Что лучше когда пикселей на дюйм больше или меньше
Обновлено: 03.07.2024
Давным-давно я работал в сфере производства LCD-мониторов и телевизоров. И однажды участвовал в разговоре с инженерами из ведущих компаний, разрабатывающих схемы управления дисплеями. Они обвиняли всех нас, кто проектировал и создавал экраны, в «носодисплейной инженерии» («nose on glass engineering» — N.O.G.E.).
По их мнению, мы сосредоточились на улучшениях, которые можно заметить, лишь уткнувшись носом в экран. Мы наращивали показатели, которые в повседневном использовании не играют роли. И они были абсолютно правы.
Сегодня мобильная индустрия занимается тем же. Обратите внимание на то, что называют основными характеристиками экрана в планшете и смартфоне. По большому счёту это только количество пикселей да ещё, пожалуй, определённая технология дисплея (IPS, OLED или другая). Но действительно ли это единственные детали, на которые нужно обращать внимание? И вообще, являются ли они самыми важными?
Вернёмся на семь лет назад, к моменту, когда был представлен iPhone 4 с Retina-дисплеем. Apple выбрала такое название, поскольку этот экран имел плотность 326 пикселей на дюйм, что соответствовало разрешающей способности человеческого глаза (retina — сетчатка).
Скорее всего, вы не нуждаетесь в более высокой плотности, поскольку не сможете заметить разницу.
Некоторые специалисты, включая доктора Рэя Сонейру (Ray Soneira) из компании DisplayMate Technologies, оспаривали это утверждение. Но даже критики согласились, что такой показатель подобрался очень близко к пределу, который имеет смысл для практического применения. 300 точек на дюйм — плотность фотографий в глянцевых журналах. И на их качество ещё никто не жаловался.
А теперь о настоящем. Максимальная плотность экрана в доступном на рынке смартфоне составляет 806 пикселей на дюйм. Речь идёт о Sony Xperia Z5 Premium, 5,5-дюймовый дисплей которого вмещает полное 4K-изображение (2 160 на 3 840 пикселей). Есть несколько телефонов с разрешением около 1 440 на 2 960 точек и размерами экранов от 5,5 до 6 дюймов, плотность которых превышает 550 точек на дюйм.
Даже Apple, которая первой заверила нас, что 326 пикселей на дюйм будет предостаточно, увеличила этот показатель до 458 единиц в дисплее Super Retina для iPhone X.
Технический термин для этого всего — безумие.
Без сомнения, вы можете замечать крохотные различия вплоть до уровня плотности 500 пикселей на дюйм. При условии, что у вас идеальное зрение и вы держите телефон не дальше чем 30 см от глаз. Но всё равно, если сегодня есть возможности создавать такие продукты, это не значит, что их нужно создавать. Это также не значит, что эти дисплеи в целом работают лучше остальных.
Для обеспечения работы всех этих пикселей требуется больше вычислительной мощности и энергии аккумулятора. Чем больше точек на экране, тем меньше остаётся места для «открытой области» — части, которая излучает свет — в каждой из них. Таким образом, страдают яркость и энергоэффективность подсветки — или то и другое вместе.
На какие же параметры стоит обращать внимание?
Сегодня дисплеи больше не страдают от проблем вроде дисторсии и нарушений линейности изображения. Мы не сталкивались с ними с тех пор, как производители перестали использовать ЭЛТ-экраны более десяти лет назад. Так разве наши современные дисплеи не идеальны? Ответ — конечно же, нет. Я могу перечислить по меньшей мере три свойства дисплея, которые нуждаются в улучшениях гораздо больше, чем количество пикселей.
Качество изображения в условиях яркого света
Первое — это качество изображения при солнечном свете. Улучшить его можно за счёт повышения яркости и различимой пользователем контрастности. Чтобы нам было комфортно смотреть на эмиссионный дисплей (излучающий свет), он должен отображать белый цвет таким же ярким, как и его окружение.
Помимо яркости (которая расходует энергию), экран должен обеспечивать контрастность, достаточную для работы в условиях хорошего освещения. В характеристиках OLED-дисплеев обычно указывают показатель контрастности на уровне 100 000 : 1 или даже 1 000 000 : 1. Но это тоже чепуха. Такие цифры вы получаете лишь в абсолютно тёмном помещении между чёрным и белым цветами дисплея.
