Композитные артефактные цвета — это обозначение, обычно используемое для нескольких графических режимов некоторых домашних компьютеров 1970-х и 1980-х годов . В некоторых машинах при подключении к телевизору или монитору NTSC через композитные видеовыходы кодирование видеосигнала позволяло отображать дополнительные цвета, манипулируя положением пикселя на экране, не ограничиваясь цветовой палитрой оборудования каждой машины . [1] [2] [3]
Этот режим использовался в основном для игр, поскольку он ограничивает эффективное горизонтальное разрешение дисплея. Он был наиболее распространен на IBM PC (с графикой CGA ), [4] TRS-80 Color Computer , [5] Apple II [6] и Atari 8-bit computers , [1] и использовался в ролевых видеоиграх Ultima . [6] Программные названия (например, King's Quest для IBM PC) обычно предоставляли возможность выбора между "RGB mode" и "Color Composite mode" . [7]
На дисплеях PAL эффект также присутствует, но генерируется меньше цветов. [8] [9] В зависимости от конкретной используемой системы PAL результаты будут различаться (если используются PAL-M или PAL-N, возможны цветовые артефакты, похожие на NTSC).
Хотя артефактные цвета связаны, они не совпадают с горизонтальным размытием. Размытие — это общий эффект использования композитного соединения, которое просто создает новые цвета из-за смешивания соседних горизонтальных значений пикселей. Точное смешивание будет зависеть от насыщенности и конкретных цветов исходных пикселей. Тем не менее, этот эффект можно использовать, используя шаблоны дизеринга , генерируя новые промежуточные цвета палитры [10] на машинах с достаточно высоким разрешением дисплея, таких как ZX Spectrum , [11] Mega Drive/Genesis , [12] [13] NES/Famicom [14] или Amiga .
В цветовой системе NTSC , используемой в вещании, частота цветовой поднесущей ровно в 227,5 раз больше частоты строки, т. е. каждая строка содержит 227,5 циклов цветовой поднесущей. Это приводит к тому, что видимая фаза поднесущей меняется на противоположную в каждой строке, что приводит к отображению сплошных цветов в виде шахматного узора при просмотре на монохромном дисплее, который не отфильтровывает цветовую информацию. [15]
Такие компьютеры, как Apple II [16] и видеокарта CGA [17] [18] для IBM PC , выводят сигнал, который является приближением к стандарту вещания. Как в Apple II, так и в CGA каждая строка удлиняется до полных 228 циклов цветовой поднесущей. Это находится в пределах допусков большинства дисплеев, поэтому изображение отображается четко, но рисунок, генерируемый сплошными цветами, вместо этого становится прямыми вертикальными полосами. Каждая горизонтальная позиция в любой строке имеет постоянное фазовое отношение к цветовой поднесущей в этой системе, поэтому освещение пикселя в каждом конкретном горизонтальном индексе всегда оказывает одинаковое влияние на цветовую информацию, интерпретируемую дисплеем.
Для этих типов видеоадаптеров также типично иметь пиксельные тактовые частоты, кратные частоте поднесущей NTSC. И Apple II, и CGA используют пиксельные тактовые частоты 14,318 МГц, что в четыре раза больше цветовой поднесущей. Для сигнала вещательного качества это означало бы 910 пиксельных циклов на каждую строку (в отличие от 858, как позже стандартизировалось Рекомендацией ITU-R BT.601 ), причем около 750 из них занимали бы видимую часть экрана. С растянутыми строками этих ранних компьютеров каждая строка фактически имела длину 912 пиксельных циклов, и использовалась только часть видимой области - 560 пикселей в случае Apple II (хотя и не адресуемые индивидуально без платы расширения на 80 столбцов [19] ), 640 в случае CGA. Каждый пиксель может иметь одно из 4 предопределенных фазовых соотношений с цветовой вспышкой, поэтому «поддельная» поднесущая, которая будет интерпретироваться дисплеем как цвет, может быть создана путем вывода определенных шаблонов пикселей. [20]
В случае адаптеров, которые также имеют собственные возможности работы с цветом, например, CGA, этот метод можно расширить, формируя шаблоны из встроенных цветов. Таким образом, «реальная» поднесущая, генерируемая оборудованием, будет мешать «поддельной», находящейся в пиксельных шаблонах, заставляя дисплей интерпретировать результат как новые уникальные цвета. [21]
В системе PAL фаза поднесущей интерпретируется по-разному от строки к строке, а фаза цветовой вспышки строго должна меняться на альтернативных строках. Это делает описанные выше трюки неосуществимыми. SECAM использует частотную модуляцию , поэтому генерация артефактных цветов потребует гораздо более точной синхронизации, чем синхронизация пиксельных часов с частотой поднесущей либо NTSC, либо PAL . По этим причинам артефактные цвета обычно использовались только с цветовой системой NTSC. Они теоретически возможны в любой из них, поскольку в каждой аналоговой телевизионной системе цветовая информация находится в той же полосе пропускания, что и информация яркости.
