Mipmap - Mipmap

В компьютерная графика, MIP-карты (также Карты MIP) или же пирамиды[1][2][3] предварительно рассчитаны, оптимизированный последовательности изображений, каждый из которых становится все более низким разрешающая способность представление предыдущего. Высота и ширина каждого изображения или уровня в MIP-карте - это сила двух меньше, чем предыдущий уровень. Mip-карты не обязательно должны быть квадратными. Они предназначены для увеличения рендеринг скорость и уменьшить сглаживание артефакты. Изображение MIP-карты с высоким разрешением используется для образцов с высокой плотностью, например для объектов, близких к камере; изображения с более низким разрешением используются, поскольку объект кажется дальше. Это более эффективный способ понижающей фильтрации (минификация ) а текстура чем выборка всего тексели в исходной текстуре, которая будет способствовать экрану пиксель; быстрее взять постоянное количество образцов из текстур, прошедших соответствующую фильтрацию. Mip-карты широко используются в 3D компьютерные игры, авиасимуляторы, другие системы визуализации 3D для Фильтрация текстур и 2D, а также 3D Программное обеспечение ГИС. Их использование известно как mipmapping. Письма MIP в названии являются аббревиатурой от латинский фраза мульт в парво, что означает «много в малом».[4]

Поскольку MIP-карты по определению являются предварительнымивыделенный, дополнительный пространство для хранения требуется, чтобы воспользоваться ими. Они также связаны с вейвлет-сжатие. Текстуры MIP-карты используются в 3D-сценах, чтобы уменьшить время, необходимое для визуализации сцены. Они также улучшают Качество изображения за счет уменьшения наложения и Муаровые узоры которые возникают на большом расстоянии просмотра,[5] по цене 33% больше памяти на текстуру.

Обзор

Изображение, показывающее, как MIP-карты уменьшают искажение на больших расстояниях.
Изображение, показывающее, как уменьшаются MIP-карты сглаживание на больших расстояниях. Обратите внимание муаровый узор на левом изображении.

Mip-карты используются для:

  • Уровень детализации (LOD)[6][7]
  • Улучшение качества изображения. Рендеринг из больших текстур, где только небольшие несмежные подмножества тексели используются могут легко производить муаровые узоры;
  • Ускорение времени рендеринга за счет уменьшения количества текселей, отбираемых для рендеринга каждого пикселя, или увеличения локализации в памяти взятых сэмплов;
  • Снижение нагрузки на GPU или же ЦПУ.

Источник

Mipmapping был изобретен Лэнс Уильямс в 1983 г. и описан в его статье Пирамидальные параметры.[4] Из аннотации: «В этой статье предлагается« пирамидальная параметрическая »геометрия предварительной фильтрации и выборки, которая минимизирует эффекты наложения спектров и обеспечивает непрерывность внутри и между целевыми изображениями». Указанную пирамиду можно представить как набор MIP-карт, уложенных друг перед другом.

Происхождение термина mipmap - это инициализм латинской фразы мульт в парво («много в небольшом пространстве») и карта, смоделированная на растровом изображении[4]. Период, термин пирамиды до сих пор широко используется в ГИС контекст. В программном обеспечении ГИС пирамиды в основном используются для ускорения времени рендеринга.

Механизм

Пример хранилища изображений MIP-карты: основное изображение слева сопровождается отфильтрованными копиями уменьшенного размера.

Каждое растровое изображение из набора MIP-карт является уменьшенной копией основного текстура, но с некоторым пониженным уровнем детализации. Хотя основная текстура все равно будет использоваться, когда представления достаточно для ее детального рендеринга, средство визуализации переключится на подходящее изображение MIP-карты (или фактически интерполировать между двумя ближайшими, если трилинейная фильтрация активируется) при просмотре текстуры издалека или небольшого размера. Скорость рендеринга увеличивается, поскольку количество пикселей текстуры (тексели ), обрабатываемых на пиксель дисплея, может быть намного меньше для аналогичных результатов с более простыми текстурами MIP-карты. Если используется ограниченное количество образцов текстуры на пиксель дисплея (как в случае с билинейная фильтрация ), то артефакты уменьшаются, поскольку изображения mipmap уже фактически сглаженный. Масштабирование вниз и вверх также становится более эффективным с помощью MIP-карт.