В реальных условиях работы контрастность снижается под действием окружающего света. И это проблема для современных дисплеев. Редкий экран способен обеспечить показатель, превышающий 50 : 1 в типичном помещении, а в более ярких условиях освещения это значение ещё ниже. Нам бы хотелось увидеть полноцветную отражающую технологию отображения, но пока ничего такого на рынке нет.
Точность цветопередачи
Следующее свойство, которое должно нас интересовать, — это точность цветопередачи. Но не путайте его с показателями цветовой палитры. Значение последней определяет спектр цветов, которые способен отображать дисплей. Дисплеи OLED, а теперь и QLED навязывают широкую палитру цветов, но они не обеспечивают высокую точность цветопередачи.
Широкая цветовая палитра была бы идеальной при наличии исходного материала, потенциал которого она могла бы раскрыть. Но типичный дисплей с широкой цветовой палитрой лишь делает изображение слишком ярким и мультяшным.
Вместо этого, нам нужны экраны, которые точно передают цвета из палитры создателя контента (sRGB или Rec. 709). Точность передачи выражается метрикой ΔE*, которая показывает разницу между двумя цветами. Если её значение достигает 1, погрешность становится заметной. Покажите мне параметр дисплея, который гарантирует низкую разницу в расчёте ΔE* по итогам нескольких тестов, и тогда у нас будет хоть что-то.
Воспроизведение тона
Точность цветопередачи и общее качество изображения во многом зависят от воспроизведения тона — свойства, более известного как правильная гамма. Большинство ошибок в отображении цветов на LCD- и OLED-дисплеях связаны с неправильным воспроизведением тона в рамках трёх основных цветов.
Заключение
Хватит считать пиксели. Вместо этого, давайте требовать улучшения тех характеристик, которые действительно могут повысить качество картинки. Есть ещё много способов сделать хороший экран, помимо того, чтобы просто мериться количеством точек.
Больше точность, но больше шумов? Или меньше точность, но меньше шумов? Как определиться? Попробуем разобраться.
Начнем с того, что чем более низкий dpi вы используете, тем более низкую точность позиционирования курсора вы получаете. Почему так? Ответ читайте далее.
Например: если вы установите в настройках мыши 200 dpi и внутриигровую чувствительность равную 6, вы получите значительно меньшую точность позиционирования курсора, чем при настройках 8000 dpi с чувствительностью соответственно равной 0.15.
Почему чувствительность во втором случае равна 0.15? Это легко вычислить по формуле:
old_dpi / new_dpi * old_game_sens = new_game_sens;
200 dpi / 8000 dpi * 6 sens = 0.15 sens;
Получим абсолютно одинаковую скорость мыши, при новых настройках dpi.
* Мышь: Logitech G102(203) «Prodigy»
* Разрешение экрана: 1920x1080
Настройки выше сделаны для того, чтобы добиться одинаковой скорости мыши в системе при 200 и 8000 dpi для более точного тестирования. Таким образом получается, что скорость мыши будет примерно одинаковой, но установленное разрешение сенсора при этом будет различным.
Множители скорости мыши в Windows, в соответствии с положением ползунка
1=1/32; 2=1/16; 3=2/8; 4=4/8; 5=6/8; 6=1.0; 7=1.5; 8=2 9=2.5; 10=3; 11=3.5
Замечание: настройки скорости мыши Windows с недавнего времени не влияют на поведение мыши в Quake Champions, по видимому в игру добавили поддержку Raw Input, включенную по умолчанию. Поэтому можете устанавливать ползунок так, как вам удобно.
Вот что происходит на низких и высоких настройках dpi при перемещении курсора с одинаковой скоростью:
На 200 dpi провести ровную линию невозможно, курсор дрожит и создает «лесенку», т.к. количества считываемых точек поверхности просто не достаточно, для точного позиционирования на таком разрешении.
Другое дело 8000 dpi — линия получается почти ровной, а небольшие неровности это, в основном, следствие естественного дрожания руки человека.
Установка высоких значений dpi может помочь как в обычной работе, особенно если вы занимаетесь графикой, так и в играх, особенно в тех моментах, когда требуется точное наведение прицела. К примеру в Quake Champions, если вы стреляете из рейлгана на большую дистанцию, да еще и в узкий проход, то настройки с высоким dpi могут дать вам небольшое преимущество.
