Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

двух выключателей с включенным третьим и все четыре положения двух выключателей с выключенным третьим. Таким образом, 3-битный пиксель управляет восемью возможными цветами — и так далее. Для удобства я часто буду помещать в скобки эквивалентное количество возможных контролируемых цветов после упоминания величины пикселя в битах.

Дело становится совсем серьезным, когда количество битов достигает шести и выше. Такой способ хранения элементов управления цветом — непосредственно в битах каждого пикселя — кажется наиболее очевидным. Действительно, он до сих пор остается наиболее распространенным, именно поэтому понятие пикселя, хранящего цвет, кажется вполне естественным.

Но на заре компьютерной истории память стоила очень дорого, из-за чего преобладал непрямой способ хранения элементов управления цветом. Он использовал так называемую палитру — цветовую карту или таблицу поиска цветов. Биты в пикселе интерпретировались как номер строки в таблице элементов управления цветом, хранящейся в памяти компьютера. Цветом управляла строка битов памяти (а не биты пикселя). Идея заключалась в том, чтобы количество битов на пиксель было невелико (поскольку пикселей очень много), а число возможных вариантов цвета на пиксель — большим.

Рассмотрим уже упомянутый 1-битный пиксель. Один бит способен напрямую включать или выключать элемент отображения, и на этом всё. Таким образом, 1-битный пиксель управляет напрямую лишь черным (выключено, 0) и белым (включено, 1) цветами. Но косвенно этот бит может указывать на одну из двух строк (строку 0 или строку 1) палитры в другом месте памяти. Предположим, что каждая строка карты цветов содержит 24 бита. Их достаточно для управления более чем 16 миллионами различных цветов. Есть только два ряда, поэтому одновременно доступны только два цвета, но выбрать можно любые — хоть розовато-лиловый и зеленовато-желтый. Поскольку переход на один уровень косвенности происходит на электронных скоростях, нам, жалким несовершенным людишкам, он кажется практически мгновенным. С помощью цветовой карты пиксель не управляет элементом отображения, а лишь выбирает строку из палитры, управляющую им.

Более реальный и знакомый пример — 8-битный пиксель. Он указывает на одну из 256 строк в палитре. Опять же, давайте предположим, что в каждой строке цветовой карты 24 бита. Таким образом, вместо 256 возможных цветов (8 битов), доступных напрямую, трюк с цветовой картой делает косвенно доступными более 16 миллионов цветов (24 бита). Количество цветов, которыми можно управлять, остается неизменным (256) в обоих случаях, но количество вариантов их выбора значительно увеличивается.

В этой главе мы столкнемся с 6-битными (64 цвета) и 8-битными (256 цветов) пикселями, а затем перейдем к 24-битным (более 16 миллионов цветов). Человек различает до 16 миллионов оттенков, поэтому обычно нет особых причин использовать пиксели с разрядностью более 24 бит. Число битов в пикселях, равное 24, стало повсеместным к началу третьего тысячелетия, что привело к Великой цифровой конвергенции. Таким образом, 24-битные пиксели (с 16 мегацветами, как мы можем это назвать) сегодня считаются стандартом, будь то в цифровом кино или на экране мобильного телефона.

В поисках первого цифрового цвета

Один из способов освободиться от обусловленности прошлым — смоделировать альтернативное будущее с помощью безотказной мощи цифрового компьютера. Это «искусство» высочайшего уровня из всех, когда-либо известных человеку, — в буквальном смысле создание нового мира, незаметно догоняющего реальность. Возможности чисто эстетического исследования революционны, и их еще предстоит опробовать. «City-Scape» — первый шаг к этому будущему.

— Джин Янгблад. «Расширенное кино» (1970)

Кинокритик Джин Янгблад писал колонки для нескольких лос-анджелесских газет в 1960-х годах. В 1970-м, за три десятилетия до Великой цифровой конвергенции, он изложил свои мысли о грядущих изменениях в книге «Расширенное кино». Это была исчерпывающая работа о медиаискусстве — новой области, которая продвигала экспериментальное кино, видео и даже зарождающуюся компьютерную графику как новые формы творчества. Книга Янгблада во многих отношениях стала подведением итогов, гимном ярких шестидесятых и явным достижением контркультурной революции. Удивительно, как много «Расширенное кино» может рассказать нам об истории Цифрового Света.

Еще во второй главе мы узнали, что слово «пиксель» впервые использовано в 1965 году. Янгблад упомянул PIXELS в «Расширенном кино» только один раз — именно так, прописными буквами. Даже по прошествии пяти лет это слово все еще оставалось для него странным. Закон Мура, тоже появившийся в 1965 году, еще не привлек внимания общественности, о чем свидетельствует наблюдение Янгблада:

Требования к битам, необходимые для компьютерной генерации реалистичных движущихся изображений в реальном времени, пока еще лежат далеко за пределами современного уровня техники.

Янгблад, сам того не зная, сделал драгоценный снимок момента, когда появился первый цифровой цвет. В книге нет определения пикселя, но примеры из нее подводят нас к нему. Подсказки оттуда привели меня прямиком к первым цветным пикселям.

Если Янгблад был прав, то источник цветных пикселей стоило искать в космической гонке. Как мы узнали из главы 6, ARPA, принадлежавшее военным, финансировало создание черно-белой компьютерной графики. Близкое ему по духу NASA, основанное примерно в то же время, выводило компьютерную графику в область цвета.

В главе под названием «Кибернетическое кино и компьютерные фильмы» Янгблад обсуждал участие Лаборатории реактивного движения (JPL) из Пасадены, штат Калифорния, работавшего на NASA подразделения Калифорнийского технологического института, в программе запуска автоматических межпланетных станций «Маринер». С 1962 по 1973 год Лаборатория реактивного движения NASA совершила семь успешных беспилотных миссий к Марсу, Венере и Меркурию. Для этого проекта в ней создали систему обработки изображений. Вот что пишет Янгблад:

Эта фантастическая система в реальном времени преобразует телевизионный сигнал в цифровые элементы изображения, которые сохраняются на специальных дисках с данными. Сама картинка не сохраняется; только ее цифровое представление.

То есть они хранили дискретные пиксели, а не непрерывные аналоговые телевизионные сигналы.

Эпиграф к этому разделу взят из описания цветного видеофильма архитектора Питера Камнитцера «City-Scape», в котором показана упрощенная графика вида на город из движущегося автомобиля. Янгблад также отметил, что фильм был снят на симуляторе, построенном компанией General Electric для NASA:

Он использовался более десяти лет для имитации условий высадки на Луну.

Могли ли подрядчики NASA — General Electric и Лаборатория реактивного движения — использовать программы, отображающие цветные пиксели, уже в 1960-м или 1962-м? Как мы знаем, триумвират и Центральная Догма (трехмерная евклидова геометрия должна отображаться двумерным изображением в линейной перспективе) появились в Массачусетском технологическом институте в 1963 году. Было бы странно, если бы цвет предшествовал этому черно-белому краеугольному камню в фундаменте компьютерной графики. Давайте посмотрим, что означал цвет для NASA.