Retina-дисплей в Mac, iPad, и HiDPI: немного математики

Тем, кому нравится продукция Apple и математика, сайт TUAW предлагает в цифрах увидеть особенности «яблочных» продуктов – оборудования и программного обеспечения.

Сейчас все говорят о дисплеях Retina, переживая по поводу того, что они не могут появиться в Mac, и предвкушая их появление в iPad 3 (в чем мы убедимся 7 марта почти наверняка). Есть одна мысль, высказанная разработчиком Bjango Марком Эдвардсом (Marc Edwards) в Твиттере: «Количество пикселей в Retina 27-дюймового дисплея с Thunderbolt составляет 5120×2880 = 14745600 пикселей. С разрешением 4K: 4096×2160 = 8847360 пикселей. Retina в iPad 3: 2048×1536 = 3145728 пикселей». Расчеты заставляют задуматься – что может означать появление дисплея Retina в Mac? Если Эдвардс прав – неужели в дисплее с Retina и Thunderbolt действительно почти 15 мегапикселей?

Может быть, дело только в маркетинге?

Что вообще означает термин «Retina Display»? Его придумала Apple, дав следующее определение:

«Плотность пикселей дисплея Retina настолько высока, что человеческий глаз не может различить отдельные пиксели».

Определение имеет смысл и является продуманным маркетинговым ходом, но только ли?

Фактически данную технологию использует не только Apple. Экраны с высокой плотностью пикселей на дюйм начинают появляться в других устройствах – к примеру, в Android-планшете от Asus. Точный термин «Retina display» может принадлежать только Apple, но преимущества экранов с высоким разрешением купертиновцам принадлежать не могут. Так как это новая тенденция для отрасли в целом, нужно немало постараться, чтобы стряхнуть с себя «маркетинговую пыль» и попытаться объективно взглянуть на технологию.

Определение «Retina Display»

Что может означать фраза о том, что отдельные пиксели на экране неотличимы? Безусловно, выход iPhone 4 и первого дисплея Retina был большим скачком в увеличении разрешения: оно выросло с 480×320 до 960×640 (то есть с 163 пикселей на дюйм до 326 пикселей на дюйм (ПНД)). Таким образом, люди понимают, что отличительная черта дисплея Retina – это плотность 326 ПНД, или 300 ПНД. Последнее число считается общепринятым эмпирическим исходным уровнем в полиграфической отрасли для «фото-разрешения».

Однако все не так просто.

Посмотрите на текст, напечатанный мелким шрифтом, с расстояния вытянутой руки. Обратите внимание, как трудно его читать. Теперь приблизьте текст к лицу и посмотрите на него с расстояния в несколько сантиметров от вашего носа. Обратите внимание, насколько легче сейчас стало его читать. Становится ясно, что определение Apple термина «Retina Display» как «дисплея с неразличимыми пикселями» требует уточнения – каким именно должно быть расстояние от экрана до глаз пользователя для каждого конкретного устройства. Разница есть – iMac стоит на столе, MacBook – на столе/коленях и пр., iPhone мы держим в руках, причем каждый из нас – на разном удалении от глаз.

Итак, каким должен быть размер маленького пикселя, чтобы его можно было считать невидимым? Начинается математика (точнее, геометрия) – нам нужно подумать о том, под каким углом мы смотрим на экран.

Угол обзора в данной диаграмме (угол а) – это угол, зависящий от межпиксельного расстояния (s). При уменьшении этого расстояния величина угла также уменьшается. Точно так же размер объекта зависит от расстояния, с которого он рассматривается – угол обзора будет меняться в зависимости от изменения расстояния от объекта до глаз наблюдателя. Объекты более крупного размера хорошо видны и под большим углом. Размер изображения на сетчатке неразрывно связан с размерами объекта и расстоянием до него, и вычисляется по следующей формуле:

Что же получается – угол обзора слишком мал, чтобы его увидеть? Среднестатистический человек имеет зрение 20/20 – это исторически определялось умением читать буквы на стандартной таблице проверки зрения под углом 5 минут дуги (1 минута дуги, аркминута – это 1/60-тая часть градуса). Что это может означать в переводе на пиксели? Одними из самых мелких шрифтов считаются Tinyfont, созданный Кеном Перлином (Ken Perlin), и Tiny от Мэтью Уэлча (Matthew Welch), и высота их букв составляет всего 5 пикселей (вместе с подстрочными элементами в Tiny). Это означает, что наименьший для среднего глаза угол составляет одну минуту дуги. На самом деле, одна аркминута является общепринятым в ученом мире пределом разрешения для сетчатки типичного человеческого глаза.

Retina в существующих дисплеях Apple

Можно продолжить вычисления – взять некоторые типичные расстояния просмотра для различных устройств Apple, объединить их с размерами экранов и их разрешением, и рассчитать насколько дисплей соответствует определению Retina, указанному выше.

Google любезно предоставляет таблицу с подробной информацией о том, как эти данные рассчитываются. Просто для интереса возьмем для сравнения парочку «не яблочных» устройств – 50-дюймовый телевизор, на который будем смотреть с расстояния шести футов (примерно 1,8 метра) и проигрывать диски BluRay и DVD; а также планшет Asus Transformer Prime Android с разрешением дисплея 1920×1200.

Таблица показывает удивительные вещи: во-первых, становится ясно, что определение, данное Apple в отношении Retina-дисплея, довольно близко соотносится с данным выше математическим определением. Экран iPhone 4, на который обычно смотрят с расстояния 11 дюймов (28 сантиметров), предлагает характеристики, очень близкие к порогу Retina – значит, методика расчетов правильная.

Во-вторых, расчеты повторяют сделанный ранее вывод о том, что удвоенное разрешение iPad (2048×1536) вполне соотносится с характеристиками Retina. Даже если пользоваться планшетом на удалении 16 дюймов (около 40 сантиметров) от глаз, то показатели получаются очень близкими. Равно, как и в планшете Asus – его дисплей тоже можно считать Retina.

Расчеты также показывают, что дисплеи многих современных Mac намного ближе к показателям Retina, чем может показаться на первый взгляд. Экран 27-дюймового iMac на расстоянии 28 дюймов (примерно 70 см), 17-дюймового MacBook Pro на расстоянии 26 дюймов от глаз (66 см) и экран 11-дюймового MacBook Air с расстояния 22 дюйма (56 см) – все эти экраны имеют достаточно мелкие пиксели, чтобы быть на пороге невидимости.

Кроме того, дисплей iPhone с разрешением 480×320 выглядит заметно хуже на фоне остальных продуктов, созданных Apple на сегодняшний день (его плотность составляет всего 53% плотности пикселей Retina-дисплея). Даже разрешение iPad (1024×768), которым многие недовольны, дает в расчетах лучший показатель – 61%. Анализ самого «плохого» дисплея Mac (24-дюймовый экран iMac на расстоянии 28 дюймов) показывает, что величина его пикселей на треть превышает тот самый порог невидимости.

Наконец, расчеты дают понять, почему изображение BluRay выглядит так хорошо. На больших телевизорах при маленьком удалении от экрана (диагональ – 50 дюймов, удаление – 15 см) картинка формата 1080p показывает 92% уровня Retina – при том, что формат DVD демонстрирует всего лишь 36%.

Здесь нужно учесть два очень важных момента.

Во-первых, для того, чтобы достичь или даже превысить желанный порог невидимости пикселей дисплея Retina, Apple не нужно удваивать разрешение большинства своих дисплеев. Отнюдь нет – достаточно увеличить плотность пикселей 27-дюймового Thunderbolt Display с 2560×1440 до примерно 2912×1638.

