टेक्सचर फ़िल्टरिंग

कंप्यूटर ग्राफिक्स में, टेक्सचर फ़िल्टरिंग या टेक्सचर स्मूथिंग एक  बनावट का मानचित्रण   पिक्सेल  के लिए टेक्सचर कलर को निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली विधि है, जो पास के टेक्सल (ग्राफिक्स) एस (टेक्सचर के पिक्सल) के रंगों का उपयोग करती है। बनावट फ़िल्टरिंग, आवर्धन फ़िल्टरिंग और मिनिफिकेशन फ़िल्टरिंग की दो मुख्य श्रेणियां हैं। स्थिति के आधार पर बनावट फ़िल्टरिंग या तो एक प्रकार का पुनर्निर्माण फ़िल्टर होता है जहां अंतराल (आवर्धन) को भरने के लिए विरल डेटा को प्रक्षेपित किया  जानकारी  है, या एक प्रकार का  स्थानिक एंटी-अलियासिंग  | एंटी-अलियासिंग (एए), जहां बनावट के नमूने उच्च आवृत्ति पर मौजूद होते हैं। बनावट भरने (मिनीफिकेशन) के लिए आवश्यक नमूना आवृत्ति के लिए आवश्यक है। सीधे शब्दों में कहें, फ़िल्टरिंग वर्णन करता है कि कई अलग-अलग आकार, आकार, कोण और तराजू पर बनावट कैसे लागू होती है। चुने गए फ़िल्टर एल्गोरिथम के आधार पर परिणाम धुंधलापन, विस्तार, स्थानिक अलियासिंग, अस्थायी अलियासिंग और अवरोधन की अलग-अलग डिग्री दिखाएगा। परिस्थितियों के आधार पर फ़िल्टरिंग सॉफ़्टवेयर में (जैसे सॉफ़्टवेयर रेंडरिंग पैकेज) या हार्डवेयर में रीयल टाइम या  ग्राफ़िक्स प्रोसेसिंग युनिट  त्वरित रेंडरिंग या दोनों के मिश्रण में की जा सकती है। सबसे आम इंटरैक्टिव ग्राफिकल अनुप्रयोगों के लिए आधुनिक बनावट फ़िल्टरिंग बनावट मैपिंग यूनिट द्वारा किया जाता है जो  मेमोरी कैश िंग और  कैशे प्रीफ़ेचिंग  के माध्यम से मेमोरी एक्सेस को अनुकूलित करता है | प्री-फ़ेच और उपयोगकर्ता और डेवलपर के लिए उपलब्ध एल्गोरिदम के चयन को लागू करता है।

बनावट फ़िल्टरिंग के कई तरीके हैं, जो गणना ल जटिलता,  मेमोरी बैंडविड्थ  और छवि गुणवत्ता के बीच अलग-अलग ट्रेड-ऑफ़ बनाते हैं।

छानने की आवश्यकता
किसी भी मनमानी 3D सतह के लिए बनावट मानचित्रण प्रक्रिया के दौरान, aयह पता लगाने के लिए होता है कि बनावट पर प्रत्येक पिक्सेल केंद्र कहाँ पड़ता है। 3D गेम और मूवी में अधिकांश सतहों के विशिष्ट त्रिभुजों से बनी बनावट-मैप की गई बहुभुज सतहों के लिए, उस सतह का प्रत्येक पिक्सेल (या बहु-नमूना एंटी-अलियासिंग) कुछ त्रिभुज (ओं) और बैरीसेंट्रिक समन्वय प्रणाली  के एक सेट से जुड़ा होगा, जो हैं एक बनावट के भीतर एक स्थिति प्रदान करने के लिए प्रयोग किया जाता है। ऐसी स्थिति पिक्सेल ग्रिड पर पूरी तरह से नहीं हो सकती है, इन मामलों के लिए कुछ फ़ंक्शन की आवश्यकता होती है। दूसरे शब्दों में, चूंकि बनावट वाली सतह दर्शक के सापेक्ष एक मनमानी दूरी और अभिविन्यास पर हो सकती है, एक पिक्सेल आमतौर पर सीधे एक टेक्सल से मेल नहीं खाता है। पिक्सेल के लिए सबसे अच्छा रंग निर्धारित करने के लिए कुछ प्रकार के फ़िल्टरिंग को लागू करना पड़ता है। अपर्याप्त या गलत फ़िल्टरिंग छवि में विरूपण साक्ष्य (अवलोकन) (छवि में त्रुटियां), जैसे 'अवरुद्धता',  गुड़, या झिलमिलाता के रूप में दिखाई देगी।

