Влияние ЭЛТ-мониторов на пиксельную графику

Влияние ЭЛТ-мониторов на пиксельную графику

О кинескопах, ностальгии и анахронизмах

Лето 2024

Дополнение к этой статье доступно здесь. Оно более подробно рассматривает качество видеосигнала и изучает, как техники пиксельной графики использовались на системах без ЭЛТ.

(Совет: все изображения ниже кликабельны.)

Давно ведётся спор о том, что современный пиксель-арт часто выглядит неправильно. Например, пользователь TikTok «mylifeisanrpg» создал популярное видео, в котором объясняет, как художники раньше работали с физическими свойствами кинескопных мониторов (ЭЛТ). Коротко говоря, размытость ЭЛТ сглаживала острые углы низкоразрешённых пикселей и делала изображение намного менее блочным, чем при просмотре на современном плоском дисплее.

Это верно. Согласен и с тем, что современный блочный пиксель-арт нередко — это разновидность неправильно направленной ностальгии. Однако в пиксельной графике и старом игровом оборудовании происходит гораздо больше, чем просто размытость ЭЛТ.

На скриншотах из видео mylifeisanrpg видно, как выглядела непосредственная визуальная информация спрайта Nintendo (слева) и её отображение на ЭЛТ-экране. Неизвестно, снята ли ЭЛТ-версия с реального монитора, но я сомневаюсь — на мой взгляд, она выглядит слишком размытой. Возможно, ошибаюсь — это может быть эффект съёмки крупным планом с последующим масштабированием — но скорее всего это ЭЛТ-аппроксимация, сгенерированная программным фильтром на современной машине. Такие фильтры часто встречаются в современных эмуляторах старого оборудования. Хотя намерения доброжелательны, я никогда не видел фильтр, который бы правильно передал особенности реального ЭЛТ-монитора. Я регулярно работаю со старыми ЭЛТ (минимум раз в неделю), и когда использую эмулятор на современной системе, всегда отключаю фильтры ЭЛТ.

2024-08-02: Обратили внимание, что изображение выше — действительно фотография ЭЛТ. Моя ошибка! Для справки, менее размытый снимок крупным планом ЭЛТ лучше покажет растры, теневую маску и RGB-ячейки.
2025-10-13: Написал подробный текст о меме Peach и качестве сигнала.

Ещё один пример — от пользователя Twitter KaelanRamos. Трудно воспроизвести настоящее ощущение ЭЛТ на чём-то, кроме как на настоящем ЭЛТ: изображение справа слишком тёмное и размытое, чтобы дать точное представление о внешнем виде кинескопов.

Оба примера создают впечатление, что отдельные пиксели практически невидимы на ЭЛТ-экранах, что — как будет показано ниже — совсем не соответствует действительности. Но хотя они и преувеличены, они показывают, что определённый тип ЭЛТ значительно изменит восприятие пиксель-арта по сравнению с современным плоским экраном.

Техника

Как и в любом другом художественном средстве, ЭЛТ-мониторы и старое оборудование имели свои особенности, недостатки и преимущества. На ранних 8-битных системах, таких как C64 и NES, жёсткие аппаратные ограничения диктовали возможности графики. Скриншот выше — из игры Commodore 64 Maniac Mansion, выпущенной в 1987 году. Исходное разрешение — 160×200 пикселей. Потребовалась бы чрезвычайно размытая ЭЛТ, чтобы сгладить такую блочность.

Выше — фото мой C64, подключённый к одному из моих мониторов Commodore 1084S. Несмотря на плохое качество фото, чётко видны зубчатые края пикселей, что демонстрирует: ЭЛТ — не универсальное решение для блочной 8-битной графики.

Со временем художники и программисты узнали об этих 8-битных системах больше. Были разработаны различные программные трюки и художественные техники для создания более качественной графики на абсолютно том же оборудовании. Ниже — скриншот из Mayhem in Monsterland, также на C64, но выпущенной в 1993 году, спустя шесть лет после Maniac Mansion.

