材質過濾

在計算機圖形學中，紋理過濾或紋理平滑是用于確定紋理映射像素的紋理顏色的方法，使用附近紋素（紋理的像素）的顏色。 紋理過濾主要有兩大類，放大過濾和縮小過濾。 根據具體情況，紋理過濾是一種重建過濾器，其中插值稀疏數據以填充間隙（放大），或者是一種抗鋸齒 (AA) 類型，其中紋理樣本存在的頻率高于樣本頻率所需的頻率 紋理填充（縮小）所需。 簡而言之，過濾描述了如何以許多不同的形狀、大小、角度和比例應用紋理。 根據所選的過濾器算法，結果將顯示不同程度的模糊、細節、空間混疊、時間混疊和塊。 視情況而定，可以在軟件（例如軟件渲染包）中或在硬件中執行實時過濾或 GPU 加速渲染，或兩者兼而有之。 對于大多數常見的交互式圖形應用程序，現代紋理過濾由專用硬件執行，該硬件通過內存緩存和預取優化內存訪問，并實施可供用戶和開發人員使用的一系列算法。

紋理過濾的方法有很多種，它們在計算復雜度、內存帶寬和圖像質量之間做出不同的權衡。

在任意 3D 表面的紋理映射過程中，會進行紋理查找以找出每個像素中心落在紋理上的位置。 對于由 3D 游戲和電影中的大多數表面典型的三角形組成的紋理映射多邊形表面，該表面的每個像素（或從屬像素樣本）將與一些三角形和一組重心坐標相關聯，用于 在紋理中提供一個位置。 這樣的位置可能不會完美地位于像素網格上，需要一些功能來解決這些情況。 換句話說，由于紋理表面可以相對于觀察者處于任意距離和方向，因此一個像素通常不直接對應于一個紋素。 必須應用某種形式的過濾來確定像素的最佳顏色。 不充分或不正確的過濾將在圖像中顯示為偽像（圖像中的錯誤），例如“塊狀”、鋸齒狀或閃爍。

一個像素和它在屏幕上代表的紋素之間可以有不同類型的對應關系。 這些取決于紋理表面相對于觀察者的位置，并且在每種情況下都需要不同形式的過濾。 給定映射到世界中正方形表面的正方形紋理，在某個觀看距離處，一個屏幕像素的大小與一個紋素的大小完全相同。 更接近于此，紋素比屏幕像素大，需要適當放大——這一過程稱為紋理放大。 在更遠的地方，每個紋素都小于一個像素，因此一個像素覆蓋多個紋素。 在這種情況下，必須通過紋理縮小根據覆蓋的紋素選擇合適的顏色。 OpenGL 等圖形 API 允許程序員為縮小和放大過濾器設置不同的選擇。

請注意，即使在像素和紋素大小完全相同的情況下，一個像素也不一定與一個紋素完全匹配。 它可能未對齊或旋轉，并覆蓋最多四個相鄰紋素的部分。 因此仍然需要某種形式的過濾。

Mipmapping 是一種標準技術，用于節省紋理縮小過程中所需的一些過濾工作。 它對緩存一致性也非常有益——如果沒有它，從遠處紋理采樣期間的內存訪問模式將表現出極差的局部性，即使不執行過濾也會對性能產生不利影響。

在紋理放大過程中，任何像素需要查找的紋素數總是四個或更少； 然而，在縮小過程中，隨著帶紋理的多邊形移動得更遠，整個紋理可能會落入單個像素。 這將需要讀取其所有紋素并組合它們的值以正確確定像素顏色，這是一項非常昂貴的操作。 Mipmapping 通過預過濾紋理并將其以較小的尺寸存儲到單個像素來避免這種情況。 隨著帶紋理的表面移動得更遠，應用的紋理切換到預過濾的較小尺寸。 不同大小的 mipmap 被稱為“級別”，級別 0 是最大尺寸（最接近觀察者使用），并且隨著距離的增加而增加級別。

本節列出了最常見的紋理過濾方法，按計算成本和圖像質量的遞增順序排列。