एक पिक्सेल और स्क्रीन पर प्रदर्शित होने वाले टेक्सल/टेक्सल्स के बीच विभिन्न प्रकार के पत्राचार हो सकते हैं। ये व्यूअर के सापेक्ष बनावट वाली सतह की स्थिति पर निर्भर करते हैं, और प्रत्येक मामले में फ़िल्टरिंग के विभिन्न रूपों की आवश्यकता होती है। दुनिया में एक वर्ग सतह पर मैप की गई एक चौकोर बनावट को देखते हुए, कुछ देखने की दूरी पर एक स्क्रीन पिक्सेल का आकार बिल्कुल एक टेक्सल के समान होता है। इसके करीब, टेक्सल्स स्क्रीन पिक्सल से बड़े होते हैं, और उन्हें उचित रूप से बढ़ाया जाना चाहिए - एक प्रक्रिया जिसे बनावट आवर्धन के रूप में जाना जाता है। दूर, प्रत्येक टेक्सल एक पिक्सेल से छोटा होता है, और इसलिए एक पिक्सेल कई टेक्सल को कवर करता है। इस मामले में, बनावट को छोटा करके, ढके हुए टेक्सल्स के आधार पर एक उपयुक्त रंग चुनना होगा। ग्राफिक्स अप्लिकेशन प्रोग्रामिंग अंतरफलक  जैसे  ओपन जीएल प्रोग्रामर को मिनिफिकेशन और आवर्धन फिल्टर के लिए अलग-अलग विकल्प सेट करने की अनुमति देता है।

ध्यान दें कि उस स्थिति में भी जहां पिक्सेल और टेक्सल्स बिल्कुल समान आकार के होते हैं, एक पिक्सेल आवश्यक रूप से एक टेक्सल से बिल्कुल मेल नहीं खाएगा। इसे गलत संरेखित या घुमाया जा सकता है, और चार पड़ोसी टेक्सल्स के कुछ हिस्सों को कवर किया जा सकता है। इसलिए कुछ प्रकार के फ़िल्टरिंग की अभी भी आवश्यकता है।

मिपमैप िंग
मिपमैपिंग एक मानक तकनीक है जिसका उपयोग बनावट को छोटा करने के दौरान आवश्यक कुछ फ़िल्टरिंग कार्य को बचाने के लिए किया जाता है। यह कैश सुसंगतता  के लिए भी अत्यधिक फायदेमंद है - इसके बिना दूरस्थ बनावट से नमूना लेने के दौरान  मेमोरी एक्सेस पैटर्न  बेहद खराब इलाके का प्रदर्शन करेगा, भले ही कोई फ़िल्टरिंग नहीं किया गया हो, प्रदर्शन पर प्रतिकूल प्रभाव डालेगा।

बनावट आवर्धन के दौरान, किसी भी पिक्सेल के लिए खोजे जाने वाले टेक्सल्स की संख्या हमेशा चार या उससे कम होती है; हालाँकि, मिनिफ़िकेशन के दौरान, जैसे-जैसे बनावट वाला बहुभुज आगे बढ़ता जाता है, संभावित रूप से संपूर्ण बनावट एक पिक्सेल में गिर सकती है। इसके लिए इसके टेक्सल्स के 'सभी' पढ़ने और पिक्सेल रंग को सही ढंग से निर्धारित करने के लिए उनके मूल्यों को संयोजित करने की आवश्यकता होगी, जो एक निषेधात्मक रूप से महंगा ऑपरेशन है। मिपमैपिंग बनावट को पहले से फ़िल्टर करके और इसे छोटे आकार में एक पिक्सेल तक संग्रहीत करके इससे बचा जाता है। जैसे-जैसे बनावट वाली सतह आगे बढ़ती है, लागू की जा रही बनावट पहले से फ़िल्टर किए गए छोटे आकार में बदल जाती है। मिपमैप के विभिन्न आकारों को 'स्तर' के रूप में संदर्भित किया जाता है, जिसमें स्तर 0 सबसे बड़ा आकार (दर्शक के निकटतम उपयोग किया जाता है), और बढ़ती दूरी पर उपयोग किए जाने वाले बढ़ते स्तर होते हैं।

