التنعيم المتعدد للعينات

قد يكون القسم التمهيدي من هذه المقالة قصيرًا جدًا بحيث لا يلخص النقاط الرئيسية بشكل كافٍ . يرجى التفكير في توسيع القسم التمهيدي لتوفير نظرة عامة سهلة الوصول لجميع الجوانب المهمة للمقالة. ( يونيو 2017 )

التنعيم المتعدد العينات ( MSAA ) هو نوع من التنعيم المكاني ، وهي تقنية تستخدم في الرسومات الحاسوبية لإزالة التعرجات .

يشير المصطلح عمومًا إلى حالة خاصة من الإفراط في أخذ العينات . كانت التطبيقات الأولية للتخفيف من التعرجات في المشهد الكامل ( FSAA ) تعمل بشكل مفاهيمي عن طريق عرض مشهد بدقة أعلى، ثم تقليل حجم العينة إلى إخراج بدقة أقل. معظم وحدات معالجة الرسومات الحديثة قادرة على هذا الشكل من التخفيف من التعرجات، ولكنه يفرض ضرائب كبيرة على الموارد مثل الملمس وعرض النطاق الترددي ومعدل التعبئة . (إذا كان البرنامج مرتبطًا بدرجة كبيرة بـ TCL أو مرتبطًا بوحدة المعالجة المركزية ، فيمكن استخدام التخفيف من التعرجات دون التأثير بشكل كبير على الأداء.)

وفقًا لمواصفات OpenGL GL_ARB_multisample، ^{[1] يشير مصطلح "multisampling" إلى تحسين محدد لعملية أخذ} العينات الزائدة. وتنص المواصفات على أن يقوم المُقدم بتقييم برنامج الشظية مرة واحدة لكل بكسل، وأخذ عينات زائدة "حقيقية" فقط من قيم العمق والقوالب . (هذا ليس مثل أخذ العينات الزائدة، ولكن وفقًا لمواصفات OpenGL 1.5، ^[2] تم تحديث التعريف ليشمل أيضًا تنفيذات أخذ العينات الزائدة بالكامل.)

في الأدبيات الرسومية بشكل عام، يشير مصطلح "الأخذ المتعدد للعينات" إلى أي حالة خاصة من أخذ العينات الزائدة حيث لا يتم أخذ عينات زائدة بالكامل من بعض مكونات الصورة النهائية. تشير القوائم أدناه على وجه التحديد إلى تعريف ARB_multisample.

في التنعيم الفائق للعينات، يتم أخذ عينات من مواقع متعددة داخل كل بكسل، ويتم عرض كل من هذه العينات ^[3] بالكامل ودمجها مع العينات الأخرى لإنتاج البكسل الذي يتم عرضه في النهاية. هذا مكلف من الناحية الحسابية، لأنه يجب تكرار عملية العرض بالكامل لكل موقع عينة. كما أنه غير فعال، حيث لا يتم ملاحظة التنعيم عادةً إلا في بعض أجزاء الصورة، مثل الحواف، بينما يتم إجراء التنعيم الفائق لكل بكسل واحد.

في التنعيم المتعدد العينات، إذا كان أي من مواقع العينات المتعددة في بكسل مغطى بالمثلث الذي يتم عرضه، فيجب إجراء حساب تظليل لهذا المثلث. ومع ذلك، لا يلزم إجراء هذا الحساب إلا مرة واحدة للبكسل بالكامل بغض النظر عن عدد مواضع العينات المغطاة؛ يتم ببساطة تطبيق نتيجة حساب التظليل على جميع مواقع العينات المتعددة ذات الصلة.

