[Перевод] Влияние ЭЛТ на пиксель‑арт

Многие говорят о том, что современный пиксель‑арт часто выглядит неправильно. Например, пользователь TikTok mylifeisanrpg записал популярное видео, в котором объясняет, что раньше пиксельные художники учитывали физические свойства электронно‑лучевых трубок (ЭЛТ). Размытость ЭЛТ сглаживала грубые края пикселей низкого разрешения, благодаря чему объекты казались гораздо менее квадратными, чем на современных плоских дисплеях.

Это правда. Я тоже соглашусь, что современный блочный пиксель‑арт часто становится неточной, анахронической ностальгией. Однако у пиксель‑арта и старого игрового оборудования есть гораздо больше аспектов, чем просто размытие ЭЛТ.

На этом скриншоте из видео mylifeisanrpg мы видим демонстрацию «сырых» визуальных данных спрайта Nintendo (слева) и отображения той же картинки на ЭЛТ‑экране. Не знаю, сделана ли ЭЛТ‑версия на настоящем ЭЛТ‑дисплее, но сомневаюсь: мне кажется, она выглядит слишком размытой. Но я могу и ошибаться, это может быть связано с увеличением масштаба фотографии; однако, скорее всего, это аппроксимация картинки ЭЛТ, сгенерированная программным фильтром на современной машине. Такие программные фильтры часто есть в современном ПО, эмулирующем старое оборудование. Хоть это и сделано с благими намерениями, я никогда не видел фильтров, правильно передающих особенности реальных ЭЛТ. Я регулярно пользуюсь старыми ЭЛТ‑экранами (как минимум раз в неделю), поэтому в эмуляторах на современных системах всегда отключаю ЭЛТ‑фильтры.

(Дополнение: мне сообщили что показанный выше кадр — это на самом деле фотография ЭЛТ. Признаю свою ошибку! Для справки: на менее расфокусированном снимке ЭЛТ лучше видно растровые строки, теневую маску и RGB‑ячейки).

Выше показанный ещё один пример, созданный пользователем Twitter KaelanRamos. Сложно воссоздать истинный эффект ЭЛТ на чём‑то другом: картинка справа слишком тёмная и размытая для того, чтобы передать точные ощущения от ЭЛТ.

Из этих примеров может показаться, что отдельные пиксели почти неразличимы на ЭЛТ‑экранах, что, как мы покажем ниже, далеко не так. Однако, даже при таком преувеличении они показывают, что определённый тип ЭЛТ существенно меняет ощущения от просмотра пиксель‑арта по сравнению с картинкой на современном плоском экране.

Техника

Как и любой художественный материал, ЭЛТ и старое оборудование имеют свои особенности, недостатки и преимущества. На первых 8-битных системах наподобие C64 и NES графические возможности обуславливались жёсткими аппаратными ограничениями. На скриншоте выше показана игра Maniac Mansion для Commodore 64, выпущенная в 1987 году. Разрешение оригинала составляло 160×200 пикселей. Для размытия такого уровня квадратности потребовался бы ужасно нечёткий ЭЛТ‑дисплей.

Выше показано фото C64, подключённого к одному из моих мониторов Commodore 1084S. Несмотря на плохое качество фотографии, чётко видны неровные края пикселей; это доказывает, что не все проблемы угловатой 8-битной графики можно решить при помощи ЭЛТ.

Со временем художники и программисты больше разбирались в этих 8-битных системах. Для повышения качества графики на том же оборудовании придумывали различные программные трюки и художественные техники. Ниже показан скриншот из игры Mayhem in Monsterland, тоже на C64, но её выпустили в 1993 году, шесть лет спустя Maniac Mansion.

Даже на плоском экране сразу видно, что графика намного опережает Maniac Mansion. Игре всё так же приходится использовать фиксированную 16-цветную палитру C64, но для имитации повышенного разрешения и глубины цвета она мастерски применяет сглаживание и дизеринг. (Также в некоторых местах применяются спрайтовые оверлеи, для реализации которых требуются достаточно изощрённые программные хаки.) Эти техники используют свойства ЭЛТ (небольшую размытость, растровые сроки, малозаметное просачивание цветов), борясь при этом с ограничениями машины (низким разрешением, ограниченным набором цветов и малым объёмом ОЗУ).

Дизеринг (dithering) — это использование произвольных паттернов пикселей (линий, точек или шума) для имитации новых значений цвета. Он похож на перекрёстную штриховку на рисунках тушью и старых гравюрах.

Сглаживание (anti‑aliasing, AA) — это концепция использования пикселей с промежуточными значениями цветов для сглаживания резкости краёв и симуляции большего разрешения.

Из‑за сильных аппаратных ограничений старых 8-битных систем, в игра на них очень редко можно встретить дизеринг и AA. Неподвижные изображения были менее ограниченными, чем графика геймплея, поэтому их часто делали более сложными. Ещё одним ограничивающим фактором был процесс разработки. Хотя для многих систем существовали решения для кросс‑платформенной разработки, они были дорогими, поэтому разработчики игр для домашних компьютеров зачастую работали на целевой машине. Графические программы для C64 страдали от тех же аппаратных ограничений, что и игры. Для C64 продавались мыши, но пользовались ими довольно редко. Многим художникам приходилось рисовать с клавиатуры или джойстика.

Изобилие цветов

Наверно, многие фанаты 8-битных систем с этим не согласятся, но я считаю, что истинным золотым веком пиксель‑арта была 16-битная эпоха: Amiga 500, SNES, Atari ST и SEGA Mega Drive. Возможности оборудования по‑прежнему были сильно ограниченными, но машины избавились от жёстких рамок 8-битной адресации памяти. Amiga могла отображать 32-цветный экран и без особых напрягов перемещать большие графические блоки. Впрочем, разрешения оставались низкими, в среднем 320×240 пикселей. 32 свободно выбираемых из 4096 цветов тоже были настоящим чудом по сравнению с фиксированными 16-цветными палитрами 8-битных машин, но всё равно оставались несравнимыми с 24-битным цветовым пространством, к которому мы привыкли сегодня.

Постепенное нарабатывание навыков и технических умений, свойственное 8-битным системам, происходило и в мире 16 бит. Как сказал кто‑то, «технология всегда доходит до пика своего развития непосредственно перед тем, как устареть». Графика игр для Amiga действительно постепенно улучшалась, но и изначально она находилась на более высоком уровне, чем на C64. Благодаря улучшению оборудования стало возможно и портирование игр с аркадных автоматов, всегда остававшихся передовыми в пиксель‑арте. Показанный выше скриншот Silkworm — это версия игры 1989 года для Amiga 500; возможно, она выглядит не так потрясающе, как на аркадном автомате 1988 года, но очень к этому близка. В графике геймплея применялись и сглаживание, и дизеринг.

Скриншот заставки Ruff'n'Tumble тоже сделан на Amiga 500. Эта игра, выпущенная в 1994 году, может служить хорошим примером прогресса пиксель‑арта. Палитра состоит из дополняющих цветов лишь с несколькими оттенками синего для выделения оттенков красного. Активно применяется дизеринг, хоть он и малозаметен, а сглаживание реализовано на таком уровне, что изображение выглядит плавным даже на современном плоском экране. Благодаря использованию больших белых пятен, например, в огне, в волосах и на лице мальчика ограниченное количество окружающих их оттенков создают иллюзию большего количества цветов. Кроме того, тени по большей части полностью чёрные, что создаёт контрастность и объём, а также позволяет снова использовать более тёмные оттенки на коже, волосах одежде, огне и тексте.

Сигналы и шум

Какую же роль играет ЭЛТ в пиксель‑арте? Это зависит от ситуации. У всех ЭЛТ‑дисплеев, и в особенности у старых и дешёвых, есть такие артефакты, как наглядно различимые растровые строки (тонкие чёрные линии между строками пикселей) и просачивание цвета (влияние RGB‑фосфора и теневой маски или её эквивалента). Это непосредственное проявление особенностей работы ЭЛТ; оба этих эффекта влияют на то, как генерируемое видеооборудованием изображение показывается на экране.

Ещё один аспект старых компьютерных дисплеев — это качество сигнала. Наилучшее качество на аналоговых дисплеях всегда достигается разделением сигналов каждого значения цвета. Обычно это называется RGB, по значению красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue) цветов, составляющих такой сигнал. Многие старые 8- и 16-битные машины подключались к дешёвым телевизорам через радиочастотный модулятор или через композитное видео. Радиочастотный модулятор генерирует сигнал, который можно использовать через антенный разъём телевизора. Результат оказывается насколько плохим, что может даже использоваться для размытия графики Maniac Mansion. Композитный же сигнал намного лучше. Следующая ступенька качества — это S‑Video, за которым идёт лучший способ подключения компьютера к телевизору — SCART с разделением RGB. SCART на хорошем телевизоре был почти таким же чётким, как на компьютерном RGB‑мониторе, но только почти.

Сглаживание и дизеринг сильно способствуют созданию более плавных переходов. Нагляднее оценить такие техники можно на ЭЛТ, особенно на тех, которые предназначены для видео стандарта PAL или NTSC. Выше показан Deluxe Paint IV на мониторе 1084S компьютера Amiga с нарисованным мной изображением. Справа на увеличении чётко видны AA и дизеринг. В обычном режиме слева естественное размытие ЭЛТ сглаживает и дизеринг, и AA.

На фото выше показано интро Riverside для Atari STe, разработанное Dead Hackers Society. На краях листьев нет сглаживания, поэтому даже несмотря на плохое качество снимка, на 14-дюймовом ЭЛТ‑телевизоре Philips, подключённом через RGB SCART, чётко видны пиксели. Разумеется, применять здесь сглаживание было бы непрактично: эффект вихрей воды на фоне постоянно меняет цвет, становясь то тёмным, то светлым.

ЭЛТ‑экран и в самом деле прощает намного большее, чем современный плоский экран, даже без сглаживания. Но во многих случаях дизеринг и AA были заметны конечному пользователю. Тем не менее, чаще всего использовать их стоило: человеческий мозг любит визуально обманываться и обладает потрясающей способностью восполнять отсутствующую информацию.

Дизеринг и сглаживание улучшают внешний вид пиксель‑арта вне зависимости от типа экрана. Они были придуманы для решения проблемы низкого разрешения старого оборудования и просто совпало так, что на ЭЛТ они выглядят ещё лучше. Пусть композитный сигнал и немного размывает картинку на телевизоре по сравнению, например, с S‑Video, при работе со старыми системами всегда предпочтительнее высокое качество сигнала. Если шума слишком много, детали будут потеряны, а цвета исказятся. По возможности всегда следует использовать RGB‑соединение.

Исключение из этого правила о качестве сигнала — это смешение цветов CGA на старых IBM PC. В нём используются артефакты композитного видеосигнала NTSC (а не экрана) для отображения большего количества цветов, чем обычно доступно через RGB‑сигнал на той же системе. Смешение цветов CGA гораздо подробнее описано в потрясающей статье, из которой я и украл иллюстрацию выше. Слева показано сочетание цветов и паттернов RGB, образующее цвета NTSC справа. Этого результата можно достичь только при помощи композитного видео и он никак не связан с самим ЭЛТ‑экраном. На ЭЛТ, способном отображать и композитный, и RGB‑сигнал, такой эффект будет проявляться только при выборе композитного ввода.

Стоит отметить, что этот трюк CGA не связан с дизерингом, пусть даже дизеринг при подборе нужного экрана и цветов может создавать иллюзию новых цветов. Возможно он не такой поразительный, как смешение цветов CGA и его можно обнаружить, прищурившись и внимательно изучив картинку.

Прогресс в технологиях

Пока мы говорили только дисплеях PAL и NTSC. Они были первыми экранами домашних компьютеров. Иногда это оказывались чёткие RGB‑мониторы, но чаще были старыми телевизорами. Все они обладали схожими характеристиками: относительно низкой частотой обновления (всего 50 Гц в системах PAL!) и большим размером точки. Когда речь идёт о экранах компьютеров, всегда нужно учитывать два разрешения: одно создаётся компьютером, например, 320×200, второе — это размер точки самого экрана. Он характеризует плотность RGB‑ячеек экрана, которая определяет, с какой точностью экран может воссоздавать компьютерное изображение.

Иными словами, при повышении качества компонентов и уменьшении размера точки экран повышает точность воссоздания компьютерного изображения, снижая степень артефактов ЭЛТ, связанных с трюками пиксель‑арта. У большинства старых телевизоров шаг точки довольно широкий. У RGB‑мониторов той же эпохи он плотнее, а VGA‑экраны, в свою очередь, превосходят и их.

Выше показан фрагмент кадра из игры Duke Nukem 3D (взятый из видео LGR). Он отображается на стандартном ЭЛТ‑экране VGA потребительского уровня 1995 года. Игра запущена в низком разрешении, скорее всего, 320×200. Это трёхмерный шутер от первого лица (FPS), но панель в нижней части экрана нарисована в традиционном пиксель‑арте. Несмотря на использование дизеринга и сглаживания, можно чётко разглядеть отдельные пиксели, пусть и очень низким контрастом. VGA‑мониторы всё ещё обладали характеристиками ЭЛТ своих предшественников, отличаясь только гораздо более высоким качеством и меньшей склонностью к артефактам. Но и на них техники пиксель‑арта были далеко не бессмысленными — прямо над панелью можно увидеть, насколько угловатой выглядит без сглаживания рука, заряжающая пистолет.

Вот ещё один кадр из того же видео LGR. На нём тот же монитор, но уже в разрешении 640×480. Можно чётко рассмотреть отдельные пиксели, пусть и в гораздо более высоком разрешении.

А вот часть монохромного NeXT MegaPixel Display, подключённого к NeXT Cube. Это высококачественный, «бумажно‑белый» 17-дюймовый экран профессионального уровня с разрешением 1120×832, выпущенный в 1990 году. Несмотря на высокое разрешение, всё равно можно разглядеть отдельные пиксели.

Если присмотреться, то отдельные пиксели можно увидеть и на современных плоских экранах, но мы просто о них не задумываемся. В первую очередь, это связано с их малым размером, но ещё и с тем, что материал изображений, которые мы обычно видим, имеет много общего со старыми трюками пиксель‑арта: если приблизить цифровое фото, то можно разглядеть на нём много сглаживания. Кроме того, современные компьютеры так быстры, что способны применять техники пиксель‑арта на лету: сглаживание шрифтов — это AA текста в реальном времени.

На самом деле, из‑за превосходного качества картинки ЭЛТ‑дисплеев, которые изготавливались в конце 1990-х и начале 2000-х, любая игра с пиксель‑артом в разрешении 320×200, по сути, будет такой же чёткой и угловатой, как и на современном плоском экране. Улучшала качество пиксель‑арта не сама технология ЭЛТ, а сильные артефакты дешёвой потребительской электроники PAL и NTSC с большим размером точки, создававшие идеально подходящую степень размытости. Учитывая это, у разных ретро‑геймеров могут быть разные воспоминания о том, как «должен» выглядеть пиксель‑арт, в зависимости от той системы, которую они любят больше всего: DOS (VGA), Amiga (RGB) или 8-битная консоль (композитный сигнал).

Соотношение сторон

При изучении старого аутентичного пиксель‑арта на современном экране вы рано или поздно увидите нечто подобное:

Губернатор Элейн Марли (из легендарной адвенчуры Monkey Island компании LucasArts), несмотря на 256-цветное великолепие VGA, выглядит сжатой по вертикали!

Это артефакт преобразования старого пиксель‑арта с соотношением 1:1. У современных плоских экранов есть только фиксированные разрешения и исключительно цифровые интерфейсы, обеспечивающие фиксированное соотношение сторон и полностью квадратные пиксели.

ЭЛТ же может отображать множество разных разрешений. Например, VGA, есть игровой стандарт 320×200 пикселей в 256 цветах и ориентированный на работу 640×480 в 16 цветах. Соотношения сторон этих двух разрешений сильно различаются. VGA‑монитор должен был уметь отображать оба разрешения, поэтому аппроксимировал соотношение сторон 640×480, а не 320×200. Если нужно было, чтобы все игры в разрешении 320×200 занимали всю высоту экрана, необходимо настроить его так, чтобы пиксели не были квадратными.

Если немного увеличить высоту показанного выше изображения, чтобы она лучше соответствовала соотношению сторон 640×480, то мы получим следующее:

Вот, намного лучше. Переменные соотношения сторон и разрешения с неквадратными пикселями — это особенность ЭЛТ‑экранов, о которой часто забывают. Кроме того, её никогда не учитывали при портировании игр для PC на Amiga с PAL, имеющие разрешение 320×256. Из‑за этого в детстве я смотрел на сжатую версию лица губернатора Марли, что навсегда повлияло на мой вкус в женщинах.

Современный арт

Я достаточно требователен к пиксель‑арту: моё детство и юность прошло в окружении 16-битных систем, и я по‑прежнему активно работаю с ними в контексте демосцены, даже сам пробую создавать пиксель‑арт. Большая доля пиксель‑арта всё ещё создаётся на старых платформах и для них, и по большей мере результаты оказываются гораздо лучше моих. Все эти работы соблюдают основные правила того, что я считаю пиксель‑артом:

• Ограниченное и относительно низкое разрешение.

• Ограниченная и/или фиксированная цветовая палитра с не более чем 256 экранными цветами, а лучше меньше.

• Применение техник пиксель‑арта, в частности сглаживания и дизеринга, попиксельная точность в процессе работы.

Я вполне готов мириться с определёнными художественными вольностями в разрешении и цветовых палитрах современных «пиксель‑артных» игр. Больше всего мне не нравится неряшливость. Часто современный пиксель‑арт намеренно делается чрезмерно угловатым. Дизеринг и сглаживание не применяются, из‑за чего графика становится ещё более квадратной, чем у старых игр на современном экране. Кажется, художники как будто беспокоились, что из‑за классических техник пиксель‑арта изображения окажутся слишком хорошими.

Заключение

ЭЛТ, и в особенности дешёвые телевизоры и RGB‑мониторы, предназначенные для сигналов PAL и NTSC, сыграли важную роль в формировании пиксель‑арта прошлого. Однако столь же важными были продуманный выбор палитр, дизеринг, сглаживание и смешение цветов. Трюки программистов тоже помогали повышать качество пиксель‑арта, особенно на 8-битных системах.

Современный пиксель‑арт страдает от двух проблем: художники боятся использовать традиционные техники, потому что изображения могут перестать бы угловатыми, и ностальгии, представляющей ЭЛТ‑экраны гораздо более снисходительным носителем, чем это было на самом деле.

Как говорится, c'est la vie.

Дополнение: я написал более подробный текст о меме с принцессой Пич и качестве сигнала.

Если эта публикация вас вдохновила и вы хотите поддержать автора — не стесняйтесь нажать на кнопку