💻 computer science

Texel Splatting: Perspective-Stable 3D Pixel Art

Texel Splatting is een methode voor het renderen van perspectiefstabiele 3D-pixelart door geometrie te projecteren op een kubemap vanuit een vast punt, waarbij rotatie- en translatie-invariantie worden bereikt via kubemap-indexing en grid-snapping, ten koste van een afweging rondom disocclusie aan de grenzen van de kubemap.

Oorspronkelijke auteurs: Dylan Ebert

Gepubliceerd 2026-03-17

📖 4 min leestijd☕ Koffiepauze-leesvoer

CC BY 4.0

Oorspronkelijke auteurs: Dylan Ebert

Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer

Stel je voor dat je een oude, pixelated computerspelletje wilt maken, zoals Minecraft of Terraria, maar dan in de echte 3D-wereld. Het probleem is dat als je camera beweegt, die pixelrandjes vaak gaan 'trillen' of 'glijden'. Ze blijven niet netjes op hun plek, wat er rommelig uitziet. Dit heet "pixel creep" of "shimmer".

Deze paper, getiteld "Texel Splatting", lost dit probleem op met een slimme truc. Hier is hoe het werkt, vertaald in alledaags Nederlands:

1. Het Probleem: De "Glijdende Pixels"

Bij gewone 3D-graphics zie je de wereld door een lens (perspectief). Als je dichtbij een muur staat en je beweegt een beetje, lijkt de muur enorm te verschuiven. Als je ver weg staat, verschuift hij nauwelijks.
Oude methoden proberen de camera te "vastzetten" op een rooster (zoals een schaakbord) zodat de pixels niet glijden. Dat werkt perfect als je recht vooruit kijkt (zoals in een platte tekening), maar in 3D faalt het. Omdat diepe en ondiepe objecten anders bewegen, kun je ze niet allemaal tegelijk op hun plek houden met één simpele truc.

2. De Oplossing: De "Onbeweeglijke Camera in het Midden"

In plaats van de camera te laten bewegen door de wereld, doet Texel Splatting iets heel anders:

De Vaste Kijker: Stel je voor dat er in het midden van de wereld een onzichtbare, onbeweeglijke camera staat (de "probe"). Deze camera kijkt in alle zes richtingen (voor, achter, links, rechts, boven, onder) en maakt een foto van de hele wereld in één keer. Dit noemen ze een cubemap (een kubus-vormige foto).
De Pixels zijn Vast: Omdat deze camera niet beweegt, blijven de pixels op die foto altijd op precies dezelfde plek. Ze trillen niet, zelfs niet als jij als speler door de wereld rent.

3. De Magie: "Plakken" in plaats van "Trekken"

Normaal gesproken rekent de computer uit welke pixels je ziet op basis van je positie. Bij Texel Splatting doen ze het andersom:

Ze nemen elke pixel van die vaste kubus-foto.
Ze "plakken" (splatting) die pixel als een klein, vierkant plaatje (een quad) in de echte 3D-wereld, precies waar het hoort.
Als jij als speler beweegt, beweegt die camera niet. De camera kijkt gewoon naar die vaste, plakkerige pixels. Omdat de pixels vastzitten aan de wereld (en niet aan je scherm), blijven ze er perfect uitzien als pixelart, hoe je ook beweegt.

4. De Truc met het Rooster (Grid Snapping)

Er is één probleem: als je de camera een beetje verplaatst, verandert de hoek van de kubus-foto en komen er nieuwe pixels vrij.

De Oplossing: De computer "snapt" (zet vast) de positie van de camera op een groot, onzichtbaar rooster in de wereld. Zolang je binnen één vakje van dat rooster loopt, gebruikt de computer exact dezelfde kubus-foto.
Pas als je een nieuw vakje binnenstapt, wisselt de computer soepel naar de foto van dat nieuwe vakje. Hierdoor blijft de pixelstijl stabiel, net alsof je door een wereld van legoblokken loopt.