في الحالة التي يغطي فيها مثلث واحد فقط كل موقع متعدد العينات داخل البكسل، يتم إجراء حساب تظليل واحد فقط، وتكون هذه البكسلات أكثر تكلفة بقليل من (والنتيجة لا تختلف عن) الصورة غير المعالجة بالتنعيم. وينطبق هذا على منتصف المثلثات، حيث لا يمثل التنعيم مشكلة. ( يمكن أن يقلل اكتشاف الحافة من هذا الأمر بشكل أكبر من خلال تقييد حساب MSAA صراحةً بالبكسلات التي تتضمن عيناتها مثلثات متعددة، أو مثلثات على أعماق متعددة.) في الحالة القصوى حيث يتم تغطية كل موقع من مواقع العينات المتعددة بمثلث مختلف، سيتم إجراء حساب تظليل مختلف لكل موقع ثم يتم دمج النتائج لإعطاء البكسل النهائي، وتكون النتيجة والتكلفة الحسابية هي نفسها كما في الصورة المكافئة التي تم أخذ عينات منها.

لا يعد حساب التظليل العملية الوحيدة التي يجب إجراؤها على بكسل معين؛ حيث قد تقوم تنفيذات أخذ العينات المتعددة بأخذ عينات مختلفة من عمليات أخرى مثل الرؤية عند مستويات أخذ عينات مختلفة.

• عادةً ما يحتاج تظليل البكسل إلى التقييم مرة واحدة فقط لكل بكسل لكل مثلث يغطي نقطة عينة واحدة على الأقل.
• يتم معالجة حواف المضلعات (المصدر الأكثر وضوحًا للتعرج في الرسومات ثلاثية الأبعاد) باستخدام تقنية مكافحة التعرج.
• نظرًا لأنه يتم أخذ عينات من وحدات بكسل فرعية متعددة لكل بكسل، فمن الممكن التقاط التفاصيل المتعددة الأضلاع الأصغر من بكسل واحد والتي ربما تم تفويتها بدون MSAA وجعلها جزءًا من الصورة النهائية المقدمة إذا تم أخذ عينات كافية.

اختبار ألفا هو تقنية شائعة في ألعاب الفيديو القديمة تستخدم لتقديم الكائنات الشفافة من خلال رفض كتابة وحدات البكسل في إطار التخزين المؤقت. ^[4] إذا كانت قيمة ألفا لشظية شفافة (بكسل) أقل من عتبة محددة، فسيتم تجاهلها. نظرًا لأن هذا يتم على أساس بكسل تلو الآخر، فإن الصورة لا تتلقى فوائد أخذ العينات المتعددة (يتم تجاهل جميع العينات المتعددة في بكسل بناءً على اختبار ألفا) لهذه وحدات البكسل. قد تحتوي الصورة الناتجة على تضليل على طول حواف الكائنات الشفافة أو حواف داخل القوام، على الرغم من أن جودة الصورة لن تكون أسوأ مما كانت ستكون عليه بدون أي تضليل. ^[5] سيتم أيضًا تضليل الكائنات الشفافة التي يتم نمذجتها باستخدام قوام اختبار ألفا بسبب اختبار ألفا. يمكن تقليل هذا التأثير عن طريق تقديم الكائنات ذات القوام الشفافة عدة مرات، على الرغم من أن هذا من شأنه أن يؤدي إلى انخفاض كبير في الأداء للمشاهد التي تحتوي على العديد من الكائنات الشفافة. ^[6]

نظرًا لأن أخذ العينات المتعددة يحسب أجزاء المضلع الداخلية مرة واحدة فقط لكل بكسل، فإن التعرجات والتحف الأخرى ستظل مرئية داخل المضلعات المرسومة حيث يحتوي مخرجات تظليل الأجزاء على مكونات عالية التردد.

على الرغم من أن أداء MSAA أقل كثافة من SSAA (أخذ العينات الفائقة)، فمن الممكن في سيناريوهات معينة (مشاهد مليئة بالأجزاء المعقدة) أن يكون MSAA أكثر كثافة بعدة مرات لإطار معين من تقنيات التنعيم بعد المعالجة مثل FXAA وSMAA و MLAA . تميل التقنيات المبكرة في هذه الفئة إلى تأثير أداء أقل، ولكنها تعاني من مشاكل الدقة. ^[7] شهدت تقنيات التنعيم الأحدث القائمة على ما بعد المعالجة مثل التنعيم الزمني (TAA)، والتي تقلل من التنعيم من خلال الجمع بين البيانات من الإطارات التي تم تقديمها مسبقًا، انعكاس هذا الاتجاه، حيث أصبحت معالجة AA بعد المعالجة أكثر تنوعًا وأكثر تكلفة من MSAA، والتي لا يمكنها التنعيم لإطار كامل بمفردها.

