تنعيم

في رسوم الحاسوب و كما هو مبين اعلى الصورة، تبدو حواف الاشكال باهتة و متكسرة اما الصورة في الاسفل فهي منعمة و تبدو أكثر وضوح .

التنعيم أو مضاد التعرّج (بالإنجلزية – Anti-Aliasing) يختصر أحيانا باسم AA ، طريقة تستخدم لتحسين مظهر الصور الرقمية عند عرضها على الشاشات أو عند الطباعة ^[1]،هذا الأسلوب الرقمي يجعل الرسومات والنص (خصوصا) تظهر أكثر سلاسة وأكثر وضوح إذا كان عدد النقاط محدود ^[2]، يتم ذلك بإزالة الحواف المسننة التي يسببها استخدام شكل المربع في كل من أجهزة الإخراج . الصور ذات دقة أقل تعرض حواف خشنة بسبب انخفاض عدد النقاط، التنعيم هو عملية إعادة رسم المشهد و إضافة تغييرات في الألوان على الصور الأصلية لإزالة التشوهات و عرضها بشكل مثالي دون تغيير في البيانات الحقيقية للصورة، يستخدم تنعيم في التصوير الرقمي، رسومات الحاسوب، و الصوت الرقمي، والعديد من التطبيقات الأخرى.

كل الصور أو الخطوط أو الأشكال في رسومات الحاسوب تعتبر مجموعة من النقاط صغيرة، مصطلح بكسل يعبّر عن كل نقطة واحدة من الشاشة، يتم تحديد عدد وحدات البكسل عن طريق وضع العرض أو دقة المشهد .مثالا في نظام الكمبيوتر هناك خيارات للدقة و الأكثر شيوعا هي 640 بكسل أفقي × 480 بكسل عمودي، 800 × 600 و 1024 × 768 بكسل . و لأن دقة الشاشة ثابتة و تخضع لشاشة الكمبيوتر فلا يمكن زيادة هذه البكسيلات، كما أن حجم الشاشة لا يعني بالضرورة بكسل أكثر فالمعيار المستخدم هو عدد النقاط أو البكسل في البوصة الواحدة .

شاشات الكمبيوتر في الغالب لا تملك ما يكفي من النقاط لإنشاء الأشكال الصغيرة و المعقدة في حيز صغير . هذا يمكن أن يكون ملحوظا في الحروف حيث يتم إنشاء خطوط على هيئة وتر مع مظهر مثل الدرج ، تسمى أحيانا "jaggies" أو "الإسترداف".

خلفية

في أنظمة معالجة الإشارة يحدث تعرج للإشارة (Aliasing)‏ إذا تم استعمال تردد استعيان أقل من ضعف أعلى تردد موجود في الإشارة أو الصورة. حتى لا يحدث التعرج، فينبغي أن يؤكد على تحقيق مبرهنة الاستعيان والتي يمكن صياغتها رياضيا كالتالي: ${\displaystyle }f_{sampling}>2\cdot f_{max}$

حيث ${\displaystyle f_{max}}$ هو أعلى تردد موجود و ${\displaystyle f_{sampling}}$ هو تردد الاستعيان الذي يتم به التقاط القيم الرقمية (متقطة) لإشارة متصلة.

في نظام الرسوميات النقطية المستخدم في أنبوب أشعة الكاثود (CRT) أو شاشة الصمام الثنائي (LED) تنشئ صور من ترتيب لنقاط ملونة ^[3]. ينتج عنها صور تعتبر مقاربة للمشهد الحقيقي . هذا التقريب يعتمد على دقة الشاشة و عدد الألوان التي يمكنك عرضها لكل نقطة .

على شاشات الكمبيوتر الإسترداف (بمعنى شكل الدرج ) يكون مرئي على الخطوط نتيجة لرسم الخط في مصفوفة من البكسل هذا في حالة عدم استخدام مرشحات التمليس أو التنعيم، الإسترداف ينتج عنه عدة عواقب . فمثلا قد تعطي للخط شكل واضح ما إذا كان أفقي أو عمودي تماما بينما يقلل في فهم الشكل على الشاشة عند تحركه أو دورانه، تبرز مشاكل اخرى عند إعادة تحجيم الصورة فالخطوط لن يتغير سمكها حتى تصل الصورة إلى حجمها المضاعف أو قد تختفي إذا تم تصغير الصورة إلى النصف .

تم التغلب على المشكلة باستخدام تقنية التنعيم. يتم هذا بتلوين البكسل على طول حدود الخط القطري بلون ناتج من مزج لون الحرف ولون الخلفية التي كتب عليها . الهدف هو خلق خدعة بصرية على العين و النتيجة رؤية الأشكل أكثر سلاسة، كما أن النتائج تكون واضحة عند الابتعاد من المنظر .