Кроме того есть еще один важный момент: чем выше разрешение экрана — тем больше будет заметна дрожь курсора мыши на низких dpi. Например на 4K разрешении монитора, курсор мыши, установленной на 200 dpi, будет при дрожании перескакивать на большее количество пикселей, чем при разрешении монитора FullHD.
В итоге получается, что смысла играть на очень низких настройках dpi, особенно в том случае, если вы можете позволить себе более высокие значения — просто нет. Это не только не дает никакого преимущества, но даже наоборот отнимает его. Разница, конечно, не столь значительная, особенно в таких быстрых играх вроде Quake Champions, где не требуется точной стрельбы на огромные расстояния, как например в Arma III, но все же эта разница есть.
О проблемах, с которыми можно столкнуться на очень высоких значениях dpi читайте в разделе «Дополнительная информация».
Конечно, большинство профи играют на низких значениях, но это скорее дело старой привычки. Иногда, когда приходят новые технологии, от старых привычек приходится отказываться.
Аббревиатура CPI расшифровывается как counts per inch (считываний на дюйм), но пользователи обычно говорят о DPI – dots per inch (точек на дюйм). Это связано с тем, что на экране монитора отображаются «точки», в то время как сенсор в результате своей работе выдает «считывания». Поэтому разница между dpi и cpi состоит исключительно в названии, по факту эти понятия обозначают одно и то же.
Давайте заглянем в сенсор мыши. В нем есть светочувствительная матрица, которая состоит из пикселей и линза с заданным увеличением, через которую на сенсор попадает изображение поверхности. При этом на каждый пиксель матрицы проецируется небольшой участок поверхности. Длина этого участка является минимальным элементом, который может увидеть наша матрица. В этом случае, мы понимаем CPI как «сколько пикселей нашей матрицы помещается в одном дюйме поверхности». Это и есть оптическое или «нативное» разрешение нашей системы. И поверьте, это разрешение гораздо меньше тех цифр, которые заявляются производителями для своих устройств. Например у самых продвинутых сенсоров на данный момент размер матрицы составляет всего 32х32 пикселя (1024 точки), что явно меньше чем заявленные 8000 или 16000 dpi у некоторых производителей.
Как мы можем получить более высокое разрешение? Один из способов — разделение пикселей в нашей матрице на более мелкие фотоэлементы. Однако, в этом случае приходится повышать светочувствительность каждого элемента, что в свою очередь увеличивает уровень шумов на матрице. Постепенно увеличивая количество пикселей вы достигаете определенного предела, при котором информация, получаемая пикселем не позволяет определить параметры движения мыши из-за плохого соотношения сигнал/шум.
Это случайная ошибка сенсора, делающая выдаваемую сенсором траекторию движения дрожащей, волнистой, "нервной". Следует отметить, что слова ripple и jitter имеют одинаковый смысл. Внутри logitech используется термин ripple ("рябь" - англ.), в то время как среди пользователей более популярным является jitter ("дрожание").
Различают высокочастотный и низкочастотный jitter.
Важно понимать, что проблема jitter'a непосредственно связана с разрешением сенсора (dpi/cpi). И это вполне естественно. Чем больше вы поднимаете dpi, тем больше вы получаете ошибок. Приближаясь к шумовому порогу сенсора, система перестает понимать, какой сигнал представляет собой настоящее движение, а какой просто является случайным шумом на матрице.
Как на очень высоких так и на очень низких dpi есть свои слабые стороны в определении шумов. Поэтому настраивать dpi/cpi следует на промежуточные значения.
Выделяют три вида угловой ошибки сенсора: общая угловая ошибка, ошибка «3-сигма» и т. н. «угловая привязка».
Общая угловая ошибка — это систематическое отклонение угла, определяемого сенсором, от реального угла, под которым осуществляется движение мыши. При этом пользователей, как правило, этот вид ошибки не слишком беспокоит (если только она не слишком велика), они естественным образом под нее подстраиваются, даже не замечая, что мышь ведет себя как-то неправильно.
Ошибка 3-сигма — это случайное изменение общей угловой ошибки. Можно сказать, что это «ошибка ошибки». В отличие от общей угловой ошибки, к данному недостатку пользователь практически никак не может адаптироваться. Именно поэтому, величина ошибка «3-сигма» является очень важным параметром, который характеризует точность сенсора.
