Co to jest antyaliasing i jak wpływa na moje zdjęcia i obrazy?
Anti-aliasing to słowo, które często jest rzucane przez fotografów i graczy podczas pracy z grafiką i obrazami. Zobacz, czym jest anty-aliasing, dlaczego go używamy i, co najważniejsze, kiedy najlepiej go nie używać.
To ważna część tworzenia zdjęć i fotografii - anty-aliasing jest z pewnością czymś, co należy rozumieć tak dokładnie, jak to możliwe, aby tworzyć obrazy o wysokiej jakości. Mamy nadzieję, że jesteś przygotowany na bardzo geekowy artykuł, ponieważ masz wiele dyskusji na temat matematyki i nauk ścisłych z dzisiejszym artykułem wyjaśniającym. Czytaj dalej!
Wektory i piksele oraz dlaczego aparaty robią zdjęcia z pikselami
Być może pamiętasz artykuł sprzed roku, w którym mówiliśmy o różnicy w wektorach i pikselach. Istnieje wiele podstawowych różnic między nimi: piksele są uporządkowanymi tablicami światła, pigmentu lub koloru; wektory są matematycznymi reprezentacjami linii, kształtów, gradientów itp. Wektory są precyzyjne; istnieją na absolutnych współrzędnych na siatce algebraicznej. Ponieważ są one absolutne, nie zacierają granic między tym, gdzie się znajdują a gdzie nie. Nawet jeśli monitor nie może renderować nieskończonej cienkości segmentu linii (musi zawsze pokazywać go w pikselach), wciąż jest tak cienki jak linia istniejąca tylko w teoretycznym matematycznym świecie.
Taki jest problem z fotografią - światło nie jest tak precyzyjne, jak by trzeba było uchwycić je w doskonale matematyczny sposób. Jest prawdopodobne, że nawet jeśli opracowaliśmy kamery zdolne do odczytywania lokalizacji pojedynczych fotonów z kwantową precyzją w momencie uderzenia w czujnik, ze względu na dziwną naturę fizyki na poziomie kwantowym, poszczególne cząsteczki mogą faktycznie pojawić się w wielu miejscach na czujniku o tym samym czasie. Oznacza to, że absolutnie niemożliwe jest uzyskanie absolutnej lokalizacji tej pojedynczej cząstki światła w momencie, gdy trafi ona w czujnik - fotografia jest tylko przybliżeniem tego, w jaki sposób światło jest przechwytywane. Zatrzymanie (zdolność kamery do tworzenia ostrych obrazów z poruszających się obiektów) nigdy nie może być doskonałe - przynajmniej wydaje się bardzo, bardzo mało prawdopodobne.
Piksele są przydatne, ponieważ obrazy o wysokiej rozdzielczości mogą przybliżać kolory i kształty, dokładnie odtwarzając obraz w sposób podobny do fotografowania filmowego. Chociaż ta właściwość pikseli i jej wykorzystanie w fotografii jest nie wygładzanie krawędzi dokładnie, zrozumienie tej właściwości fotografii cyfrowej jest jednym z najlepszych miejsc, w których można zacząć solidnie rozumieć, czym jest anty-aliasing.
Interpolacja: Tworzenie czegoś z (prawie) Nic?
Fotografia cyfrowa jest przybliżeniem kolorów i wartości obecnych podczas docierania światła do czujnika - w ten sam sposób antyaliasing jest przybliżeniem danych obrazu za pomocą techniki zwanej "interpolacją". Interpolacja to fantazyjne wyrażenie matematyczne oznaczające dane utworzone w oparciu o trendy istniejących danych, czyli wykształcone odgadnięcie, co może faktycznie być w tym miejscu, gdyby dostępnych było więcej punktów danych. Podczas gdy bardziej skomplikowane jest to proste zgadywanie - istnieją formuły i odpowiednie metody interpolacji - nie można oczekiwać, że będzie to dokładna reprezentacja danych obrazu, które faktycznie istnieją. Nawet najmądrzejsza matematyka nie może stworzyć czegoś z niczego.
Kiedy patrzymy na te szachownice renderowane komputerowo, możemy zacząć rozumieć, co robi anty-aliasing, aby poprawić i przybliżyć obrazy. Na obrazie po lewej stronie nie ma interpolacji danych - szachownica jest renderowana w czarno-białych pikselach, gdy cofa się w perspektywie i szybko staje się bałaganem. Powstałe błędy wizualne i artefakty to to, co nazywamy "aliasingiem". Drugi i trzeci obraz powyżej wykorzystuje różne formy "antyaliasingu", aby lepiej określić, w jaki sposób ludzkie oczy (i kamery) postrzegają światło.
Te obrazy były jednak tłumaczeniem absolutnych obrazów matematycznych na obrazy oparte na pikselach. W jaki sposób anti-aliasing dotyczy twojej fotografii? Gdy obrazy są przesuwane, powiększane lub pomniejszane, obraz jest interpolowany na podstawie danych istniejących w dokumencie graficznym. Lewy obraz jest pomniejszany za pomocą resamplingu "najbliższego sąsiada" w Photoshopie - innymi słowy, nie jest wygładzany (możesz to nazwać dosłownie aliasowany). Obraz po prawej stronie jest zredukowany i wygładzony, tworząc o wiele bardziej prawdziwy obraz w tym małym rozmiarze.
