Модифікація методу А-буфера для згладжування тривимірних зображень

Abstract

Згідно з методом А-буфера для антиаліайзингу тривимірних зображень використовується динамічний список фрагментів полігонів, які покривають піксел. Метод А-буфера використовує менший об’єм пам’яті порівняно із методами додаткової вибірки, однак необхідність динамічного розподілу пам’яті ускладнює його апаратну реалізацію у системах комп’ютерної графіки. При використанні фіксованої кількості фрагментів на один піксел зображення спрощується апаратна реалізація методу А-буфера, однак пам’ять використовується неефективно, оскільки кількість фрагментів для розрахунку інтенсивності кольору піксела може суттєво відрізнятись для різних пікселів. Було запропоновано використати комбінований статично-динамічний принцип організації пам’яті, який полягає у введенні загального буфера фрагментів. Розроблено нові модифікації методу А-буфера, у яких використано: - комбінований статично-динамічний підхід до організації пам’яті, який полягає у введенні загального буфера для зберігання надлишкових фрагментів. Запропонована модифікація має більш просту апаратну реалізацію порівняно з динамічним розподілом пам’яті та потребує менших обсягів пам’яті для зберігання фрагментів полігонів ніж фіксований розподіл; - новий підхід до зменшення похибки обчислень інтенсивності кольору, яка має місце внаслідок відкидання фрагментів полі- гонів, яким не вистачило місця у буфері фрагментів. Суть підходу полягає у тому, що два найбільш віддалені від спостерігача фра- гменти об’єднуються у один. Розроблено структурну схема підсистеми растеризації тривимірних графічних об’єктів, у якій використано модифікований метод А-буфера. Розроблено комп’ютерну програму для моделювання та тестування методів згладжування, основаних на методі Абуфера. Моделювання показало, що використання запропонованого принципу розподілу пам’яті дозволяє зменшити у 1,33,1 рази об’єми пам’яті, необхідні для згладжування тривимірних зображень за методом А-буфера, порівняно із фіксованим розподі- лом пам’яті.Результати моделювання показали, що запропоноване рішення, основане на комбінуванні надлишкових фрагментів, забезпечує менше значення нормованої середньоквадратичної похибки порівняно з підходом, у якому надлишкові фрагменти від- кидаються. При використанні нового методу до обробки фрагментів полігонів, згладжування навіть складних сцен за методом А- буфера можливо виконувати з використанням лише трьох фрагментів на один піксель зображення, що дозволяє зменшити об’єми пам’яті, необхідні для зберігання фрагментів полігонів.

Согласно метода А-буфера для антиалиайзинга трехмерных изображений используется динамический список фраг- ментов полигонов, которые покрывают пиксел. Метод А-буфера использует меньший объем памяти по сравнению с методами дополнительной выборки, однако необходимость динамического распределения памяти усложняет его аппаратную реализацию в системах компьютерной графики. При использовании фиксированного количества фрагментов на один пиксел изображения упро- щается аппаратная реализация метода А-буфера, однако память используется неэффективно, поскольку количество фрагментов для расчета интенсивности цвета пиксела может существенно отличаться для разных точек. Было предложено использовать комбини- рованный статически- динамический принцип организации памяти, который заключается во введении общего буфера фрагментов. Разработаны новые модификации метода А-буфера, в которых использованы: - комбинированный статически- динамический подход к организации памяти, который заключается во введении общего бу- фера для хранения избыточных фрагментов. Предложенная модификация имеет более простую аппаратную реализацию по сравне- нию с динамическим распределением памяти и требует меньших объемов памяти для хранения фрагментов полигонов чем фикси- рованное распределение; - новый подход к уменьшению погрешности вычислений интенсивности цвета, которая имеет место в результате отбрасыва- ния фрагментов полигонов, которым не хватило места в буфере фрагментов. Суть подхода заключается в том, что два наиболее удаленные от наблюдателя фрагменты объединяются в один. Разработана структурная схема подсистемы растеризации трехмерных графических объектов, в которой использовано мо- дифицированный метод А-буфера. Разработана компьютерная программа для моделирования и тестирования методов сглаживания, основанных на методе Абуфера. Моделирование показало, что использование предложенного принципа распределения памяти позволяет уменьшить в 1,3-3,1 раза объемы памяти, необходимые для сглаживания трехмерных изображений методом А-буфера, по сравнению с фиксированным распределением памяти. Результаты моделирования показали, что предложенное решение, осно- ванное на комбинировании избыточных фрагментов, обеспечивает меньшее значение нормированной среднеквадратической по- грешности по сравнению с подходом, в котором избыточные фрагменты отбрасываются. При использовании нового метода к обра- ботке фрагментов полигонов, сглаживание даже сложных сцен по методому А-буфера можно выполнять с использованием только трех фрагментов на один пиксель изображения, что позволяет уменьшить объемы памяти, необходимые для хранения фрагментов полигонов.

According to the A-buffer method, a dynamic list of polygon fragments that cover a pixel is used for antialiasing of threedimensional images. The A-buffer method uses less memory than the additional sampling method, but the need for dynamic memory allocation complicates its hardware implementation in computer graphics systems. Using a fixed number of fragments per pixel of the image simplifies the hardware implementation of the A-buffer method, but memory is used inefficiently because the number of fragments to calculate the pixel color intensity can differ significantly for different pixels. It was proposed to use a combined static-dynamic principle of memory organization, which is to introduce a common fragment buffer. New modifications of the A-buffer method have been developed, which use: - a combined static-dynamic approach to memory organization, which consists in the introduction of a common buffer for storing redundant fragments. The proposed modification has a simpler hardware implementation compared to dynamic memory allocation and requires less memory to store fragments of polygons than a fixed allocation; - a new approach to reducing the error of color intensity calculations, which occurs due to the rejection of fragments of polygons that did not have enough space in the fragment buffer. The essence of the approach is that the two most distant fragments from the observer are combined into one. The block diagram of the rasterization subsystem of three-dimensional graphic objects is developed, in which the modified A-buffer method is used. A computer program for modeling and testing smoothing methods based on the Abufer method has been developed. The simulation showed that the use of the proposed principle of memory allocation allows to reduce by 1.3-3.1 times the amount of memory required for smoothing three-dimensional images using the A-buffer method, compared with fixed memory allocation. The simulation results showed that the proposed solution, based on the combination of redundant fragments, provides a smaller value of the normalized standard error compared to the approach in which excess fragments are discarded. When using the new method to process polygon fragments, smoothing even complex scenes with the A-buffer method can be performed using only three fragments per pixel of the image, which reduces the amount of memory required to store fragments of polygons.