Pregunta ¿Por qué los píxeles son cuadrados?


Los píxeles en las pantallas son cuadrados, pero no estoy seguro de por qué.

Ambas imágenes pixeladas se ven bastante mal, pero no estoy seguro de que haya alguna ventaja de cuadrados sobre hexágonos aquí.

Los hexágonos también se dividen en 3 colores muy bien:

Entonces, ¿cuál es la ventaja de los cuadrados en una pantalla LCD / CRT?


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origen


Por favor aclare sobre el contexto. ¿Se refiere a pantallas, formatos de imagen o impresiones? E incluso entonces, esta pregunta podría ser demasiado amplia. - Daniel B
Los píxeles son unidades lógicas sin dimensiones y en realidad no son cuadrados en realidad, como sugiere @DanielB, cada rasterizador los maneja de forma diferente. Imágenes de Google de "píxeles de pantalla", por ejemplo. - Yorik
Esta pregunta quizás debería migrarse a Experiencia de usuario o Ingenieria Eléctrica. - curiousdannii
Pregunta relacionada en Computer Graphics SE. - Martin Ender
No lo entiendo ¿Por qué se sube la votación y por qué no se ha migrado a un foro de ingeniería mecánica? - Carl Witthoft


Respuestas:


Los píxeles en las pantallas son cuadrados, pero no estoy seguro de por qué.

Ellos no son (necesariamente) cuadrados.

Algunos dirían que son nunca cuadrar ("Un píxel es una muestra puntual. Existe solo en un punto").


Entonces, ¿cuál es la ventaja de los cuadrados en una pantalla LCD / CRT?

  • Otros arreglos (como triángulos, hexágonos u otros polígonos de relleno de espacio) son más costosas desde el punto de vista computacional.

  • Cada formato de imagen se basa en píxeles (cualquiera que sea su forma) dispuestos en una matriz rectangular.

  • Si tuviéramos que elegir otra forma o diseño, habría que volver a escribir muchos programas.

  • Todas las fábricas que actualmente fabrican pantallas con un diseño de píxeles rectangulares deberían actualizarse para algún otro diseño.


Aspectos prácticos del uso de un sistema de coordenadas hexagonales

En general, hay cuatro consideraciones principales que deben ser ponderadas   sobre cuando se usa un sistema de coordenadas hexagonales:

  • Conversión de imágenes: el hardware capaz de capturar imágenes del mundo real directamente en un enrejado hexagonal es altamente especializado, y   por lo tanto, generalmente no está disponible para su uso. Por lo tanto, medios eficientes de   la conversión de una imagen estándar de celosía cuadrada en una hexagonal es   requerido antes de que se pueda realizar cualquier procesamiento.
  • Direccionamiento y almacenamiento: cualquier manipulación realizada en imágenes debe poder indexar y acceder a píxeles individuales (en este caso, hexágonos).   en lugar de cuadrados), y cualquier imagen en forma hexagonal debe ser   almacenable en forma hexagonal (de lo contrario, la conversión de la imagen tendría que   realizarse cada vez que se accede a la imagen). Por otra parte, una indexación   sistema que es simple de seguir y hace que la aritmética de ciertos   las funciones más simples serían muy valiosas.
  • Operaciones de procesamiento de imágenes: para hacer un uso efectivo del sistema de coordenadas hexagonales, las operaciones deben diseñarse o ser   convertidos que están diseñados para explotar las fortalezas del sistema, y   particularmente las fortalezas del sistema de direccionamiento utilizado para indexar   y almacenamiento.
  • Visualización de imagen: al igual que la obtención de la imagen en primer lugar, los dispositivos de visualización en general no utilizan celosías hexagonales.   Por lo tanto, la imagen convertida se debe devolver a una forma que pueda ser   enviado a un dispositivo de salida (ya sea un monitor, una impresora o   otra entidad) con la visualización resultante en natural   proporciones y escala La naturaleza exacta de esta conversión es   Dependiendo del método de indexación utilizado. Esto podría ser un simple   reversión del proceso de conversión original, o ser un   considerable convolución.

Problemas con los sistemas de coordenadas hexagonales

Sin embargo, hay algunos problemas con los sistemas de coordenadas hexagonales. Uno   El problema es que la gente está muy acostumbrada al enrejado cuadrado tradicional.

El razonamiento en hexes puede parecer antinatural y, por lo tanto, un poco   difícil. Si bien podría argumentarse que las personas pueden acostumbrarse a ella   si es necesario, sigue siendo el caso que serán naturalmente   inclinado hacia el razonamiento con la coordenada cartesiana tradicional   sistema por defecto, con sistemas hexagonales simplemente una opción secundaria.

La falta de dispositivos de entrada que se mapeen en celosías hexagonales, y el   la falta de dispositivos de salida que se muestran como tales también es un obstáculo:

  • La necesidad de convertir de cuadrados a hexágonos y viceversa resta valor a la utilidad de operar en celosías hexagonales.

