عرض البكسل الفرعي
يُعدّ عرض البكسلات الفرعية طريقةً تُستخدم لزيادة الدقة الفعّالة لجهاز عرض الألوان . وتعتمد هذه الطريقة على تكوين كل بكسل ، والذي يتألف من ثلاثة بكسلات فرعية هي الأحمر والأخضر والأزرق، ويمكن معالجة كل منها بشكل فردي على مصفوفة العرض.
تُستخدم تقنية عرض البكسل الفرعي بشكل أساسي لعرض النصوص على شاشات DPI القياسية .
على الرغم من وجود تشوهات لونية متأصلة، إلا أنه يمكن استخدامه أيضًا لعرض الرسومات العامة.
تاريخ
لا يزال أصل تقنية عرض البكسل الفرعي المستخدمة اليوم موضع جدل. فقد حصلت شركات آبل وآي بي إم ومايكروسوفت على براءات اختراع لتطبيقات مختلفة تباينت في تفاصيلها التقنية نظراً لاختلاف الأغراض التي صُممت من أجلها تقنياتها. [ 1 ]
حصلت مايكروسوفت على عدة براءات اختراع في الولايات المتحدة لتقنية عرض البكسلات الفرعية المستخدمة في عرض النصوص على تخطيطات RGB Stripe. وقد سُجلت براءات الاختراع أرقام 6,219,025، و6,239,783، و6,307,566، و6,225,973، و6,243,070، و6,393,145، و6,421,054، و6,282,327، و6,624,828 بين 7 أكتوبر 1998 و7 أكتوبر 1999، وانتهت صلاحيتها في 30 يوليو 2019. [ 2 ] ويشير تحليل براءة الاختراع من قِبل FreeType [ 3 ] إلى أن براءة الاختراع لا تغطي فكرة عرض البكسلات الفرعية، بل تغطي المرشح الفعلي المستخدم كخطوة أخيرة لموازنة الألوان. تصف براءة اختراع مايكروسوفت أصغر مرشح ممكن يوزع قيمة كل بكسل فرعي بالتساوي بين بكسلات الأحمر والأخضر والأزرق. أي مرشح آخر سيؤدي إما إلى ضبابية أكبر أو إلى ظهور تشوهات لونية.
تمكنت شركة آبل من استخدامها في نظام التشغيل ماك أو إس إكس بفضل اتفاقية ترخيص متبادل لبراءات الاختراع . [ 4 ]
صفات
تتكون البكسل الواحدة على شاشة ملونة من عدة بكسلات فرعية، عادةً ثلاثة مرتبة من اليسار إلى اليمين بألوان الأحمر والأخضر والأزرق (RGB). يمكن رؤية هذه المكونات بوضوح باستخدام عدسة مكبرة صغيرة . تظهر مكونات البكسل هذه بلون واحد للعين البشرية بسبب التشويش الناتج عن البصريات والتكامل المكاني بواسطة الخلايا العصبية في العين. مع ذلك، فإن العين أكثر حساسية للموقع. لذا، فإن تشغيل اللونين الأخضر والأزرق لبكسل واحد واللون الأحمر للبكسل التالي على يمينه سينتج نقطة بيضاء، لكنها ستظهر على بُعد ثلث بكسل إلى يمين النقطة البيضاء التي تُرى من RGB البكسل الأول فقط. تستفيد تقنية عرض البكسلات الفرعية من هذه الخاصية لتوفير ثلاثة أضعاف الدقة الأفقية للصورة المعروضة. مع ذلك، يجب أن تُشوش هذه التقنية الصورة لإنتاج اللون الصحيح من خلال ضمان تشغيل نفس كمية الأحمر والأخضر والأزرق كما هو الحال عند عدم استخدام تقنية عرض البكسلات الفرعية.
لا يتطلب عرض البكسلات الفرعية استخدام تقنية منع التعرجات . فهو يُعطي نتيجة أكثر سلاسة سواءً استُخدمت هذه التقنية أم لا [ 5 ] ، لأنه يزيد الدقة بشكل مصطنع. مع ذلك، يُسبب هذا العرض تشويشًا لونيًا نظرًا لتلوين البكسلات الفرعية. يُعدّ الترشيح اللاحق المُطبّق لإزالة هذه التشوهات اللونية شكلًا من أشكال منع التعرجات، على الرغم من أن هدفه ليس تنعيم الأشكال الخشنة كما في منع التعرجات التقليدي.