Даже на плоском экране, на котором вы, скорее всего, это читаете, графика выше явно на порядок выше Maniac Mansion. Помимо мучительного использования фиксированной 16-цветной палитры C64 для создания согласованной эстетики игры, Mayhem in Monsterland применяет anti-aliasing и dithering для имитации более высокого разрешения и глубины цвета. (В некоторых местах также использует наложение спрайтов, что требует некоторого деликатного программирования.) Эти техники работают с характеристиками ЭЛТ — лёгкой размытостью, растрами, тонким кровотечением цвета — и против ограничений машины — низкого разрешения, ограниченного выбора цветов, очень малого объёма RAM.

Dithering (дизеринг) означает использование произвольных пиксельных паттернов — линий, точек или шума — для имитации новых значений цветов. Похоже на кроссхатчинг в чернильных рисунках и старых гравюрах.

Anti-aliasing или AA — концепция использования пикселей с промежуточными значениями цвета для сглаживания острых краёв и имитации более высокого разрешения.

Пример кроссхатчинга на гравюре Альбрехта Дюрера.

Примеры дизеринга и anti-aliasing, созданные в Deluxe Paint II на MS-DOS.

Из-за экстремальных аппаратных ограничений 8-битных систем дизеринг и AA редко встречаются в игровой графике на таких машинах. Статичные изображения — экраны загрузки — были менее ограничены, чем движущаяся графика, и часто более детальны. Другим ограничивающим фактором был процесс разработки. Хотя cross-development решения существовали для многих платформ, они были дорогостоящими, и домашние разработчики часто работали непосредственно на целевой машине. Графические программы для C64 страдали от тех же аппаратных ограничений, что и игры. Мыши для C64 были созданы, но были редкими. Многим художникам приходилось использовать клавиатуру или джойстик для рисования.

Изобилие цветов

Многие фанаты 8-битных систем, вероятно, со мной не согласятся, но я считаю, что 16-битная эра — это истинный золотой век пиксель-арта: Amiga 500, SNES, Atari ST и SEGA Mega Drive. Оборудование по-прежнему было ограничено, но экстремальные ограничения 8-битной адресации памяти исчезли. Amiga могла отображать 32-цветный экран и перемещать огромные куски графики без особых сложностей. Разрешения были всё ещё низкими — в среднем около 320×240 пикселей. Аналогично, 32 свободно выбираемых цвета из всего 4096 были чудом по сравнению с фиксированными 16-цветными палитрами 8-битных машин, но далеко не 24-битное цветовое пространство, к которому мы привыкли сегодня.

Постепенное развитие навыков и технического мастерства, произошедшее на 8-битных системах, применимо и к 16-битному миру. По словам кого-то мудрого, правило гласит: «технология всегда в лучшем виде прямо перед тем, как она становится устаревшей». Графика игр Amiga, конечно, совершенствовалась со временем, но начиналась на более высоком уровне, чем C64. Лучшее оборудование позволило переносить игры из аркадных залов — пионеров пышного пиксель-арта. Silkworm, изображённый выше в выпуске 1989 года для Amiga 500, выглядит не совсем так же потрясающе, как в оригинальном аркадном шкафу 1988 года, но очень близко. Для игровой графики используется как anti-aliasing, так и dithering.

Титульный экран Ruff'n'Tumble выше также взят из Amiga 500. Выпущенная в 1994 году, это прекрасный пример того, как далеко продвинулся пиксель-арт к тому времени. Палитра построена с использованием дополнительных цветов, с несколькими оттенками синего для контраста с преимущественно красными оттенками и придания им «живости». Дизеринг широко распространён, но тонкий, а AA доведён до такой степени, что изображение выглядит любопытно гладким даже на современном плоском экране. Использование больших белых бликов, например в пулемётном огне и на волосах и лице мальчика, означает, что небольшое количество оттенков вокруг них создаст иллюзию большего числа цветов. Кроме того, тени тяготеют к чёрному цвету, эффективно создавая контраст и объём, но также позволяя переиспользовать более тёмные оттенки для кожи, волос, одежды, огня и текста логотипа.