Powiększone obrazy również korzystają z antyaliasingowych programów graficznych, które najlepiej odzwierciedlają dane na obrazie. Pamiętaj, że podczas upsamplowania (powiększania) obrazów w programie graficznym, nigdy nie będziesz w stanie uzyskać większej rozdzielczości z powiększenia cyfrowego - rodzaj interpolacji, która jest wykonywana, może sprawić, że będzie się dobrze działo, ale Nigdy się nie dowiem. Twoje krawędzie będą miękkie i stają się bardziej miękkie w miarę powiększania zdjęcia.
Dobrą zasadą jest to, że zawsze możesz zmniejszać (zmniejszać) swoje obrazy bez utraty jakości dzięki wygładzaniu. Upsampling (powiększanie) sprawia, że wygładzanie jest bardzo oczywiste, nie dodaje nowej rozdzielczości i powinno być wykonywane tylko wtedy, gdy nie można tego uniknąć.
Antyaliasing i wektory: dlaczego antyaliasing sprawia, że gry wideo wyglądają lepiej
Jeśli grałeś w grę na PC w ciągu ostatnich 15 lat, być może widziałeś opcje wideo, które zawierały ustawienia antyaliasingu. Jeśli pamiętasz, kiedy mówiliśmy o kształtach wektorowych istniejących w absolutnej pozycji, powinieneś zacząć rozumieć, dlaczego wygładzanie jest ważne w grach wideo.
Trójwymiarowe formy są tworzone w wektorowych wielokątach, a te wielokąty istnieją tylko w dziedzinie matematyki. Anti-aliasing w grach wideo ma co najmniej dwa cele: po pierwsze chce renderować bezwzględne, sztywne linie wielokątów w formie, która wygląda na przyzwoitą dla monitora opartego na pikselach; po drugie, antyaliasing lepiej oddaje nieprecyzyjny sposób, w jaki fotografia i ludzkie oczy postrzegają światło.
Antyaliasing i typografia
Na koniec, istnieje wiele okazji, w których antyaliasing nie jest idealny. Jeśli kiedykolwiek pracowaliście nad grafikami, prawdopodobnie słyszeliście, jak narzekają na typografię w Photoshopie i jak gorszy jest program Illustrator - i mają rację.
Obie powyższe litery są oparte na pikselach, z których jedna jest aliasowana, a prawa jedna wygładzona. Nie są też dobre odwzorowania typografii, a przynajmniej tego kroju pisma. Dopuszczalne jest renderowanie czcionki na ekranie z wygładzaniem, ale w przypadku druku może to mieć katastrofalne skutki.
Kiedy myślisz o tym, jakie litery są, nie przestrzegają tych samych zasad, których wymaga fotografia cyfrowa. Litery są abstrakcyjnymi ideami i absolutnymi kształtami - lepiej mieszczą się w kategorii "czysta matematyka" grafiki wektorowej. I w zależności od rodzaju procesu drukowania używanego do ich tworzenia, te czyste kształty wektorowe matematyki stają się absolutnie ważne.
Powyższy obrazek został utworzony z typem wygładzającym, a następnie najprawdopodobniej przesunięty w druku. Kiedy przyjrzymy się uważnie, możemy zobaczyć, dlaczego jest to złe.
Bardzo szybko staje się jasne, że te wygładzone formularze nie nadawały się do druku po wydrukowaniu w ten sposób. To jest przykład tego, jak wygładzanie (jak również obrazowanie oparte na pikselach) może być gorsze podczas renderowania typografii.
Oczywiście, gdyby był to obraz (jak fotografia), a nie abstrakcyjne formy, to całkiem dobrze.
Typ, będący nośnikiem abstrakcyjnym, wymaga precyzji wektorów do podtrzymywania pod różnymi rodzajami procesów drukowania, które nie wykorzystują kropek atramentowych do utworzenia obrazu. Nawet z bardzo bliskiej odległości nie widzimy kropek ani dowodów na to, że wygładzanie, które trafiło do plików używanych do drukowania tego koksu.
Oczywiście, większość czytników HTG nie będzie drukować offsetowo większość swoich zdjęć, więc typografia oparta na pikselach drukowana z drukarek opartych na punktach zadziała dobrze. Po prostu pamiętaj o antyaliasingu podczas pracy z typografią i kiedy pracujesz z fotografią, odkryjesz, że jesteś lepiej przygotowany do właściwych wyborów, które dadzą Ci najlepsze możliwe obrazy.
Jeśli masz pytania dotyczące wygładzania i Twoich zdjęć, na które nie odpowiedzieliśmy, a może uważasz, że zostawiliśmy coś ważnego, daj nam znać o tym w komentarzach poniżej.
Zdjęcie: Varena # 1 wg hasensaft, dostępne pod Creative Commons. Niewyraźny portret z parasolem Shannon, dostępne pod Creative Commons. Dragon Age 2 Demo Ogre VH by Deborah Timmins, dostępne pod Creative Commons. Wygładzanie obrazów według Loisel, dostępne pod Bezpłatna licencja GNU.
