Rasterung - Rasterisation

Rastergrafikbild

Rasterisierung (oder Rasterisierung ) ist die Aufgabe, ein in einem Vektorgrafikformat (Formen) beschriebenes Bild aufzunehmen und in ein Rasterbild umzuwandeln (eine Reihe von Pixeln , Punkten oder Linien, die, wenn sie zusammen angezeigt werden, das dargestellte Bild ergeben über Formen). Das gerasterte Bild kann dann auf einer Computeranzeige , einer Videoanzeige oder einem Drucker angezeigt oder in einem Bitmap- Dateiformat gespeichert werden. Die Rasterung kann sich auf die Technik des Zeichnens von 3D-Modellen oder die Umwandlung von 2D- Rendering-Primitiven wie Polygonen , Liniensegmenten in ein gerastertes Format beziehen .

Der Begriff leitet sich vom deutschen Raster („Rahmen, Schema“) ab, vom lateinischen rāstrum , „Schaber, Rechen“.

Rasterung von 3D-Bildern

Die Rasterung ist eine der typischen Techniken zum Rendern von 3D-Modellen. Im Vergleich zu anderen Rendering-Techniken wie Raytracing ist die Rasterung extrem schnell und wird daher in den meisten Echtzeit-3D-Engines verwendet. Die Rasterung ist jedoch einfach der Vorgang des Berechnens der Abbildung von der Szenengeometrie auf Pixel und schreibt keinen bestimmten Weg vor, um die Farbe dieser Pixel zu berechnen. Die spezifische Farbe jedes Pixels wird durch Schattierung zugewiesen (die bei modernen GPUs vollständig programmierbar ist ). Die Schattierung kann auf physikalischen Gesetzen, deren Annäherungen oder rein künstlerischer Absicht beruhen.

Der Vorgang des Rasterns von 3D-Modellen auf eine 2D-Ebene zur Anzeige auf einem Computerbildschirm (" Bildschirmraum ") wird oft durch Hardware mit fester Funktion (nicht programmierbar) innerhalb der Grafikpipeline ausgeführt . Dies liegt daran, dass es keine Motivation gibt, die zur Renderzeit verwendeten Rasterisierungstechniken zu modifizieren und ein Spezialsystem eine hohe Effizienz ermöglicht.

Dreieck-Rasterung

Dreiecke mit der Oben-Links-Regel rastern

Eine gängige Darstellung von digitalen 3D-Modellen ist polygonal . Vor der Rasterung werden einzelne Polygone in Dreiecke zerlegt, daher ist ein typisches Problem, das bei der 3D-Rasterisierung zu lösen ist, die Rasterung eines Dreiecks. Eigenschaften, die normalerweise von Dreiecks-Rasterisierungsalgorithmen benötigt werden, sind die Rasterung zweier benachbarter Dreiecke (dh diejenigen, die eine Kante teilen)

  1. hinterlässt keine Löcher (nicht gerasterte Pixel) zwischen den Dreiecken, sodass der gerasterte Bereich vollständig ausgefüllt wird (genauso wie die Oberfläche benachbarter Dreiecke). Und
  2. kein Pixel wird mehrfach gerastert, dh die gerasterten Dreiecke überlappen sich nicht. Dadurch wird sichergestellt, dass das Ergebnis nicht von der Reihenfolge abhängt, in der die Dreiecke gerastert werden. Das Überzeichnen von Pixeln kann auch bedeuten, dass Rechenleistung für Pixel verschwendet wird, die überschrieben würden.

Dies führt zur Aufstellung von Rasterisierungsregeln , um die obigen Bedingungen zu gewährleisten. Ein Satz solcher Regeln wird als Oben-Links-Regel bezeichnet , die besagt, dass ein Pixel genau dann gerastert wird, wenn

  1. sein Zentrum liegt vollständig innerhalb des Dreiecks. Oder
  2. seine Mitte liegt genau auf der Dreieckskante (oder mehreren Kanten bei Ecken), dh (oder bei Ecken sind alle) entweder obere oder linke Kante.

Eine obere Kante ist eine exakt horizontale Kante, die über anderen Kanten liegt, und eine linke Kante ist eine nicht horizontale Kante, die sich auf der linken Seite des Dreiecks befindet.

Diese Regel wird zB von Direct3D und vielen OpenGL- Implementierungen implementiert (auch wenn die Spezifikation sie nicht definiert und nur eine konsistente Regel erfordert).

Qualität

Pixel (links) vs. Subpixel (rechts) Präzision

Die Qualität der Rasterung kann durch Antialiasing verbessert werden , wodurch "glatte" Kanten erzeugt werden. Subpixel-Präzision ist eine Methode, die Positionen in einem feineren Maßstab als das Pixelraster berücksichtigt und unterschiedliche Ergebnisse liefern kann, selbst wenn die Endpunkte eines Primitivs auf dieselben Pixelkoordinaten fallen, wodurch flüssigere Bewegungsanimationen erzeugt werden. Einfacher oder älterer Hardware wie PlayStation 1 fehlte die Subpixel-Präzision bei der 3D-Rasterung.

Siehe auch

Verweise

Externe Links