什麼是像素？

在我們這個數字媒體時代，我們經常認為不起眼的像素是理所當然的。 但究竟什麼是像素，它是如何成為我們生活中如此重要的一部分的呢？ 我們會解釋的。

像素是圖片元素

如果您使用過計算機、智能手機或平板電腦，您就會看到一個像素——實際上是數百萬個像素。 多虧了像素，您現在閱讀這句話的機率非常高。 它們在您的設備屏幕上形成文字和圖像。

“像素”一詞起源於“圖片元素”一詞的縮寫，由計算機研究人員在 1960 年代創造。 無論分辨率如何，像素都是任何電子或數字圖像中可能最小的組成部分。 在現代計算機中，它們通常是方形的——但並非總是如此，這取決於顯示設備的縱橫比。

像素的發明通常歸功於 Russell Kirsch，他於 1957 年發明了數字掃描技術。在開發他的掃描儀時，Kirsch 選擇將照片中的明暗區域轉換為黑白方塊網格。 從技術上講，Kirsch 的像素可以是任何形狀，但二維網格中的方點代表了當時最便宜、最簡單的技術解決方案。 隨後的計算機圖形學先驅們以 Kirsch 的工作為基礎，而這種慣例被卡住了。

從那時起，Alvy Ray Smith 等一些圖形先驅就提出了一個觀點，即像素實際上並不是一個正方形——它比從概念和數學的角度來看更抽象和流動。 他是對的。 但是對於大多數現代應用程序中的大多數人來說，像素基本上是一個彩色數字方塊，用於構建更大的圖像，類似於馬賽克中的瓷磚或針尖中的針跡。

自 1960 年代以來的幾十年中，像素已成為數字領域的關鍵，呈現文字處理器、網站、視頻遊戲、高清電視、社交媒體、VR 等的視覺元素。 由於我們目前對計算機技術的依賴，很難想像沒有它們的生活。 像素對於計算機圖形學來說就像原子一樣重要。

光柵與矢量圖形

像素並不總是進行數字藝術的唯一方式。 像 Ivan Sutherland 這樣的 1960 年代計算機圖形學先驅主要使用書法顯示器（今天通常稱為“矢量顯示器”），將計算機圖形表示為模擬屏幕上的數學線，而不是像位圖這樣的網格中的離散點。 為了讓他記錄在案，我們向 Sutherland 詢問了像素的含義。

“像素就是圖片元素，”現年 84 歲的薩瑟蘭說，他是數字藝術和虛擬現實的發明者之一。 “你可以讓它意味著任何你喜歡的東西。 在由數字存儲器驅動的光柵顯示中，它是一個存儲單元的內容。 在書法顯示器中，它通常表示所使用的 D 到 A 轉換器的分辨率。”

相關像素和向量之間有什麼區別？

今天，幾乎每個人都在網格上使用帶有像素的位圖圖形，但像 Sutherland 開創的那種矢量藝術在數學上以 SVG 等文件格式存在，它將數字藝術作品保存為可以縮放到任何大小的數學直線和曲線。 要在位圖屏幕上顯示矢量圖，數學公式需要在某個點轉換為離散像素。 像素密度越高，顯示器越大，當您將線條顯示為網格上的像素時，線條看起來就越平滑。

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如何測量像素

像素是流動的東西。 它們可以是頁面或屏幕上的任何大小，但重要的是要記住，像素幾乎沒有意義。 相反，他們在數量上獲得了力量。 想像一個單獨的方形像素，你會意識到你不能用它來繪製很多圖像。

因此，最重要的像素測量之一是圖像中有多少像素，這稱為“分辨率”。 像素網格的分辨率越高，當人們看到它時，您可以描繪或“解析”的圖像細節就越多。

當數字圖像的分辨率不足以解析您嘗試捕獲的圖像的細節時，圖像可能看起來“像素化”或“鋸齒狀”。 這稱為混疊，這是一個信息論術語，表示由於低採樣率而丟失信息（在這種情況下，每個像素都是圖像的“樣本”）。 看上面馬里奧的形象。 在這種低分辨率（採樣率）下，沒有足夠的分辨率來描繪馬里奧衣服的織物紋理或馬里奧的頭髮。 如果您想描繪這些特徵，那麼在這種低分辨率下細節將會丟失。 那就是混疊。

為了幫助減少鋸齒的影響，計算機科學家發明了一種稱為抗鋸齒的技術，它可以在某些情況下通過混合附近像素的顏色來創建平滑曲線、過渡和線條的錯覺來減少鋸齒效果。

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存儲每個像素都會佔用內存，而在電子遊戲的早期，當計算機內存很昂貴時，遊戲機無法一次存儲很多像素。 這就是讓舊遊戲看起來比現在更加像素化的原因。 同樣的原理也適用於計算機上的數字圖像和視頻，隨著內存價格（和視頻處理芯片的價格）急劇下降，圖像分辨率隨著時間的推移而穩步提高。

今天，我們生活在一個充滿像素的數字驅動世界。 隨著顯示器和電視機（8K，有人知道嗎？）的位圖分辨率不斷提高，看起來我們將在未來幾十年內使用像素。 它們是我們數字時代的重要組成部分。