  • Como tales redes son más densas que las redes cuadradas equivalentes del mismo tamaño aparente, a menos que las imágenes sean alimentadas a un nivel deliberadamente superior.   resolución que va a ser operada, las imágenes convertidas deberán   extrapolar algunas ubicaciones de píxeles (que generalmente es menos deseable)   que tener todos los píxeles proporcionados directamente desde una fuente).

  • La conversión a redes cuadradas colapsaría algunas ubicaciones de píxeles, lo que daría lugar a la pérdida de detalles aparentes.   (lo que podría dar como resultado una imagen de menor calidad que la que era   originalmente alimentado)

Si uno busca usar sistemas de coordenadas hexagonales en su propia visión   trabajo, entonces primero deberían determinar si estos problemas son   superado por las ventajas inherentes de operar con hexágonos.

Fuente Sistemas de coordenadas hexagonales


¿Se ha probado alguna otra forma o diseño?

La pantalla XO-1 proporciona un color para cada píxel. Los colores se alinean a lo largo de diagonales que van de la esquina superior derecha a la inferior izquierda. Para reducir los artefactos de color causados ​​por esta geometría de píxeles, el componente de color de la imagen se ve difuminado por el controlador de pantalla a medida que se envía a la pantalla.

Comparación de la pantalla XO-1 (izquierda) con una pantalla de cristal líquido (LCD) típica. Las imágenes muestran 1 × 1 mm de cada pantalla. Un LCD típico se dirige a grupos de 3 ubicaciones como píxeles. El OLPC XO LCD aborda cada ubicación como un pixel separado:

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Fuente OLPC XO

Otras pantallas (especialmente OLED) emplean diferentes diseños, como PenTile:

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El diseño consiste en un quincunce que comprende dos subpíxeles rojos, dos subpíxeles verdes y un subpíxel azul central en cada celda de la unidad.

Se inspiró en la biomimética de la retina humana que tiene números casi iguales de células de cono tipo L y M, pero significativamente menos conos S. Como los conos S son los principales responsables de percibir los colores azules, que no afectan apreciablemente la percepción de la luminancia, la reducción del número de subpíxeles azules con respecto a los subpíxeles rojo y verde en una pantalla no reduce la calidad de la imagen.

Este diseño está diseñado específicamente para trabajar con y depende de la representación de subpíxeles que usa solo un cuarto de píxel por píxel, en promedio, para representar una imagen. Es decir, que cualquier píxel de entrada dado se asigna a un píxel lógico centrado en rojo o a un píxel lógico centrado en verde.

Fuente Familia de matriz PenTile


Definición simple de pixel

Cualquiera de los muy pequeños puntos que juntos forman la imagen en una pantalla de televisión, monitor de computadora, etc.

Fuente http://www.merriam-webster.com/dictionary/pixel


Píxel

En las imágenes digitales, un elemento de píxel, pel o imagen es un elemento físico punto en una imagen de trama, o el elemento direccionable más pequeño en un dispositivo de visualización direccionable de todos los puntos; por lo que es el elemento controlable más pequeño de una imagen representada en la pantalla.

...

Un píxel no necesita representarse como un cuadrado pequeño. Esta imagen muestra formas alternativas de reconstruir una imagen a partir de un conjunto de valores de píxeles, utilizando puntos, líneas o un filtrado uniforme.

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Fuente Píxel


Proporción de aspecto de píxeles

La mayoría de los sistemas de imágenes digitales muestran una imagen como una cuadrícula de píxeles pequeños y cuadrados. Sin embargo, algunos sistemas de imágenes, especialmente aquellos que deben ser compatibles con películas de televisión de definición estándar, mostrar una imagen como una cuadrícula de píxeles rectangulares, en la que el ancho y la altura del píxel son diferentes. La relación de aspecto de píxeles describe esta diferencia.

Fuente Proporción de aspecto de píxeles


¡Un píxel no es una pequeña plaza!

Un pixel es una muestra puntual. Existe solo en un punto. 

Para una imagen en color, un píxel podría contener tres muestras, una para cada color primario que contribuye a la imagen en el punto de muestreo.   Todavía podemos pensar en esto como una muestra de un color. Pero no podemos pensar en un píxel como un cuadrado o cualquier otra cosa que no sea un punto.

Hay casos donde las contribuciones    a un píxel se puede modelar, en una forma de orden bajo, un pequeño cuadrado, pero nunca el píxel en sí mismo.