يتطلب عرض البكسلات الفرعية معرفة البرنامج بتخطيط هذه البكسلات. والسبب الأكثر شيوعًا لخطئه هو الشاشات القابلة للدوران 90 (أو 180) درجة، مع العلم أن الشاشات تُصنع بترتيبات أخرى للبكسلات الفرعية، مثل BGR أو المثلثات، أو بأربعة ألوان مثل مربعات RGBW. على أي شاشة من هذا النوع، ستكون نتيجة عرض البكسلات الفرعية غير الصحيح أسوأ من عدم عرضها على الإطلاق (لن ينتج عنها تشوهات لونية، ولكنها ستظهر حوافًا مشوشة).
التطبيقات
أبل 2
ادّعى ستيف جيبسون أن جهاز Apple II ، الذي طُرح عام 1977، يدعم شكلاً مبكراً من عرض البكسلات الفرعية في وضع الرسومات عالي الدقة (280×192). [ 6 ] استخدمت براءة اختراع ووزنياك بكسلين فرعيين فقط. [ 7 ] تحتوي البايتات التي تُشكّل مخزن شاشة Apple II عالي الدقة على سبعة بتات مرئية (يُقابل كل منها بكسلًا واحدًا مباشرةً) وبتة علامة تُستخدم للاختيار بين مجموعات الألوان البنفسجي/الأخضر أو الأزرق/البرتقالي. كل بكسل، بما أنه مُمثّل ببتة واحدة، يكون إما مُفعّلاً أو مُعطّلاً؛ لا توجد بتات داخل البكسل نفسه لتحديد اللون أو السطوع. بدلاً من ذلك، يتم إنشاء اللون كنتيجة ثانوية لنظام ترميز ألوان NTSC ، ويتم تحديده بواسطة الموضع الأفقي: البكسلات ذات الإحداثيات الأفقية الزوجية تكون دائمًا بنفسجية (أو زرقاء، إذا كانت بتة العلامة مُفعّلة)، والبكسلات ذات الإحداثيات الفردية تكون دائمًا خضراء (أو برتقالية). تكون البكسلات المضاءة المتجاورة بيضاء دائمًا، بغض النظر عما إذا كان الزوج زوجيًا/فرديًا أو فرديًا/زوجيًا، وبغض النظر عن قيمة بت العلم. هذا تقريب، ولكنه ما كان يضعه معظم المبرمجين في ذلك الوقت في اعتبارهم عند العمل مع وضع الدقة العالية في أجهزة أبل.
يزعم مثال جيبسون أنه نظرًا لأن بتّين متجاورين يشكلان كتلة بيضاء، فهناك في الواقع بتان لكل بكسل: أحدهما يُفعّل النصف الأيسر الأرجواني من البكسل، والآخر يُفعّل النصف الأيمن الأخضر. إذا قام المبرمج بتفعيل النصف الأيمن الأخضر من بكسل ما، والنصف الأيسر الأرجواني من البكسل التالي، فستكون النتيجة كتلة بيضاء على بُعد نصف بكسل إلى اليمين، وهو ما يُعدّ مثالًا على عرض البكسلات الفرعية. مع ذلك، ليس من الواضح ما إذا كان أيٌّ من مبرمجي Apple II قد اعتبر أزواج البتات بكسلات، مُطلقًا على كل بت اسم بكسل.
تؤثر بتة العلم في كل بايت على اللون عن طريق إزاحة البكسلات بمقدار نصف عرض بكسل إلى اليمين. وقد استُغلت هذه الإزاحة بمقدار نصف بكسل من قِبل بعض برامج الرسومات، مثل HRCG (مولد الأحرف عالي الدقة)، وهي أداة مساعدة من Apple لعرض النصوص باستخدام وضع الرسومات عالي الدقة، لتنعيم الخطوط القطرية.
