكل نسيج.

ابتكر لانس ويليامز تقنية رسم الخرائط المتداخلة (Mipmapping) عام 1983، وقد وُصفت في بحثه " البارامترات الهرمية " ^{[ 1 ]} . جاء في ملخص البحث: "يقدم هذا البحث هندسةً جديدةً للتصفية المسبقة وأخذ العينات، تعتمد على البارامترات الهرمية، مما يقلل من تأثيرات التداخل ويضمن استمرارية الصورة داخل الصور المستهدفة وبينها." ويمكن تخيل الهرم المذكور على أنه مجموعة من الخرائط المتداخلة (Mipmaps) المكدسة فوق بعضها البعض.

حصل جونسون يان ونيكولاس سزابو وليش-يان تشين من شركة Link Flight Simulation (Singer) على أول براءة اختراع لتقنية Mipmap وتوليد النسيج عام 1983. وباستخدام هذه التقنية، أمكن توليد النسيج وتركيبه على الأسطح (المنحنية والمستوية) بأي اتجاه، وذلك في الوقت الفعلي. كما أمكن تصميم أنماط النسيج بحيث تُحاكي المادة الحقيقية التي تُمثلها بشكل متواصل ودون تشويش، مما يوفر في النهاية مستوىً من التفاصيل وانتقالات تدريجية (غير محسوسة) بين مستويات التفاصيل. وأصبح توليد النسيج قابلاً للتكرار ومتسقًا من إطار لآخر، مع الحفاظ على المنظور الصحيح والتغطية المناسبة. ونظرًا لتطبيق تقنية النسيج في الوقت الفعلي على أنظمة محاكاة الطيران ثلاثية الأبعاد المبكرة، ولأن النسيج يُعد شرطًا أساسيًا للرسومات الواقعية، فقد حظيت هذه البراءة بانتشار واسع، وطُبقت العديد من هذه التقنيات لاحقًا في مجال الحوسبة الرسومية والألعاب مع توسع التطبيقات على مر السنين. ^{[ 6 ]}

أصل مصطلح mipmap هو اختصار للعبارة اللاتينية multum in parvo ("الكثير في القليل")، وكلمة map، وهي مُشتقة من bitmap. ^{[ 1 ]} ولا يزال مصطلح pyramids شائع الاستخدام في سياق نظم المعلومات الجغرافية (GIS) . في برامج نظم المعلومات الجغرافية، تُستخدم pyramids بشكل أساسي لتسريع أوقات العرض.

كل صورة نقطية من مجموعة صور MIPmap هي نسخة مصغرة من النسيج الرئيسي ، ولكن بمستوى تفاصيل أقل. على الرغم من استخدام النسيج الرئيسي عند كفاية مجال الرؤية لعرضه بكامل تفاصيله، إلا أن برنامج العرض سيتحول إلى صورة MIPmap مناسبة (أو في الواقع، سيقوم بالاستيفاء بين أقرب صورتين، في حال تفعيل الترشيح ثلاثي الخطوط ) عند عرض النسيج من مسافة بعيدة أو بحجم صغير. تزداد سرعة العرض نظرًا لإمكانية تقليل عدد وحدات البكسل ( texels ) التي تتم معالجتها لكل بكسل عرض بشكل كبير للحصول على نتائج مماثلة باستخدام صور MIPmap الأبسط. عند استخدام عدد محدود من عينات النسيج لكل بكسل عرض (كما هو الحال مع الترشيح ثنائي الخطوط )، تقل التشوهات لأن صور MIPmap تكون مُنعّمة الحواف بالفعل . كما أن تصغير وتكبير الصور يصبح أكثر كفاءة مع صور MIPmap.

إذا كان حجم النسيج الأساسي 256 × 256 بكسل، فقد تحتوي مجموعة خرائط MIP المرتبطة به على سلسلة من 8 صور، كل منها ربع المساحة الإجمالية للصورة السابقة: 128 × 128 بكسل، 64 × 64، 32 × 32، 16 × 16، 8 × 8، 4 × 4، 2 × 2، 1 × 1 (بكسل واحد). على سبيل المثال، إذا كان المشهد يعرض هذا النسيج في مساحة 40 × 40 بكسل، فسيتم استخدام إما نسخة مكبرة من 32 × 32 (بدون استيفاء ثلاثي الخطوط ) أو استيفاء لخرائط MIP بحجم 64 × 64 و32 × 32 (مع استيفاء ثلاثي الخطوط). أبسط طريقة لإنشاء هذه الأنسجة هي عن طريق المتوسطات المتتالية؛ ومع ذلك، يمكن أيضًا استخدام خوارزميات أكثر تعقيدًا (ربما تعتمد على معالجة الإشارات وتحويلات فورييه ).