छानने के तरीके
यह खंड कम्प्यूटेशनल लागत और छवि गुणवत्ता के बढ़ते क्रम में सबसे सामान्य बनावट फ़िल्टरिंग विधियों को सूचीबद्ध करता है।

निकटतम-पड़ोसी प्रक्षेप
निकटतम-पड़ोसी प्रक्षेप सबसे सरल और सबसे कठोर फ़िल्टरिंग विधि है - यह पिक्सेल रंग के लिए पिक्सेल केंद्र के निकटतम टेक्सल के रंग का उपयोग करता है। सरल होने पर, यह बड़ी संख्या में कलाकृतियों का परिणाम देता है - आवर्धन के दौरान बनावट 'अवरुद्धता', और खनन के दौरान अलियासिंग  और झिलमिलाता। आवर्धन के दौरान यह विधि तेज़ होती है लेकिन मिनिफिकेशन के दौरान मेमोरी के माध्यम से स्ट्राइड मनमाने ढंग से बड़ा हो जाता है और स्थानिक रूप से सुसंगत बनावट पहुंच और कैश-लाइन पुन: उपयोग की कमी के कारण यह अक्सर एमआईपी-मैपिंग से कम कुशल हो सकता है।

मिपमैपिंग के साथ निकटतम-पड़ोसी
यह विधि अभी भी निकटतम पड़ोसी प्रक्षेप का उपयोग करती है, लेकिन मिपमैपिंग जोड़ती है - सबसे पहले निकटतम मिपमैप स्तर को दूरी के अनुसार चुना जाता है, फिर पिक्सेल रंग प्राप्त करने के लिए निकटतम टेक्सल केंद्र का नमूना लिया जाता है। यह खनन के दौरान अलियासिंग और झिलमिलाहट को काफी कम कर देता है लेकिन इसे पूरी तरह खत्म नहीं करता है। ऐसा करने से यह रैस्टराइजेशन के दौरान बनावट मेमोरी के माध्यम से मनमाने ढंग से बड़े एक्सेस स्ट्राइड्स से बचने के माध्यम से टेक्सचर मेमोरी एक्सेस और कैश-लाइन पुन: उपयोग में सुधार करता है। यह आवर्धन के दौरान अवरोध में मदद नहीं करता है क्योंकि प्रत्येक आवर्धित टेक्सल अभी भी एक बड़े आयत के रूप में दिखाई देगा।

रैखिक मिपमैप फ़िल्टरिंग
कम सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले, ओपनजीएल और अन्य एपीआई अलग-अलग मिपमैप्स से निकटतम-पड़ोसी नमूने का समर्थन करते हैं, जबकि नमूने के लिए प्रासंगिक दो निकटतम मिपमैप्स को रैखिक रूप से प्रक्षेपित करते हैं।

बिलिनियर फ़िल्टरिंग
बिलिनियर फ़िल्टरिंग में पिक्सेल केंद्र के चार निकटतम टेक्सल्स का नमूना लिया जाता है (निकटतम मिपमैप स्तर पर), और उनके रंगों को दूरी के अनुसार भारित माध्य  द्वारा संयोजित किया जाता है। यह आवर्धन के दौरान दिखाई देने वाली 'अवरुद्धता' को हटा देता है, क्योंकि पिक्सेल केंद्र टेक्सल सीमा को पार करते ही अचानक कूदने के बजाय एक टेक्सल से दूसरे टेक्सल में रंग परिवर्तन का एक सहज ढाल होता है। आवर्धन फ़िल्टरिंग के लिए बिलिनियर फ़िल्टरिंग आम है। जब छोटा करने के लिए उपयोग किया जाता है तो इसे अक्सर मिपमैपिंग के साथ प्रयोग किया जाता है; यद्यपि इसका उपयोग बिना किया जा सकता है, यह बहुत अधिक छोटा होने पर निकटतम-पड़ोसी फ़िल्टरिंग के समान ही अलियासिंग और झिलमिलाती समस्याओं का सामना करेगा। मामूली न्यूनतम अनुपात के लिए, हालांकि, इसे एक सस्ती हार्डवेयर त्वरित भारित बनावट सुपरसैंपल के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

