Что такое пиксели и как из них получаются изображения

Что такое пиксель

Pixel (пиксель) — сокращение от термина picture element (элемент изображения), придуманного учеными-компьютерщиками в 1960-х годах.

Пиксель представляет собой наименьший компонент электронного или цифрового изображения в любом разрешении. В современных компьютерах он квадратный, но не всегда — это зависит от соотношения сторон дисплея.

Создание пикселя приписывают Расселу Киршу, который в 1957 году изобрел методы цифрового сканирования. В ходе разработки он решил преобразовать светлые и темные области фотографии в сетку из черных и белых квадратов.

.

В 1957 году Рассел Кирш изобрел пиксели, когда сканировал фотографию своего сына. Фото в тексте: Рассел Кирш, Национальный институт стандартов и технологий США

Технически пиксели могли быть любой формы, но самое дешевое и простое решение на тот момент — квадратные точки в двумерной сетке. Последующие пионеры компьютерной графики опирались на работы Кирша, и концепция прижилась.

В дальнейшем некоторые из них, например Элви Рэй Смит, говорили, что пиксель на самом деле не квадратный — в концептуальном и математическом плане его форма более абстрактна и изменчива. И это так. Однако в большинстве современных приложений это цветной квадрат, формирующий большее изображение, подобно плитке в мозаике и стежку в вышивке.

С тех пор пиксели стали опорой цифрового мира. Они отображают визуальные элементы текстовых редакторов, сайтов, видеоигр, телевидения, соцсетей и VR. Сейчас трудно представить жизнь без них.

Растровая и векторная графики

Пиксели — не единственный способ создавать цифровое искусство.

Некоторые пионеры компьютерной графики 1960-х годов, такие как Айвен Сазерленд, один из изобретателей цифрового искусства и VR, в основном работали с каллиграфическими дисплеями, которые сейчас обычно называют векторными. Такие дисплеи представляли компьютерную графику в виде математических линий на аналоговом экране, а не дискретных точек в сетке, как в растровом изображении.

Сегодня наиболее распространена растровая графика, но векторная, подобная той, что создал Сазерленд, используется в таких форматах файлов, как SVG. В них иллюстрации хранятся в виде математических линий и кривых и могут масштабироваться до любого размера.

Чтобы отображать векторную графику на растровом экране, математические формулы преобразуются в дискретные пиксели. Чем выше плотность пикселей и больше дисплей, тем более плавными выглядят линии.

Как измерить пиксели

Пиксели могут быть любого размера, но по отдельности они бесполезны — с помощью одного много изображений не нарисовать. Их возможности кроются в количестве.

Таким образом, один из самых важных показателей — это количество пикселей в изображении, что называется «разрешением». Чем выше разрешение сетки пикселей, тем больше деталей можно показать.

Если разрешение недостаточно высокое, изображение может выглядеть «пиксельным». Это называют алиасингом (от англ. aliasing) — термином из теории информации, который означает потерю информации из-за низкой частоты дискретизации.

Фото в тексте: Nintendo, Бендж Эдвардс

Посмотрите на картинку с Марио выше. При таком низком разрешении не получится изобразить текстуру ткани и пряди волос. Это и есть алиасинг. Сглаживание (от англ. anti-aliasing) помогает уменьшить этот эффект, смешивая цвета соседних пикселей, чтобы создать иллюзию плавных кривых, переходов и линий.

Для каждого пикселя требуется память. Когда видеоигры только зарождались, компьютерная память стоила дорого, и консоли не могли хранить много пикселей. Именно поэтому старые игры более пиксельные, чем современные.

Тот же принцип применим к цифровым изображениям и видео на компьютерах. При этом со временем разрешение непрерывно растет, поскольку снижается стоимость памяти и видеопроцессоров.

Источник.

Обложка сгенерирована нейросетью Midjourney