Zusammenfassung
Die Darstellung von Objekten in den frühen Stufen der Computergrafik-Pipeline beruht auf den Prinzipien der Vektorgrafik. Hierdurch lassen sich Objekte und Szenen von Objekten effizient und verlustfrei transformieren. Für die Darstellung auf gängigen Ausgabegeräten ist jedoch die Umwandlung dieser vektorbasierten Darstellung in eine Rastergrafik erforderlich, was als Rasterung bezeichnet wird. In diesem Kapitel befindet sich eine Gegenüberstellung der Vor- und Nachteile dieser Darstellungsarten. Weiterhin sind die grundlegenden Probleme und wichtige Lösungsansätze erläutert, die sich bei der Rasterung ergeben. Bei der Umwandlung einer Vektorgrafik in eine Rastergrafik treten in Regel unerwünschte Störungen als sogenannte Aliasing-Effekte auf, die sich durch Antialiasing-Verfahren reduzieren lassen. Dieses Kapitel enthält einen ausführlichen Abschnitt zu diesem Thema. Insbesondere ist dargestellt, welche Antialiasing-Verfahren in der OpenGL eingesetzt werden.
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Notes
- 1.
Nach der Terminologie in der Mathematik können Linien auch gekrümmt sein. Linien in der OpenGL sind aber gerade und verlaufen von einem Startpunkt zu einem Endpunkt, was in der Mathematik als Strecke, Geradenabschnitt oder Geradensegment bezeichnet wird. Um nicht zu stark von der (englischsprachigen) Literatur abzuweichen, wird in diesem Buch meistens die Bezeichnung „Linie“ beibehalten.
- 2.
JPEG steht für Joint Photographic Experts Group. Dieses Gremium hat die Norm zu dem JPEG-Format entwickelt, welches die verlustbehaftete, komprimierte Speicherung von Bilder zulässt.
- 3.
In den OpenGL-Spezifikationen [21] und [20] ist beschrieben, dass die Interpolations-Qualifier (flat, noperspective und smooth) für die Ausgangsvariablen der Vertex-Stufen anzugeben sind. Unter https://www.khronos.org/opengl/wiki/Type_Qualifier_(GLSL) ist jedoch klargestellt, dass eine solche Änderung nur einen Effekt hat, wenn für Eingangsvariablen des Fragment-Shaders die entsprechenden Schlüsselworte angegeben werden. Dies lässt sich durch Programmierbeispiele bestätigen.
- 4.
Zur Illustration des Treppenstufeneffekts wurden für das Zeichnen dieser Linien alle Antialiasing-Maßnahmen deaktiviert.
- 5.
In der Signalverarbeitung ist die Verwendung der Bezeichnung Unterabtastung uneinheitlich. Teilweise ist eine Tiefpassfilterung mit anschließender Reduktion der Anzahl von Abtastpunkten und teilweise nur die Auswahl von (wenigen) Abtastpunkten aus dem abzutastenden Bild, ohne vorherige Tiefpassfilterung, gemeint. In diesem Buch wird Unterabtastung als bestehend aus einer Tiefpassfilterung mit anschließender Dezimierung der Anzahl von Abtastpunkten (Samples) verstanden.
- 6.
Auch wenn sich die Bezeichnung Bedeckungswert in einigen Lehrbüchern zur Computergrafik findet, werden zum besseren Verständnis im Folgenden die gängigen Bezeichnungen Coverage-Value oder Coverage-Wert verwendet.
- 7.
Nach der OpenGL-Spezifikation sind auch nicht-quadratische Pixel erlaubt. Ein Fragment in der OpenGL-Spezifikation ist aber immer als rechteckig angenommen.
- 8.
Durch die Kontrastverstärkung ist in der Vergrößerung auf der rechten Seite der Abbildung das weiche Auslaufen der Kanten verloren gegangen. Dieser Antialiasing-Effekt ist in der Vergrößerung ohne Kontrastverstärkung (in der Mitte der Abbildung) erkennbar.
- 9.
Die erläuterte Filteroperation entspricht der anschaulichen Beschreibung der linearen Faltung nach Gl. (7.27). Strenggenommen muss vor der erläuterten Operation der Filterkern (oder das Bild) in horizontaler und in vertikaler Richtung gespiegelt werden, damit diese Operation der Formel entspricht. Da die Filterkerne in beiden Dimensionen symmetrisch sind, ist dies in diesem Fall nicht erforderlich.
- 10.
Siehe Hinweis in der vorangegangenen Fußnote.
- 11.
Durch die Kontrastverstärkung ist in der Vergrößerung rechts unten in der Abbildung das weiche Auslaufen der Kanten verloren gegangen. Dieser Antialiasing-Effekt ist aber in der Vergrößerung ohne spezielle Kontrastverstärkung (Mitte unten in der Abbildung) erkennbar.
- 12.
Die scharfen Schnittkanten in den vergrößerten Darstellungen sind durch das manuelle Ausschneiden eines Teils des vollständig gerenderten und vergrößerten Objekts für die Darstellung in diesem Buch entstanden und stellen somit keinen Qualitätsverlust des Antialiasing-Verfahrens dar.
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Lehn, K., Gotzes, M., Klawonn, F. (2022). Rasterung. In: Grundlagen der Computergrafik. Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-36075-7_7
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DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-36075-7_7
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