Wieso funktioniert downsampling eigentlich?

[Horst Nietowski]

Dank meiner neuen Grafikkarte (rx 480) konnte ich jetzt mal ein
paar Spiele mit downsampling testen. GTA 5 und The Witcher 3 sehen
dabei wirklich klasse aus. Ausgabe auf full HD, gerechnet mit
2556 x 1444. Ich verstehe allerdings nicht richtig, warum das
Bild so viel schoener geworden ist, denn die Anzahl der Pixel auf
meinem Monitor hat sich ja nicht geaendert.

[Marcel Mueller]

In der tat. Das Ergebnis sollte eher schlechter sein ob der zusätzlichen
Umrechnung.

Aber wenn natürlich die Texturen so auf Kante genäht sind, dass maximale
Performance raus kommt, dann kann es schon passieren, dass man dadurch
indirekt höhere Detailstufen aktiviert. Schließlich wählt die GraKa die
Texturen ja auch abhängig von der Auflösung.



Marcel

[Heinz Chrudina]

Wenn du schon weißt, wie man downsampelt, hast du doch sicher auch eine
Anleitung dazu gelesen. Oder so etwas gefunden:

http://www.pcgameshardware.de/Grafikkarten-Grafikkarte-97980/Tests/Downsampling-Bessere-Grafik-in-jedem-Spiel-817462/

Heinz

--
Kindermund:
"Da läuft ein Erdöl-Terrier..."

[Horst Nietowski]

Am 21.01.2017 um 16:55 schrieb Heinz Chrudina:
> Am 21.Jan.2017 um 11:54 schrieb Horst Nietowski:
>> Dank meiner neuen Grafikkarte (rx 480) konnte ich jetzt mal ein
>> paar Spiele mit downsampling testen. GTA 5 und The Witcher 3 sehen
>> dabei wirklich klasse aus. Ausgabe auf full HD, gerechnet mit
>> 2556 x 1444. Ich verstehe allerdings nicht richtig, warum das
>> Bild so viel schoener geworden ist, denn die Anzahl der Pixel auf
>> meinem Monitor hat sich ja nicht geaendert.
>
> Wenn du schon weißt, wie man downsampelt, hast du doch sicher auch eine
> Anleitung dazu gelesen.

Ja, habe ich. Allerdings ist mir immer noch nicht klar, wo die
ueberschuessigen Pixel, die ja berechnet wurden, wieder abgezogen werden
und es trotzdem besser aussieht, als auf der nativen Auflösung des
Monitors. Zumal die Farben und die Details ja, zumindest in meinen
Augen, gleich bleiben. Es flimmert nur nicht mehr und es kommt mir alles
insgesamt schaerfer vor, was ja eigentlich nicht sein kann.

[Horst Nietowski]

Ja schon, aber dann muss ja trotzdem an anderer Stelle eingespart
werden, denke ich mal.

[Heinz Chrudina]

Im von mir verlinkten Artikel ist es doch erklärt, hast du das überhaupt
gelesen?

"Das nachfolgend beschriebene Downsampling erhielt seinen Namen durch
die Funktionsweise: Sie erstellen per Tool oder Grafiktreiber
Auflösungen jenseits der nativen Ihres Monitors und können Sie
anschließend nutzen - aber nicht in 1:1-Darstellung, der Grafikchip
rechnet die gesteigerte Pixelmenge vor der Ausgabe auf Ihre native
Auflösung herunter.

[...]

Mithilfe von Downsampling bekommen Sie in diesen und allen anderen
Spielen den Informationsgehalt eines deutlich höher aufgelösten Bildes
zu Gesicht: Die durch das Herunterrechnen entstehende Glättung erfasst
jedes Objekt, auch Texturen und Pixelshader - herkömmliches
Multisample-AA (MSAA) ist hier wirkungslos."

Heinz


--
Oft ist das Denken schwer, indes
das Schreiben geht auch ohne es. (W. Busch)

[Horst Nietowski]

Am 21.01.2017 um 18:30 schrieb Heinz Chrudina:
> Am 21.Jan.2017 um 17:46 schrieb Horst Nietowski:
>> Am 21.01.2017 um 16:55 schrieb Heinz Chrudina:
>
>>> Wenn du schon weißt, wie man downsampelt, hast du doch sicher auch eine
>>> Anleitung dazu gelesen.
>>
>> Ja, habe ich. Allerdings ist mir immer noch nicht klar, wo die
>> ueberschuessigen Pixel, die ja berechnet wurden, wieder abgezogen werden
>> und es trotzdem besser aussieht, als auf der nativen Auflösung des
>> Monitors. Zumal die Farben und die Details ja, zumindest in meinen
>> Augen, gleich bleiben. Es flimmert nur nicht mehr und es kommt mir alles
>> insgesamt schaerfer vor, was ja eigentlich nicht sein kann.
>
> Im von mir verlinkten Artikel ist es doch erklärt, hast du das überhaupt
> gelesen?

Natuerlich. Schon lange bevor du diesen verlinkt hast. Dort wird nichts
erklaert, dort steht nur was.