Угловая привязка. Фактически, угловая привязка означает наличие определенного диапазона углов, в котором наша система выдает строго горизонтальное либо строго вертикальное движение. Эта функция была реализована в некоторых сенсорах, чтобы помочь людям, которые работают в офисных либо графических приложениях, рисовать прямые линии. Но такое поведение мышки может быть неприемлемым для геймеров. Естественным желанием для геймера является «чистый» необработанный трекинг, которой позволяет им лучше чувствовать движения своей руки и быть точным, совершая даже небольшие движения мышью. Потому что при экстремальных значениях угловой привязки, рисуя, к примеру, окружность, на выходе вы можете получить вместо круга некоторое подобие квадрата.
Следует сразу сказать, что данный параметр в очень большой степени определяет точность и воспроизводимость результатов сенсора. Допустим, мы переместим мышь ровно на 20 см, сначала медленно, а затем быстро. Если наш сенсор точный, в обоих случаях мы получим одинаковое число точек, которое пройдет курсор мыши на экране. В реальности, число точек для разных скоростей будет разным. И в этом отношении сенсоры могут очень сильно различаться. Многие пользователи называют это явление акселерацией, но этот термин здесь не совсем подходит. Просто с увеличением скорости сенсор может перестать правильно определять параметры движения, что приводит к разному числу выдаваемых считываний для разных скоростей. Особенно это критично для игроков в шутеры. Если два противника появляются с противоположных сторон, вам нужно сначала выстрелить в одного, затем резко повернуться в другую сторону. Если у вас плохая мышь, сделать это точно у вас вряд ли получится - вы либо повернетесь слишком сильно, либо наоборот - немного не доведете прицел до нужного места.
Суть данной проблемы состоит в том, что в некоторых случаях сенсор полностью перестает понимать, куда движется мышь и не выдает никаких считываний. На практике это выглядит так: пользователь ведет мышь, а курсор на экране в какой-то момент останавливается, а затем снова продолжает свое движение.
Если вы постепенно уменьшаете скорость движения мыши, в какой-то момент ваша система приходит в такой состояние, когда ей приходится угадывать, стоит ли мышь на месте, либо просто очень медленно движется. Т.е. для каждого сенсора существует некая "стартовая скорость". И только после достижения этой скорости сенсор начинает выдавать параметры движения. Но если эта скорость слишком велика, может сложиться ситуация, когда пользователь медленно ведет мышь, а курсор/прицел абсолютно не двигается. Проблема осложняется еще и тем фактом, что люди использует низкие скорости как раз в тех случаях, где нужно быть как можно точнее. А в результате получают совершенно обратный эффект. Для разработчиков сенсоров пропуск пикселя - это очень серьезная проблема, которую порою трудно решить.
Технически, пропуск пикселя заключается в том, что сенсор определяет движение, сравнивая между собой фотографии поверхности. И здесь весь смысл заключается в скорости фотографирования. Первыми проблемными мышками с пропуском пикселя были устройства на базе лазерного сенсора Avago 9500 (SteelSeries Xai/Sensei), где скорость фотографирования составляла 12000 кадров в секунду! Большая скорость фотографирования позволила существенно повысить точность сенсора на обычных скоростях, но при медленном движении две последовательные фотографии, сделанные с интервалом 0,000083 секунды (1/12000), становятся практически неотличимыми друг от друга. Поэтому, в последнем поколении сенсоров (например Pixart S3988/PMW3366) скорость фотографирования меняется в зависимости от скорости движения самой мышки: от 3000 до 12000 кадров в секунду.
Лучший способ проверки работы сенсора - это посмотреть, насколько хорошо обрабатываются окружности. Если мы совершим нашей мышью идеальное круговое движение, то на экране монитора курсор должен описать точно такой же круг и вернуться строго в исходную точку. Однако, по разным причинам, этого может не случиться. Часть этих причин была упомянута выше - это могут быть различные угловые ошибки, вариации cpi от скорости и т.д. Но кроме того, проблемы могут быть связаны с синхронизацией - т.е. наша система может слишком поздно стартовать, не вовремя передавать информацию на компьютер и т.д. В этом случае, если мы будет продолжать рисовать окружности, их отображение на мониторе будет постепенно уплывать в сторону. И такое поведение сенсора говорит нам том, что что-то работает неправильно.