Fuente ¡Un píxel no es una pequeña plaza! (Microsoft Technical Memo 6 Alvy Ray Smith, 17 de julio de 1995)


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Citación necesaria en el punto "más costoso desde el punto de vista computacional". Lo ideal es vincular a un trabajo de investigación que considere una teselación hexagonal, por ejemplo, y un análisis computacional. Suena como si estuvieras nombrando algunas explicaciones plausibles. - djechlin
También reescribimos una gran cantidad de software todo el tiempo como parte de mejorar las cosas. No estoy seguro de tu punto. - djechlin
@djechlin Actualmente, todas las especificaciones de video / imagen se basan en una matriz rectangular de píxeles. La visualización de cualquier video o imagen requeriría la conversión de un sistema de coordenadas rectangular (cartesiano) a un sistema de coordenadas hexagonal. Los cálculos para dibujar líneas en un sistema de coordenadas rectangulares son más simples que dibujar en un sistema de coordenadas hexagonales (esto es matemática básica). ¿Necesito explicar más? - DavidPostill♦
@djechlin Respuesta actualizada y una cita incluida - DavidPostill♦
+ 1 para su Microsoft Tech Memo Source. Respuesta impresionante en general. - shock_gone_wild


Me gustaría ofrecer una alternativa a la respuesta bien pensada de David Postill. En su respuesta, se acercó a la pregunta de si los píxeles son cuadrados, tal como lo sugiere el título. Sin embargo, hizo un comentario muy perspicaz en su respuesta:

Algunos argumentarían que nunca son cuadrados ("Un píxel es una muestra puntual. Existe solo en un punto").

Esta posición realmente puede engendrar una respuesta completamente diferente. En lugar de centrarse en por qué cada píxel es un cuadrado (o no), puede centrarse en por qué tendemos a organizar estas muestras de puntos en cuadrículas rectangulares. ¡De hecho, no siempre fue así!

Para hacer este argumento, jugaremos una y otra vez entre tratar una imagen como datos abstractos (como una grilla de puntos) y su implementación en hardware. A veces, una vista es más significativa que la otra.

Para empezar, vayamos bastante atrás. La fotografía de película tradicional no tenía ninguna "cuadrícula" en absoluto, que es una de las razones por las que las imágenes siempre parecían tan nítidas en comparación con las digitales modernas. En cambio, tenía un "grano" que era una distribución aleatoria de cristales en la película. Era más o menos uniforme, pero no era una buena matriz rectilínea. La organización de estos granos surgió del proceso de producción de la película, utilizando propiedades químicas. Como resultado, la película realmente no tenía una "dirección". Fue solo una 2d salpicadura de información.

Avance rápido al televisor, específicamente los viejos CRT de escaneo. Los CRT necesitaban algo diferente de las fotos: necesitaban poder representar su contenido como datos. En particular, era necesario que los datos fluyeran, de manera análoga, a través de un cable (por lo general, como un conjunto de voltajes continuamente cambiantes). La foto era 2d, pero necesitábamos convertirla en una estructura 1d para que solo pudiera variar en una dimensión (tiempo). La solución fue cortar la imagen por líneas (¡no píxeles!). La imagen fue codificada línea por línea. Cada línea era una secuencia analógica de datos, no un muestreo digital, pero las líneas estaban separadas entre sí. Por lo tanto, los datos fueron discretos en la dirección vertical, pero continuos en la dirección horizontal.

Los televisores tenían que renderizar estos datos usando fósforos físicos, y un televisor a color requería una grilla para dividirlos en píxeles. Cada televisor podría hacer esto de manera diferente en la dirección horizontal, ofreciendo más píxeles o menos píxeles, pero tenían que tener el mismo número de líneas. En teoría, podrían haber compensado cada otra fila de píxeles, exactamente como usted sugiere. Sin embargo, en la práctica esto no fue necesario. De hecho, fueron aún más lejos. ¡Rápidamente se dio cuenta de que el ojo humano manejaba el movimiento de una manera que les permitía enviar la mitad de la imagen en cada fotograma! En un cuadro, enviarían las líneas impares y, en el siguiente cuadro, enviarían las líneas pares y las unirían.

Desde ese momento, la digitalización de estas imágenes entrelazadas ha sido un poco un truco. Si tuviera una imagen de 480 líneas, en realidad solo tengo la mitad de los datos en cada cuadro debido al entrelazado. El resultado de esto es muy visible cuando intenta ver algo moverse rápidamente por la pantalla: cada línea es temporalmente desplazado 1 fotograma del otro, creando rayas horizontales en cosas que se mueven rápidamente. Menciono esto porque es bastante entretenido: su sugerencia compensa cada dos filas en la cuadrícula en medio píxel hacia la derecha, mientras que el entrelazado cambia cada dos filas en la cuadrícula a la mitad en el tiempo.

Francamente, es más fácil hacer estas cuadrículas rectangulares agradables para las cosas. Sin ningún motivo técnico para hacer nada mejor que eso, se estancó. Luego llegamos a la era de la computadora. Las computadoras necesitaban generar estas señales de video, pero no tenían capacidades analógicas para escribir una línea analógica. La solución fue natural, los datos se dividieron en píxeles. Ahora los datos eran discretos tanto en vertical como en horizontal. Todo lo que quedaba era elegir cómo hacer la grilla.