Артефактные цвета не следует путать с более распространенным эффектом горизонтального размытия. Горизонтальное размытие — это эффект использования композитного видеоподключения , где новые цвета создаются путем усреднения значений отдельных пикселей. Это в основном связано с ограниченной полосой пропускания яркости и , в частности, цветности в аналоговых системах. В отличие от артефактных цветов, которые являются произвольными, эти новые цвета полностью зависят от исходных значений соседних пикселей. Горизонтальное размытие более выражено при более высоких разрешениях дисплея и при использовании насыщенных цветов (особенно синего и красного). Этот эффект использовался игровыми художниками на некоторых машинах (особенно тех, которые способны генерировать графику более высокого разрешения, но имеют ограниченную цветовую палитру) с помощью шаблонов дизеринга . [11] [12] [13] [14] [22] [23]
При использовании цветного графического адаптера IBM (CGA) с телевизором NTSC в качестве композитного монитора разделение яркости и цветности несовершенно, что приводит к перекрестным цветовым артефактам. Это особенно проблематично для текста в 80 столбцов.
Именно по этой причине каждый из описанных выше текстовых и графических режимов существует дважды: один раз как обычная «цветная» версия и один раз как «монохромная» версия. «Монохромная» версия каждого режима полностью отключает декодирование цвета NTSC на мониторе просмотра, что приводит к черно-белому изображению, но также и к отсутствию цветовых искажений, следовательно, к более четкому изображению. На мониторах RGBI две версии каждого режима идентичны, за исключением графического режима 320×200, где «монохромная» версия создает третью палитру.
Однако программисты узнали, что этот недостаток можно превратить в преимущество, поскольку отдельные узоры точек с высоким разрешением превращаются в последовательные области сплошных цветов, что позволяет отображать совершенно новые цвета. Поскольку эти новые цвета являются результатом перекрестных цветовых артефактов, их часто называют «артефактными цветами». С помощью этой техники можно использовать как стандартный четырехцветный режим 320×200, так и цветной режим 640×200 на черном.
Первые попытки привели к приемлемому разрешению 160×200 с 16 цветами. [24] Фактические цвета зависят от базовой палитры и используемого разрешения, как показано в галерее ниже:
Более поздние демонстрации энтузиастов увеличили максимальное количество цветов, которые CGA может отображать одновременно, до 1024. Эта техника включает в себя настройку текстового режима, которая учетверяет количество строк текста. Затем определенные символы ASCII, такие как U и ‼, используются для создания необходимых шаблонов, которые приводят к неразмытым изображениям с эффективным разрешением 80×100 на композитном мониторе. [25]
Многие из наиболее известных игр предлагают графику, оптимизированную для цветных мониторов с композитным изображением. [26] Ultima II , первая игра в серии, портированная на IBM PC, использует композитную графику CGA. King's Quest I также была новаторской в использовании 16-цветной графики. Другие игры включают Microsoft Decathlon , King's Quest II и King's Quest III .
Двухцветный графический режим TRS -80 Color Computer (также известный как Coco) 256×192 позволяет отображать четыре цвета, используя артефакты NTSC. Невозможно надежно отображать 256 точек на экране из-за ограничений сигнала NTSC и фазового соотношения между тактовой частотой графического чипа и частотой цветовой синхронизации . При использовании первого набора цветов чередующиеся столбцы зеленых и черных пикселей неразличимы и выглядят как грязно-зеленый цвет. Однако при переключении на набор цветов белый и черный вместо грязно-серого, как ожидалось, результат будет либо оранжевый, либо синий. Обратный порядок чередующихся точек даст противоположный цвет. По сути, двухцветный режим 256x192 становится четырехцветным режимом 128×192 с черным, оранжевым, синим и белым цветами. Большинство игр CoCo использовали этот режим, поскольку он генерирует больше полезных цветов, чем те, которые предоставляются собственными четырехцветными режимами.