Второй момент заключается в том, что люди должны понять, что им не стоит обольщаться по поводу того, что Retina-дисплей в Mac будет намного лучше существующих предложений. Выход iPhone 4 стал огромным шагом вперед после выхода iPhone 3GS главным образом потому, что экран 3GS был довольно убогим (по сегодняшним меркам). Существующие модели Mac имеют намного лучшие экраны, поэтому в сильных улучшениях они нуждаться не будут.

За пределами аркминут

Исходя из вышеизложенного, можно подумать, что у Apple вряд ли есть основания вообще что-либо менять, так как преимущества экранов с высоким разрешением на деле оказываются довольно скромными. Но формат HiDPI существует, и есть специально созданные экраны с плотностью от 508 до 750 пикселей на дюйм, используемые в медицинской отрасли.

Ответ заключается в том, что наше определение пределов человеческого зрения (детали, которые видны под углом минутной дуги) слишком примитивное. Нужно учесть намного больше, рассматривая вопрос взаимодействия реального человеческого зрения с технологией компьютерного дисплея – в том числе, атипичные расстояния просмотра, различные виды изображений и так далее. Например, читать слова можно гораздо меньших размеров, так как наш мозг имеет дополнительные преимущества в их угадывании. Мозг человеческий представляет собой хороший инструмент для распознавания различных шаблонов, и он будет использовать информацию из окружающей среды, чтобы интерпретировать детали, которые глаз не может четко разобрать.

На рисунке – несколько шаблонов, которые вы можете проверить на собственном дисплее. Если хотите попробовать сделать это на экране iOS-устройства, необходимо получить соответствующий файл (для iPhone или iPad) и сохранить его в Camera Roll. Это нужно потому, что iOS будет любезно пытаться масштабировать и панорамировать изображение, а мы хотим, чтобы один пиксель изображения занимал один пиксель на экране. После того, как получите файл в Camera Roll, просмотрите картинку на полном экране через приложение Photos, расположив изображение в портретном режиме. Если вы начнете сравнивать, как она выглядит на экране Mac, iPad или iPhone, вы увидите разницу возможностей экранов.

Аргументы в пользу удвоения пикселей

Рене Ричи (Rene Ritchie) на сайте iMore приводит веский аргумент в пользу того, что разрешение дисплея iPad должно быть именно удвоено (то есть стать 2048×1536 пикселей, а не каким-либо промежуточным значением, как в случае с iPhone 4). Промежуточное значение означает, что каждое существующее приложение должно или каждый раз повторно масштабироваться (и изображение будет нечетким), или будет иметь отличные от экрана размеры. Все объясняется тем, что каждое существующее iPad-приложение жестко закодировано под запуск на полном экране с разрешением 1024×768.

Немного по-другому дела обстоят у пользователей десктопов. Плотность существующих десктоповых дисплеев Аpple находится в пределах между 92 и 133 пикселями на дюйм. Пользователи более терпимы к изменению размеров элементов пользовательского интерфейса (конечно, в пределах разумного).

Рассмотрим 27-дюймовый дисплей с Thunderbolt, с плотностью 109 ПНД и разрешением 2560×1440 пикселей, и предположим, что Apple захочет подогнать его под характеристики Retina. Разрешение может быть увеличено до 4192×2358 пикселей (плотность при этом составит 178 ПНД), такой дисплей будет лучше, чем дисплей в iPhone 4. Пикселей будет на треть меньше, чем при нативном удвоении разрешения (5120×2880). Элементы пользовательского интерфейса будут выглядеть пропорционально больше, но не больше, чем на экране сегодняшнего 24-дюймового iMac, поэтому не будут казаться нечеткими или неуклюжими.

Заключение

Вот несколько вещей, в которых нас пытались убедить авторы сайта TUAW:

— Retina-дисплей не является просто привлекательным маркетинговым понятием;

— при определении, является дисплей Retina или нет, нужно учитывать расстояние до экрана;

— если до характеристик Retina улучшится дисплей Mac, то изменения будут намного менее заметными, чем усовершенствование экрана iPhone 4 по сравнению с экраном 3GS.

Источник: tuaw.com