Дизайнер Питер Ноуэлл в своем блоге написал о плотности пикселей в дизайне мобильных приложений — объяснил, что это такое и рассказал о проблемах, с которыми сталкиваются дизайнеры, проектируя интерфейсы для разных устройств.
Редакция рубрики «Интерфейсы» публикует перевод материала, выполненный командой Sketchapp.
В видео затронуто большинство тем статьи, но если вы заинтересованы в подробностях, — продолжайте читатьПлотность пикселей — это количество пикселей, вмещающееся в определенном физическом размере (обычно, в дюйме). На первом компьютере Mac было 72 пикселя на дюйм, — число кажется большим, но на самом деле это были огромные пиксели, под которые подходила не каждая графика.
С тех времен технологии экранов заметно продвинулись вперед, — сейчас даже самые простые дисплеи имеют разрешение между 115 и 160 пикселей на дюйм (PPI— pixel per inch). Но новая глава в этой истории началась в 2010 году, когда Apple представила iPhone с Retina-дисплеем — суперчетким экраном, удвоившим количество пикселей на дюйм. В результате графика стала четче, чем когда-либо.
Чтобы поддерживать те же физические размеры элементов пользовательского интерфейса, пришлось увеличить количество пикселей на дюйм. Кнопка, которая раньше занимала 44px, стала занимать 88px.
Для совместимости между разными устройствами дизайнеры должны выпускать графику для обычных дисплеев и для Retina-дисплеев. Но тут возникла еще одна проблема: теперь дизайнер не может сказать, что какой-то элемент должен быть, например, 44 пикселя в высоту, потому что на другом устройстве этот же элемент должен быть в два раза выше.
Решением стали пункты (points), или pt. Один пункт соответствует одному пикселю на экранах до поколения Retina и двум пикселям на экранах с Retina. Теперь, если дизайнеру говорят, что высота какого-либо элемента — 44 пикселя, он может адаптировать этот размер под любой коэффициент плотности пикселей — 1х, 2х или 3х в случае с iPhone 6 Plus.
PT и DP
Конечно, это все актуально не только для устройств Apple. Каждая операционная система — десктопная или мобильная — поддерживает экраны с высоким ppi/dpi. В Google придумали свою независимую от пикселей единицу измерения для Android, которая называется DIP — пиксель, не зависящий от плотности, сокращенно «dp». Это не эквивалент пунктам в iOS, но идея похожа. Это универсальные единицы измерения, которые можно конвертировать в пиксели с помощью масштабного множителя устройства (2x, 3x ).
Возможно, вас интересует физический размер пункта. На самом деле, дизайнеры интерфейсов не должны об этом думать, так как у них нет контроля над аппаратными особенностями экранов разных устройств. Дизайнерам нужно знать, какие плотности пикселей принял производитель для своих устройств, и позаботиться о подготовке интерфейсов в 1x, 2x, 3x и так далее.
В устройствах Apple нет единой плотности пикселей, которая представляет один пункт — это зависит от конкретного устройства (см. «Восприятие масштаба» ниже). В iOS пункт варьируется от 132 точек на дюйм до 163 точек на дюйм. На Android DIP всегда равен 160 ppi.
Контролируемый хаос
На ранних порах развития мобильных устройств с высоким разрешением плотность пикселей была просто 1х или 2х. Но сейчас все иначе — есть масса пиксельных плотностей, которые должен поддерживать интерфейс. В Android есть отличный пример: на момент написания этого поста разные производители поддерживают шесть разных плотностей пикселей. Это означает, что иконка, которая имеет одинаковый размер на всех экранах, на самом деле должна быть выполнена в шести разных вариациях. Для Apple актуально два или три разных исходника.
Дизайн в векторе
Есть пара практических уроков, которые вам стоит извлечь из всего этого. Для начала, вы должны создавать дизайны в векторе. Это позволяет нашим интерфейсам, иконкам и прочей графике масштабироваться в любой нужный размер.
Второй урок: мы должны все рисовать в масштабе 1х. Другими словами, создавайте дизайн, используя точки для всех измерений, затем масштабируйте в различные более крупные пиксельные плотности при экспорте. Масштабирование 2x-графики на 150% для создания версии в 3х провоцирует появление размытых контуров, поэтому это не лучший вариант. А вот масштабирование графики 1х в 200% и 300% позволяет сохранить четкость.
