В основном используется пиксельная графика, так как это единственный способ сделать чётким небольшое изображение при малом разрешении экранов, характерном для этих устройств.
Отличительные черты пиксельной графики
Распространено заблуждение, что любой рисунок или эскиз, сделанные с использованием растровых редакторов - пиксельная графика. Это неверно, «пиксельное» изображение отличается от «не пиксельного» технологией - ручным редактированием рисунка пиксель за пикселем. Поэтому пиксельный рисунок отличается от других видов компьютерного искусства небольшими размерами, ограниченной цветовой палитрой и (как правило) отсутствием сглаживания .
Пиксельная графика использует лишь простейшие инструменты растровых графических редакторов , такие как «карандаш», «прямая» или «заливка». Поэтому встречаются шедевры пиксельной графики, сделанные в Microsoft Paint и других неполнофункциональных редакторах.
В любом случае, использование инструментов, не работающих с отдельными пикселями (например, «Кисть») и автоматических фильтров (таких, как сглаживание) считается неприемлемым в «настоящем» искусстве пиксельной графики - такие инструменты добавляют новые пиксели автоматически, нарушая аккуратное ручное размещение. «Правилом хорошего тона» считается использовать минимальное число цветов; в идеале - стандартные 16 цветов, доступные на подавляющем большинстве видеоподсистем, даже самых ранних: в них три бита кодируют сигналы R,G,B и четвёртый бит кодирует яркость.
Пиксельная графика напоминает некоторые классические виды изобразительных искусств, такие как вышивка крестиком , мозаика и вышивка бисером - так как рисунок складывается из небольших цветных элементов, аналогичных пикселям современных мониторов.
Достоинства
- Один из самых простых в изучении стилей компьютерного искусства (простую пиксельную картинку можно нарисовать, даже не имея особых художественных способностей).
- Естественный выбор на ограниченных палитрах и сверхнизких разрешениях, где важен каждый пиксель.
- Требует мало памяти за счёт применения палитровых форматов с небольшим количеством цветов.
- Даже при очень плохой цветопередаче пиксельный рисунок не теряет выразительности.
- Хорошо выглядит на экранах с чёткими границами пикселей (наподобие ЖК).
Недостатки
- В эпоху hicolor-мониторов и видеосопроцессоров с аппаратным альфа-смешиванием выразительнее смотрятся другие стили (хоть на низких разрешениях всё равно приходится выравнивать линии по пикселям).
- Плохо переносит автоматическое масштабирование (при изменении разрешения картинку требуется перерисовывать). На современных (2016) ПК разрешение мониторов достаточно высокое, чтобы пиксельную игру можно было запустить во весь экран в масштабе 2:1 и более (см. ниже); если это невозможно - остаётся только запускать игру в окне.
- На некачественных мониторах (чересстрочные ЭЛТ, некоторые ЖК с аналоговым входом) «сетчатое тонирование» (см. ниже) может мерцать.
Методы рисования
Рисование обычно начинают с эскиза, который состоит из основных линий и определяет характер того, что художник намеревается изобразить. Его можно получить путём обводки отсканированного рисунка, и довольно часто ими делятся другие художники. Существуют и другие методы, некоторые из которых напоминают обычное рисование.
Ограниченная палитра требует использования размытия для получения различных цветов и оттенков, но из-за особенностей пиксельной графики делается это только вручную. Иногда можно встретить даже сглаживание «ручной работы» - в том числе с альфа-каналом формата PNG , что позволяет наложить изображение на любой фон.
Вот несколько примеров использования вышеупомянутых техник:
1. Основная форма размытия - «сетчатое тонирование» или дизеринг - два цвета в виде «шахматки» из пикселей 2×2. Изменение плотности каждого цвета позволяет получать полутона. Также «шахматки» из пикселей 2×2 позволяют создавать иллюзию большого количества оттенков. 2. Стилизованное размытие с беспорядочно рассеянными квадратами из пикселей 2×2 позволяет добиться необычных эффектов. Ещё могут использоваться небольшие круги. 3. Сглаживание (англ. Anti-aliasing ) - нарисованное вручную с использованием эффекта сглаживания.Хранение
Пиксельную графику обычно сохраняют в форматах «без потерь», то есть в тех, которые могут сохранить каждый пиксель изображения без потери точности. Поскольку отдельных цветов в пиксельном рисунке мало, часто используют палитровые форматы. PNG и GIF - примеры форматов, которые отвечают этим требованиям и при этом экономят дисковое пространство.
Пиксельную графику стараются не сохранять в формате JPEG , так как сжатие «с потерями» не подходит для элементов пиксельного рисунка, даже если сжатие минимально. Алгоритм сжатия JPEG может вызвать серьёзное искажение первоначального вида пиксельного рисунка из-за того, что может менять цвета отдельных пикселей. По размеру же JPEG-файлы с такими рисунками получаются даже больше, чем сохранённые в GIF или PNG. BMP и другие форматы без сжатия используются довольно редко: палитровые форматы со сжатием без потерь (GIF, PNG-8) дают меньший размер файла, не приводя к потерям качества.
Классификация
Плоская пиксельная графика подразумевает вид спереди, сверху или сбоку.
Изометрическая пиксельная графика рисуется в проекции, близкой к изометрической . Примеры можно увидеть в играх, которые отображают трёхмерное пространство, не используя при этом трёхмерной обработки. Технически в изометрии углы должны быть 30° от горизонтали, но при этом линии в пиксельной графике выглядят неровными. Чтобы устранить этот эффект, выбираются линии с отношением пикселей 1:2, а угол при этом составляет 26,565° (арктангенс от 0,5).
Реже встречаются другие проекции - диметрическая или перспективная .
История
Сообщества
В интернете существует много сообществ, посвящённых пиксельной графике. Художники публикуют свои творения, надеясь получить конструктивную критику и отзывы, чтобы улучшить свои навыки. Проводятся пиксельные состязания, в которых игроки должны создать один из квадратных или шестиугольных элементов большой картинки, при этом максимально усложнив жизнь тем, кто будет рисовать соседние элементы.
Иногда ставятся задачи рисования «на тему», в которых художники создают свои работы по заданному шаблону или по определённой тематике. Некоторые такие работы могут затем объединяться в одну большую картину.
Чрезвычайно популярны пиксельные куклы: один художник рисует шаблон куклы (как правило, с деформированными пропорциями), другие наводят кукле черты лица, причёску, наряд. Дурным тоном считается одевать куклу в чужие аксессуары («франкендоллинг »).
Алгоритмы автоматического масштабирования
Пиксельная графика плохо переносит изменение размера; при переходе на другое разрешение её приходится перерисовывать. Обычные алгоритмы масштабирования наподобие билинейной и бикубической интерполяции предназначены для фотографий и совершенно непригодны для пиксельного рисунка - картинка становится размытой. Впрочем, существуют алгоритмы, повышающие чёткость графики на высоких разрешениях. Современные компьютеры могут исполнять эти алгоритмы даже в реальном времени.
Увеличение в целое число раз
Простейший алгоритм, пригодный для увеличения в 2, 3 и т. д. раз - «ближайший сосед». Некоторые из алгоритмов, которые автоматически добавляют картинке деталей:
- EPx (Scale2x) - Eric’s Pixel Expansion
- SaI - Scaling and Interpolation
- Eagle ; SuperEagle
С нецелыми коэффициентами
Алгоритмов с нецелыми коэффициентами, автоматически «додумывающих детали», на начало 2016 года не известно. Однако существует несколько методик для масштабирования игры с нецелым коэффициентом.
Пиксельная графика на движке wikimedia
Цвета пикселов с ненулевыми значениями можно выбрать из трех аппаратных палитр, определения которых приведены в табл. 3.2. Эти палитры называются аппаратными потому, что программно изменить состав входящих в них цветов нельзя.
Управление цветами пикселов в двухцветных режимах 640x200 и 640x480 осуществляется с помощью регистров цвета ЦАП. Пикселы, значения которых равны 0, всегда отображаются через регистр цвета О ЦАП.
С помощью оператора GET информация о цвете пикселов, находящихся в прямоугольной области экрана с координатами левого верхнего угла (xl, yl) и правого нижнего угла (х2, у2), запоминается в числовом массиве с указанным именем.
В 4-цветном режиме 320x200 биты 3 - 0 определяют цвет фона (т.е. цвет пикселов со значением 0), а также цвет окаймления. В адаптере CGA эти же биты 3 - 0 определяют цвет окаймления в текстовых режимах.
Теперь осталось закодировать числами цвета каждого пиксела - и задача кодирования изображения будет решена: закодированные цвета пикселов, перечисленные по порядку (например, слева направо и сверху вниз), и будут кодировать картинку.
В графических режимах каждый символ записывается в прямоугольную область видеобуфера по размеру символьной матрицы. Значение в регистре BL определяет цвет пикселов переднего плана. В 256-цветном режиме 320x200 содержимое регистра ВН задает значение фона, а во всех остальных режимах регистр ВН указывает страницу видеобуфера, поэтому здесь принимается нулевое значение фона.
Пикселы со значением 00Ь всегда индицируются с цветом, который определяется регистром выбора цвета (порт 3D9h), и обычно называются фоновыми. Таким образом, здесь невозможно независимо задать цвет окаймления и цвет фоновых пикселов.
По-прежнему бит 7 атрибутного байта может управлять мерцанием символов или интенсивностью пикселов фона. Однако в адаптере EGA битом разрешения мерцания служит бит 3 регистра управления режимом атрибутного контроллера (регистр 10h порта ЗСОЮ. Когда бит разрешения мерцания находится в состоянии 0, т.е. мер - - цание запрещено, для цветов пикселов фона доступны все 16 регистров палитры.
По умолчанию принимается белый цвет пиксела. Напомним, что этот же регистр в текстовых режимах задает цвет окаймления (см. разд. Поэтому при задании режима прямым программированием регистров контроллера CRTC и регистра управления режимом необходимо избегать хаотичного изменения цвета окаймления или цветов пикселов путем соответствующего программирования регистра выбора цвета.
Аргумент Mode может принимать одно из двух значений. Если Mode0, то пикселы, лежащие на отрезке прямой линии, переопределяют пикселы на экране и линия на экране имеет текущий цвет. Если Mode1, то пикселы, образующие линию, имеют код цвета, равный результату операции исключающее ИЛИ над кодами текущего цвета и цвета пикселов на экране, через которые эта линия проходит.
Одновременно схемы дешифратора атрибутов формируют необходимые атрибуты символа - цвет, яркость, мерцание. Благодаря принятому способу представления текстовых данных обеспечивается независимое управление атрибутами каждого символа на экране. Цвета пикселов переднего плана и фона определяются младшей и старшей тетрадами атрибутного байта.
Если захотите обменять уже купленный монитор с мертвыми пикселями, то имейте в виду, что существует международный стандарт ISO 13406-2 регламентирующий допустимое количество дефектных пикселей на ЖК-мониторе. Таким образом, продавец может отказать вам в обмене монитора или возврате денег, если число дефектных пикселей в .
1Допустимое количество дефектных пикселей на мониторе
Допустимое количество дефектных пикселей зависит от класса дисплея (pixel fault class). Стандарт ISO 13406-2 выделяет четыре класса: первый не допускает наличия дефектных пикселей. Как правило, все современные ЖК-мониторы относятся ко второму классу . Ниже можно рассчитать допустимое число дефектных пикселей в соответствии со стандартом ISO 13406-2 для мониторов второго класса :
|
Примечание . В расчете дробное количество дефектных пикселей округляется до целого путем отбрасывания дробной части.
Стандарт ISO 13406-2 выделяет следующие дефекты: постоянно горящие белые пиксели (тип I), постоянно негорящие черные пиксели (тип II), дефекты субпикселей (тип III), которые проявляются в виде цветных постоянно горящих/негорящих пикселей основных цветов (красный, зеленый, синий, голубой, пурпурный, желтый).
Кроме того, для разрешения от 1 млн. и выше допускается скопление цветных дефектных пикселей (типа III) рядом в квадрате 5 x 5 пикселей. Такой дефект носит название кластера. Второй класс мониторов не допускает наличия кластеров 5 x 5 с дефектными пикселями типа I или II. Более подробно см. .
На практике такое большое количество дефектных пикселей как указано в ISO 13406-2 встречается крайне редко. Широкий допуск можно объяснить тем, что стандарт был разработан в 2000-м году. С тех пор технологии производства жидкокристаллических панелей претерпели улучшения.
2Как проверить монитор на битые пиксели
Проверка ЖК-монитора на наличие дефектных пикселей заключается во внимательном осмотре экрана на предмет выявления аномальных пикселей. Осмотр ведется последовательно для основных цветов: черный, белый, красный, зеленый, синий, голубой, пурпурный и желтый.
Пиксел
(от англ. picture element) - минимальный элемент изображения, которое представляет собой световое пятно на экране дисплея и принимающее различные оттенки. Основной "кирпичик", из которых строятся все компьютерные изображения вне зависимости от его сложности. Изображение на экране монитора является совокупностью пикселов.
Пикселы располагаются на экране в виде строк и столбцов. Разрешение экрана определяется количеством пикселов в каждой строке и в каждом столбце. Экран 640 на 480 (стандаpтное pазpешение для IBM PC и других совместимых ПК, оснащенных видео-адаптеpами VGA) позволяет изобpазить 640 пикселов по гоpизонтали и 480 пикселов по веpтикали. По современным понятиям, разрешение 640х480 считается низким. Большинство новых ПК обеспечивают pазpешение 1024 на 768 или выше.
Изменять цвет каждого пиксела можно независимо, но количество оттенков, которые одновременно могут присутствовать на экране, ограничено и зависит от используемого графического оборудования. Максимальное количество цветов, одновременно отображаемых на экране, определяется количеством битов, выделенных для каждого пиксела в видеобуфере. В полноцветных системах каждому пикселу отводится 24 бита цветовой информации: восемь - для красной компоненты цвета, восемь - для зеленой и восемь - для синей.
Каждое восьмибитное значение лежит в пределах от 0 до 255, и большим числам соответствуют более яркие цвета. 24-битное число может быть в пределах от 0 до 16 777 215. Смешивая красный, зелёный и синий цвета разной интенсивности, можно получить практически любой цвет. В системах с 256-ью цветами (только 8 бит на пиксел) значение из видеобуфера указывает на одну из 256 строк в таблице, называемой цветовой палитрой. Число, находящееся в этой строке палитры, определяет цвет пиксела. Если палитра состоит из 24-битных значений, то видеоплата, в принципе, может изобpазить любой из 16,7 млн. цветов.
Этапы преобразования информации:
■
Исходным пунктом изображения, при его выводе на экран компьютера, является видеобуфер.
■
Цвет пиксела определяется битами в видеобуфере. Изменяя единицы и нули, которыми пиксел представлен в видеобуфере, программа, выполняющаяся на компьютере (такая, как текстовый процессор или процессор электронных таблиц), изменяет цвет пиксела.
■
Внутренняя поверхность экрана покрыта пятнышками из люминесцирующего материала, называемого люминофором. Каждый пиксел состоит из трех люминофоров: красного, зеленого и синего. Люминофор начинает светиться, когда в него попадает электронный луч и продолжает светиться еще некоторое время (обычно несколько тысячных долей секунды) после того, как воздействие электронного пучка прекратилось. Комбинации различных интенсивностей красного, зеленого и синего люминофоров дают множество оттенков и интенсивностей цветов.
■
Специальное устройство, называемое цифроаналоговым преобразователем (ЦАП), в видеоадаптере пpевpащает биты видео-буфеpа в уровни напряжения для трех электронных пушек монитора.
■
Для подсветки пиксела видеоадаптер использует уровни напряжения, вычисленные в ЦАП, для управления лучами, испускаемыми из всех трех пушек. Каждая пушка выбрасывает электронный пучок в экран.
■
Чтобы нацелить пушки на соответствующие им пятна люминофора, электронные пучки на пути к экрану проходят через отверстия теневой маски. Расстояние между этими отверстиями определяет интервал между пикселями на экране, который называется шагом монитора.
Маски применяются двух типов: теневые и щелевые, причем более распространены первые. Теневая маска (shadow mask) используется в большинстве мониторов. Как правило, чем больше пикселов на экране, тем выше качество изображения.
На рисунках показано, как изображения выводятся на экран компьютера, как pазpешение и количество цветов влияют на качество изображения. Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета называется шагом точки (dot pitch) и является оценочным индексом качества изображения. Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение шага точки, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения. Лучшие теневые маски изготавливают из инвара, который, нагреваясь под ударами электронов, не деформируется.
В теневой маске люминофорные элементы расположены в вертикальных ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы разделены на ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Минимальное расстояние между двумя ячейками называется щелевой шаг (slot pitch). Соответственно, чем меньше значение шага щели, тем выше качество изображения на мониторе.
Результатом всего этого становится изображение на экране компьютера. Главная цель графической пpогpаммы, которая выполняется на компьютере, состоит в том, чтобы поместить правильные значения в видеобуфеp.
Литература
1. Джеф Проузис "Обработка изображений".
2. М.Н. Петров, В.П. Молочов "Компьютерная графика".