Сигналы и шум

Итак, какую роль на самом деле играет ЭЛТ в пиксель-арте? Короткий ответ: «это зависит». Все ЭЛТ, особенно дешёвые, имеют артефакты, такие как визуально различимые растры (тонкие чёрные линии между строками пикселей) и кровотечение цвета (эффект RGB-фосфоров и теневой маски или эквивалента). Это прямые следствия того, как работают ЭЛТ, и оба влияют на отображение изображения, созданного видеооборудованием, на экран.

Ещё один аспект старых компьютерных дисплеев — качество сигнала. Лучшее качество на аналоговых дисплеях всегда достигается при использовании отдельных сигналов для каждого значения цвета. Это обычно называется RGB (Red, Green, Blue). Многие старые 8- и 16-битные машины подключались к дешёвому телевизору через Radio Frequency (RF) модуляцию или композитное видео. RF-модуляция генерирует сигнал, пригодный для использования через антенный разъём ТВ. Результат настолько плохой, что может даже размыть приведённую выше графику Maniac Mansion. Композитное видео, в сравнении, намного лучше. Следующий шаг вверх — S-Video, а царь подключения компьютера к телевизору — RGB-разделённый SCART. Последний никогда не был доступен в США (видимо, бедная и технологически отсталая нация), поэтому американцы просто должны верить мне на слово, когда я говорю, что RGB SCART на хорошем телевизоре почти такой же чёткий, как настоящий RGB-монитор компьютера — но только почти.

Anti-aliasing и dithering проделывают большую работу, давая пиксель-арту гладкий вид. Отображение таких техник на ЭЛТ, безусловно, помогает — особенно на тех, которые были созданы для видео PAL или NTSC. Выше — Deluxe Paint IV на Amiga, показывающая картину мною на мониторе 1084S. В увеличенной части экрана, справа, отчётливо видны AA и dithering. При нормальном просмотре слева врождённая размытость ЭЛТ смешивает и сглаживает как дизеринг, так и AA в нечто большее, чем сумма его частей.

Выше видна деталь из ввода Atari STe под названием Riverside от Dead Hackers Society. Края листьев не сглажены, и несмотря на мою ужасную камерную работу, пиксели чётко видны, когда машина подключена к 14-дюймовому телевизору Philips CRT через RGB SCART (справа). Конечно, было бы непрактично применять anti-alias здесь: вихревой эффект воды позади листьев постоянно меняет цвет, чередуясь между тёмным и ярким. Применение anti-alias в направлении тёмного цвета выглядело бы чрезвычайно раздражающе, когда фон переходит на яркий, и наоборот.

ЭЛТ действительно намного снисходительнее, чем современный плоский экран, даже без anti-aliasing. Но в большом количестве случаев как дизеринг, так и AA были очевидны для конечного пользователя. Несмотря на это, их использование часто было лучшим выбором, чем отказ: человеческий мозг имеет склонность быть визуально обманутым и фантастическую способность заполнять пробелы.

Dithering и anti-aliasing — обе техники, которые улучшат изображение пиксель-арта независимо от типа экрана, на котором его просматривают. Они разработаны для противодействия низкому разрешению графики старого оборудования — просто так получается, что ЭЛТ сделает их выглядеть ещё лучше. Хотя композитный сигнал сделает вещи более размытыми на ТВ, чем, например, S-Video, лучшее качество сигнала всегда предпочтительнее при работе со старыми системами. Если слишком много шума, деталь будет потеряна и цвета будут выглядеть неправильно. Если доступно, RGB-соединение всегда является наилучшим выбором.

Одно исключение из этого правила о качестве сигнала — CGA color blending на старых IBM PC. Это использует артефакты NTSC композитного видеосигнала — не экрана — для отображения большего количества цветов, чем обычно доступно через RGB-сигнал на той же системе. CGA color blending описано более подробно на этой выдающейся странице, откуда я также наглостно позаимствовал иллюстрацию выше. Слева — комбинация RGB-цветов и паттернов, которые произведут NTSC-цвет справа. Это может быть достигнуто только с использованием композитного видео и не имеет ничего общего с самим ЭЛТ. На ЭЛТ, способном отображать как композитный, так и RGB-сигналы, эффект появится только при выборе композитного входа.