يُظهر عرض كل قناة لونية من كل مستوى في خريطة RGB متعددة المستويات كسطح منفصل (يسار) أن الخريطة بأكملها تُشكّل مربعًا مساحته أربعة أضعاف مساحة السطح. وبما أن كل سطح يتطلب ثلث مساحة التخزين ، فإن الخرائط متعددة المستويات تتطلب بالتالي أربعة أثلاث من الذاكرة؛ أي ما يعادل ثلثًا تقريبًا 33% زيادة.

تُشكّل الزيادة في مساحة التخزين المطلوبة لجميع هذه الخرائط المتداخلة ثلث مساحة النسيج الأصلي، لأن مجموع المساحات (1/4 + 1/16 + 1/64 + 1/256 + ...) يتقارب إلى 1/3. في حالة صورة RGB بثلاث قنوات مُخزّنة كمستويات منفصلة، ​​يُمكن تصوّر الخريطة المتداخلة الكلية على أنها تتناسب تمامًا مع مساحة مربعة ضعف أبعاد الصورة الأصلية من كل جانب (ضعف المساحة من كل جانب يُساوي أربعة أضعاف المساحة الأصلية - مستوى واحد بالحجم الأصلي لكل من الأحمر والأخضر والأزرق يُساوي ثلاثة أضعاف المساحة الأصلية، وبما أن الأنسجة الأصغر حجمًا تشغل 1/3 من المساحة الأصلية، فإن 1/3 من ثلاثة يساوي واحدًا، لذا ستشغل نفس المساحة الإجمالية التي يشغلها مستوى واحد فقط من المستويات الأصلية للأحمر أو الأخضر أو ​​الأزرق). هذا هو مصدر إلهام وسم multum in parvo .

تُستخدم خرائط Mipmaps للأغراض التالية:

• مستوى التفاصيل (LOD) ^{[ 7 ] [ 8 ]}
• تحسين جودة الصورة. يمكن أن يؤدي العرض من نسيج كبير حيث يتم استخدام مجموعات فرعية صغيرة وغير متصلة من وحدات البكسل بسهولة إلى إنتاج أنماط مويريه ؛
• تسريع أوقات العرض، إما عن طريق تقليل عدد وحدات البكسل التي يتم أخذ عينات منها لعرض كل بكسل، أو زيادة موضع الذاكرة للعينات المأخوذة؛
• تقليل الضغط على وحدة معالجة الرسومات أو وحدة المعالجة المركزية .
• انعكاسات سطح الماء ^{[ 9 ]}

عند عرض نسيج بزاوية حادة، يجب ألا يكون الترشيح موحدًا في جميع الاتجاهات (بل يجب أن يكون غير متناحٍ بدلًا من متناحٍ )، ويتطلب ذلك دقةً وسطية. فإذا استُخدمت دقة أعلى، ينخفض ​​تماسك الذاكرة المؤقتة ، ويزداد التشويه في اتجاه واحد، لكن الصورة تميل إلى أن تكون أكثر وضوحًا. أما إذا استُخدمت دقة أقل، فيتحسن تماسك الذاكرة المؤقتة، لكن الصورة تصبح ضبابية للغاية. وهذا يمثل مفاضلة بين مستوى تفاصيل MIP (LOD) والتشويه مقابل الضبابية. مع ذلك، يحاول الترشيح غير المتناحي حل هذه المفاضلة عن طريق أخذ عينات من بصمة نسيج غير متناحية لكل بكسل بدلًا من مجرد تعديل مستوى تفاصيل MIP. ويتطلب أخذ عينات النسيج غير المتناحي هذا إما نظام تخزين أكثر تطورًا أو تجميع عمليات جلب نسيج أكثر بترددات أعلى. ^{[ 10 ]}

• الترشيح غير المتناحي – طريقة لتحسين جودة صورة الأنسجة على أسطح رسومات الحاسوب 
• التضمين الهرمي – تقنية معالجة الإشارات 
• الهرم (معالجة الصور) - نوع من تمثيل الإشارة متعدد المقاييس 
• فضاء المقياس – إطار عمل لتمثيل الإشارات متعددة المقاييس 
• تقنية منع التعرج المكاني – تقنية لتقليل تشوه الصور منخفضة الدقة 
• جدول المساحة المجمعة - نوع من خوارزميات بنية البيانات