Если текстура имеет базовый размер 256 на 256 пикселей, то связанный набор mipmap может содержать серию из 8 изображений, каждое из которых составляет одну четвертую от общей площади предыдущего: 128 × 128 пикселей, 64 × 64, 32 × 32 , 16 × 16, 8 × 8, 4 × 4, 2 × 2, 1 × 1 (один пиксель). Если, например, сцена визуализирует эту текстуру в пространстве 40 × 40 пикселей, тогда либо увеличенная версия 32 × 32 (без трилинейная интерполяция ) или интерполяция MIP-карт размером 64 × 64 и 32 × 32 (с трилинейной интерполяцией). Самый простой способ сгенерировать эти текстуры - последовательное усреднение; однако более сложные алгоритмы (возможно, основанные на обработка сигналов и Преобразования Фурье ) также можно использовать.

Отображение каждого цветового канала каждого уровня MIP-карты RGB в виде отдельной плоскости (слева) демонстрирует, что вся MIP-карта образует квадрат, в 4 раза превышающий площадь. Поскольку каждый самолет требует1⁄3 хранилище, поэтому MIP-карты требуют4⁄3 память; т.е.1⁄3 ≈ 33% больше.

Увеличение объема памяти, требуемого для всех этих MIP-карт, составляет треть исходной текстуры, потому что сумма площадей 1/4 + 1/16 + 1/64 + 1/256 + ⋯ сходится к 1/3. В случае изображения RGB с тремя каналами, хранящимися в виде отдельных плоскостей, общую MIP-карту можно визуализировать как аккуратно вписывающуюся в квадратную область, вдвое превышающую размеры исходного изображения с каждой стороны (в два раза больше с каждой стороны - четыре умножить на исходную область - одна плоскость исходного размера для каждого из красного, зеленого и синего в три раза превышает исходную площадь, а затем, поскольку меньшие текстуры занимают 1/3 оригинала, 1/3 из трех составляет единицу, поэтому они займет такое же общее пространство, что и одна из исходных красных, зеленых или синих плоскостей). Это вдохновение для тега мульт в парво.

Анизотропная фильтрация

Основная статья: Анизотропная фильтрация

Когда текстура просматривается под крутым углом, фильтрация не должна быть равномерной в каждом направлении (она должна быть анизотропный скорее, чем изотропный ), и требуется компромиссное решение. Если используется более высокое разрешение, согласованность кеша уменьшается, а наложение увеличивается в одном направлении, но изображение имеет тенденцию быть более четким. Если используется более низкое разрешение, когерентность кеша улучшается, но изображение становится слишком размытым. Это будет компромисс между уровнем детализации (LOD) MIP и сглаживанием по сравнению с размытостью. Однако анизотропная фильтрация пытается решить этот компромисс путем выборки неизотропного отпечатка текстуры для каждого пикселя, а не просто настройки MIP LOD. Эта неизотропная выборка текстуры требует либо более сложной схемы хранения, либо суммирования большего количества выборок текстуры на более высоких частотах.[8]

Таблицы суммированной площади

Таблицы суммированной площади может сэкономить память и обеспечить большее количество разрешений. Однако они снова ухудшают согласованность кеша и требуют более широких типов для хранения частичных сумм, которые больше, чем размер слова базовой текстуры. Таким образом, современное графическое оборудование их не поддерживает.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Фильтрация текстур с MIP-картами (Direct3D 9)». microsoft.com. Microsoft.
  2. ^ «Фильтрация текстур с MIP-картами». microsoft.com. Microsoft. 8 апреля 2010 г.
  3. ^ «Текстурирование Mipmap» (PDF ). Получено 10 декабря, 2019.
  4. ^ а б c Уильямс, Лэнс. «Пирамидальные параметры» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF ) на 2014-04-14. Получено 2012-09-25.
  5. ^ «Проблема сглаживания и MIP-отображение». текстура. 2011-12-13. Получено 2019-02-21.
  6. ^ «Несколько уровней детализации» (PDF ).
  7. ^ "Структура D3D11_SAMPLER_DESC". microsoft.com. Microsoft.
  8. ^ Олано, Марк; Мукерджи, Шриджит; Дорби, Ангус. «Анизотропное текстурирование на основе вершин» (PDF ).