Обратите внимание, что этот CGA-трюк — не то же самое, что dithering, даже если dithering — при использовании правильного типа экрана и цветов — может создать иллюзию новых цветов. Возможно, это не так поразительно, как с CGA blending, и часто может быть идентифицировано с помощью некоторого прищурения и внимательного изучения. Однако это действительно связано с использованием надлежащего ЭЛТ — в отличие от видеосигнальных трюков.

Прогресс техники

Пока мы рассматривали PAL и NTSC дисплеи. Это были первые экраны домашних компьютеров, иногда в виде чёткого RGB-монитора, но чаще всего в виде старого унаследованного телевизора. Они имели определённые характеристики: относительно низкую частоту обновления (всего 50 Гц на системах PAL!) и редкий шаг точки. Когда речь идёт о компьютерных экранах, всегда задействованы два разрешения: выдаваемое компьютером, такое как 320×200, и шаг точки самого экрана. Шаг точки описывает плотность RGB-ячеек на экране, что определяет, с какой точностью экран может воспроизвести желаемое компьютерное изображение.

Другими словами: с лучшими компонентами качества и лучшим шагом точки экран воспроизведёт компьютерное изображение с большей верностью — снижая артефакты ЭЛТ, связанные с трюками пиксель-арта. Большинство старых ТВ-сетов имели редкий шаг точки. Надлежащие RGB-мониторы той же эры имели несколько более плотный, и их, в свою очередь, превзошли VGA-экраны.

Выше — деталь из игры Duke Nukem 3D (взята из этого видео LGR). Отображается на стандартном потребительском ЭЛТ VGA-мониторе 1995 года. Игра работает в низком разрешении, скорее всего 320×200. Это 3D шутер от первого лица, но строка состояния внизу — всё ещё традиционный пиксель-арт. Несмотря на интенсивное использование dithering и anti-aliasing, отдельные пиксели, даже с очень низким контрастом, чётко различимы. VGA-мониторы по-прежнему имели характеристики ЭЛТ своих предшественников — они просто были гораздо лучшего качества и менее подвержены артефактам. Несмотря на это, техники пиксель-арта были далеко не бесполезны — прямо выше строки состояния мы видим, как зубчатой выглядит рука, проталкивающая новый магазин в пистолет без anti-aliasing.

Вот ещё одна деталь из того же видео LGR. На ней изображён тот же монитор, отображающий режим 640×480. Отдельные пиксели всё ещё чётко различимы, несмотря на гораздо более высокое разрешение.

Вот деталь монохромного NeXT MegaPixel Display, подключённого к NeXT Cube. Это профессиональный, высокого качества 17-дюймовый экран «бумага-белая» с разрешением 1120×832 пикселей, выпущенный в 1990 году. Несмотря на высокое разрешение, отдельные пиксели всё ещё видны (это более очевидно, если нажать на изображение и посмотреть его в полном разрешении).

Если внимательно посмотреть и прищурится, отдельные пиксели часто различимы даже на современных плоских экранах. Мы просто не думаем о них так много. Отчасти, конечно, потому что они очень маленькие — но также потому что материал изображения, который мы обычно просматриваем, имеет много общего с трюками старого пиксель-арта: увеличьте цифровую фотографию, и вы увидите множество anti-aliasing. Компьютеры также достаточно быстры, чтобы применять такие техники пиксель-арта на лету: сглаживание шрифта — это просто ещё один способ сказать «real-time anti-aliasing текста».

На самом деле, отличное качество изображения ЭЛТ поздних этапов — произведённых в конце 1990-х или начале 2000-х годов — сделает любую старую игру с пиксель-артом 320×200 выглядеть в основном такой же чёткой и блочной, как на современном плоском экране. Не сама технология ЭЛТ сделала пиксель-арт лучше — это были явные артефакты дешёвой, редкой PAL и NTSC потребительской электроники, которые совпали, создавая ровно нужное количество размытости. Учитывая это, многие надлежащие ретро-геймеры могут иметь разные воспоминания о том, как должен выглядеть пиксель-арт, в зависимости от того, были ли они фанатами DOS (VGA), Amiga (RGB) или 8-битной консоли (композитное видео).

Соотношение сторон

Если исследовать старый, аутентичный пиксель-арт на современном экране, рано или поздно вы наткнётесь на что-то вроде этого:

Губернатор Элейн Марли (из легендарного приключенческого квеста LucasArts Monkey Island) выглядит сплющенной, несмотря на её VGA-славу в 256 цветов!

Это артефакт преобразования 1:1 старого пиксель-арта. Современные плоские экраны имеют фиксированное разрешение и полностью цифровые интерфейсы, обеспечивающие фиксированное соотношение сторон (ширина-высота) и совершенно квадратные пиксели.

ЭЛТ, с другой стороны, могли отображать различные разрешения. VGA, например, включает игровой стандарт 320×200 пикселей в 256 цветах и ориентированный на бизнес 640×480 в 16 цветах. Эти два разрешения имеют очень разные соотношения сторон. ЭЛТ-монитор всё ещё должен был быть способен отображать оба, поэтому примерно соответствовал соотношению сторон 640×480, а не 320×200. Следовательно, если вы хотели, чтобы изобилие игр 320×200, доступных, заполнили весь экран в высоту, вам пришлось бы отрегулировать его, чтобы пиксели не были квадратными.

Если мы немного увеличим высоту приведённого выше изображения, чтобы оно лучше соответствовало соотношению сторон 640×480, мы получим это:

Ах, это намного лучше. Переменные соотношения сторон и разрешения с неквадратными пикселями — это часто забываемая особенность ЭЛТ-экранов. Это также никогда не учитывалось при портировании PC-игр на PAL-Amiga с разрешением 320×256. Это означает, что я вырос с вытянутой версией губернатора Марли, навсегда влияя на мои предпочтения в женщинах.

Современное искусство

Когда речь идёт о пиксель-арте, я чем-то вроде пуриста. Я вырос на 16-битных системах и по-прежнему активно их использую в контексте демо-сцены. Я даже немного занимаюсь пиксель-артом сам. Большой объём пиксель-арта всё ещё производится для и на старых платформах, большая часть его намного лучше, чем мои собственные попытки. Все эти работы следуют основным принципам, которые я считаю пиксель-артом:

• Ограниченное и относительно низкое разрешение.
• Ограниченная и/или фиксированная цветовая палитра, максимум 256 цветов на экране — предпочтительно меньше.
• Использование техник пиксель-арта, таких как anti-aliasing и dithering, то есть точность на уровне пиксела в процессе создания.

Некоторая творческая свобода в отношении разрешения и цветовых палитр в современной игре «пиксель-арт» приемлема для меня. Мой главный недостаток — неаккуратная техника. Много — не всё, но много — современного пиксель-арта намеренно сделано выглядеть чрезмерно блочным. Dithering и anti-aliasing просто не используются, что делает его выглядящим ещё более громоздким, чем собственно старое игровое искусство выглядит на современном экране. Мне кажется, что художники боятся, что классические техники пиксель-арта сделают вещи слишком хорошими, хотя я лично считаю, что верно противоположное.

Заключение

ЭЛТ-мониторы сыграли большую роль в опыте пиксель-арта вчера — особенно дешёвые телевизоры и потребительские RGB-мониторы, предназначенные для сигналов PAL или NTSC. Равно важными, однако, были техники, такие как выбор палитры, dithering, anti-aliasing и color blending. Чистые программные трюки также помогли создавать лучший пиксель-арт, особенно на 8-битных системах.

Современный пиксель-арт страдает от двух недугов: художники боятся использовать традиционные техники, потому что вещи могут выглядеть недостаточно блочно, и розовая ностальгия, которая несправедливо изображает ЭЛТ-экраны как гораздо более снисходительное средство, чем они на самом деле.

C'est la vie, как говорят.