معالجة الإشارات و التنعيم

النموذج لدينا هو أن هناك مصفوفة تحتوي على قيم لثلاثة الوان و عند فصل الالوان نحصل على قيم تشكل لنا إشارة تناظرية شبيهة بالأمواج الصوتية . من الناحية النظرية، نحن نريد ازالة أو إضافة قيمة بيكسل في حالة التصغير أو التكبير للصورة أو رسم جسم اصغر من البكسل هذه القيمة لن تكون موجودة بشكل فعلي بل سيكون لها تأثير على البكسل المحيط به ^[4]، عندما يعبر على الالوان بإشارة تناظرية يمكن تطبيق الإستعيان لإجراء التنعيم .

الأنواع و الخورزميات

تتم عملية التنعيم في بطاقة العرض أو برمجيا، في كل الاحوال تستخدم انواع من الخوزميات تختلف و تتفاوت في الأداء و النتيجة . من أشهر الطرق و ابسطها FSAA (تنعيم الشاشة الكامل) ^[5]. من الاسم تستنتج ان المعالجة تكون على جميع النقاط في الشاشة، فكل بكسل مستهدف يكتسب لون ناتج من مزج الوان المربعات المحيطة به . يمكن القول إنه أفضل شكل من أشكال التنعيم، لأنه يقلل في الإسترداف إلى حد كبير لكن يبقى الطمس طفيف في بعض أجزاء الصورة . وحدات معالجة الرسومية لديها القدرة على استخدام هذا التنعيم ^[6] بما انها المسؤولة في إخراج الصورة إلى الشاشة و من بين الخورزميات المستعملة :

تنعيم الإقتناء الخارق

خطوات التنعيم الخارق - في المثال يتم تقسيم البكسل إفتراضيا الى أربعة اجزاء (X4) ، في الحقيقة هو تحجيم للصورة الى مرتين ، عند رسم الخط يتم المزج بين الألوان الأربعة ثم يعاد تصغير الصورة .

تنعيم الإقتناء المتعدد - يتم سحب لون البكسل الى المجاور و تعاد العملية لكل بكسل في كل الإتجاهات .

SSAA - Super Sampling AA

يتم تكبير الصورة ثم تقسيمها إلى اجزاء بشكل مضاعة ^[7]، كل بكسل يقسم إلى 2 أو 4 - 8 - 16 يتم إجراء رسم الشكل و تأخذ عينات من الوان البكسل المكونة للشكل، وبعد ذلك يتم تقليص حجم الصورة مرة أخرى إلى الأصل. يتخذ البكسل الهذف اللون المحسوب من مزج الألوان الاربعة . يجب أن تكون بطاقة الرسومات قادرة على أداء هذه العمليات بسرعة لتفادي البطئ في الأداء.

تنعيم الإقتناء المتعدد

MSAA - Multi Sampling AA

يشبه إلى حد ما SSAA و لكن لا يتطلب تحجيم الصورة صعودا و هبوطا ^[8]. فهي تقوم إعادة استعمال العينات خلال مسحها للصورة و تحفظ الوان البكسل السابق هذا ما يجعله العمل أكثر كفاءة و اقل إستهلاك لموارد النظام.

تنعيم الجودة المعزز

EQAA - Enhanced Quality AA

تطوير لنوع MSAA لكنه حصري لعتاد معين ^[9]، فهو يقسم البكسل إلى أجزاء (2-4-8- في ذاكرة بطاقة العرض) و يختار اللون المناسب من مجموع الالوان الموجودة داخله، الخورزمية تعمل في جانب العتاد و فعالة في عرض الاشكال الثلاثية البعد 3D و غيرعملي عندما يكون التنعيم برمجيا

هناك اصناف اخرى لا تقوم بمزج الألوان إلا في حالة وجود تباين أو حواف في الصورة مثل

تنعيم الشكلي

MLAA - Morphological AA

تستخدم مرشحات الطمس عند اكتشاف تناقضات في الحواف أو على طول الانحدارات في الصورة. يقلل الإسترداف بشكل واضح لكنه قد يطمس كل شيء ^[10]، بما في ذلك الخطوط العمودية و الافقية .غالبا ما تستخدم في الألعاب ^[11].

تنعيم الشكلي المعزز

SMAA - Enhanced Subpixel Morphological Antialiasing

يعتبر الاخير مزيج من الخورزميات السابقة لأنه يستخدمها لتحديد الأشكال الحادة في الصورة و بتقنية تنعيم SSAA ينتج حد ادنى من الطمس .

امثلة

(أ)	(ب)	(ج)
	الشكل 1

في الشكل رقم 1 الصورة (أ) توضح التشويه البصري الذي يحدث عندما لا يتم استخدام التنعيم . في أعلى الصورة، حيث مربعات الشطرنج تكون صغير جدا، من الصعب التعرف على الصورة و ليست جذابة من الناحية الجمالية. في المقابل، الصورة (ب) تعرض صورة مع تنعيم . في اعلى مربعات الشطرنج يظهر مزيج من اللون الرمادي، تظهر الحواف أكثر سلاسة و مصقولة. تبين الصورة (ج) خوارزمية اخرى للتنعيم، بإستخدام مرشح سينك، و الذي يعتبر أفضل خوارزميات مستخدمة .

مراجع

موسوعات ذات صلة :

• موسوعة صور رقمية
• موسوعة ألعاب فيديو