ClearType
أعلنت مايكروسوفت عن تقنية عرض البكسلات الفرعية الخاصة بها، والتي تُسمى ClearType ، في معرض COMDEX عام 1998. [ 8 ] ونشرت مايكروسوفت ورقة بحثية في مايو 2000 بعنوان " الترشيح المُزاح للشاشات ذات الأنماط"، تشرح آلية الترشيح الكامنة وراء ClearType. [ 9 ] ثم أُتيحت هذه التقنية في نظام التشغيل Windows XP . ومع ذلك، لم يتم تفعيلها افتراضيًا إلا في نظام Windows Vista ، بينما كان بإمكان مُصنّعي أجهزة Windows XP تغيير الإعداد الافتراضي، وقد فعلوا ذلك بالفعل. [ 10 ]
فري تايب
تحتوي مكتبة FreeType ، المستخدمة في معظم البرامج الحالية على نظام X Window ، على تطبيقين مفتوحي المصدر . يستخدم التطبيق الأصلي مرشحات ClearType المضادة للتشويش، ويحمل الملاحظة التالية: "خوارزمية ترشيح الألوان في تقنية ClearType من مايكروسوفت لعرض البكسلات الفرعية محمية ببراءات اختراع؛ ولهذا السبب، فإن الكود المقابل في FreeType معطل افتراضيًا. تجدر الإشارة إلى أن عرض البكسلات الفرعية بحد ذاته يُعدّ تقنية سابقة؛ وبالتالي، فإن استخدام مرشح ألوان مختلف يُتيح تجاوز مطالبات براءات اختراع مايكروسوفت بسهولة." [ 3 ] [ 2 ]
يُوفر برنامج FreeType مجموعة متنوعة من مرشحات الألوان. منذ الإصدار 2.6.2، أصبح المرشح الافتراضي هو "الضوء" ، وهو مرشح مُعايَر (مجموع قيمه يساوي 1) ومتوازن الألوان (يزيل التداخلات اللونية على حساب الدقة). [ 11 ]
منذ الإصدار 2.8.1، يتوفر تطبيق ثانٍ يُسمى Harmony ، يُقدّم مخرجات عالية الجودة مُحسّنة لشاشات LCD دون اللجوء إلى تقنيات ClearType لمضاعفة الدقة ثلاث مرات والترشيح. هذه هي الطريقة المُفعّلة افتراضيًا. عند استخدام هذه الطريقة، يتم توليد كل قناة لونية على حدة بعد تحريك حدود الحرف، مستفيدةً من حقيقة أن شبكات الألوان على لوحات LCD تُزاح بمقدار ثلث بكسل. لا يمكن تمييز هذه المخرجات عن ClearType باستخدام مرشح خفيف ثلاثي النقاط. [ 12 ] ولأن طريقة Harmony لا تتطلب ترشيحًا إضافيًا، فهي غير مشمولة ببراءات اختراع ClearType.
نوع بارد
ابتكرت أدوبي مُعالج عرض البكسل الفرعي الخاص بها، CoolType ، مما سمح لها بعرض المستندات بنفس الطريقة عبر أنظمة تشغيل مختلفة: ويندوز، ماك أو إس، لينكس، وغيرها. عند إطلاقه حوالي عام 2001، دعم CoolType نطاقًا أوسع من الخطوط مقارنةً بـ ClearType من مايكروسوفت، الذي كان يقتصر آنذاك على خطوط TrueType . في المقابل، دعم CoolType من أدوبي أيضًا خطوط PostScript (وما يُعادلها من خطوط OpenType ). [ 13 ]
نظام التشغيل macOS
استخدم نظام التشغيل Mac OS X (لاحقًا OS X، والآن macOS) أيضًا تقنية عرض البكسل الفرعي، كجزء من Quartz 2D . ومع ذلك، تمت إزالته بعد طرح شاشات Retina . على عكس تطبيق مايكروسوفت، الذي يُفضّل ملاءمة دقيقة للشبكة ( تلميح الخط ) لزيادة وضوح النص ، يُعطي تطبيق أبل الأولوية لشكل الأحرف الرسومية كما حدده مصممها. [ 14 ]
انظر أيضاً
- تحويل الخطوط إلى صور نقطية - عملية تحويل النص من متجه إلى صورة نقطية
- عامل كيل – معلمة في معالجة إشارات الصور
- عائلة مصفوفة PenTile - شاشة عرض الأجهزة الإلكترونية
- دقة البكسل الفرعي - جودة الرسومات
- التردد
مراجع
- ↑ جون ماركوف، " تقنية Cleartype من مايكروسوفت تثير جدلاً حول الأصالة " مؤرشفة في 21 أبريل 2017 على موقع Wayback Machine "، صحيفة نيويورك تايمز ، 7 ديسمبر 1998
- 1 2 ديفيد تيرنر (1 يونيو 2007). "براءات اختراع ClearType، وFreeType، وسطح مكتب يونكس: شرح" . مؤرشف من الأصل في 31 مارس 2009. تم الاطلاع عليه في 9 أبريل 2009 .
