スーパーサンプリング

スーパーサンプリングまたはスーパーサンプリング アンチエイリアシング( SSAA ) は、空間アンチエイリアシング手法、つまり、コンピュータ ゲームや画像を生成するその他のコンピュータ プログラムでレンダリングされた画像からエイリアシング(ギザギザでピクセル化されたエッジ、俗に「ジャギー」と呼ばれる)を除去するために使用される手法です。エイリアシングは、連続した滑らかな曲線や線を持つ現実世界のオブジェクトとは異なり、コンピュータ画面では視聴者に多数の小さな四角形が表示されるために発生します。これらのピクセルはすべて同じサイズで、それぞれが単一の色を持ちます。線はピクセルの集合としてのみ表示できるため、完全に水平または垂直でない限り、ギザギザに見えます。スーパーサンプリングの目的は、この影響を軽減することです。カラー サンプルは、ピクセル内の複数のインスタンスで取得され (通常のように中央だけでなく)、平均カラー値が計算されます。これは、表示されているものよりもはるかに高い解像度で画像をレンダリングし、余分なピクセルを計算に使用して目的のサイズに縮小することで実現されます。結果は、オブジェクトのエッジに沿って 1 行のピクセルから別の行のピクセルへの遷移がよりスムーズなダウンサンプリングされた画像になります。サンプル数によって出力の品質が決まります。

2D 画像の場合、エイリアシングはモアレ パターンやピクセル化されたエッジとして現れ、俗に「ジャギー」と呼ばれます。一般的な信号処理および画像処理の知識では、エイリアシングを完全に除去するには、2Dアンチエイリアシング フィルターを適用した後、ナイキスト レート(またはそれ以上)で適切な空間サンプリングを行う必要があることが示されています。このアプローチでは順方向および逆方向のフーリエ変換が必要になるため、空間領域 (「画像領域」) にとどまることでドメインの切り替えを回避するために、スーパーサンプリングなどの計算負荷の少ない近似が開発されました。

スーパーサンプリングは、使用するバッファの量が数倍になるため、より多くのビデオカード メモリとメモリ帯域幅が必要になるため、計算コストが高くなります。 ^[1]この問題を回避する方法は、オブジェクトの端のピクセルのみをスーパーサンプリングする アダプティブスーパーサンプリングと呼ばれる手法を使用することです。

最初は、各ピクセル内で少数のサンプルのみが取得されます。これらの値が非常に類似している場合は、これらのサンプルのみを使用して色が決定されます。そうでない場合は、より多くのサンプルが使用されます。この方法の結果、必要な場合にのみより多くのサンプルが計算されるため、パフォーマンスが向上します。

ピクセル内でサンプルを採取する場合、サンプルの位置を何らかの方法で決定する必要があります。これを行う方法は無限にありますが、一般的に使用される方法がいくつかあります。^{[1] [2]}

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  一様分布のグリッドアルゴリズム
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  回転グリッドアルゴリズム（サンプル密度が2倍）
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  ランダムアルゴリズム
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  ジッターアルゴリズム
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  ポアソンディスクアルゴリズム
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  準モンテカルロ法アルゴリズム
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  Nルーク
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  RGSS
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  高解像度アンチエイリアシング（HRAA）、Quincunx
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  フリップクアッド
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  フリプトリ

最も単純なアルゴリズム。ピクセルは複数のサブピクセルに分割され、各サブピクセルの中心からサンプルが取得されます。実装が高速で簡単です。ただし、サンプリングの規則性により、サブピクセルの数が少ない場合はエイリアシングが発生する可能性があります。

確率的サンプリングとも呼ばれるこの手法は、グリッドスーパーサンプリングの規則性を回避します。しかし、パターンの不規則性により、ピクセルの一部の領域ではサンプルが不要になり、他の領域ではサンプルが不足することになります。^[3]

ポアソンディスクサンプリングアルゴリズム^[4]は、サンプルをランダムに配置しますが、2 つのサンプルが近すぎないことを確認します。最終結果は、サンプルが均等かつランダムに分散されます。単純な「ダーツ投げ」アルゴリズムは、大規模なデータセットでは非常に遅く、リアルタイムレンダリングへの適用が制限されていました。^[3]ただし、現在では、可変密度のものも含め、ポアソンディスクノイズを生成するための高速アルゴリズムが多数存在します。^{[5] [6] [7]}デローンセットは、このようなサンプリングの数学的記述を提供します。

ポアソンディスクを近似するためのグリッドアルゴリズムの修正。ピクセルは複数のサブピクセルに分割されますが、サンプルは各サブピクセルの中心からではなく、サブピクセル内のランダムな点から取得されます。集合は依然として発生しますが、その程度は低くなります。^[3]

2×2 グリッドレイアウトが使用されていますが、サンプルパターンは、サンプルが水平軸または垂直軸上に揃うことを避けるために回転されており、最も一般的なケースでアンチエイリアシングの品質が大幅に向上しています。最適なパターンの場合、回転角度はarctan ( ⁠1/2⁠） （約26.6°）で、正方形は⁠倍に引き伸ばされます√5​/2⁠ ^{[8] [要出典]}、これも4クイーンの解法となる。

• オーバーサンプリング
• マルチサンプルアンチエイリアシング
• クインカンクス
• グラフィックカード
• グラフィックス処理ユニット
• レイトレーシング（グラフィックス）
• フレームバッファ
• ゲームエンジン
• 画像の拡大縮小
• 2×SaI
• ディープラーニングスーパーサンプリング

• 「高解像度アンチエイリアシング (HRAA)」。技術概要: マルチサンプリングによる高解像度アンチエイリアシング。2017年4 月 22 日閲覧。
• 「スーパーサンプリング (アンチエイリアシング技術) とは何ですか?」ハードウェア ナレッジベース。 2006 年 3 月 25 日にオリジナルからアーカイブされました。2006 年5 月 1 日に取得。
• Getreuer, Pascal (2011)。「輪郭ステンシルによる画像補間」。Image Processing on Line。1 : 70–82。doi : 10.5201 / ipol.2011.g_iics。2010年10 月 21 日閲覧。