> Mithilfe von Downsampling bekommen Sie in diesen und allen anderen
> Spielen den Informationsgehalt eines deutlich höher aufgelösten Bildes
> zu Gesicht: Die durch das Herunterrechnen entstehende Glättung erfasst
> jedes Objekt, auch Texturen und Pixelshader - herkömmliches
> Multisample-AA (MSAA) ist hier wirkungslos."

Der Informationsgehalt meines Monitors betraegt genau 1980 x 1080 Pixel,
wobei
jedes Pixel eine fast beliebige Farbe darstellen kann. Da nun nicht mehr
Pixel
moeglich sind, kann das Downsampling nur etwas ueber die Farben
veranstalten, um
ein besseres Bild auf den Monitor zu bringen. Da kein Tool wissen kann,
was ich mir auf dem Monitor ansehe, kann es eigentlich nur eine vorher
definierte Loesung geben, die dann fuer alles zustaendig ist. Meiner
Meinung nach muesste man diese Bildveraenderungen sehen, und zwar nicht
in einem positiven Sinne. Es muesste eher vermatscht sein, so dass man
zum Beispiel schraege Linien eh nicht mehr richtig sehen kann. Dies ist
aber nicht der Fall. Irgendwie verstehe ich diese Bildverbesserung
nicht, da ja auch Pixel, die vorher berechnet wurden, wieder abgezogen
werden muessen.

[Arno Welzel]

Das Ausgangsbild ist aber besser und die Ausgabe damit exakter, auch
wenn sie auf weniger Ausgabepixel heruntergerechnet wird.



--
Arno Welzel
https://arnowelzel.de
https://de-rec-fahrrad.de
http://fahrradzukunft.de

[Arno Welzel]

Horst Nietowski wrote:

> Am 21.01.2017 um 16:55 schrieb Heinz Chrudina:
>> Am 21.Jan.2017 um 11:54 schrieb Horst Nietowski:
>>> Dank meiner neuen Grafikkarte (rx 480) konnte ich jetzt mal ein
>>> paar Spiele mit downsampling testen. GTA 5 und The Witcher 3 sehen
>>> dabei wirklich klasse aus. Ausgabe auf full HD, gerechnet mit
>>> 2556 x 1444. Ich verstehe allerdings nicht richtig, warum das
>>> Bild so viel schoener geworden ist, denn die Anzahl der Pixel auf
>>> meinem Monitor hat sich ja nicht geaendert.
>>
>> Wenn du schon weißt, wie man downsampelt, hast du doch sicher auch eine
>> Anleitung dazu gelesen.
>
> Ja, habe ich. Allerdings ist mir immer noch nicht klar, wo die
> ueberschuessigen Pixel, die ja berechnet wurden, wieder abgezogen werden
> und es trotzdem besser aussieht, als auf der nativen Auflösung des

[...]

Sie werden nicht abgezogen sondern aus dem Originalbild wird per
Interpolation die Ausgabe berechnet.

Vereinfacht:

Original: [A][B][C][D][E][F]
Ausgabe: [A+B] [C+D] [E+F]

Wobei "A+B" bedeutet, dass die Farbe von A und B genommen wird und
daraus eine Mischfarbe erzeugt wird.

> Monitors. Zumal die Farben und die Details ja, zumindest in meinen
> Augen, gleich bleiben. Es flimmert nur nicht mehr und es kommt mir alles
> insgesamt schaerfer vor, was ja eigentlich nicht sein kann.

Doch, durchaus. Das Prinzip ist ähnlich wie beim Subpixel-Rendering -
man erstellt intern eine hochaufgelöste Form, die nur durch Teile von
Pixeln dargestellt wird:

<https://arnowelzel.de/wp/subpixel-rendering>

[Arno Welzel]

Horst Nietowski wrote:

[...]

> aber nicht der Fall. Irgendwie verstehe ich diese Bildverbesserung
> nicht, da ja auch Pixel, die vorher berechnet wurden, wieder abgezogen
> werden muessen.

Nein, sie werden nicht "abgezogen" sondern kommen in das Ziel-Bild als
Durchnittswert hinein.

Wenn Du mit einer Digitalkamer ein Bild mit 20 MP machst und das dann
auf 5 MP herunterskalierst, sieht das auch besser aus, als wenn Du
direkt mit 5 MP aufnimmst, weil eben in den 20 MP mehr Details drin
sind, die auch bei niedrigerer Ausgabeauflösung noch das Bild beeinflussen.

Siehe dazu auch:

<https://www.sitepoint.com/two-teeny-tiny-fonts/>

Hier kann man gut sehen, wie auch mit sehr wenig Pixeln immer noch
Details sichtbar bleiben, die man nicht sehen würde, wenn das
Ausgangsmaterial - hier sehr kleine Schriften - nur in der
AUsgabeauflösung berechnet worden wäre.

