Vad är anti-aliasing, och hur påverkar det mina foton och bilder?

Anti-aliasing är ett ord som ofta kastas runt av fotografer och spelare när det gäller grafik och bilder. Ta en titt på vilken anti-aliasing är, varför vi använder den och, viktigast av allt, när det är bäst att inte använda det.

Det är en viktig del av imagemaking och fotografering - anti-aliasing är verkligen något som bör förstås så noggrant som möjligt för att skapa högkvalitativa bilder. Vi hoppas att du är beredd på en väldigt nörd artikel, eftersom du har mycket diskussion om matematik och vetenskap blandat med dagens förklarande artikel. Fortsätt läsa!

Vektorer och pixlar, och varför kameror tar bilder med pixlar

Du kommer kanske ihåg en artikel från ett år sedan där vi pratade om skillnaden i vektorer och pixlar. Det finns ett antal grundläggande skillnader mellan de två: pixlarna är beställda arrayer av ljus, pigment eller färg; vektorer är matematiska representationer av linjer, former, gradienter, etc. Vektorer är exakta; De existerar vid absoluta koordinater på ett algebraiskt rutnät. Eftersom de är så absoluta, finns det ingen suddig linje mellan var de är och var de inte är. Även om en bildskärm inte kan göra ett linjesegments oändliga tunnhet (det måste alltid visa det i pixlar) är det fortfarande så tunt som en linje som bara existerar i en teoretisk matematisk värld.

Det är problemet med fotografering - ljuset är inte så exakt som det skulle behövas för att fångas på ett perfekt matematiskt sätt. Det är troligt att även om vi utvecklade kameror som kan läsa platserna för enskilda fotoner med kvantprecision när de slår på sensorn, på grund av den konstiga naturen på kvennivå kan de enskilda partiklarna faktiskt visas på flera ställen på sensorn vid samtidigt. Det betyder att det kan vara absolut omöjligt att få den absoluta placeringen av den enda ljuspartikeln när den träffar sensorn. Fotograferingen är bara en approximation av hur det här ljuset fångas. Stoppåtgärden (kamerans förmåga att skapa skarpa bilder från rörliga objekt) kan aldrig vara perfekt - åtminstone verkar det mycket, mycket osannolikt.

Pixlar är praktiska eftersom högupplösta bilder kan approximera färger och former, och återskapar en bild på ett sätt som liknar filmbaserad fotografering. Medan denna egenskap hos pixlar och dess användning i fotografering är inte kantutjämning exakt, Att förstå denna egenskap av digital fotografering är ett av de bästa ställena att starta en solid förståelse för vad anti-aliasing är.

Interpolation: Skapa något från (nästan) ingenting?

Digital fotografi är en approximation av de färger och värden som finns när ljuset träffar en sensor-på samma sätt är anti-aliasing en approximation av bilddata med hjälp av en teknik som kallas "Interpolation." Interpolering är en fancy-byxa matte term som betyder data skapad baserat på trenderna i befintlig data, det vill säga en utbildad gissning om vad som faktiskt kan vara på den platsen om fler datapunkter var tillgängliga. Även om det är mer komplicerat så enkelt gissning-det finns formler och korrekta metoder för interpolering, det kan inte förväntas vara en perfekt korrekt representation av bilddata som faktiskt finns där. Även den smartaste matte kan inte skapa något från ingenting.

När vi tittar på dessa datorer gjorda kontrollpaneler kan vi börja förstå vad anti-aliasing gör för att förbättra och approximera bilder. På den vänstra bilden finns ingen interpolering av data-kontrollpanelen är gjord i svartvita pixlar, eftersom den sänks tillbaka i perspektiv och snabbt blir en röra. De visuella fel och artefakter som skapas är vad vi kallar "aliasing". Den andra och tredje bilden ovan använder olika former av "anti-aliasing" för att bättre approximera hur mänskliga ögon (och kameror) uppfattar ljus.

Dessa bilder var emellertid en översättning av absoluta matematiska bilder till pixelbaserade bilder. Hur gäller anti-aliasing för din fotografering? När bilderna ändras, antingen förstorade eller reducerade, interpoleras bilden baserat på data som finns i bilddokumentet. Den vänstra bilden är krympt med hjälp av "närmaste granne" -sammanställning i Photoshop-med andra ord, det är inte anti-aliased (du kan bokstavligen kalla detta utjämnad). Bilden till höger är reducerad och anti-aliased, vilket ger en mycket trure bild vid den lilla storleken.

