Wat is anti-aliasing en wat heeft invloed op mijn foto's en afbeeldingen?

Anti-aliasing is een woord dat vaak wordt geworpen door fotografen en gamers wanneer het te maken heeft met afbeeldingen en afbeeldingen. Kijk eens wat anti-aliasing is, waarom we het gebruiken en, belangrijker nog, wanneer het het beste is om het niet te gebruiken.

Het is een belangrijk onderdeel van imagemaking en fotografie. Anti-aliasing is zeker iets dat zo grondig mogelijk moet worden begrepen om afbeeldingen van hoge kwaliteit te maken. We hopen dat je bent voorbereid op een heel nerd artikel, omdat je veel discussie hebt over wiskunde en wetenschap, gecombineerd met het uitlegartikel van vandaag. Blijf lezen!

Vectoren en pixels, en waarom camera's foto's maken met pixels

Je herinnert je misschien een artikel van een jaar geleden waarin we het hadden over het verschil in Vectoren en Pixels. Er zijn een aantal fundamentele verschillen tussen de twee: pixels zijn geordende matrices van licht, pigment of kleur; vectoren zijn wiskundige voorstellingen van lijnen, vormen, gradiënten, enz. Vectoren zijn nauwkeurig; ze bestaan ​​op absolute coördinaten op een algebraïsch raster. Omdat ze zo absoluut zijn, vervaagt de grens tussen waar ze zijn en waar ze niet zijn. Zelfs als een monitor de oneindige dunheid van een lijnsegment niet kan weergeven (het moet het altijd in pixels weergeven), is het nog steeds zo dun als een lijn die alleen bestaat in een theoretische wiskundige wereld.

Dat is het probleem met fotografie - licht is niet zo precies als het zou moeten zijn om op een perfect wiskundige manier te worden vastgelegd. Het is waarschijnlijk dat, zelfs als we camera's hebben ontwikkeld die in staat zijn om de locaties van individuele fotonen met kwantum precisie te lezen terwijl ze de sensor raken, vanwege de rare aard van de fysica op het kwantumniveau, de afzonderlijke deeltjes daadwerkelijk op meerdere plaatsen op de sensor kunnen verschijnen op dezelfde tijd. Dit betekent dat het absoluut onmogelijk kan zijn om de absolute locatie van dat enkele lichtdeeltje te krijgen op het moment dat het de sensor raakt - fotografie is slechts een benadering van hoe dat licht wordt vastgelegd. De stopactie (het vermogen van de camera om scherpe beelden van bewegende objecten te maken) kan nooit perfect zijn - het lijkt in elk geval heel, zeer onwaarschijnlijk.

Pixels zijn handig, omdat afbeeldingen met een hoge resolutie de kleuren en vormen kunnen benaderen en een afbeelding nauwkeurig kunnen nabootsen op een manier die vergelijkbaar is met film-gebaseerde fotografie. Terwijl deze eigenschap van pixels en het gebruik ervan in fotografie is niet anti-aliasing precies, het begrijpen van deze eigenschap van digitale fotografie is een van de beste plaatsen om een ​​goed begrip te krijgen van wat anti-aliasing is.

Interpolatie: iets creëren van (bijna) niets?

Digitale fotografie is een benadering van de kleuren en waarden die aanwezig zijn wanneer licht een sensor raakt - op dezelfde manier is anti-aliasing een benadering van beeldgegevens met behulp van een techniek die 'Interpolatie' wordt genoemd. Interpolatie is een fancy-broek-math-term die gegevens creëert gebaseerd op de trends van bestaande gegevens, dat wil zeggen een goed geïnformeerde schatting van wat er op die plek zou kunnen zijn als er meer datapunten beschikbaar waren. Hoewel het ingewikkelder is om eenvoudig te raden - er zijn formules en juiste methoden voor interpolatie - kan niet worden verwacht dat het een perfect nauwkeurige weergave is van de beeldgegevens die er feitelijk zijn. Zelfs de slimste wiskunde kan niets uit het niets creëren.

Wanneer we kijken naar deze computerschermen, kunnen we beginnen te begrijpen wat anti-aliasing doet om afbeeldingen te verbeteren en bij benadering te benaderen. Op de meest linkse afbeelding is er geen interpolatie van gegevens: het dambord wordt gerenderd in zwart-witte pixels als het in perspectief achteruitgaat en snel een puinhoop wordt. De gemaakte visuele fouten en artefacten zijn wat we 'aliasing' noemen. De tweede en derde afbeeldingen hierboven gebruiken verschillende vormen van 'anti-aliasing' om beter te kunnen begrijpen hoe menselijke ogen (en camera's) licht waarnemen.

Die afbeeldingen waren echter een vertaling van absolute wiskundige afbeeldingen naar op pixels gebaseerde afbeeldingen. Hoe is anti-aliasing van toepassing op uw fotografie? Wanneer afbeeldingen worden vergroot of verkleind, wordt de afbeelding geïnterpoleerd op basis van de gegevens in het afbeeldingsdocument. De linkerafbeelding wordt verkleind met behulp van de "nearest neighbour" -overnameling in Photoshop - met andere woorden, het is niet anti-aliased (u kunt dit letterlijk noemen aliased). De afbeelding aan de rechterkant is verkleind en anti-aliased, waardoor een veel waarachtiger beeld wordt gecreëerd met dat kleine formaat.

Vergrote afbeeldingen profiteren ook van anti-aliasing-grafische programma's die hun beste schatting maken op basis van de gegevens in uw afbeelding. Houd er rekening mee dat wanneer u upsampling (vergroting) van afbeeldingen in een grafisch programma, dat u nooit echt meer resolutie uit een digitale vergroting krijgt - het soort interpolatie dat wordt gedaan kan een goede schatting maken van wat er zou moeten zijn, maar het Ik weet het nooit zeker. Je randen worden zacht en worden zachter naarmate de foto steeds groter wordt.

Een goede vuistregel is dat u uw afbeeldingen altijd kunt downsamplen (verkleinen) zonder verlies van kwaliteit door anti-aliasing. Upsamplen (vergroten) maakt de anti-aliasing heel duidelijk, voegt geen nieuwe resolutie toe, en zou alleen gedaan moeten worden als het niet kan worden vermeden.

Anti-aliasing en vectoren: Waarom anti-aliasing ervoor zorgt dat videogames er beter uitzien

Als je in de afgelopen 15 jaar of zo een pc-game hebt gespeeld, heb je mogelijk video-opties gezien met instellingen voor anti-aliasing. Als je je herinnert wanneer we de vectorvormen in een absolute positie bespraken, begin je te begrijpen waarom anti-aliasing belangrijk is voor videogames..

3-dimensionale vormen worden gemaakt in vectorpolygonen en deze polygonen bestaan ​​in een wiskundig alleen-rijk. Anti-aliasing in videospellen heeft ten minste twee doelen: ten eerste wil het de absolute, hardgerande lijnen van de polygonen in een vorm kunnen weergeven die er goed uitziet op een pixelgebaseerde monitor; ten tweede repliceert anti-aliasing de onnauwkeurige manier waarop fotografie en menselijke ogen licht waarnemen.

Anti-aliasing en typografie

Tot slot zijn er tal van gelegenheden waar anti-aliasing niet ideaal is. Als je ooit hebt gewerkt rond grafische ontwerpers, heb je waarschijnlijk gehoord dat ze klagen over typografie in Photoshop en hoe minderwaardig het is voor Illustrator - en ze hebben gelijk.

Beide bovenstaande letters zijn op pixels gebaseerde typografie, met de linker als gealiast, de juiste als anti-aliased. Evenmin zijn goede representaties van typografie, of op zijn minst dat lettertype. Het is acceptabel om een ​​lettertype op het scherm weer te geven met anti-aliasing, maar voor afdrukken kan dit rampzalige gevolgen hebben.

Wanneer je nadenkt over wat letters zijn, volgen ze niet echt dezelfde regels als digitale fotografie vereist. Brieven zijn abstracte ideeën en absolute vormen - ze vallen beter in de categorie 'pure math' van vectorillustraties. En afhankelijk van het type afdrukproces dat is gebruikt om ze te maken, worden die pure wiskundige vectorvormen absoluut belangrijk.

Deze afbeelding hierboven is gemaakt met anti-aliased type en vervolgens waarschijnlijk met offset afgedrukt. Als we goed kijken, kunnen we zien waarom dat slecht is.

Het wordt al snel duidelijk dat deze anti-aliased vormen het niet goed hielden wanneer ze op deze manier werden afgedrukt. Dit is een voorbeeld van hoe anti-aliasing (evenals pixelgebaseerde beeldvorming) inferieur kan zijn bij het renderen van typografie.

Natuurlijk, als dit een beeld was (zoals een foto) en niet de abstracte vormen van het type, zou het vrij goed hebben standgehouden.

Type, zijnde een abstract medium, vereist dat de precisie van vectoren standhoudt onder de soorten afdrukprocessen die geen inkjetpunten gebruiken om een ​​afbeelding te maken. Zelfs op zeer korte afstanden zien we geen stippen of aanwijzingen dat anti-aliasing in de bestanden die gebruikt werden om deze cola te printen.

Natuurlijk zullen de meeste HTG-lezers niet de meeste van hun foto's op offset afdrukken, dus pixelgebaseerde typografie die wordt afgedrukt met op dot-gebaseerde printers zal prima werken. Wees u bewust van uw anti-aliasing wanneer u met typografie werkt en wanneer je met fotografie werkt, zul je merken dat je beter voorbereid bent om de juiste keuzes te maken die je de best mogelijke afbeeldingen opleveren.

Als je vragen hebt over anti-aliasing en je foto's waarvan je denkt dat we ze niet hebben beantwoord, of misschien denk je dat we iets belangrijks hebben achtergelaten, laat het ons dan weten in de reacties hieronder.

Afbeeldingscredits: Varena # 1 door hasensaft, beschikbaar onder Creative Commons. Wazig parapluportret door Shannon, beschikbaar onder Creative Commons. Dragon Age 2 Demo Ogre VH door Deborah Timmins, beschikbaar onder Creative Commons. Afbeeldingen anti-aliasing door Loisel, beschikbaar onder GNU Gratis licentie.