5. Het Nadeel: Wat je niet kunt zien

Er is een kleine beperking. Omdat de "vaste camera" op één plek staat, kan hij niet alles zien. Als je om een hoekje loopt, zie je dingen die de vaste camera nooit heeft gefotografeerd (dit heet disocclusion).

De Oplossing: Het systeem gebruikt een tweede, kleine "hulp-camera" die wél met jou meebeweegt om die hoekjes in te vullen. Omdat deze camera beweegt, kunnen die specifieke hoekjes wel trillen, maar dat is maar een klein stukje van het beeld. De rest van de wereld blijft perfect stabiel.

Samenvatting in één zin

Texel Splatting is als het maken van een 3D-wereld door eerst een perfecte, trillingsvrije foto van alles te maken vanuit een vast punt, en die foto vervolgens als een soort "sticker" op de wereld te plakken, zodat je er als speler doorheen kunt lopen zonder dat de pixels gaan dansen.

Het resultaat? Een prachtige, stabiele pixelart-wereld die eruitziet alsof hij uit een oude retro-game komt, maar die je kunt verkennen in volledig 3D.

1. Het Probleem: Instabiliteit bij Pixel Art in 3D

Het creëren van pixel art in een 3D-scene met perspectiefprojectie brengt een fundamenteel probleem met zich mee: stabiliteit van pixels tijdens camera-beweging.

Orthografische projectie: Hierbij verschuift elke pixel in het scherm evenveel bij een wereld-ruimte offset. Het is mogelijk om de camera op een rooster te "snappen" (grid-snapping), waardoor alle pixels uniform verschuiven en vast blijven zitten op het rooster.
Perspectiefprojectie: Hierbij hangt de scherm-ruimte verschuiving af van de diepte. Dichtbij gelegen objecten verschuiven sneller op het scherm dan verre objecten bij dezelfde camera-beweging.
Het gevolg: Er bestaat geen enkele "snap" die alle dieptes tegelijk corrigeert. Bestaande methoden leiden tot "pixel creep" of "shimmer" (flikkerende pixels), omdat pixels continu over de schermroosterlijnen glijden. Dit effect is volgens eerdere studies (zoals ProPixelizer) onoplosbaar voor perspectiefprojecties zonder screen-space correcties die de pixel-esthetiek verstoren.

2. Methodologie: Texel Splatting

De auteur introduceert Texel Splatting, een rendertechniek die de stabiliteit van pixels garandeert door de rendering te koppelen aan de wereldruimte in plaats van aan het scherm of de camera. Het proces verloopt in drie fasen per frame:

A. Cubemap Capture (Vastleggen)

In plaats van de scène direct naar het scherm te renderen, wordt de geometrie vanuit een vast punt in de wereld (de "probe origin") gerassteriseerd naar een cubemap.
De probe origin is niet de exacte camerapositie, maar de camerapositie die is gesnapt naar een wereldrooster (grid-snapping).
Dit zorgt voor translatie-invariantie: zolang de camera binnen één roostercel blijft, verandert de probe origin niet, waardoor de texel-toewijzingen stabiel blijven.
De cubemap wordt geïndexeerd op richting, wat rotatie-invariantie garandeert.

B. Shading (Berekenen)

Een compute-pass berekent de verlichting per texel in de cubemap-ruimte.
Camera-onafhankelijkheid: Omdat de verlichting in de cubemap-ruimte gebeurt en niet in scherm-ruimte, zijn de resultaten onafhankelijk van de camera.
Pixel Art Stijl: Er wordt gebruikgemaakt van OKLab-posterisatie om lichte waarden te kwantiseren in discrete banden, wat zorgt voor vlakke kleurovergangen.
Randen: Silhouetten en vouwen worden gedetecteerd op basis van discontinuïteiten in object-ID en normaalvectoren tussen aangrenzende texels, en toegepast als lichte verschuivingen.

