A. 紋理過濾模式中的Bilinear、Trilinear以及Anistropic Filtering(轉)
紋理過濾模式是解決紋理采樣時像素與紋理像素不對應,導致圖像模糊或錯位問題的關鍵技術。在三維圖形表面貼圖時,像素中心與紋理中心並不完全一致,且像素大小與紋理大小可能不匹配。紋理過濾通過平滑texel與pixel之間的對應關系,實現更清晰、准確的貼圖效果。常見的過濾模式包括Nearest Point Sampling(最近點采樣)、Bilinear(雙線性過濾)、Trilinear(三線性過濾)以及Anisotropic Filtering(各向異性過濾)。
MipMap技術由Lance Williams於1983年提出,用於生成一系列解析度遞減的紋理圖像,以提高貼圖性能。MipMap由原始圖像經過逐級縮放生成,如一張256x256圖像可生成從8x8到1x1的七級MipMap。硬體通常支持MipMap的自動生成,通過指定CreateTexture API中的levels參數控制生成級別。
各向同性和各向異性描述了三維表面與屏幕空間的關系。當三維表面平行於屏幕,為各向同性;當表面傾斜,為各向異性。各向異性情況下,紋理變形,需要採用更復雜的過濾模式。Nearest Point Sampling直接選取最近的texel進行采樣,適用於紋理與三維圖形尺寸相近的情況。Bilinear過濾通過取周圍四個texel的平均值,實現像素間過渡的平滑。然而,Bilinear過濾僅適用於某一層MipMap,對於尺寸不匹配的情況效果不佳,於是引入了Trilinear過濾。
Trilinear過濾基於雙線性過濾,通過在相鄰兩層MipMap上進行雙線性過濾,再進行線性插值,以提供更平滑、更准確的貼圖效果。然而,在各向異性情況下,Trilinear過濾效果有限。各向異性過濾(Anisotropic Filtering)考慮紋理與屏幕空間角度,通過在u和v方向上按比例采樣不同數量的點,實現更精確的貼圖效果。各向異性過濾在三維表面傾斜時表現更為出色,但性能要求較高。
在性能比較方面,各過濾模式的采樣次數不同。Anisotropic Filtering在16X效果最佳,但可能導致顯卡性能下降。Anisotropic Filtering是硬體實現的,其具體實現細節相對復雜,無法完全由Pixel Shader實現。實際應用中,通過MipMap技術優化紋理載入,結合適當的過濾模式,可以顯著提升圖像質量和性能。