Разрешение макетов приложений для iPhone должно быть не 750×1334, а 375×667 — это как раз то разрешение, в котором приложение будет отображаться. Большинство инструментов дизайнера не отличают пункты от пикселей, так что можно считать, что пункты и есть пиксели, а затем просто экспортировать исходники в двукратном и трехкратном размерах.
Притворяйся, пока это не станет правдой
Стоит упомянуть, что иногда устройства лгут. Они делают вид, что их коэффициент преобразования пикселей в пункты, например, 3х, а на самом деле, он 2,61х, а сам исходник масштабируется в 3х для удобства. Так поступает, например, iPhone Plus. Он сжимает интерфейс, сделанный в 1242×2208 до разрешения экрана в 1080×1920.
Так как графика лишь немного уменьшается (87%), результат по-прежнему выглядит достойно — линия толщиной в 1px на экране почти в 3x выглядит все равно невероятно четкой. И есть шанс, что в будущем Apple представит настоящий 3x iPhone Plus, так как нужные аппаратные возможности вполне могут быть доступны для продукта, выпускаемого в таких огромных количествах.
Приемлем ли такой подход нецелочисленного масштабирования? Все проверяется на практике. Достаточно ли незаметен результат от такого масштабирования? Многие устройства на Android также прибегают к масштабированию для подгонки под более стандартный коэффициент пиксель-в-точку, но, к сожалению, некоторые из них делают это не слишком качественно.
Такое масштабирование нежелательно, так как все, что вы хотите сделать четким, станет размытым из-за интерполяции. К сожалению, по мере того, как плотность пикселей доходит до 4x и выше, размытость, вызванная нецелочисленным масштабированием, становится гораздо менее уловимой, так что я прогнозирую, что производители устройств со временем будут все больше использовать этот подход. Мы можем только надеяться на то, что недостатки в производительности их сдержат.
Восприятие масштаба
- точности метода ввода (сенсор или курсор);
- физических размеров экрана;
- расстояния до экрана.
Кнопка на экране телевизора должна быть размером с телефон — потому что иначе ее нельзя будет увидеть, сидя на диване.
Вот менее драматичный и очень правдивый пример: иконки приложений на планшете должны быть больше таких же иконок на телефоне. Это реализуется двумя способами: с помощью меньшей плотности пикселей или разных размеров иконок.
Низкая плотность пикселей
Крупные экраны, на которые мы смотрим на расстоянии, обычно располагают меньшей пиксельной плотностью. У телевизора может быть 40 пикселей на дюйм — и, как правило, этого хватает. Плотность пикселей Retina-дисплеев на iPad составляет около 264 ppi; на iPhone — 326 ppi. Так как пиксели на iPad больше (а плотность меньше), весь интерфейс становится немного больше. Это объясняется дополнительным расстоянием между глазами пользователя и экраном iPad.
Разные размеры
Иногда низкой плотности пикселей недостаточно — отдельные элементы дизайна должны быть еще больше. Это случилось с иконками на iPad. На iPhone их размер 60×60 пикселей, но экран на iPad больше, так что практичнее иконки размером 76×76 пикселей.
Изменение размера элементов интерфейса под разные устройства — дополнительная работа дизайнера.
Материалы по теме
Мы только что обсудили массу сложностей, с которыми сталкиваются дизайнеры. К счастью, в разработке интерфейсов используются единицы, которые не зависят от плотности (как pt или dp).
300 ppi) оптимальным выбором, если это уже предел человеческого зрения, как утверждает компания Apple?
На все эти вопросы вы получите исчерпывающие ответы в этой статье!
Кроме того, чем выше разрешение экрана, тем больше требуется вычислительных ресурсов, что, в свою очередь, влияет на время автономной работы устройства.
Перед тем, как говорить о гаджетах, вначале нужно определиться в понятиях, чтобы не возникало никаких недоразумений. И для этого рассмотрим простой пример.
Представьте, что вы смотрите на две точки определенного размера с какого-то расстояния:
Если мы приблизим картинку, то увидим примерно следующее:
Когда свет проходит через маленькое круглое отверстие (зрачок глаза или диафрагму объектива), он проявляет свойства волны и оставляет на сетчатке размытые следы от этих волн. Чем меньше отверстие, тем более размытыми будут точки. Это явление называется дифракцией.
Если расстояние между точками будет небольшим, в какой-то момент их образы просто сольются в одно пятно и глаз уже не будет их различать. Наступление этого момента хорошо описал британский физик Рэлей еще в 1879 году (так называемый критерий Рэлея).