Oder hier: auch hier wird intern mit höherer Auflösung gerechnet und
dann bei der Ausgabe um Faktor 10 kleiner ausgegeben - so kann die
Schrift um 1/10 Pixel horizontal verschoben werden:

<http://www.antigrain.com/research/font_rasterization/sample_arial_1tenth_shift.png>

[Horst Nietowski]

Am 21.01.2017 um 19:28 schrieb Arno Welzel:

>> Ja, habe ich. Allerdings ist mir immer noch nicht klar, wo die
>> ueberschuessigen Pixel, die ja berechnet wurden, wieder abgezogen werden
>> und es trotzdem besser aussieht, als auf der nativen Auflösung des
> [...]

> Sie werden nicht abgezogen sondern aus dem Originalbild wird per
> Interpolation die Ausgabe berechnet.

> Vereinfacht:

> Original: [A][B][C][D][E][F]
> Ausgabe: [A+B] [C+D] [E+F]

> Wobei "A+B" bedeutet, dass die Farbe von A und B genommen wird und
> daraus eine Mischfarbe erzeugt wird.

>> Monitors. Zumal die Farben und die Details ja, zumindest in meinen
>> Augen, gleich bleiben. Es flimmert nur nicht mehr und es kommt mir alles
>> insgesamt schaerfer vor, was ja eigentlich nicht sein kann.

> Doch, durchaus. Das Prinzip ist ähnlich wie beim Subpixel-Rendering -
> man erstellt intern eine hochaufgelöste Form, die nur durch Teile von
> Pixeln dargestellt wird:

> <https://arnowelzel.de/wp/subpixel-rendering>

Das mit den Subpixeln wusste ich so nicht, leuchtet aber ein. Eine
(vielleicht dumme) Frage noch: wenn man diese Subpixel einzeln ansteuern
kann, koennte man dann eine hoehere Aufloesung nutzen, als der Monitor
eigentlich darstellen kann?

[Horst Nietowski]

Am 21.01.2017 um 19:36 schrieb Arno Welzel:
> Horst Nietowski wrote:
>
> [...]
>> aber nicht der Fall. Irgendwie verstehe ich diese Bildverbesserung
>> nicht, da ja auch Pixel, die vorher berechnet wurden, wieder abgezogen
>> werden muessen.
>
> Nein, sie werden nicht "abgezogen" sondern kommen in das Ziel-Bild als
> Durchnittswert hinein.
>
> Wenn Du mit einer Digitalkamer ein Bild mit 20 MP machst und das dann
> auf 5 MP herunterskalierst, sieht das auch besser aus, als wenn Du
> direkt mit 5 MP aufnimmst, weil eben in den 20 MP mehr Details drin
> sind, die auch bei niedrigerer Ausgabeauflösung noch das Bild beeinflussen.
>
> Siehe dazu auch:
>
> <https://www.sitepoint.com/two-teeny-tiny-fonts/>

Ja, verstehe so langsam.

> Hier kann man gut sehen, wie auch mit sehr wenig Pixeln immer noch
> Details sichtbar bleiben, die man nicht sehen würde, wenn das
> Ausgangsmaterial - hier sehr kleine Schriften - nur in der
> AUsgabeauflösung berechnet worden wäre.
>
> Oder hier: auch hier wird intern mit höherer Auflösung gerechnet und
> dann bei der Ausgabe um Faktor 10 kleiner ausgegeben - so kann die
> Schrift um 1/10 Pixel horizontal verschoben werden:

> <http://www.antigrain.com/research/font_rasterization/sample_arial_1tenth_shift.png>

Danke dir.

[Arno Welzel]

Horst Nietowski wrote:

> Am 21.01.2017 um 19:28 schrieb Arno Welzel:

[...]

>> Doch, durchaus. Das Prinzip ist ähnlich wie beim Subpixel-Rendering -
>> man erstellt intern eine hochaufgelöste Form, die nur durch Teile von
>> Pixeln dargestellt wird:
>
>> <https://arnowelzel.de/wp/subpixel-rendering>
>
> Das mit den Subpixeln wusste ich so nicht, leuchtet aber ein. Eine
> (vielleicht dumme) Frage noch: wenn man diese Subpixel einzeln ansteuern
> kann, koennte man dann eine hoehere Aufloesung nutzen, als der Monitor
> eigentlich darstellen kann?

Mehr Pixel als physisch vorhanden sind, kann man logischerweise nicht
anzeigen. Aber intern mit höheren Auflösungen arbeiten - das machen die
meisten moderne GUIs schon so.

Windows hat mit .NET und WPF damit angefangen, das arbeitet intern mit
einer viel höheren Auflösung und Objekte werden dann nur für die Ausgabe
entsprechend gezeichnet. Bei Windows 10 ist diese Art der Ausgabe
faktisch der Standard für alle Windows-eigenen Anwendungen und Icons
sind dort Vektorgrafiken, die in beliebigen Auflösungen gezeichnet
werden können.

Android arbeitet mit "Density Independent Pixel" (DIP) als Einheit, bei
der man auch keine Pixel auf dem Display direkt anspricht. Ein DIP
entspricht etwa einem Pixel auf einem Display mit 160 DPI, kann aber
auch mehr oder weniger als ein Pixel sein.