तीन सतह से छानना
ट्रिलिनियर फ़िल्टरिंग मिपमैप्ड बिलिनियरली फ़िल्टर की गई छवियों में देखी जाने वाली एक सामान्य कलाकृति के लिए एक उपाय है: सीमाओं पर गुणवत्ता में एक अचानक और बहुत ध्यान देने योग्य परिवर्तन जहां रेंडरर एक मिपमैप स्तर से दूसरे पर स्विच करता है। ट्रिलिनियर फ़िल्टरिंग दो निकटतम मिपमैप स्तरों (एक उच्च और एक निम्न गुणवत्ता) पर बनावट लुकअप और बिलिनियर फ़िल्टरिंग करके इसे हल करती है, और फिर परिणामों को रैखिक इंटरपोलेशन करती है। इसके परिणामस्वरूप बनावट की गुणवत्ता में एक सहज गिरावट आती है क्योंकि अचानक बूंदों की एक श्रृंखला के बजाय दर्शक से दूरी बढ़ जाती है। बेशक, स्तर 0 के करीब केवल एक मिपमैप स्तर उपलब्ध है, और एल्गोरिथ्म बिलिनियर फ़िल्टरिंग में वापस आ जाता है।

एनिस्ट्रोपिक फिल्टरिंग
अनिसोट्रोपिक फ़िल्टरिंग वर्तमान उपभोक्ता 3D ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट में उपलब्ध उच्चतम गुणवत्ता फ़िल्टरिंग है। सरल, आइसोट्रोपिक तकनीकें केवल वर्ग मिपमैप्स का उपयोग करती हैं जिन्हें तब द्वि- या ट्रिलिनियर फ़िल्टरिंग का उपयोग करके प्रक्षेपित किया जाता है। (आइसोट्रोपिक का अर्थ सभी दिशाओं में समान है, और इसलिए इसका उपयोग एक ऐसी प्रणाली का वर्णन करने के लिए किया जाता है जिसमें सभी नक्शे आयत या अन्य चतुर्भुज के बजाय वर्ग होते हैं।)

जब कोई सतह कैमरे के सापेक्ष उच्च कोण पर होती है, तो बनावट के लिए भरण क्षेत्र लगभग वर्गाकार नहीं होगा। एक खेल में एक मंजिल के सामान्य मामले पर विचार करें: भरण क्षेत्र जितना लंबा है, उससे कहीं अधिक चौड़ा है। इस मामले में, कोई भी वर्गाकार मानचित्र उपयुक्त नहीं है। परिणाम धुंधलापन और/या झिलमिलाता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि फिट कैसे चुना जाता है। अनिसोट्रोपिक फ़िल्टरिंग बनावट को गैर-वर्ग आकार के रूप में नमूना करके इसे ठीक करता है। लक्ष्य बनावट के स्थान में प्रक्षेपित पिक्सेल पदचिह्न से मेल खाने के लिए एक बनावट का नमूना है, और ऐसा पदचिह्न हमेशा बनावट के साथ संरेखित अक्ष नहीं होता है। इसके अलावा, नमूना सिद्धांत के साथ काम करते समय एक पिक्सेल एक छोटा वर्ग नहीं होता है इसलिए इसका पदचिह्न अनुमानित वर्ग नहीं होगा। टेक्सचर स्पेस में फ़ुटप्रिंट असेंबली टेक्सचर स्पेस में अनुमानित पिक्सेल के कंप्यूटेड फ़ंक्शन के कुछ सन्निकटन का नमूना लेती है लेकिन विवरण अक्सर अनुमानित होते हैं, नमूना सिद्धांत के बारे में अत्यधिक स्वामित्व और राय में डूबा हुआ। संकल्पनात्मक रूप से हालांकि लक्ष्य एक धुरी पर अलियासिंग बनाम दूसरे पर धुंधला होने के बीच संघर्ष से बचने के लिए उपयुक्त अभिविन्यास के अधिक सही अनिसोट्रोपिक नमूने का नमूना लेना है, जब अनुमानित आकार भिन्न होता है।