Förstora bilder kan också dra nytta av anti-aliasing-grafikprogram gör sitt bästa giss baserat på data i din bild. Tänk på när du uppsamlar (förstorar) bilder i ett grafikprogram, att du aldrig kommer att få mer upplösning ur en digital förstoring - den typ av interpolering som görs kan göra en bra gissning om vad som ska vara där, men det Jag vet aldrig säkert. Dina kanter blir mjuka och blir mjuka när fotot blir förstorat mer och mer.

En bra tumregel är att du alltid kan sänka dina bilder (krympa) utan att du förlorar kvaliteten från anti-aliasing. Upsampling (förstoring) gör anti-aliasing mycket uppenbart, lägger ingen ny upplösning och bör endast göras om det inte kan undvikas.

Anti-Aliasing och Vectors: Varför Anti-Aliasing gör videogames ser bättre ut

Om du har spelat ett PC-spel under de senaste 15 åren har du kanske sett videoalternativ som innehåller inställningar för anti-aliasing. Om du kommer ihåg när vi diskuterade vektorformer som befinner sig i ett absolut läge, bör du börja förstå varför anti-aliasing är viktigt för videospel.

3 Dimensionsformer skapas i vektorgolygoner, och dessa polygoner existerar i en matte enda rike. Anti-aliasing i videospel har minst två mål: för det första vill man kunna göra de absoluta, svängbara linjerna i polygonerna i en form som ser anständigt ut på en pixelbaserad bildskärm; För det andra replikerar anti-aliasing bättre det orättvisa sättet som fotografi och mänskliga ögon uppfattar ljus.

Anti-Aliasing och Typografi

I slutändan finns det många tillfällen där anti-aliasing inte är idealisk. Om du någonsin har jobbat kring grafiska designers har du troligen hört dem klaga på typografi i Photoshop, och hur sämre är det för Illustrator-och de har rätt.

Båda bokstäverna ovan är pixelbaserad typografi, med den vänstra som alias, den rätta som är anti-aliaserad. Varken är bra representationer av typografi, eller åtminstone den typsnittet. Det är acceptabelt att göra ett teckensnitt på skärmen med anti-aliasing, men för utskrift kan det få några katastrofala konsekvenser.

När du tänker på vilka bokstäver, följer de inte riktigt samma regler som digital fotografering kräver. Brev är abstrakta idéer och absoluta former - de faller bättre in i kategorin "ren matte" av vektor konstverk. Och beroende på vilken typ av utskriftsprocess som används för att skapa dem, blir de rena matteformerna av vektor absolut viktig.

Den här bilden ovan skapades med anti-aliased typ, och sedan mest sannolikt offset tryckt. När vi tittar noga kan vi se varför det är dåligt.

Det blir tydligt mycket snabbt att dessa anti-aliased former inte håller på sig bra när de skrivs ut på detta sätt. Detta är ett exempel på hur anti-aliasing (såväl som pixelbaserad bildbehandling) kan vara sämre när renderingstypografi.

Om det här hade varit en bild (som ett fotografi) och inte de abstrakta formerna av typ, skulle det ha hänt ganska bra.

Typ, som är ett abstrakt medium, kräver att precisionen av vektorer håller sig under de typer av utskriftsprocesser som inte använder bläckstrålepunkter för att skapa en bild. Även vid mycket nära avstånd ser vi inga prickar eller bevis på att anti-aliasing som gick in i filerna som användes för att skriva ut denna koksburk.

Självklart kommer de flesta HTG-läsare inte att kompensera de flesta av sina foton, så pixelbaserad typografi som skrivs ut från prickbaserade skrivare kommer att fungera bra. Var bara medveten om din anti-aliasing när du arbetar med typografi och när du jobbar med fotografering, hittar du bättre förberedelser för att göra rätt val som ger dig bästa möjliga bilder.

Om du har några frågor angående anti-aliasing och dina fotografier som du känner att vi inte har svarat, eller kanske du tror att vi har lämnat något viktigt, kan du gärna meddela oss om det i kommentarerna nedan.

Bildkrediter: Varena # 1 by hasensaft, tillgänglig under Creative Commons. Suddig paraplyporträtt av Shannon, tillgänglig under Creative Commons. Dragon Age 2 Demo Ogre VH by Deborah Timmins, tillgänglig under Creative Commons. Anti-Aliasing Bilder av Loisel, tillgänglig under GNU Free License.