Графический чип внутри может включаться как по восходящему, так и по нисходящему фронту тактового сигнала, поэтому битовые шаблоны, представляющие оранжевый и синий, непредсказуемы. Большинство игр CoCo начинаются с титульного экрана и просят пользователя нажимать кнопку сброса, пока цвета не станут правильными.
Читатели журнала The Rainbow [27] [28] или HOT CoCo [29] узнали, что они могут использовать некоторые POKEкоманды для переключения графического чипа Motorola 6847 в один из режимов артефактов, в то время как Extended Color BASIC продолжает работать так, как будто он все еще отображает один из четырехцветных режимов 128x192. Таким образом, весь набор графических команд Extended Color BASIC может использоваться с цветами артефактов. Некоторые пользователи разработали набор из 16 цветов артефактов [ как? ], используя матрицу 4×2 пикселя. Использование POKEкоманд также делает эти цвета доступными для графических команд, хотя цвета должны быть нарисованы по одной горизонтальной линии за раз. Из этих эффектов были созданы некоторые интересные произведения искусства, особенно с учетом того, что пакет CoCo Max Art предоставляет их в своей палитре цветов. [30]
Итоговая палитра из 16 цветов выглядит следующим образом (приблизительные цвета приведены только для иллюстрации):
CoCo 3 исправляет проблему clock-edge, так что она всегда одинакова; пользователь удерживает клавишу F1во время сброса, чтобы изменить набор цветов. На этом компьютере игры могут быть пропатчены для использования нового четырехцветного режима 128×192, предоставляемого чипом Graphics Interrupt Memory Enhancer (GIME) , с аппаратными цветами, сопоставленными с требуемыми значениями.
Цветная графика на Apple II использует особенность стандарта телевизионного сигнала NTSC, что делает реализацию цветного отображения относительно простой и недорогой. [31]
Дисплей Apple II обеспечивает два пикселя на цикл поднесущей NTSC. Когда опорный сигнал цветовой синхронизации включен и компьютер подключен к цветному дисплею, он может отображать зеленый цвет, показывая один чередующийся шаблон пикселей, пурпурный цвет с противоположным шаблоном чередующихся пикселей и белый цвет, размещая два пикселя рядом друг с другом. Позже, синий и оранжевый стали доступны путем настройки смещения пикселей на половину ширины пикселя относительно сигнала цветовой синхронизации. Дисплей с высоким разрешением предлагает больше цветов просто путем сжатия большего количества более узких пикселей в каждый цикл поднесущей. [32]
Режим отображения грубой графики с низким разрешением работает по-другому, поскольку он может выводить шаблон точек на пиксель, чтобы предложить больше вариантов цвета. Эти шаблоны хранятся в ПЗУ генератора символов и заменяют битовые шаблоны текстовых символов, когда компьютер переключается в режим графики с низким разрешением. Текстовый режим и режим графики с низким разрешением используют одну и ту же область памяти, и для обоих используется одна и та же схема. [32]
Примером полного использования артефактных цветов на Apple II является программа рисования Dazzle Draw . Если смотреть в монохромном режиме, изображение состоит из черно-белых вертикальных узоров дизеринга, [33] но при просмотре на NTSC появляются цвета. [34] [35]
Режим Graphics 8 на ранних 8-битных компьютерах Atari с чипом адаптера цветного телевизионного интерфейса (CTIA) отображал черно-белые изображения с разрешением 320×192.
Программисты быстро обнаружили, что нечетные или четные узоры соседних черных и белых пикселей в этом режиме будут генерировать один из двух дополнительных цветов (синий/коричневый или оливковый/розовый) [36] и программное обеспечение, такое как On-Line Systems ' The Wizard and the Princess использовало этот побочный эффект для отображения до четырех цветов с максимальным разрешением. Эта техника и ее технические основы были задокументированы в Приложении D De Re Atari . [1]
Такие игры, как Lode Runner , Flight Simulator II и серия Ultima , использовали этот эффект для отображения дополнительных цветов. [37]
Когда Atari начала поставлять компьютеры с улучшенным графическим телевизионным интерфейсным адаптером (GTIA), пользователи обнаружили, что такие программы отображали некорректные цвета и требовали обновленной версии программного обеспечения. [38] Фактически, артефактные цвета были непоследовательны во всей линейке 8-битных продуктов Atari, усложняя дизайн игрового поля, но затрагивали только несколько игр, которые использовали этот графический режим. Эти цветовые различия можно смоделировать в эмуляторах на основе Altirra.
