Porque motivo uma imagem supersampled tem melhor qualidade do que uma nativa?

Se o número de pixels no ecrã é o mesmo, porque motivo uma imagem supersampled é superior a uma nativa?

Uma imagem supersampled, ou mais especificamente, uma imagem calculada a uma resolução superior é superior a uma outra com a resolução nativa do ecrã em que é apresentada? E se sim porque?

A resposta correcta é: Depende… mas sim, pode ser. E quando é, o resultado é bastante superior!

Mas depende porque?

Vamos lá ver, começando por um caso algo diferente daquilo que certamente estão à espera, uma fotografia!



Como sabemos uma foto é uma representação do mundo real. E o mundo real é constituindo por algo que se tivéssemos de referir como uma resolução teria de ser considerada com uma resolução infinita, e que é depois, numa foto,  traduzido numa imagem constituída por um número finito de pontos.

Isso quer dizer que uma foto, por muito perfeita que seja, nunca pode ser comparada à realidade. Ela pode é, quando muito, ter uma resolução suficiente para que, à vista desarmada, a situação possa passar como perfeita. Mas na realidade… não o é! Nunca o será! E quanto maior for o tamanho da impressão que fizermos dessa foto, mais facilmente iremos perceber que a partir de determinada altura, o detalhe não está lá!

Atualmente os CCDs ou sensores ópticos das câmaras fotográficas são capazes de leituras de um número elevado de Megapixels. Mas já os ecrãs usam uma resolução de poucos Megapixels. Por exemplo, uma imagem 1080p com uma resolução de 1920×1080 é constituída por pouco mais de 2 Megapixels.

Mas as fotos que normalmente capturamos possuem mais do que 2 Megapixels. Aliás, poucas câmaras actualmente descem abaixo dos 5 ou 8 Mpixels, e os 12, ou mesmo mais Mpixels são algo comum.

O que é que isso quer dizer e que vantagens isto traz? A questão é que ao representarmos a imagem com apenas 2 Megapixels (uma TV 1080p), e sendo a informação da imagem muito superior a isso, a informação daquele pixel específico que o monitor está a solicitar não existe. O que existe é, para aquele espaço, informação de um maior número de pixels. E e isso quer dizer que o pixel que vai ser representado no ecrã, não possui a informação da sua cor na imagem, mas é um pixel calculado com base na informação dos pixels envolventes que ocupam o mesmo espaço e que não conseguem ser mostrados devido à menos resolução do ecrã. Daí  que quanto mais forem os Mpixels, mais informação há para aquele mesmo espaço, e mais perfeita será a cor média calculada e que tenta representar o todo que ali está que será aplicada naquele pixel que ocupa aquele espaço a 1080p

Isto quer dizer que a imagem apresentada é, basicamente o mais perfeita possível que podemos ter para aquela resolução, e desde que o ecrã não possua uma dimensão exagerada que nos permita perceber os pixels, o que temos é uma imagem representada com uma qualidade quase máxima.

Já se a foto tivesse sido tirada com uma resolução de 2 Megapixels ou algo semelhante ao que temos no ecrã, a qualidade da imagem, mostrada no mesmo monitor seria pior. Isso porque o computador iria representar directamente a cor do pixel que o CCD leu para o pixel da imagem que ocupará aquele espaço, e não calcular o mesmo baseado nos vários pontos de cor que ocupam o mesmo espaço físico, como no caso anterior.



Isto quer dizer que ficamos dependentes da qualidade da amostragem do espaço lido que o CCD conseguisse obter, e a qualidade da foto poderia cair, e bastante.

Mas aqui ressalve-se o poderia… pois na realidade o CCD pode ter a qualidade suficiente para que a amostragem seja perfeita. E nesse caso o resultado será o mesmo, ou até superior no caso de um excelente CCD ao que o computador obtém ao re-escalar uma imagem com vários Mpixels para os 2 Mpixels do seu ecrã. Mas caso não o seja, o que é normalmente o caso, a qualidade desta foto cai face a uma outra tirada com mais Mpixels.

Isto quer dizer que, no que toca a fotografias, e dado que o CCD lê a cor de um espaço, o downsampling não é forçosamente melhor que o nativo. Tudo depende da qualidade do CCD e da leitura que ele consegue obter do que é a cor resultante que melhor representa o global de cores lidas no espaço que ele está a representar.



