Mipmaps und anisotrope Filterung gegen Textur-Flimmern einsetzen

Ein Minification-Problem erkennen

Auf einer weit entfernten Strasse können viele Texel der Textur in einem einzigen Bildschirmpixel liegen. Wird von dieser Fläche zu wenig abgetastet, ändern feine Linien bei Kamerabewegung unvorhersehbar ihr Aussehen. Eine höhere Auflösung der Quelltextur kann die Diskrepanz sogar verschärfen. Vor dem Schärfen oder dem Austausch des Antialiasing-Verfahrens zuerst die projizierte Texturfläche (Footprint) untersuchen.

Eine reproduzierbare Kamerafahrt verwenden, mit einer kontrastreichen Strassenmarkierung, einer gekachelten Wand und einer Fläche, die unter flachem Winkel betrachtet wird.

Den Filtern getrennte Aufgaben zuweisen

Mipmaps speichern schrittweise verkleinerte Bilder, sodass verkleinerte (minified) Abtastungen auf vorgefilterte Informationen zurückgreifen können. Bei einer quadratischen Textur mit Zweierpotenz-Kantenlänge hat jede weitere Stufe ein Viertel der Texel; die vollständige Kette benötigt zusätzlich ungefähr ein Drittel des Speichers der Basisstufe. [1]

Bei schrägen Blickwinkeln wird der Footprint in die Länge gezogen. Anisotrope Filterung berücksichtigt diese Form, statt beide Richtungen gleich zu behandeln. [2] Ihre Maximaleinstellung ist eine Qualitätsobergrenze, kein Versprechen einer festen Anzahl von Samples oder gleicher Performance auf allen Geräten. [3]

Speicherbedarf und Footprint abschätzen

Eine beispielhafte RGBA8-Textur mit 2048 × 2048 belegt auf der Basisstufe 16 MiB. Die vollständige, unkomprimierte quadratische Mip-Kette belegt ungefähr 21,33 MiB, noch ohne Allokations-Alignment oder weitere Kopien. Das Entfernen aller unteren Stufen spart etwa 5,33 MiB, entfernt aber auch die vorgefilterten Darstellungen, die für stabiles Abtasten in der Ferne nötig sind.

Nun ein Footprint, der entlang einer Achse 16 Texel und entlang der anderen 2 umfasst. Das Verhältnis beträgt 8. Daran zeigt sich, warum eine sehr grobe isotrope Stufe die kurze Achse verwischen kann. Es belegt nicht, dass eine 8×-Einstellung genau acht Lesezugriffe ausführt; die Umsetzung bestimmt die Hardware.

Mit Bewegung und Inspektion abstimmen

Prüfen, dass jede benötigte Mip-Stufe existiert und plausible Daten enthält. Jede Stufe vorübergehend unterschiedlich einfärben, um Stufenwahl und Streaming-Übergänge sichtbar zu machen. Neutralen LOD-Bias mit einem schärfenden Bias vergleichen, bei unveränderter Kamerafahrt.

Danach die Anisotropie in den unterstützten Stufen erhöhen und sowohl die Bildqualität in Bewegung als auch die texturbezogenen GPU-Kosten erfassen. Strassenmarkierungen nahe am Horizont und die Ränder von UV-Atlanten kontrollieren. Sicherstellen, dass die Mip-Erzeugung zum Signal passt: Farbmittelung, Alpha-Coverage und Richtungsdaten können unterschiedliche Behandlung erfordern. [1]

Scheinlösungen vermeiden

Anisotropie kann Details, die in der Quelle fehlen, nicht wiederherstellen, fehlerhafte UV-Ableitungen nicht korrigieren und für prozedurale Muster, die erst nach dem Texture Sampling entstehen, keine Stabilität garantieren. Ein scharfes Standbild kann starkes zeitliches Flimmern verbergen.

Die Kombination mit den geringsten Kosten wählen, die das beabsichtigte Detail in Bewegung auf der Zielhardware erhält. Sampler-Einstellungen zusammen mit Import- und Streaming-Einstellungen festhalten, da die Änderung jeder dieser Einstellungen einen früheren visuellen Vergleich entwerten kann.

Quellen

• [1] Runtime Mipmap Generation — Ignacio Castaño.
• [2] Anisotropic Texture Filtering — Microsoft.
• [3] EXT_texture_filter_anisotropic specification — NVIDIA and Khronos OpenGL Registry.