Hacer una cuadrícula rectangular fue extremadamente natural. Primero, ¡todos los televisores ya lo estaban haciendo! En segundo lugar, la matemática para dibujar líneas en una cuadrícula rectangular es mucho más simple que dibujarlos en uno hexagonal. Podrías decir "pero puedes dibujar líneas suaves en 3 direcciones en una cuadrícula hexagonal, pero solo 2 en la rectangular". Sin embargo, las cuadrículas rectangulares facilitaban el trazado de líneas horizontales y verticales. Las rejillas hexagonales solo se pueden hacer para dibujar una o el otro. En esa época, no muchas personas usaban formas hexagonales para ninguno de sus esfuerzos no computacionales (papel rectangular, puertas rectangulares, casas rectangulares ...). La capacidad de hacer horizontal liso y las líneas verticales superaron con creces el valor de crear imágenes a todo color ... especialmente teniendo en cuenta que las primeras pantallas eran monocromas y sería una largo el tiempo antes de que la suavidad de las imágenes jugara una parte importante en el pensamiento.

A partir de ahí, tienes un precedente muy fuerte para una grilla rectangular. El hardware de gráficos soportaba lo que el software estaba haciendo (cuadrículas rectangulares) y el software se enfocaba en el hardware (cuadrículas rectangulares). En teoría, algunos hardware podrían haber intentado hacer una grilla hexagonal, pero el software simplemente no lo recompensó, ¡y nadie quería pagar el doble de hardware!

Este rápido nos remite a hoy. Todavía queremos líneas horizontales y verticales suaves y agradables, pero con pantallas de retina de alta gama, cada vez es más fácil. Sin embargo, los desarrolladores todavía están entrenados para pensar en términos de la antigua cuadrícula rectangular. Estamos viendo algunos las nuevas API admiten "coordenadas lógicas" y realizan un antialiasing para que parezca que hay un espacio 2d completo continuo para jugar, en lugar de una cuadrícula de píxeles rígidos de 2d, pero es lento. Eventualmente, podríamos ver redes hexagonales.

Realmente los vemos, pero no con pantallas. En la impresión, es muy común usar una rejilla hexagonal. El ojo humano acepta la rejilla hexagonal mucho más rápido de lo que acepta una cuadrícula rectangular. Tiene que ver con las líneas de "alias" en los diferentes sistemas. El alias de las cuadrículas hexagonales de una manera menos dura, con la que el ojo se siente más cómodo (si una cuadrícula hexagonal necesita ir una fila hacia arriba o hacia abajo, pueden hacerlo sin problemas durante una transición diagonal. Las cuadrículas rectangulares tienen que saltarse, creando una discontinuidad clara)


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Genial para explicar cómo llegó la TV a ser: una transmisión analógica. Este estándar se mantuvo durante 70 años y la adición de color se hizo de una manera que mantuvo la compatibilidad con B / W, ¡trate de lograr eso en estos días! ¿Cuántos formatos de video hay ahora?
"" "Los televisores tuvieron que renderizar estos datos usando fósforos físicos, con una cuadrícula para dividirlos en píxeles." "" ¿Esto fue cierto para Black & White TV? Según entendí, los discretos "fósforos físicos" (que aún nunca correspondían a ningún elemento similar a un píxel en la secuencia de datos) incluían televisión en color, y los CRT monocromáticos simplemente tienen una capa continua de material fosforescente. - Random832
Por lo tanto, los datos fueron discreción en la dirección vertical, pero continuo en la dirección horizontal.  Creo que querías decir discreto - esto aparece correctamente, más tarde. - GalacticCowboy
En un televisor en blanco y negro, ¿por qué no podrías untar fósforos sobre la superficie y dejar que el flujo de electrones sea más fuerte / más débil y hacer que brillen más / menos de una manera completamente analógica? En resumen, ¿por qué tener píxeles (horizontales)? Una vez que tienes color, las cosas se vuelven más complicadas; pero incluso entonces, la señal de color no está definida en forma de píxel si no recuerdo mal. En cuanto a las muestras horizontales, el número de muestras necesarias para reconstituir una señal a partir de muestras de intensidad uniforme es una función del ancho de banda de frecuencia, y la mitad de las compensaciones de "muestra" no lo mejoran. - Yakk
@Yakk La mayoría de los CRT en blanco y negro se construyeron exactamente así: los primeros CRT de TV BW se derivaron de los CRT de Radar / Osciloscopio, que a menudo se controlan en modo analógico X / Y o de forma polar sin trama. Los televisores todavía usan el escaneo línea a línea porque eso se corresponde con la forma en que se codifica la señal, pero no con los píxeles en las líneas. Algunas pantallas especiales (principalmente para cabinas de aviones) incluso usaban fósforos que cambiaban de color dependiendo de qué tan fuertemente fueron golpeados con un haz de electrones (ese tipo de pantalla se llama penetrón). - rackandboneman


Dos razones:

  • Una forma rectangular versus circular, triangular o más de 4 lados tiene la ventaja de que puede colocarse junto a otros rectángulos con el mínimo de "espacio desperdiciado". Esto asegura que el área completa del píxel contribuye a la imagen. Pueden existir otras formas que "encajen", pero probablemente serían más complejas de fabricar que simples cuadrados o rectángulos, pero sin introducir ninguna ventaja adicional.

