¿Qué causa el aliasing?
Respuestas:
¿Es un fenómeno físico? o numérico?
Esta pregunta me implica que en realidad no sabes lo que significa aliasing / anti-aliasing. Quiero decir, dices que "sabes cómo se ve", pero si realmente supieras lo que significan los términos, probablemente te darás cuenta de que tu pregunta no tiene sentido. El alias es un efecto secundario de cómo se representan los gráficos de computadora, y los gráficos de computadora son, por definición, más que fenómenos físicos.
"Aliasing" solo se refiere al aspecto de la escalera en las líneas anguladas porque los gráficos de computadora en realidad están compuestos de muchos cuadrados pequeños en una cuadrícula. Aquí hay una imagen para ilustrar de lo que estoy hablando:
Este es un problema cada vez que renderiza los píxeles de una imagen, ya sea que esté dibujando a mano alzada o escribiendo un algoritmo para calcular los píxeles de un polígono 3D. Es solo un efecto secundario del hecho de que la imagen es una cuadrícula cuadrada de píxeles. "Anti-aliasing" es cuando ocultas el aspecto de la escalera mezclando los colores a lo largo de los píxeles del borde.
La respuesta aceptada no es estrictamente correcta, aunque aborda el uso más común en gráficos de computadora. El alias es un concepto fundamental en el procesamiento de señales y su teoría matemática es anterior a las pantallas de computadora. Tampoco es realmente cierto que "es un efecto secundario del hecho de que los píxeles son cuadrados". El alias existe cada vez que muestrea discretamente una señal a una velocidad inferior a la velocidad de Nyquist para esa señal y afecta el audio digital, así como las imágenes y muchos otros tipos de señales muestreadas discretamente. El alias en los gráficos de computadora es un efecto secundario del muestreo discreto, no de la forma de los píxeles.
El suavizado en los gráficos de computadora es un tema profundo y complejo y tiene mucho más que solo suavizar los bordes. Una vez más, existe una gran cantidad de teoría subyacente del procesamiento de señales y es un área activa de investigación en gráficos de computadora sobre cómo suavizar eficazmente, no solo para bordes sino también para alias temporal, para alias cuando se reconstruye un BRDF en sombreadores de píxeles, para sombra bordes y en muchas otras áreas. El mapeo MIP de texturas en gráficos 3D es una técnica anti-aliasing bien establecida que está abordando un problema importante además del anti-aliasing de bordes, por ejemplo.
Es realmente un fenómeno matemático más que físico, pero aparece en la ingeniería en muchas áreas además de los gráficos por computadora. Realmente tampoco lo describiría como un fenómeno numérico: es el resultado de un muestreo discreto, no de la representación discreta de valores numéricos en una computadora, aunque eso también puede causar efectos de alias. Comprender los fundamentos del procesamiento de señales es una buena base para comprender cómo se manifiesta el alias en los gráficos de computadora y para comprender cómo reducirlo.
Agregando a las otras dos respuestas, aquí hay una explicación más intuitiva de lo que sucede.
Los cuadrados de la cuadrícula representan píxeles. El polígono rojo de la izquierda es la forma que se dibuja, representada internamente como una secuencia de puntos. Cuando se procesa, se convierte de una lista de puntos a un búfer de colores de píxeles. El muestreo discreto determina qué píxeles son oscuros y cuáles son claros, en función de la cantidad del polígono que cubre cada píxel.
Para responder a su pregunta, este es un fenómeno numérico / matemático porque la información sobre la forma original se pierde debido a la aproximación.
El suavizado es cuando el renderizado intenta corregir el alias haciendo que los píxeles parcialmente cubiertos sean menos intensos.
En el campo de procesamiento de señal, el alias se refiere a la identificación errónea de la frecuencia de la señal. Por ejemplo, debido a la falta de la consideración adecuada en el paso de submuestreo, puede generar errores y distorsiones. Se puede generalizar a la señal discreta 2D, como una imagen.