في قناع أخذ العينات النقطية، يتم تعيين بت التغطية لكل عينة متعددة فقط إذا كانت العينة المتعددة موجودة داخل البدائية المقدمة. لا يتم أخذ العينات مطلقًا من خارج البدائية المقدمة، لذا فإن الصور المنتجة باستخدام أخذ العينات النقطية ستكون صحيحة هندسيًا، ولكن جودة الترشيح قد تكون منخفضة لأن نسبة البتات المحددة في قناع تغطية البكسل قد لا تكون مساوية لنسبة البكسل التي تغطيها القطعة المعنية بالفعل.

يمكن تحسين جودة الترشيح باستخدام أقنعة أخذ العينات من المنطقة. في هذه الطريقة، يجب أن يكون عدد البتات المحددة في قناع التغطية لبيكسل متناسبًا مع التغطية الفعلية للمنطقة للجزء. سيؤدي هذا إلى تعيين بعض بتات التغطية لعينات متعددة لا توجد فعليًا داخل البدائية المقدمة، ويمكن أن يتسبب في حدوث تشوهات وتشوهات أخرى.

من السهل تنفيذ نمط عينة الشبكة المنتظم، حيث تشكل مواقع العينات المتعددة شبكة متباعدة بالتساوي في جميع أنحاء البكسل، كما يبسط تقييم السمات (أي ضبط أقنعة البكسل الفرعية، ولون العينة والعمق). هذه الطريقة مكلفة حسابيًا بسبب العدد الكبير من العينات. تحسين الحواف ضعيف للحواف المحاذية للشاشة، ولكن جودة الصورة جيدة عندما يكون عدد العينات المتعددة كبيرًا.

نمط عينة الشبكة المنتظمة المتفرقة هو مجموعة فرعية من العينات التي يتم اختيارها من نمط عينة الشبكة المنتظمة. وكما هو الحال مع الشبكة المنتظمة، يتم تبسيط تقييم السمات بسبب التباعد المنتظم. الطريقة أقل تكلفة حسابية بسبب وجود عدد أقل من العينات. تحسين الحافة جيد للحواف المحاذية للشاشة، وجودة الصورة جيدة لعدد معتدل من العينات المتعددة.

نمط العينة العشوائي هو توزيع عشوائي لعينات متعددة في جميع أنحاء البكسل. إن التباعد غير المنتظم للعينات يجعل تقييم السمات معقدًا. الطريقة فعالة من حيث التكلفة بسبب عدد العينات المنخفض (مقارنة بأنماط الشبكة العادية). تحسين الحواف بهذه الطريقة، على الرغم من أنها ليست مثالية للحواف المحاذية للشاشة. جودة الصورة ممتازة لعدد معتدل من العينات.

بالمقارنة مع أخذ العينات الزائدة، يمكن أن يوفر التنعيم المتعدد العينات جودة مماثلة عند أداء أعلى، أو جودة أفضل لنفس الأداء. يمكن تحقيق نتائج محسنة أخرى باستخدام أقنعة الشبكة الفرعية الدوارة. النطاق الترددي الإضافي المطلوب من أخذ العينات المتعددة منخفض بشكل معقول إذا كان ضغط اللون وZ متاحين. ^[8]

تدعم معظم وحدات معالجة الرسومات الحديثة عينات MSAA بحجم 2× و4× و8×. وتؤدي القيم الأعلى إلى جودة أفضل، ولكنها أبطأ.

• ألفا للتغطية
• التنعيم المورفولوجي