अनिसोट्रोपिक कार्यान्वयन में, फ़िल्टरिंग में वही फ़िल्टरिंग एल्गोरिदम शामिल हो सकता है जो मध्यवर्ती या अंतिम परिणाम के निर्माण के दौरान पारंपरिक मिपमैपिंग के वर्ग मानचित्रों को फ़िल्टर करने के लिए उपयोग किया जाता है।

प्रतिशत करीब फ़िल्टरिंग
डेप्थ-आधारित छाया मानचित्रण, डेप्थ-मैप्ड टेक्सचर्स के साथ दिलचस्प परसेंटेज क्लोजर फिल्टर (पीसीएफ) का उपयोग कर सकता है, जो कि लागू किए जा सकने वाले टेक्सचर फिल्टर्स के प्रकार के बारे में किसी की धारणा को विस्तृत करता है। पीसीएफ में प्रकाश स्रोत से दृश्य का गहराई से नक्शा प्रस्तुत किया जाता है। दृश्य के बाद के प्रतिपादन के दौरान इस गहराई के नक्शे को फिर से प्रकाश की स्थिति से दृश्य में प्रक्षेपित किया जाता है और प्रक्षेपी गहराई समन्वय और प्राप्त बनावट नमूना गहराई के बीच तुलना की जाती है। प्रोजेक्टिव कोऑर्डिनेट प्रकाश से दृश्य पिक्सेल की गहराई होगी लेकिन गहराई के नक्शे से प्राप्त गहराई उस अनुमानित दिशा के साथ दृश्य की गहराई का प्रतिनिधित्व करेगी। इस तरह से प्रकाश की दृश्यता का निर्धारण और इसलिए प्रकाश द्वारा रोशनी प्रदान किए गए पिक्सेल के लिए किया जा सकता है। तो यह बनावट ऑपरेशन एक बूलियन परीक्षण है कि क्या पिक्सेल जलाया जाता है, हालांकि किसी दिए गए पिक्सेल के लिए कई नमूनों का परीक्षण किया जा सकता है और बूलियन परिणामों को सारांशित और औसत किया जा सकता है। इस तरह अलग-अलग मापदंडों जैसे सैंपल टेक्सल लोकेशन और यहां तक ​​कि घबराए हुए  गहराई का नक्शा  प्रोजेक्शन लोकेशन के संयोजन में एक पोस्ट-डेप्थ-तुलना औसत या नमूनों का प्रतिशत करीब और इसलिए प्रबुद्ध पिक्सेल के लिए गणना की जा सकती है। गंभीर रूप से, बूलियन परिणामों का योग और प्रतिशत मान की पीढ़ी को प्रोजेक्टिव डेप्थ और सैंपल फ़ेच की गहराई की तुलना के बाद किया जाना चाहिए, इसलिए यह गहराई तुलना बनावट फ़िल्टर का एक अभिन्न अंग बन जाती है। इस प्रतिशत का उपयोग तब एक रोशनी गणना को भारित करने के लिए किया जा सकता है और न केवल एक बूलियन रोशनी या छाया मान प्रदान करता है बल्कि एक नरम छाया पेनम्ब्रा परिणाम प्रदान करता है।  इसका एक संस्करण आधुनिक हार्डवेयर में समर्थित है जहां एक तुलना की जाती है और दूरी के अनुसार एक पोस्ट बूलियन तुलना बिलिनियर फ़िल्टर लागू किया जाता है

यह भी देखें

 * पिक्सेल-कला स्केलिंग एल्गोरिदम
 * बनावट एटलस

संदर्भ
==