C. Splatting (Weergeven)

Elke zichtbare texel in de cubemap wordt getransformeerd naar een wereld-ruimte quad en op het scherm "gesplatted".
Positieberekening: De wereldpositie $p$ van een quad wordt berekend op basis van de probe origin $o$ , de richting $r$ en de opgeslagen diepte $d$ (Chebyshev-afstand):
$p = o + \frac{d}{\|r\|_\infty} r$
Gap-vulling: Om gaten tussen aangrenzende texels te voorkomen, worden de quads iets uitgebreid. Om Z-fighting (flitsende overlapping) te voorkomen bij dieptes die dicht bij elkaar liggen, wordt de uitbreiding beperkt en geschaald op basis van de hoek tussen kijkrichting en het cubemap-gezicht.

D. Omgaan met Disocclusie (Verborgen Geometrie)

Een vast punt kan niet alles zien; als de camera beweegt, kunnen nieuwe objecten zichtbaar worden die de probe niet heeft vastgelegd.

Oplossing: Er worden drie probes bijgehouden:
1. Grid Probe: De stabiele, gesnaptte origine (voor de hoofdweergave).
2. Previous Probe: Houdt de vorige cel vast voor overgangen.
3. Eye Probe: Volgt de exacte camerapositie. Deze vult de gaten op die door de grid probe niet gezien worden (disocclusie).
Omdat de Eye probe beweegt met de camera, is deze instabiel (shimmer). De techniek gebruikt een Bayer-dithering patroon om naadloos te crossfaden tussen de stabiele grid probe en de instabiele eye probe. Het shimmering is hierdoor beperkt tot de gebieden die de grid probe niet kan zien.

3. Belangrijkste Bijdragen

Oplossing voor Perspective Pixel Art: Het is de eerste methode die "pixel creep" volledig elimineert in perspectiefprojecties zonder screen-space correcties, door de rendering te baseren op wereld-ruimte quads en een vast probe-origine.
Architectuur voor Stabiliteit: Combinatie van cubemap parameterisatie (voor rotatie-invariantie) en grid-snapped origins (voor translatie-invariantie).
Efficiënte Pipeline: De techniek maakt gebruik van een lage resolutie (nodig voor pixel art), wat de shading-kosten laag houdt en caching over frames mogelijk maakt.

4. Resultaten en Prestaties

Performance: De techniek presteert goed op zowel mobiele als desktop hardware.
- iPhone 15 (A16 GPU): Bereikt 40 fps.
- RTX 490: Rendert in minder dan 4 ms per frame.
Resolutie: Werkt met een resolutie van 3842 texels per gezicht van de cubemap, wat voldoende is voor de pixel-art esthetiek.
Kwaliteit: Produceert schone, stabiele pixel art zonder flikkering, zelfs bij complexe camera-bewegingen.

5. Betekenis en Toekomstperspectief

Texel Splatting opent de deur voor het gebruik van echte 3D-scènes in pixel-art games en visualisaties zonder de esthetische kwaliteit te verliezen door instabiliteit.

Beperkingen: De primaire beperking is disocclusie. Geometrie die volledig verborgen is voor de probe origin wordt nooit vastgelegd en moet door de instabiele "eye probe" worden opgevuld, wat lokaal shimmering veroorzaakt.
Toekomstig Werk: Onderzoek richt zich op het optimaliseren van de dichtheid van de probes (balans tussen stabiliteit en zichtbaarheid), adaptieve probe-plaatsing, ondersteuning voor speculaire materialen, geanimeerde geometrie en Level-of-Detail (LOD) systemen over verschillende probe-cellen.

Conclusie: Texel Splatting is een doorbraak die de fysieke beperkingen van perspectiefprojectie omzeilt door de rendering-pijplijn te verschuiven van scherm-ruimte naar een hybride wereld-ruimte/cubemap-ruimte, waardoor de droom van stabiele 3D pixel art realiteit wordt.