Все модели с РЧ- или композитным выходом, подключенные к телевизорам, демонстрировали этот эффект, в то время как такие модели, как оригинальная Atari 800 или более поздняя серия XE со встроенной поддержкой цветности/яркости, дополнительно отображали изображения без артефактов при подключении к компьютерному монитору с входами цветности/яркости, например, Commodore 1701 .
По какой-то недокументированной причине, известной только Atari, они не включили вывод цветности в разъем монитора 800XL, хотя было опубликовано несколько модификаций, включающих эту поддержку.
Многие компьютерные игры первого поколения MSX использовали горизонтальное размытие и дизеринг для создания палитры из 125 одновременных цветов. Такие компании, как Konami , Hal Laboratory или Ponyca, регулярно использовали эту технику. Программа рисования Graphic Master Lab [39] от Sony позволяла использовать эти 125 цветов в созданных пользователем рисунках.
Домашние компьютеры, такие как Atari ST, также имеют графику, подготовленную с использованием технологий дизеринга, чтобы использовать преимущества композитных подключений к телевизору.
Mega Drive/Genesis использует преимущества горизонтального размытия композитного видео и вертикальных шаблонов дизеринга для имитации эффектов прозрачности во многих играх. [13] [22] [23] Уильям Кир (художник Eternal Champions ) заявил, что выполняет ручное дизеринг для графики в этой игре, и что, вероятно, большинство игр используют дизеринг таким же образом. [40] Этот эффект использовался настолько широко, что его можно имитировать на современных аппаратных клонах, таких как Mega Sg . [41]
Commodore Amiga при подключении через композитный видеосигнал страдал от заметного горизонтального размытия, особенно затрагивающего цветные пиксели и сглаживающего размытые переходы. [42] Эта техника использовалась в большинстве игр. Пиксельный художник Хенк Ниборг упоминает использование размытия в игре Lionheart для Amiga 1992 года для создания дополнительных цветов. [40] Эта техника также часто использовалась британской компанией-разработчиком программного обеспечения The Bitmap Brothers . [40] Специальная функция Hold-And-Modify особенно подходит для отображения изображений, похожих на «высокие цвета», в полной мере используя горизонтальное размытие.
Использование композитного соединения с системой PAL TV также генерирует новые цвета, но их количество ограничено, а результаты ненадежны. [8] [9]
Apple II можно модифицировать для вывода сигнала 50 Гц для использования в регионах PAL и SECAM. Однако при прямом подключении к дисплею изображение получается черно-белым. Были доступны карты расширения "Eurocolor" , которые по сути декодируют артефакты NTSC и перекодируют их в PAL или SECAM. [43]
Машины Atari 8 bit способны генерировать артефактные цвета (красный, желтый, фиолетовый и зеленый) в монохромных режимах, используя преимущества артефактов PAL. [8] Пинбольный стол под названием Das Uboat , для Atari 800XL Pinball Construction Set , отображает артефактные цвета при просмотре на телевизоре PAL. [44] [45] Другим примером является Runaround II . [46] [47]
В PAL- версиях Commodore 64 линия задержки в мониторе или телевизоре, которая усредняет цветовой оттенок , но не яркость последовательных строк экрана, может использоваться для создания семи нестандартных цветов путем чередования строк экрана, показывающих два цвета одинаковой яркости. [48] [49] [50] [51] Это используется в игре Mayhem in Monsterland , [52] выпущенной в 1993 году компанией Apex Computer Productions , и в Parallaxian . [53]
Пользователи цветных компьютеров TRS-80 в странах PAL видят только зеленые и фиолетовые полосы вместо сплошных красных и синих цветов.
Разрешение ZX Spectrum достаточно высоко, чтобы позволить генерацию артефактных цветов, но эффект не был исследован в течение его коммерческой жизни. Домашняя игра 2013 года Chromatrons Attack демонстрирует эффект. [9] [54]
{{citation}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )