Діти, які народяться сьогодні, не знатимуть, що таке піксель, і це вже здійсненна мрія

Піксель – це культурна ікона. Пройдіться будь-якою вулицею, і ви, швидше за все, побачите його не тільки на старих рідкокристалічних екранах, що прикрашають вітрини магазинів, але й у логотипах, рекламі та навіть у моді. “Піксельне мистецтво”, навмисне використання низькоякісної, піксельної графіки, є практично стандартом серед інді-ігор, і навіть власна сторінка 404 сайту Digital Trend містить 8-розрядні символи на піксельному небесному пейзажі.

Користувачі звикли до пікселя, і більшість з них забули, що це артефакт обмеженої графічної технології. Піксель ніколи не був бажаним; він існує лише через певні обмеження комп’ютерних дисплеїв та графічних рендерингів. За останні три десятиліття незліченна кількість умів намагалася приборкати непривабливу пікселізацію, також відому як аліасинг, численними способами.

Боротьба була довгою, але сили прогресу перемагають. Пікселі вмирають. Цілком можливо, що дитина, яка народиться сьогодні, ніколи їх не побачить, а дитина, яка народиться через десять років, ймовірно, ніколи не дізнається про їх існування, якщо не вирішить вивчати інформатику. Давайте на мить замислимось над пікселем, перш ніж його поховають на кладовищі застарілості.

• Блейзбол повертається в січні у вигляді спеціального мобільного додатку
• Valve тестує новий режим Big Picture Mode для Steam. Ось як його можна випробувати
• Оновлений мобільний додаток Steam дозволяє завантажувати ігри з телефону

Нерівний край

Пікселі існували з самого початку комп’ютерної графіки, і для багатьох перших комп’ютерних вчених вони представляли серйозну проблему. Хоча їх існування не обов’язково заважало дизайну інтерфейсу ранніх мейнфреймів і перших домашніх ПК, вони представляли серйозну проблему для тих, хто прагнув розширити межі реалістичної комп’ютерної графіки.

Компанія LucasFilm була раннім піонером у цій галузі. Її комп’ютерний підрозділ, який згодом був проданий Стіву Джобсу і перейменований в Pixar, відчайдушно шукав способи зробити графіку досить детальною, щоб її можна було використовувати поряд з мініатюрами в “Зоряних війнах”.

Те, що в одному пікселі може бути містом.

Роберт Кук, колишній віце-президент Pixar з розробки програмного забезпечення, був там з самого початку і добре пам’ятає цей виклик. “Основна проблема, – пояснив він, – полягає в тому, що ви намагаєтесь зробити зображення з великою кількістю деталей, а у вас є лише так багато пікселів”.

Це неминуче змушує комп’ютери приймати складне рішення. Кілька об’єктів можуть займати простір одного пікселя, але лише один з них може бути показаний – тож який з них має бути? “Те, що знаходиться в цьому одному пікселі, може бути містом, – сказав Кук, – але комп’ютер повинен вибрати один колір”. Ранні комп’ютери, з обмеженою кількістю пікселів і без можливості боротися з аліасингом, були змушені різко спрощувати зображення. Результатом була груба, нерівна графіка, яка не мала нічого спільного з реальністю.

Ці “нерівності” були особливо неприємні в об’єктах, орієнтованих по діагоналі до піксельної сітки, і вони унеможливлювали використання комп’ютерної графіки для більшості спецефектів до тих пір, поки проблема не була вирішена.

Це був довгий і складний шлях. Комп’ютерна графіка ніколи не робила значного внеску в оригінальну трилогію “Зоряних війн”, яка покладалася на складний танець мініатюр аж до епічної фінальної битви “Повернення джедая”. LucasFilm, переорієнтувавшись на свій основний розважальний бізнес і незадоволений результатами комп’ютерного підрозділу, продав його Стіву Джобсу в 1986 році, який перейменував компанію в Pixar на честь її зоряного продукту, ковадла обчислювальної потужності вартістю 135 000 доларів під назвою Pixar Image Computer.

Нова надія

Хоча комп’ютер Pixar Image Computer був технічно приголомшливим, він не мав комерційного успіху і не відображав пристрасті компанії. Багато її співробітників хотіли використовувати комп’ютерну графіку для створення розваг, навіть мистецтва. Серед них був і колишній аніматор Діснея Джон Лассетер, який був найнятий комп’ютерним відділом Lucasfilm, щоб оживити його технічно приголомшливу графіку.

Користувачі ПК очікують гострої якості зображення і зневажають м’якість, навіть якщо результатом є аліасинг.

Проте всі знали, що навіть аніматор майстерності Лассетера не зможе створити переконливу сцену з комп’ютерної графіки, якщо нерівності залишатимуться проблемою. Пікселі не виглядають природно, вони приховують деталі сцени, а в русі вони ідеально переходять від одного пікселя до іншого, усуваючи розмитість руху, яка робить фільм реалістичним.

Фахівці LucasFilm намагалися вирішити цю проблему різними способами. Врешті-решт, інженер компанії Родні Сток (Rodney Stock) запропонував ідею, яку Роб Кук (Rob Cook) допрацював у вигляді виправлення для аліасингу. Випадковість.

“Нерівності виникають через те, що зразки вишикувалися в сітку, – пояснив Кук, – якщо ви додасте трохи випадковості, ви розірвете шаблони”. Додавання випадковості до псевдографічних частин зображення вносить нерівномірний шум, який, на відміну від візерунків з ідеально розташованих пікселів, не здається незвичним для людського ока.

Випадковість не просто слугувала ефективним згладжуванням. Вона також допомагала поєднувати комп’ютерні ефекти з кінематографічними і створювала ефект розмиття при застосуванні до декількох кадрів руху, вирішуючи численні проблеми одним акуратним рішенням. Хоча існували альтернативні методи згладжування в 3D-фільмах, вони виявилися занадто трудомісткими і не давали чудових результатів, залишаючи випадкову вибірку панувати в якості короля.

Повертаємось додому

Вирішення проблеми пікселів на середньому домашньому комп’ютері – це не те ж саме, що вирішити її у фільмі. Очікується, що фільми, створені за допомогою комп’ютера, будуть відтворювати природу плівки, включаючи її недосконалості. Невеликий шум або розмитість не просто прийнятні, але й бажані.

Робочий стіл Windows і взагалі комп’ютерні інтерфейси – це зовсім інша справа. Користувачі очікують гострої якості зображення, зневажають м’якість і не сприймають шум. Ідеальний шрифт – бездоганний по пікселям, висококонтрастний, дрібний, але читабельний, який сміливо виділяється на фоні оточення. Навіть комп’ютерні геймери очікують дуже специфічних вражень і часто дивляться на розмиття в русі як на артефакт або відволікаюче візуальне доповнення, а не як на бажаний ефект. Ігри, які віддають данину поваги

Однак, маючи вибір, користувачі вважають за краще мати найкраще з обох слів: чітку якість зображення і згладжені краї. Для досягнення цього було розроблено низку методів, які працюють з перемінним успіхом. Windows використовує Clear Type, технологію субпіксельного аліасингу, розроблену спеціально для шрифтів. Apple використовує згладжування шрифтів разом з жорсткими рекомендаціями щодо стандартів художніх ресурсів, які використовуються розробниками, особливо для дисплеїв Retina. А в іграх використовуються численні тактики, від багатокадрового згладжування, яке згладжує лише краї полігонів, до тимчасового згладжування, яке згладжує всі аліасні краї під час малювання на основі даних з декількох кадрів.

Ці зусилля поступово розмивають помітність пікселя, роблячи непривабливі, нерівні краї менш поширеними, але вони не є повним рішенням. Згладжування є складною проблемою для вирішення, особливо коли обчислювальна потужність обмежена, як це часто буває з домашніми комп’ютерами. І завжди є компроміс між різкістю та згладжуванням. Згладжування тексту Apple в командному рядку може зробити аліасинг дуже складним для виявлення, але це також призводить до м’яких, нечітких шрифтів, які зовсім не схожі на чітко надрукований текст у книзі.

Візуальна межа

Згладжування було не єдиним рішенням проблеми нерівностей, яке розглядалося на початку розвитку комп’ютерної графіки. Дослідники також розглядали можливість рендерингу зображень з роздільною здатністю до 8000 пікселів на сторону, що робило окремі пікселі занадто малими для людського ока, щоб їх можна було розрізнити. Сама компанія Lucasfilm замовила кілька візуалізацій свого винищувача X-Wing з високою роздільною здатністю графічній групі компанії під назвою Information International, Inc. Один з цих вражаючих рендерингів потрапив на обкладинку журналу “Computer”.

Проте від цієї технології незабаром відмовилися з ряду причин. Вона була шалено трудомісткою, що означало, що один кадр фактично коштував тисячі доларів, а збільшення роздільної здатності нічого не давало для вирішення проблеми розмиття руху, яка переслідувала комп’ютерну графіку. Незважаючи на фактичну відсутність візуальних пікселів, рендеринг не виглядав реальним, а для Lucasfilm, яка займалася виробництвом “Зоряних воєн”, це був непростимий гріх.

Масштабування контенту з низькою роздільною здатністю – це проблема, яка зберігатиметься роками.

Провал перших рендерингів з високою роздільною здатністю затьмарив корисність високої кількості пікселів на десятиліття, але останні п’ять років повернули роздільну здатність в центр уваги. Перший iPhone від Apple з дисплеєм Retina започаткував цю тенденцію, і вона швидко поширилася на інші пристрої – і не дарма.

Том Петерсон, директор з технічного маркетингу в Nvidia, розповів нам, що упаковка додаткових пікселів дійсно робить їх невидимими. “Коли щільність пікселів стає дійсно високою, вона досягає порогу того, що може спостерігати людське око. Ми називаємо це візуальною межею. “Дисплей, який перевищує візуальну межу, менше схожий на дисплей, а більше на друковану сторінку, хоча й таку, що світиться.

Що таке візуальна межа? Найкраще це можна описати в термінах пікселів на градус зору – показник, який змінюється в залежності від розміру дисплея і відстані до спостерігача. Золотим числом є 50 PPD – цифра, яку багато сучасних смартфонів легко перевищують. Монітори з роздільною здатністю 4K не зовсім відповідають цій меті, але дисплеї з роздільною здатністю 5K, такі як iMac з Retina та Dell UP2715K, і 65-дюймовий телевізор з роздільною здатністю 4K також можуть досягти магічного числа, якщо дивитися на нього з відстані шести футів.

• 2. iMac з дисплеєм Retina

Це не означає, що досягнення візуальної межі негайно усуває аліасинг. Масштабування вмісту з низькою роздільною здатністю є проблемою, яка, ймовірно, зберігатиметься доти, доки дисплеї з високою щільністю пікселів не стануть нормою. В даний час Windows намагається вирішити цю проблему, оскільки вона повинна підтримувати сумісність з численними додатками, деяким з яких вже більше десяти років і які більше не підтримуються їх розробниками.

“Додаткам потрібно виконати певну роботу з використанням рендерингових шрифтів, – пояснив Том Петерсон, – тому що багато з них використовують растрові шрифти”. Вони погано масштабуються, оскільки є “піксельними текстовими зображеннями”. В ідеалі, шрифти повинні бути векторними, тобто представляти собою набір ліній і кутів, які легко сканують масштаб. Саме тому текст в інтерфейсі Windows 8.1 виглядає блискуче при будь-якій роздільній здатності, але текст в настільних додатках часто виглядає м’яким і розмитим.

Тим не менш, це вирішувана проблема, і розробники будуть змушені вирішувати її, оскільки щільність пікселів продовжує зростати. Користувачі, які витрачають чималі гроші на модернізований дисплей, захочуть побачити переваги, і напевно будуть уникати програмного забезпечення, яке відмовляється модернізуватися.

Ми сьогодні тут, щоб оплакати піксель

Багато нових пристроїв вже перевищили візуальну межу, і хоча комп’ютери відстали від мобільних пристроїв, вони починають наздоганяти їх. Будь-який 15-дюймовий ноутбук з 4K-дисплеєм легко перевищує обмеження людського ока, і будь-який 27-дюймовий комплект з роздільною здатністю 5K робить те ж саме. Ці панелі з часом будуть тільки знижуватися в ціні, так само як і 1080p; протягом декількох років вони будуть в повсякденних ноутбуках і моніторах, які кожен може собі дозволити.

Це буде останній цвях у труну пікселя. Оскільки телевізори вже рухаються до 4K (і далі), на полицях магазинів більше не залишиться жодного пристрою без щільності, необхідної для того, щоб зробити пікселі невидимими на звичайній відстані перегляду. Роздільна здатність сама по собі почне втрачати своє значення; користувачі будуть просто стурбовані тим, чи виглядає дисплей таким же чітким, як фотографія, чи ні. Пікселі зникнуть з повсякденного вжитку, а подальші удосконалення чіткості будуть існувати лише для маркетингу. Програмісти, художники та інші, хто має справу з цифровими зображеннями, продовжуватимуть визнавати пікселі, але більшість користувачів, навіть ентузіастів і відеофілів, не матимуть причин для занепокоєння.

Так само, як сьогоднішня молодь не може уявити світ без Інтернету, діти, які народяться через п’ять років, не будуть пам’ятати світ, в якому існує піксель. Для них дисплеї завжди будуть такими ж чіткими, як вікно, а піксельне мистецтво буде ностальгією за епохою, яку пам’ятають лише їхні батьки. Їхній світ не буде так сильно відрізнятися від нашого. Але виглядатиме до біса плавнішим.

Рекомендації від редакції

• Nvidia вбиває GameStream на Shield, вказуючи користувачам на Steam
• Вам потрібно почати використовувати ці 5 прихованих функцій Xbox Series X
• Додаток Netflix на вашому телефоні приховує десятки ігор, і вони чудові
• Це бездротове обхідне рішення дасть нове життя вашому контролеру Google Stadia
• Вересневе оновлення Xbox представляє оновлення ігрової бібліотеки та багато іншого

Source: digitaltrends.com