  • Una pantalla pixelada de propósito general, una que se podría usar para mostrar cualquier tipo de información, debe tener píxeles que no favorecen ciertos tipos de formas. Por lo tanto, los píxeles deben ser cuadrados en lugar de más largos o más anchos en una dirección, y no deben cortarse o cortarse de ninguna manera.

    • Si los píxeles son más altos que los más anchos, el grosor mínimo de una línea horizontal será más ancho que el grosor mínimo de una línea vertical, haciendo que las líneas horizontales y verticales se vean diferentes, para el mismo número de píxeles.

    • Si se rotan los píxeles, solo las líneas anguladas que coincidan con el ángulo de rotación se verán lisas, las demás líneas se verán irregulares. La mayoría de los sistemas operativos y el software de productividad se basan en líneas rectas, por lo que se trataría de una gran cantidad de egdes inclinados o irregulares.

    • Los píxeles esquilados (rombos) serían los peores de ambos mundos, ni diagonales ni horizontales / verticales serían uniformes.

Si no está interesado en una pantalla de propósito general, sino que está orientada a un propósito específico, puede ser más flexible. Un ejemplo extremo es el LED de 7 segmentos, si todo lo que necesita hacer es mostrar un número, 7 píxeles no cuadrados dispuestos de esa manera es todo lo que necesita. O LED de 15 segmentos que permiten letras.


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Hmm, no estoy seguro de que el argumento del costo funcione para los hexágonos (podría estar equivocado). - Tim
@Tim - Deberías investigar un poco sobre el tema. Si hubiera una ventaja técnica para los hexágonos, un fabricante de pantallas los usaría, el hecho de que no se usen indica que no tienen ningún tipo de ventaja de una ventaja de costo o rendimiento. - Ramhound
@Ramhound sí, lo tengo. Necesito investigar más, bueno esta pregunta es mi investigación. Estoy preguntando por qué no hexágonos - no por qué cuadrados (y un enlace a alguna comparación de costos sería bueno - idk si alguien alguna vez ha hecho uno) - Tim
@Tim - La mayoría de las investigaciones serían realizadas por fabricantes y es poco probable que sean compartidas, ya que la investigación de comparación de costos sería específica de la compañía y permitiría a un competidor conocer mucha información. - Ramhound
"probablemente serían más complejos de fabricar que simples cuadrados o rectángulos" - cita requerida. "pero no introduce ninguna ventaja adicional" - cita requerida. - Raphael


¡Los píxeles no son necesariamente cuadrados!

En el pasado los píxeles tienen rectangular formas. Es por eso que en cualquier editor de imagen / video profesional como Photoshop, Premiere, Sony Vegas ... usted ve el relación de aspecto de píxeles opción. Solo los estándares modernos de monitores de TV y PC tienen píxeles cuadrados.

Photoshop pixel aspect ratio

Famosos ejemplos:

  • PAL analógico TV / DVD: 720x576 que obviamente no es 16: 9 o 4: 3 sino 5: 4. Sin embargo, al establecer la proporción de aspecto de píxeles correcta producirá la imagen de salida correcta sin estirar

  • NTSC Analog TV / DVD: 720x480 que es 3: 2. Después de establecer la relación de aspecto, se convertirá en 16: 9 o 4: 3 como PAL arriba. La resolución vertical más baja también explica por qué los DVD NTSC se ven mucho menos crujientes que PAL

  • VCD: PAL 352x288, NTSC 352x240. Ambos usan una relación de aspecto de pantalla de 4: 3
  • SVCD: 480x480y, como era de esperar, no produce una salida cuadrada
  • DV: 1440x1080 Resolución 16: 9 Full HD
  • CGA: 320x200 y 640x200 en 4: 3 (sí, las pantallas de computadoras antiguas tienen píxeles rectangulares)
  • EGA admite 640x350 para pantallas 4: 3 además de 320x200 y 640x200

Adobe Premiere Pro - Trabajar con relaciones de aspecto


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Esta respuesta podría mejorarse explicando un poco más sobre la relación de aspecto (en lugar de solo un enlace). No está claro, por sí solo, por qué una resolución de pantalla en particular no puede tener píxeles cuadrados. - Jon Bentley
No entiendo el vínculo entre los píxeles cuadrados y la resolución. - A.L
@ A.L como ya dije anteriormente. 720: 576 es 5: 4 y si los píxeles son cuadrados, dará como resultado una relación de aspecto de 5: 4. Sin embargo, si la relación de aspecto de los píxeles se establece en un valor diferente de 1, producirá una relación de aspecto diferente. Pero, ¿dónde dije sobre la resolución aquí? Acabo de decir la relación de aspecto - phuclv
@ A.L: Esta respuesta demuestra que no todos los píxeles en pantallas (o archivos) son cuadrados: algunos son rectangulares. - slebetman
Las computadoras Atari de 8 bits tenían algunos modos gráficos con una resolución de 80x192, lo que resulta en píxeles muy cuadrados, en forma de tablero. - DaveP


La respuesta es: ellos debería ser hexagonal, ya que el mosaico hexagonal proporciona una calidad óptica óptima, por lo que será el futuro.
Pero creo que hay dos razones principales por las que siguen siendo cuadrados:

  • Es más fácil representar datos de imágenes de mapa de bits en una cuadrícula cuadrada como una matriz 2d (tanto para la simplicidad del hardware como para el ser humano)
  • Ocurrió históricamente por lo que será así por algún tiempo debido a la razón # 1.