Mas e numa imagem digital criada por um videojogo. A situação é a mesma?

Infelizmente não! Quando trabalhamos a 1080p o computador trabalha internamente a 1080p. Isso quer dizer que ele o universo não existe fora dos pixels que representam o universo, e assim sendo não há informação adicional onde ler a informação das cores circundantes que existiriam no espaço de um pixel. Ele calcula um pixel baseado naquilo que precisa de representar, que é o que há, e nesse aspecto falha redondamente a representar informação adicional que ali pudesse estar. Porque o computador não está a trabalhar com ela, e como tal, para ele, ela não existe!

Mas caso a resolução a que o jogo está a ser processada seja, por exemplo, 4K, e a representação seja feita a 1080p, a máquina tem informação adicional para cada pixel. No espaço de um pixel a 1080p, há agora a informação de quatro, e é possível calcular-se a cor intermédia resultante da leitura das cores existentes e que melhor vai representar aquele espaço na resolução inferior.

Nesse sentido, uma imagem downsampled pode apresentar melhorias significativas de imagem face a uma imagem nativa. Tão significativas que a diferença pode ser marcante!

Este principio do Downsample é o que acontece com a PS4 Pro, e de forma mais vincada, dadas as suas resoluções superiores, com a Xbox One X. Estas consolas ao renderem a 4K, ou pelo menos em resoluções acima de 1080p, mesmo representando a imagem nos mesmos 1080p que as consolas base, apresentam um resultado muito mais definido e perfeito, como podem ver nas fotos que se seguem.

Nota: Dada a elevada dimensão das imagens a 4K, as mesmas terão de ser descarregadas para poderem ser visualizadas:

Imagem 1

Assassins Creed Origins 1080p – Xbox One S – Descarga

Assassins Creed Origins 1080p – Xbox One X – Descarga

Imagem 2

Assassins Creed Origins 1080p – Xbox One S – Descarga

Assassins Creed Origins 1080p – Xbox One X – Descarga

 

 



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Readers Comments (5)

  1. Aqui não há milagres, se tens uma imagem nativa 4k e a vê em uma TV 1080p será o equivalente ao 4xMSAA, (se bem que no MSAA somente as bordas são renderizadas em uma resolução superior..), se bem que tudo remete muito a TV que está usando..

    Ex: Tenho uma velhinha TV Philips de 2015. Não é que futucando Internet afora achei uma atualização recente a esse ano, fevereiro de 2017. Baixei a att em um pen-drive e alguns minutinhos, pronto estava atualizada. E digo mais me surpreendeu e muito a qualidade da imagem melhorou uns 30% do que eu tinha disponível antes… Então podes ter a melhor fonte de imagem mas sem um cabo compatível e uma TV compatível não há milagres.

    • Ao teres informação sobre os pixels envolventes, a cor representada é mais perfeita… No caso de zonas Aliased, por exemplo um cabo pendurado, o cabo nem sempre fica centrado na zona do pixel. Mas se a resolução foi baixa, a cor desse pixel ou será a do cabo, ou a do ceu. Nunca é a dos dois! E o Aliasing aparece!
      Já se a resolução for superior, há a hipótese de teres pixels com a cor do cabo e outro com a cor do ceu, e ao representares isso num pixel único que represente esses todos, a cor será intermédia e adequada. É o equivalente a um AA aplicado à zona.

  2. Uma pergunta Mário…

    No caso de conteúdo nativo em 720p ou 1080p por exemplo…

    Algumas pessoas dizem que por melhor que seja o upscaling de uma TV 4K por exemplo ela jamais vai emular perfeitamente uma tela nativa em 720p ou 1080p isso é verdade?

    • É o que aqui se descreve. Quando tens a informação nativa tens a informação necessária. Se tiveres exacta dá exacto. Se tiveres a mais dá melhorado pois o pixel resultante é apresentado baseando-se na informação extra. Se tiveres a menos e fizeres interpolação vai sair o caso pior pois estás a inventar informação que não é a real.
      Basicamente a melhor imagem surge do downscale (supersampling), logo seguida da nativa, e depois o caso pior de todos é o re-escalamento ou upscale.
      O upgrade que mais compensa é a passagem para o nativo, seja ele 1080p ou 4K. O resto, o upscale ou re-escalamento para resoluções superiores é sempre fraco, e o supersampling ou downscale compensa, mas não ao mesmo nível.

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