- 1 2 "فري تايب وبراءات الاختراع" . FreeType.org. 13 فبراير 2018. مؤرشف من الأصل في 10 نوفمبر 2018. تم الاطلاع عليه في 29 نوفمبر 2018 .
- ↑ "رقع عرض شاشة LCD" . 24 سبتمبر 2006. مؤرشف من الأصل في 3 يونيو 2011. تم الاطلاع عليه في 9 أبريل 2009 .
- ↑ "رسالة في تحويل الخطوط إلى صور نقطية مع التركيز على البرمجيات الحرة" . 15-09-2010 . تاريخ الاسترجاع: 11-11-2023 .
- ↑ "GRC - أصول عرض الخطوط الفرعية" . grc.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2006-03-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2006-03-02 .
- ↑ ديفيد تيرنر (24 سبتمبر 2006، الساعة 20:00) ملفات تصحيح عرض شاشات LCD، مؤرشفة بتاريخ 8 فبراير 2007 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
- ↑ خطاب بيل غيتس الرئيسي حول تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في مؤتمر كومدكس عام 1998 ، مؤرشف من الأصل بتاريخ 30 نوفمبر 2021 ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 نوفمبر 2021
- ↑ بلات، جون؛ كيلي، بيرت؛ هيل، بيل؛ دريسيفيتش، بودين؛ بيتريسي، كلود؛ ميتشل، دون ب.؛ هيتشكوك، جريج؛ بلين، جيم؛ ويتد، تيرنر (1 مايو 2000). "الترشيح المُزاح للشاشات ذات الأنماط. وقائع ندوة جمعية عرض المعلومات" . الصفحات 296-299 . مؤرشف من الأصل في 30 نوفمبر 2021. تم الاسترجاع في 30 نوفمبر 2021 .
- ↑ غريغ هيتشكوك (مع مقدمة بقلم ستيفن سينوفسكي ) " تغييرات هندسية على ClearType في ويندوز 7، مؤرشف في 18 ديسمبر 2012 على Wayback Machine "، مدونات MSDN، 23 يونيو 2009
- ↑ "حول التلميح الطفيف، وعرض النص بشكل صحيح، وتعتيم الساق، وفلاتر شاشة LCD" . freetype.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 12 نوفمبر 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 نوفمبر 2020 .
- ↑ ليمبرغ، فيرنر (16 سبتمبر 2017). "الإعلان عن FreeType 2.8.1" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 نوفمبر 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 أبريل 2019 .
- ↑ فيليتشي، جيمس (أبريل 2000) " كلير تايب، كول تايب: العيون لها الكلمة العليا "، تقرير سيبولد عن النشر عبر الإنترنت، المجلد 4، العدد 8
- ↑ "مشاكل التنعيم الطباعي" . 2 نوفمبر 2009. مؤرشف من الأصل في 9 أغسطس 2014. تم الاطلاع عليه في 11 أغسطس 2014 .
روابط خارجية
- تصريحات رون فيجنبلات حول Microsoft ClearType
- استعارة البكسل، وتقنية ClearType، وتقنية منع التعرجات في أرشيف الإنترنت (تمت أرشفته في 12 أكتوبر 2007)
- مستكشف البكسلات الفرعية
- مقال بعنوان "تعريض النصوص للتحويل إلى صور نقطية" من مشروع الهندسة المضادة للحبوب.
- إنجلهارت، توماس (2013). "عرض البكسل الفرعي منخفض التكلفة لشاشات متنوعة". منتدى رسومات الحاسوب . 33 (1): 199-209 . doi : 10.1111/cgf.12267 . S2CID 9851327 . http://jankautz.com/publications/SubpixelCGF13.pdf
- رسومات الحاسوب
- الرسومات المتجهة