Actualizar

Este tema es un thriller. Casi 10k visitas. La gente quiere dominar el píxel :) Es curioso cómo alguien encuentra una relación de la pregunta con la resolución de pantalla o "cuadratura" de un quad.
Para mí es: qué bloque de construcción, cuadrado o hexágono da mejores resultados ópticos?

Primero, necesitamos un mosaico simple, pero que cubre mejor un área personalizada y, de hecho, es un mosaico hexagonal. Que se puede entender fácilmente a partir de pruebas simples. Una prueba fuerte sería la llamada prueba de "anillo". Para simplificar, hago un color trinario: 0 - fondo, 1 - gris y 2 - negro.

Mirando con un punto, trataremos de expandir el anillo, manteniéndolo con un aspecto continuo como este:

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De seguro, también querré dibujar líneas horizontales / verticales para muchas tareas, como la interfaz de usuario y el diseño de impresión, o un juego de plataformas. Llamémoslo "Prueba de barra":

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Con esta prueba puedo elegir el estilo de línea que se ve mejor en condiciones reales. Con líneas verticales es incluso más simple. Para una visualización de tarea específica, todo se puede codificar de forma rígida, de modo que para dibujar una línea con una función, simplemente repetimos su segmento en dirección horizontal. La cosa es, ambos El enfoque de píxeles cuadrados y hexagonales funciona, pero si prueba la misma prueba con mosaico cuadrado, notará la diferencia rápidamente. Con DPI muy alto no es tan notorio, pero ¿por qué intentar hacer más DPI en lugar de intentar un enfoque más efectivo? No veo mucho sentido.


Para los colores RGB, esto probablemente necesitará estructuras más complejas. Actualmente, me gustaría tener un dispositivo en escala de grises, como en las imágenes de arriba. Sería genial tener una rápida respuesta de píxeles para hacer animaciones.

Solo por diversión, hice una estructura hexagonal simple, donde los píxeles pueden ser RGB. Por supuesto que no sé cómo podría verse esto en un dispositivo real, pero aun así se ve genial.

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Una explicación-ilustración informal que podría
 ayuda a describir la situación:
 

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Estoy parcialmente en desacuerdo con ambas partes de 1 porque a) 3dmdesign.com/development/hexmap-coordinates-the-easy-way (aunque seguro que puede ser un poco más difícil de configurar, pero no hay dificultad en asignarles coordenadas) yb) ¿Desde cuándo se tenían en cuenta los detalles de las computadoras diseñadas con humanos? - Tim
@Tim Los detalles de la computadora no son, pero el ser humano tiende a tratar la información de manera "rectangular", y eso a su vez conduce a diseños extraños. Hay muchos ejemplos, como este robonauta  Entonces, ¿por qué hacer que un robot se vea como un humano? Desde un punto de vista ergonómico, este robot debería parecerse más a un pulpo, pero las personas son personas. - Mikhail V
@MikhailV haciendo un robot como un humano, le permite usar cosas hechas para humanos. De lo contrario, todo tiene que ser especial para el robot. - Thorbjørn Ravn Andersen
@ ThorbjørnRavnAndersen Sí, como una camiseta y gafas de sol :) - Mikhail V
¿No serían los triángulos superiores a los hexágonos ya que pueden hacer todo lo que pueden hacer los hexágonos y más? - Raynet


Algunas de las respuestas ya tocan esto ... Creo que la matriz no rectangular en términos de almacenamiento de datos crearía una complejidad casi inimaginable y sería extremadamente propenso a errores. He tenido mucha experiencia en el modelado de sistemas físicos en los que la cuadrícula no es rectangular (cuadrículas escalonadas, puntos de datos en los medios bordes, etc.). La indexación es una pesadilla.

Primero, está el problema de cómo definir el límite. Las imágenes suelen ser rectangulares (de nuevo, esto es una cuestión de historia; si nuestras pantallas fueran hexagonales, las cosas serían un poco más fáciles). Entonces, ni siquiera el límite de la imagen es una línea recta. ¿Pones el mismo número de píxeles en cada fila? ¿Alternas par / impar? Y ... ¿el píxel inferior izquierdo es el izquierdo hacia el que está arriba o hacia la derecha? Obtiene inmediatamente casi 10 estándares diferentes, y los programadores tienen que recordar cada vez cómo funciona (incluso la diferencia entre la fila principal y la columna principal o la diferencia de indexación descendente / ascendente ocasiona errores a veces). Esto trae consigo el inmenso problema de la conversión paisaje / retrato (transformación natural, que es trivial en la cuadrícula rectangular, pero requiere interpolación y es casi necesariamente un procedimiento con pérdida en un hexágono o cuadrícula diferente). Esto es incluso un problema para píxeles rectangulares (relación de aspecto! = 1).

