Что вызывает алиасинг?

Я всегда слышу о псевдонимах и сглаживаниях и знаю, как они выглядят, но я не понимаю, что их вызывает. Это физическое явление? Или числовой?

Если это поможет объяснить, у меня есть некоторые знания в области программирования, но не в видеоиграх или графике.

Это физические явления? или числовой?

Этот вопрос подразумевает, что вы на самом деле не знаете, что означает псевдоним / сглаживание. Я имею в виду, вы говорите, что «знаете, как это выглядит», но если бы вы на самом деле знали, что означают эти термины, вы, вероятно, поняли бы, что ваш вопрос бессмысленный. Псевдоним является побочным эффектом визуализации компьютерной графики, а компьютерная графика в значительной степени является физическим явлением.

«Псевдоним» означает просто ступенчатый взгляд на наклонные линии, потому что компьютерная графика на самом деле состоит из множества крошечных квадратов в сетке. Вот изображение, иллюстрирующее то, о чем я говорю:

Это проблема, когда вы визуализируете пиксели на изображении, независимо от того, рисуете ли вы от руки или пишете алгоритм для вычисления пикселей для трехмерного многоугольника. Это просто побочный эффект того факта, что изображение представляет собой квадратную сетку пикселей. «Сглаживание» - это когда вы маскируете ступенчатый вид, смешивая цвета вместе по краям пикселей.

Принятый ответ не является строго правильным, хотя он касается наиболее распространенного использования в компьютерной графике. Псевдоним является фундаментальной концепцией обработки сигналов, и математическая теория его предшествует компьютерным дисплеям. Также не совсем верно, что «это побочный эффект того факта, что пиксели квадратные». Псевдоним существует всякий раз, когда вы дискретно дискретизируете сигнал со скоростью ниже частоты Найквиста для этого сигнала и влияют на цифровой звук, а также на изображения и многие другие типы дискретно дискретизированных сигналов. Псевдоним в компьютерной графике является побочным эффектом дискретной выборки, а не формы пикселей.

Сглаживание в компьютерной графике - это глубокая и сложная тема, и в ней есть гораздо больше, чем просто сглаживание. Опять же, есть много лежащих в основе теории от обработки сигналов, и это активная область исследований в компьютерной графике, как эффективно сглаживать, не только для краев, но и для временного алиасинга, для алиасинга при восстановлении BRDF в пиксельных шейдерах, для тени края и во многих других областях. Мип-отображение текстур в трехмерной графике является хорошо отработанным методом сглаживания, который, например, решает важную проблему, помимо краевого сглаживания.

Это действительно математическое явление, а не физическое явление, но оно проявляется в технике во многих областях, помимо компьютерной графики. Я бы на самом деле не описал это как числовое явление - это результат дискретной выборки, а не дискретного представления числовых значений на компьютере, хотя это также может вызывать эффекты сглаживания. Понимание основ обработки сигналов является хорошей основой для понимания того, как наложение проявляется в компьютерной графике, и для понимания того, как его уменьшить.

В дополнение к двум другим ответам, здесь приведено более интуитивное объяснение того, что происходит.

Квадраты сетки представляют пиксели. Красный многоугольник слева - это нарисованная фигура, представленная внутри как последовательность точек. Когда он отображается, он преобразуется из списка точек в буфер пиксельных цветов. Дискретная выборка определяет, какие пиксели темные, а какие светлые, исходя из того, сколько полигонов покрывает каждый пиксель.

Чтобы ответить на ваш вопрос, это числовое / математическое явление, потому что информация об исходной форме теряется из-за приближения.

Сглаживание - это когда рендеринг пытается исправить алиасинг, делая частично покрытые пиксели менее интенсивными.

В области обработки сигналов псевдонимы относятся к ошибочной идентификации частоты сигнала. Например, из-за отсутствия адекватного рассмотрения на этапе недостаточной выборки это может привести к возникновению ошибок и искажений. Он может быть обобщен для двумерного дискретного сигнала, такого как изображение.