А теперь давайте еще раз посмотрим на два предыдущих рисунка и обратим внимание на углы, под которыми сходятся лучи света в каждом случае:
Получается, мы можем оценивать расстояние между точками не только миллиметрами, но и углами, под которыми пересекаются лучи света. Таким же образом можно определять даже размеры самих объектов, а не только расстояние между ними.
А если мы знаем расстояние до этого объекта, то можем легко высчитать и его реальный размер. Ведь это простой треугольник с одним известным углом (под которым пересекаются лучи света) и одной известной стороной (расстояние до объекта), а другая сторона (она и будет размером объекта) высчитывается по элементарной школьной формуле.
Это и есть основные понятия, которые нужны нам для дальнейшего разговора!
Давайте еще раз подытожим:
Теперь нужно разобраться с тем, какой же этот минимальный угол, определяющий границы наших физических возможностей.
Нормальное зрение
Помните школьную проверку зрения? Когда врач просил закрыть один глаз и назвать букву, которую он показывает на вот такой табличке:
Это так называемая таблица Сивцева для проверки зрения. Сами буквы и их размер здесь подобраны неслучайно.
Если вы правильно назовете букву в 10-м ряду с 5 метров, тогда у вас нормальное зрение. Не лучшее, не идеальное, а просто нормальное. Получается, любой человек с обычным зрением способен увидеть с пяти метров две контрастные палочки толщиной 1.45 мм, которые находятся на расстоянии 1.45 мм друг от друга.
Если бы мы провели лучи света от двух палочек буквы Ш из 10-го ряда, то угол пересечения этих лучей с расстояния 5 метров был бы настолько маленьким, что изобразить его на экране просто не представляется возможным. Но для наглядности приведу грубый пример:
То есть, мы способны различить два объекта, лучи от которых пересекаются под углом всего 0.0166° (1/60). И это не идеальное зрение и даже не выше среднего. Это просто нормальный показатель.
Это и есть предел человеческого зрения. А дальше в игру вступают законы физики (дифракция света, критерий Рэлея) и наша физиология (диаметр одной колбочки на сетчатке и плотность их расположения).
И здесь важно упомянуть еще одну деталь. Думаю, вы обратили внимание на то, что я постоянно указываю расстояние до объекта. Делаю я это неспроста.
С какого расстояния будем разглядывать пиксели?
Очевидно, что различить 2 точки на расстоянии 1 мм друг от друга гораздо проще с двадцати сантиметров, чем с пяти метров. Почему тогда зрение проверяется с пяти метров? И почему 1 угловая минута равна толщине или расстоянию в 1.45 мм? Как интерпретировать угловые размеры, если мы смотрим в экран смартфона с 25 сантиметров?
Из этого следует один очень важный вывод: с определенного расстояния плотность пикселей (и разрешение экрана) не играют никакой роли. То есть, человек с хорошим зрением не сможет отличить 8K экран от FullHD или даже HD (720p), если смотреть на такие экраны с разного расстояния.
Связано это именно с угловым разрешением глаз. Если брать пример выше, то вместо одной точки диаметром 3 см на расстоянии в 100 метров может быть 3 точки диаметром 1 см каждая, но для нашего глаза это не будет играть никакой роли:
Мы все равно увидим одно зеленое пятно без каких-либо деталей. Так как всё, что не выходит за пределы минимального угла, не различимо для глаза.
Теперь, когда мы разобрались со всем этим, давайте перейдем к экранам.
Разрешение экрана и плотность пикселей (ppi)
Можно поступить еще проще, ведь обычно мы знаем только разрешение экрана и его диагональ в дюймах, а не ширину и высоту. Поэтому для определения ppi нужно диагональ экрана в пикселях разделить на диагональ в дюймах. А чтобы узнать диагональ в пикселях достаточно представить вот такой треугольник:
Длины катетов мы знаем (это разрешение по горизонтали и вертикали), а гипотенузу находим по теореме Пифагора (квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов). Для нашего iPhone 8 диагональ 2 =750 2 +1334 2 , отсюда диагональ = 1530 пикселей. Теперь делим это число на диагональ экрана в дюймах (4.7) и получаем 326 ppi.