Luego está el instinto natural que la gente tiene con el diseño rectangular. Tienes matrices en matemáticas, que tienen el mismo diseño. De manera similar, un marco de coordenadas cartesianas es bastante fácil de usar y entender en la mayoría de los casos generales. Obtener el índice de un píxel en (x, y) es solo x + ancho * y (no al revés: herencia de la indexación de la exploración). Si el ancho es un múltiplo de 2, ni siquiera necesita multiplicación. Trabajar con ángulos no rectos implica una gran cantidad de complicaciones derivadas del álgebra vectorial, cuando los vectores de base no son ortogonales: las rotaciones ya no son simples superposiciones cos / sin. La traducción se vuelve rara. Esto proporciona una gran cantidad de complejidad computacional (sería un poco más costoso de calcular), ycomplejidad del código (recuerdo haber codificado el algoritmo de Bresenham una vez, y realmente no me gustaría intentar hacerlo en hexadecimal).

La interpolación y antialiasing en general tiene muchos algoritmos que dependen de la cuadrícula. Interpolación bilineal, por ejemplo. Todos los métodos de procesamiento basados ​​en Fourier también están vinculados a la cuadrícula rectangular (FFT es muy útil en el procesamiento de imágenes) ... bueno, a menos que haga primero transformaciones costosas y con pérdidas.

Eso todo muestra que datos en la memoria y los formatos de archivo deben almacenarse como una cuadrícula rectangular. La forma de mostrarlo depende del dispositivo de visualización / impresora, pero ese debería ser el problema del controlador. Se supone que los datos son independientes del dispositivo y no deben suponer qué hardware tiene. Como se muestra en las publicaciones anteriores, el uso de píxeles no rectangulares tiene muchas ventajas, debido a la fisiología del ojo humano y otros factores más tecnológicos: simplemente mantenga los datos en la cuadrícula, o tendrá una horda de programadores neuróticos para responder: )

A pesar de todo esto, en realidad jugué pensando en tener una disposición circular de píxeles para la integración en las caras del reloj (haciendo manos con líneas rectas). Cuando empecé a imaginar lo difícil que sería hacer que dibujar algo tan simple como una línea recta que no pasa por el centro, llegué a muchas de las conclusiones que mencioné anteriormente.


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"Esto trae consigo el inmenso problema de la conversión paisaje / retrato" <...> "Esto es incluso un problema para píxeles rectangulares" - Oxymoron? Personalmente, no tengo el hábito de girar mi monitor, así que ¿por qué rotar la imagen de 90 *? - Mikhail V
Hay muchas pantallas verticales (pantallas de llegada / salida en algunas estaciones de tren, paneles publicitarios diversos, etc.) que puedes ver que son solo pantallas normales giradas 90 grados. Observar: img.worsethanfailure.com/images/200710/error'd/... - orion
Esto se llama "uso indebido del equipo". Por cierto, el algoritmo de dibujo de líneas para puntos arbitrarios en la cuadrícula hexagonal probablemente podría resolverse sin problemas. Nunca lo hice, así que trato de adivinar, podría resultar que será aún más elegante que para la cuadrícula. - Mikhail V
Otro ejemplo son los teléfonos son tabletas, que rotan la imagen todo el tiempo de forma dinámica. Tanto los datos (formatos de archivo) como las pantallas deben tener lógicamente píxeles cuadrados para eso (no importa lo que haga el hardware para mostrar eso). El algoritmo de dibujo de líneas es problemático en definición: Bresenham asegura que la línea tiene exactamente un píxel de espesor, ya sea horizontal o verticalmente (dependiendo de la pendiente). Los desplazamientos de medio ancho de cada otra línea en la cuadrícula hexagonal hacen que sea ambiguo lo que significa "un píxel de espesor". Claro, se puede hacer, pero primero debe definir y derivar el algoritmo de nuevo. - orion
"necesita tener píxeles cuadrados" Aquí radica el problema. El dispositivo de visualización nunca se debe producir teniendo esto en cuenta, alguien querría rotarlo. Es solo un error que también conduce a conceptos erróneos de software y capas de abstracción redundantes. En cuanto a los cálculos: en la visión artificial en particular, muchas soluciones efectivas son tridireccionales por naturaleza, si usted hace este tipo de cosas, las coordenadas polares ayudan mucho. - Mikhail V


Los píxeles cuadrados eran "lo lógico", dice su inventor, Russel Kirsch:

"Por supuesto, lo lógico no era la única posibilidad ... pero utilizamos cuadrados. Fue algo muy tonto que todos en el mundo han sufrido desde entonces ".

http://www.wired.com/2010/06/smoothing-square-pixels/


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Tu respuesta está en otro castillo: ¿cuándo una respuesta no es una respuesta?


Esta pregunta es más acerca de la disposición que la forma real de un píxel.

El problema con los arreglos hexagonales es que traducir un sitio hexagonal en coordenadas cartesianas y viceversa no es trivial.

O trabajas con un índice primitivo de celosía de Bravais

https://en.wikipedia.org/wiki/Bravais_lattice

o trabajas con una celda convencional rectangular y agregas varios "vectores de base" internos. (Se necesitan dos vectores de base para el enrejado rectangular más pequeño y alrededor de 16 para el enrejado cuadrado más pequeño).

En el primer caso, hay una transformación de ángulo involucrada y en el segundo cada píxel necesita x, y y un índice base j para ser especificado.

Entonces, al final, los píxeles "cuadrados" deben ser un subproducto de nuestra cultura cartesiana.

Por cierto, sería genial tener esa tecnología, pero es muy incompatible con el paradigma actual. De hecho, los sistemas biológicos prefieren hexágonos cuando se producen redes para sistemas visuales. Piensa en los ojos de mosca. La retina humana también sigue algo más cerca de hexagonal (que cuadrado).

Mira aquí http://www.kybervision.com/resources/Blog/HumanRetinaMosaic.png y de vuelta al punto de las pantallas http://www.kybervision.com/Blog/files/AppleRetinaDisplay.html

No tengo dudas de que un enrejado hexagonal es más apropiado para la visualización. Pero puedes pensarlo de esta manera, cada vez que los ingenieros quieren mejorar una pantalla se enfrentan al siguiente dilema: 1) cambiar a hexagonal, cambiar el paradigma, reescribir trillones de líneas de código y hardware 2) hacer "cuadrados" más pequeños, agregar memoria, aumentar dos números para ver las dimensiones de la pantalla en píxeles. La opción 2) es siempre más barata.

Finalmente, una palabra del inventor del píxel cuadrado http://www.wired.com/2010/06/smoothing-square-pixels

Russell Kirsch, inventor del píxel cuadrado, vuelve al dibujo   tablero. En la década de 1950, formó parte de un equipo que desarrolló el cuadrado   pixel "Los cuadrados eran lo lógico", dice Kirsch. "De   Por supuesto, lo lógico no era la única posibilidad, pero utilizamos   cuadrícula. Fue algo muy tonto que todos en el mundo tengan   estado sufriendo desde entonces. ' Ahora jubilado y viviendo en Portland,   Oregon, Kirsch recientemente se dispuso a hacer las paces. Inspirado en el mosaico   constructores de la antigüedad que construyeron escenas de deslumbrantes detalles con   bits de azulejo, Kirsch ha escrito un programa que convierte el grueso,   cuadros torpes de una imagen digital en una imagen más suave hecha de   Píxeles de formas variables.


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Yo diría esto: 3dmdesign.com/development/hexmap-coordinates-the-easy-way es bastante trivial? - Tim
Sí, (buen punto) pero ese sistema de coordenadas aún no es cartesiano. Por ejemplo, la región "hexmap" de superficie de "3x3" no es 9 (ni siquiera aproximadamente). No es una cuestión de ángulo, es una cuestión de métrica, un enrejado hexagonal no es un enrejado rectangular (o cuadrado) girado. - alfC
Punto justo, pero no se requiere cartesiano ¿verdad? - Tim
Como dije, no en principio, creo que es más un problema de paradigma. (La cultura sesga la tecnología y la tecnología son pegajosas, la tecnología es un cambio difícil de forma aislada). - alfC
No estaría de acuerdo en que es un gran cambio de paradigmas. Para el caso puramente digital, es bastante simple el cambio de dirección. Prácticamente necesita un mismo conjunto discreto, para que la función "blit" sepa dónde escribir los datos. En cuanto a los datos de imagen de fuentes rectangulares, sí hay problemas. Y crear una fuente para la visualización hexadecimal será incluso más simple que en un cuadrado (menos dolor de cabeza con pendientes). - Mikhail V


Para apreciar por qué un píxel rectilíneo tiene valor, debe comprender el proceso de fabricación de sensores y pantallas. Ambos se basan en el diseño de silicio. Ambos se derivan de los orígenes de VLSI.

Para que implementes un no rectilíneo  sensor píxel, debes estar preparado para:

  1. Diseñe los elementos sensibles a la luz de una manera no rectilínea (por ejemplo, círculos empaquetados con hexágono).
  2. Diseña los cables que recogen la carga (por ejemplo, CMOS / CCD) de forma no rectilínea
  3. Escale este diseño a >> 1M x 1M para cumplir con las demandas del mercado
  4. Relaciona (o interpola) la información con una pantalla rectilínea

Para que implementes un sistema no rectilíneo monitor píxel, necesitas todas las mismas cosas.

Mucha gente ha tratado de hacer foveal cámaras y pantallas (alta resolución en el medio donde nuestros ojos son mejores, baja resolución en la periferia). El resultado siempre es algo que es más costoso y menos capaz que un sensor rectilíneo.

La realidad de la eficiencia comercial es que puede soñar con sensores / pantallas no rectilíneas, pero no es rentable ni escalable en este momento.


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Un sensor de píxeles de aspecto cuadrado convencional se convertiría en uno con píxeles rectangulares si se usa detrás de una lente anamórfica. Así como el bokeh se vuelve elíptico. - JDługosz