أخذ العينات الفائقة

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 14 صور
الموسوعة الحرة
حساب قيمة اللون النهائي
مقارنة بين مشهد تم عرضه بدون (الجانب الأيسر) ومع تطبيق تقنية منع التعرجات الفائقة (الجانب الأيمن) (عدم تطبيق تقنية منع التعرجات يشبه عملية الاستيفاء لأقرب جار ).

تُعدّ تقنية أخذ العينات الفائقة أو تقنية منع التعرجات المكانية ( SSAA ) إحدى طرق منع التعرجات المكانية ، أي أنها تُستخدم لإزالة التعرجات (الحواف الخشنة والمنقطة، والمعروفة شعبياً باسم " التشوهات ") من الصور المعروضة في ألعاب الكمبيوتر أو برامج الكمبيوتر الأخرى التي تُولّد الصور. تحدث التعرجات لأن شاشة الكمبيوتر، على عكس الأجسام في العالم الحقيقي التي تتميز بمنحنيات وخطوط سلسة متصلة، تُظهر للمشاهد عدداً كبيراً من المربعات الصغيرة. جميع هذه البكسلات متساوية الحجم، ولكل منها لون واحد. لا يمكن عرض الخط إلا كمجموعة من البكسلات، ولذلك يظهر متعرجاً ما لم يكن أفقياً أو رأسياً تماماً. يهدف أخذ العينات الفائقة إلى تقليل هذا التأثير. تُؤخذ عينات الألوان من عدة نقاط داخل البكسل (وليس فقط من المركز كما هو معتاد) - ومن هنا جاء مصطلح "أخذ العينات الفائقة" - ويتم حساب متوسط ​​قيمة اللون. يمكن تحقيق ذلك، على سبيل المثال، من خلال عرض الصورة بدقة أعلى بكثير من دقة الصورة المعروضة، ثم تصغيرها إلى الحجم المطلوب، واستخدام وحدات البكسل الإضافية في العمليات الحسابية، ما ينتج عنه صورة مُصغّرة ذات انتقالات أكثر سلاسة بين صفوف البكسلات على طول حواف الأجسام. كما يمكن زيادة دقة كل بكسل باستخدام استراتيجيات أخرى (انظر قسم أنماط زيادة الدقة ). ويحدد عدد العينات جودة الناتج .

تحفيز

يظهر التشويه في الصور ثنائية الأبعاد على شكل نمط موير وحواف منقطة، تُعرف شعبياً باسم " الخطوط المتعرجة ". تشير المعرفة الشائعة في معالجة الإشارات ومعالجة الصور إلى أنه لتحقيق إزالة تامة للتشويه ، يلزم أخذ عينات مكانية مناسبة بمعدل نايكويست (أو أعلى) بعد تطبيق مرشح مضاد للتشويه ثنائي الأبعاد . ولأن هذا النهج يتطلب تحويل فورييه أمامي وعكسي ، فقد طُوّرت تقريبات أقل استهلاكاً للموارد الحاسوبية، مثل أخذ العينات الفائقة، لتجنب تغيير النطاق من خلال البقاء في النطاق المكاني ("نطاق الصورة").

طريقة

التكلفة الحسابية وأخذ العينات الفائقة التكيفية

تُعدّ عملية أخذ العينات الفائقة مكلفة حسابيًا لأنها تتطلب ذاكرة بطاقة فيديو ونطاق ترددي أكبر بكثير ، نظرًا لأن حجم المخزن المؤقت المستخدم أكبر بعدة مرات. [ 1 ] يتمثل أحد الحلول لهذه المشكلة في استخدام تقنية تُعرف باسم أخذ العينات الفائقة التكيفية ، حيث يتم أخذ عينات فائقة فقط من البكسلات الموجودة على حواف الكائنات.

في البداية، تُؤخذ عينات قليلة فقط من كل بكسل. إذا كانت هذه القيم متقاربة جدًا، تُستخدم هذه العينات فقط لتحديد اللون. وإذا لم تكن كذلك، تُستخدم عينات أكثر. نتيجةً لهذه الطريقة، يتم حساب عدد أكبر من العينات عند الضرورة فقط، مما يُحسّن الأداء.

أنماط أخذ العينات الفائقة

عند أخذ عينات داخل البكسل، يجب تحديد مواقع العينات بطريقة ما. على الرغم من أن عدد الطرق الممكنة للقيام بذلك لا حصر له، إلا أن هناك بعض الطرق الشائعة الاستخدام. [ 1 ] [ 2 ]

شبكة

أبسط خوارزمية . تُقسّم البكسل إلى عدة بكسلات فرعية، وتُؤخذ عينة من مركز كل منها. إنها سريعة وسهلة التنفيذ. مع ذلك، ونظرًا لطبيعة أخذ العينات المنتظمة، قد يحدث تشوه في الصورة إذا استُخدم عدد قليل من البكسلات الفرعية.

عشوائي

يُعرف هذا الأسلوب أيضاً باسم أخذ العينات العشوائي، وهو يتجنب انتظام أخذ العينات الشبكية. ومع ذلك، ونظراً لعدم انتظام النمط، تصبح العينات غير ضرورية في بعض مناطق البكسل، وناقصة في مناطق أخرى. [ 3 ]

قرص بواسون

تم توليد عينات النقاط باستخدام أخذ عينات قرص بواسون، والتمثيل البياني لأقصر مسافة بين النقاط

تقوم خوارزمية أخذ العينات باستخدام قرص بواسون [ 4 ] بتوزيع العينات عشوائيًا، ثم تتحقق من عدم تقارب أي عينتين منها. والنتيجة النهائية هي توزيع متساوٍ وعشوائي للعينات. تُعد خوارزمية "رمي السهام" البسيطة بطيئة للغاية مع مجموعات البيانات الكبيرة، مما حدّ من تطبيقاتها في العرض الفوري [ 3 ] . ومع ذلك، توجد الآن العديد من الخوارزميات السريعة لتوليد ضوضاء قرص بواسون، حتى تلك ذات الكثافة المتغيرة [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] . توفر مجموعة ديلون وصفًا رياضيًا لهذا النوع من أخذ العينات.

متوتر

تعديل لخوارزمية الشبكة لتقريب قرص بواسون. تُقسّم البكسل إلى عدة بكسلات فرعية، ولكن لا تُؤخذ عينة من مركز كل بكسل، بل من نقطة عشوائية داخل البكسل الفرعي. قد يحدث التجمع، ولكن بدرجة أقل. [ 3 ]

شبكة مُدارة

يُستخدم تخطيط شبكي 2×2، ولكن يتم تدوير نمط العينة لتجنب اصطفاف العينات على المحور الأفقي أو الرأسي، مما يُحسّن جودة منع التعرج بشكل كبير في معظم الحالات الشائعة. وللحصول على نمط مثالي، تكون زاوية الدوران arctan ( 1/2 ) ( حوالي 26.6 درجة ) ، ويتم تمديد المربع بمعامل √5 / 2 [ 8 ] ، مما يجعله أيضًا حلاً لمسألة الملكات الأربع .

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 "مقارنة تقنيات منع التعرج" . sapphirenation.net. 29-11-2016 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19-04-2020 . بشكل عام، توفر تقنية SSAA جودة صورة استثنائية، ولكن تأثيرها على الأداء كبير هنا لأن المشهد يُعرض بدقة عالية جدًا.
  2. ↑ "ما هي عملية أخذ العينات الفائقة؟" . everything2.com. 2004-05-20 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2020-04-19 .
  3. 1 2 3 ألين شيرود (2008). برمجة رسومات الألعاب . تشارلز ريفر ميديا. ص 336. ISBN  978-1584505167.
  4. ↑ كوك، آر إل (1986). "أخذ العينات العشوائية في رسومات الحاسوب" . معاملات ACM في الرسومات . 5 (1): 51-72 . doi : 10.1145/7529.8927 . S2CID 8551941 . 
  5. ↑ دنبار، دانيال؛ همفريز، جريج (2006). "بنية بيانات مكانية لتوليد عينات قرص بواسون بسرعة" . أوراق مؤتمر ACM SIGGRAPH 2006 - SIGGRAPH '06 . ص 503. doi : 10.1145/1179352.1141915 . ISBN  1595933646S2CID 13954223. تم الاسترجاع في 7 يناير 2023 . 
  6. ↑ بريدسون، روبرت (2007). "أخذ عينات سريع باستخدام قرص بواسون في أبعاد عشوائية" (ملف PDF) . رسومات ACM SIGGRAPH 2007. ص 22. doi : 10.1145/1278780.1278807 . ISBN  9781450347266S2CID 3129455. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 يناير 2023 . 
  7. ↑ دورك، ن؛ بارون، سي إيه؛ جونسون، إي إم آي؛ أوكونور، دي؛ باولي، جي إم؛ لارسون، بي إي زد (أبريل 2021). " توليد سريع لعينات قرص بواسون متغيرة الكثافة مع تغير اتجاهي للاستشعار المضغوط في التصوير بالرنين المغناطيسي" . التصوير بالرنين المغناطيسي . 77 : 186-193 . doi : 10.1016/j.mri.2020.11.012 . PMC 7878411. PMID 33232767 .  
  8. ↑ "تحليل تقنية منع التعرجات باستخدام أخذ العينات الفائقة" (ملف PDF) . Beyond3D.com . تاريخ الاسترجاع: 19 أبريل 2020 .