Aliasing en formas geométricas

Aquí tenéis la octava entrega de la serie sobre aliasing

En el post de Multisampling vimos que la GPU “era lenta”, así que el procesado de triángulos también. Las formas curvas complejas se aproximaban por un pequeño número de triángulos, donde cada uno de ellos era lo suficientemente grande como para cubrir varios píxeles de la pantalla.

 Esto creó una situación extraña en los primeros artículos sobre multisampling que se centraban en cómo suavizar los dientes que le salían a los triángulos. Nos acostumbramos tanto a esa forma de ver gráficos que hasta nos parecía hermoso, sin siquiera pararnos a pensar “¡Hey, la cabeza de este tipo sólo tiene 5 triángulos!”

Pero el hardware mejoró. El número de triángulos subió. Un juego moderno usa entre 4000 y 6000 triángulos para un personaje.

Fijaos en la situación:

• El personaje se pinta de manera que ocupa 1/8 del alto de la pantalla.
• El juego se renderiza a 720p, así que la imagen resultante es de 90 píxeles de alto.
• Es decir que se cubren unos 2000 píxeles de la pantalla.
• Suponiendo que la mitad de los triángulos están detrás de la cara.
• Tenemos 3000 triángulos en total, cubriendo tan sólo 2000 píxeles de la pantalla.

Con tanto detalle en nuestros modelos, la geometría facial es algo del pasado. En su lugar tenemos un nuevo problema: ¡Hemos sido Nyquistados!

Recordad: para evitar el aliasing debemos tomar al menos dos veces más muestras de salida según la frecuencia más alta de la señal de entrada. Pero resulta que tenemos menos píxeles de salida que triángulos de entrada. Es bastante obvio que esto va a causar aliasing. Con menos píxeles que triángulos, algunos triángulos no aparecerán en la imagen de salida:

A medida que el objeto se mueva, los triángulos que sean afortunados y tengan un pixel irán cambiando aleatoriamente, así que la imagen se irá distorsionando a medida que los triángulos vayan apareciendo y desapareciendo.

En realidad existe un truco para suavizar el número de triángulos que un modelo debe contener. Para la mejor calidad, querremos que cada triángulo cubra exactamente dos píxeles de pantalla. Si los triángulos son más pequeños que esto, cruzaremos el límite de Nyquist y aparecerá el aliasing. Si son mayores, tu silueta saldrá “poligonizada”.

NO es totalmente intuitivo que el truco sean dos píxeles por triángulo en lugar de uno, pero es verdad. Imaginad un círculo que es aproximado por una serie de segmentos de líneas. A medida que incrementamos el número de segmentos, el círculo se vuelve más y más perfecto. El momento en el que cada segmento va alcanza la longitud de dos píxeles, el círculo se convierte en perfecto. Por lo que añadir más segmentos a partir de aquí no hará ninguna mejora sobre la curva del círculo.

No es práctico tampoco mantener todos los triángulos con el mismo tamaño en la pantalla, ya que nuestro modelo se tiene que pintar a diferentes tamaños a medida que el jugador se mueve por el mundo.

Así que ¿cómo podemos pintar una geometría con muchos detalles sin tener aliasing?

Multisampling (o supersampling si podemos permitírnoslo) nos ayuda a alejar de nosotros el límite de Nyquist, pero sólo con eso no es suficiente para evitar el aliasing en geometrías.

Normalmaps puede ser una técnica poderosa. Tenemos bastantes opciones para evitar el aliasing cuando reconstruimos texturas, de manera que cada vez que podamos tendremos qie eliminar los detalles de nuestra geometría y reemplazarla con un normalmap, que nos ayudará a controlar el aliasing. Solemos pensar que estas técnicas de normalmaps son tan sólo una optimización del rendimiento (reemplazando geometrías caras con una textura) pero también pueden mejorar la calidad visual.

Por último, es importante considerar que el nivel de detalle del modelo puede variar. Cuando el objeto está muy lejos, cambiar un modelo de 6000 triángulos por uno más simple de 1000 o 500 triángulos es una opción que no sólo aumentará el rendimiento, sino que reducirá el efecto de aliasing en geometrías.

Moraleja: cuando hablamos de números de triángulos, más no siempre es lo mejor. Ten cuidado de no pintar más triángulos de los píxeles que ves en pantalla. Ese camino lleva al mundo del aliasing.

Artículo original.

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