Filtrado de texturas

La interpolación del vecino más cercano es el método de filtrado más simple y rudimentario : simplemente utiliza el color del texel más cercano al centro del píxel para determinar el color del píxel. Si bien es simple, esto genera una gran cantidad de artefactos: textura con aspecto de "bloques" durante la ampliación ^{[ 3 ]} y aliasing y parpadeo durante la reducción ^{[ 4 ]} . Este método es rápido durante la ampliación, pero durante la reducción el paso a través de la memoria se vuelve arbitrariamente grande y, a menudo, puede ser menos eficiente que el mapeo MIP debido a la falta de acceso a texturas espacialmente coherentes y la reutilización de líneas de caché ^{[ 5 ] .}

Este método sigue utilizando la interpolación del vecino más cercano, pero añade mipmapping : primero se elige el nivel de mipmap más cercano según la distancia, y luego se muestrea el centro del texel más cercano para obtener el color del píxel. Esto reduce significativamente el aliasing y el parpadeo durante la minimización, pero no los elimina por completo. Al hacerlo, mejora el acceso a la memoria de texturas y la reutilización de la línea de caché al evitar pasos de acceso arbitrariamente grandes a través de la memoria de texturas durante la rasterización. Esto no ayuda con el efecto de bloques durante la ampliación, ya que cada texel ampliado seguirá apareciendo como un rectángulo grande.

Con menor frecuencia, OpenGL y otras API admiten el muestreo del vecino más cercano a partir de mipmaps individuales, interpolando linealmente los dos mipmaps más cercanos relevantes para la muestra.

En el filtrado bilineal , se muestrean los cuatro texeles más cercanos al centro del píxel (en el nivel de mipmap más cercano) y sus colores se combinan mediante un promedio ponderado según la distancia. ^{[ 6 ]} Esto elimina la "bloqueadura" que se observa durante la ampliación, ya que ahora hay un gradiente suave de cambio de color de un texel al siguiente, en lugar de un salto abrupto cuando el centro del píxel cruza el límite del texel. ^{[ 7 ]} El filtrado bilineal para el filtrado de ampliación es común. Cuando se utiliza para la minificación, a menudo se utiliza con mipmapping; aunque se puede utilizar sin él, sufriría los mismos problemas de aliasing y parpadeo que el filtrado del vecino más cercano cuando se minimiza demasiado. Sin embargo, para relaciones de minificación modestas, se puede utilizar como un supermuestreo de textura ponderado acelerado por hardware de bajo costo.

La Nintendo 64 utilizaba una versión inusual del filtrado bilineal en la que solo se usaban tres píxeles, conocida como filtrado de texturas de 3 puntos, en lugar de cuatro, debido a problemas de optimización del hardware. Esto introduce un notable "sesgo de triangulación" en algunas texturas. ^{[ 8 ]}

El filtrado trilineal es una solución a un problema común en imágenes filtradas bilinealmente con mipmaps: un cambio abrupto y muy notorio en la calidad en los límites donde el renderizador cambia de un nivel de mipmap al siguiente. El filtrado trilineal resuelve esto mediante una búsqueda de textura y un filtrado bilineal en los dos niveles de mipmap más cercanos (uno de mayor y otro de menor calidad), y luego interpolando linealmente los resultados. ^{[ 9 ]} Esto produce una degradación suave de la calidad de la textura a medida que aumenta la distancia al observador, en lugar de una serie de caídas repentinas. Por supuesto, a menor distancia que el Nivel 0 solo hay un nivel de mipmap disponible, y el algoritmo vuelve al filtrado bilineal.

El filtrado anisotrópico es el filtrado de mayor calidad disponible en las tarjetas gráficas 3D de consumo actuales . Las técnicas más sencillas, denominadas "isotrópicas", utilizan únicamente mipmaps cuadrados que luego se interpolan mediante filtrado bilineal o trilineal. ( Isotrópico significa igual en todas las direcciones y, por lo tanto, se utiliza para describir un sistema en el que todos los mapas son cuadrados en lugar de rectángulos u otros cuadriláteros).

Cuando una superficie está en un ángulo elevado con respecto a la cámara, el área de relleno de una textura no será aproximadamente cuadrada. Consideremos el caso común de un suelo en un juego: el área de relleno es mucho más ancha que alta. En este caso, ninguno de los mapas cuadrados se ajusta bien. El resultado es desenfoque y/o parpadeo, dependiendo de cómo se elija el ajuste. El filtrado anisotrópico corrige esto muestreando la textura como una forma no cuadrada. El objetivo es muestrear una textura para que coincida con la huella del píxel proyectada en el espacio de textura, y dicha huella no siempre está alineada con el eje de la textura. Además, al tratar con la teoría de muestreo, un píxel no es un pequeño cuadrado ^{[ 10 ]} , por lo tanto, su huella no sería un cuadrado proyectado. El ensamblaje de la huella en el espacio de textura muestrea alguna aproximación de la función calculada de un píxel proyectado en el espacio de textura, pero los detalles suelen ser aproximados, ^{[ 11 ]} altamente propietarios y arraigados en opiniones sobre la teoría de muestreo. Conceptualmente, el objetivo es obtener una muestra anisotrópica más precisa con la orientación adecuada para evitar el conflicto entre el aliasing en un eje y el desenfoque en el otro cuando el tamaño proyectado difiere.

En las implementaciones anisotrópicas, el filtrado puede incorporar los mismos algoritmos de filtrado utilizados para filtrar los mapas cuadrados del mipmapping tradicional durante la construcción del resultado intermedio o final.

El mapeo de sombras basado en profundidad puede utilizar un interesante filtro de porcentaje de proximidad (PCF) con texturas mapeadas en profundidad, lo que amplía la percepción de los tipos de filtros de textura que se pueden aplicar. En PCF, se renderiza un mapa de profundidad de la escena a partir de la fuente de luz. Durante el renderizado posterior de la escena, este mapa de profundidad se proyecta de nuevo en la escena desde la posición de la luz y se realiza una comparación entre la coordenada de profundidad proyectiva y la profundidad de la muestra de textura obtenida. La coordenada proyectiva será la profundidad de los píxeles de la escena desde la luz, pero la profundidad obtenida del mapa de profundidad representará la profundidad de la escena a lo largo de esa dirección proyectada. De esta manera, se puede determinar la visibilidad a la luz y, por lo tanto, la iluminación por la luz para el píxel renderizado. Así, esta operación de texturizado es una prueba booleana para determinar si el píxel está iluminado; sin embargo, se pueden probar múltiples muestras para un píxel dado y sumar y promediar los resultados booleanos. De esta forma, en combinación con parámetros variables como la ubicación del texel muestreado e incluso la ubicación de la proyección del mapa de profundidad con fluctuación, se puede calcular un promedio o porcentaje de muestras más cercanas y, por lo tanto, iluminadas después de la comparación de profundidad para un píxel. Es fundamental que la suma de los resultados booleanos y la generación de un valor porcentual se realicen después de la comparación de profundidad de la profundidad proyectiva y la obtención de muestras, por lo que esta comparación de profundidad se convierte en una parte integral del filtro de textura. Este porcentaje se puede utilizar para ponderar un cálculo de iluminación y proporcionar no solo un valor booleano de iluminación o sombra, sino también un resultado de penumbra de sombra suave. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Una versión de esto es compatible con hardware moderno donde se realiza una comparación y se aplica un filtro bilineal posterior a la comparación booleana por distancia ^{[ 14 ]}