Если бы мы взяли тонкую полосочку толщиной в 1 пиксель и длиной в 1 дюйм (2.54 см), то эта полоска состояла бы ровно из 326 светящихся точек. Это и есть ppi.
Из этого следует, что размер одной точки (одного пикселя) составляет примерно 0.078 мм или 78 мкм (25.4 мм делим на 326 точек). Можем ли мы заметить на таком экране отдельные точки? Способен ли наш глаз различить пиксели размером примерно 0.08 мм?
Как вы уже понимаете, вопрос поставлен не совсем корректно. Ведь угловое разрешение глаза учитывает расстояние до предмета. Если мы берем нормальное зрение (1 угловую минуту), тогда с расстояния 50 см глаз способен различить точку диаметром 145 мкм (0.145 мм), что почти вдвое превышает размер пикселя iPhone.
Даже если брать человека с очень хорошим зрением (0.8 угловых минут), то его глаз способен различить на таком расстоянии точку в 116 мкм (0.116 мм), что снова гораздо больше точки на экране iPhone (78 мкм).
Однако многие люди смотрят в экран с расстояния 20-25 см (например, когда мы читаем книгу на смартфоне). И вот здесь всё становится гораздо интереснее.
Знаменитые 300 ppi
Давайте проверим это заявление. К слову, если кому-то интересно, как именно я определяю угловые размеры, то в двух словах объясню. Вначале нужно на калькуляторе посчитать тангенс нужного угла, а затем умножить его на расстояние до объекта.
Если мы берем среднестатистическое зрение, то это 1 угловая минута или 1/60° (0.0166). Смотрим на калькуляторе, чему равняется tg(0.0166). Это будет 2.9*10 -4 . Теперь умножаем это число на 30 см и получаем 0.0087 см или 0.087 мм, или 87 мкм.
Действительно, человек с обычным зрением с расстояния 30 см тоже не сможет различить отдельные точки на экране с плотностью пикселей 326 ppi, где каждая точка имеет размер 78 мкм.
Но уже с 25 см глаз среднестатистического человека различает предметы 72 мкм. А если брать хорошее зрение (0.8 угловых минут), то такой человек способен с 25 см увидеть отдельные точки размером 58 мкм, что значительно меньше точек iPhone.
Рассчитываем лучшее разрешение
Но здесь важен не только сам факт того, заметите ли вы сознательно отдельные пиксели или нет. Я прекрасно помню, с каким удовольствием в начале нулевых читал книги на своем КПК iPAQ 1940. Четкость его экрана с разрешением 240 на 320 точек казалась мне исключительной, хотя объективно размер этих точек был просто огромным.
И только переходя на новые устройства с более качественными экранами, я осознавал, насколько плохими и нечеткими были экраны предыдущих гаджетов.
Конечно, нельзя сравнивать старые 240p-экраны с новыми дисплеями даже бюджетных аппаратов. Но когда вы переходите с того же iPhone 8 (с экраном 326 ppi) на устройство с экраном 400 ppi, вы вполне можете ощутить разницу в четкости изображения (например при чтении текста), даже не обращая внимания на отдельные пиксели.
Если же брать верхнюю границу, за которой уже нет смысла повышать количество точек на дюйм (ppi), то мы можем составить такую таблицу (в первой колонке До экрана указано расстояние, с которого мы смотрим в экран):
Если мы говорим, что плотность пикселей IPS-экрана составляет 326 ppi, это значит, в 1 дюйме помещается 326 синих, 326 зеленых и 326 красных субпикселей.
Но когда речь идет об AMOLED-экранах, здесь ситуация сильно отличается, так как практически в любом AMOLED-экране количество красных и синих субпикселей в 2 раза меньше количества зеленых субпикселей:
Что же касается телевизоров, то здесь работает тот же принцип. При выборе оптимального разрешения нужно учитывать физический размер экрана и расстояние, с которого вы будете на него смотреть.
Вместо выводов
Я еще раз хочу подчеркнуть основную мысль, которую пытался донести в этой статье. Вы можете выбирать любой экран, игнорируя его разрешение.
Многие люди предпочтут автономность небольшой разнице в четкости. Кому-то вообще безразлично, видны ли пиксели, если очень вглядываться и выискивать недостатки.
Как мы разобрались, для того, чтобы глаз спутал изображение на экране с реальностью, нужна достаточно высокая плотность пикселей, которая пока не встречается повсеместно даже на флагманских смартфонах.
Читайте также: