Trong thời đại truyền thông kỹ thuật số của chúng ta, chúng ta thường coi pixel khiêm tốn là điều hiển nhiên. Nhưng pixel chính xác là gì và làm thế nào mà nó lại trở thành một phần quan trọng như vậy trong cuộc sống của chúng ta? Chúng tôi sẽ giải thích.
Pixel là một yếu tố hình ảnh
Nếu bạn đã sử dụng máy tính, điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng, thì bạn đã thấy một pixel—hoặc hàng triệu pixel, trên thực tế. Khả năng cao là bạn đang đọc câu này nhờ pixel ngay bây giờ. Chúng tạo thành các từ và hình ảnh trên màn hình thiết bị của bạn.
Từ “pixel” có nguồn gốc là từ viết tắt của thuật ngữ “phần tử hình ảnh”, do các nhà nghiên cứu máy tính đặt ra vào những năm 1960. Pixel là thành phần nhỏ nhất có thể có của bất kỳ hình ảnh điện tử hoặc kỹ thuật số nào, bất kể độ phân giải. Trong các máy tính hiện đại, chúng thường có hình vuông—nhưng không phải lúc nào cũng vậy, tùy thuộc vào tỷ lệ khung hình của thiết bị hiển thị.
Công lao cho việc phát minh ra pixel thường thuộc về Russell Kirsch, người đã phát minh ra kỹ thuật quét kỹ thuật số vào năm 1957. Khi phát triển máy quét của mình, Kirsch đã chọn chuyển các vùng sáng và tối trong ảnh thành một lưới các ô vuông đen trắng. Về mặt kỹ thuật, các pixel của Kirsch có thể có hình dạng bất kỳ, nhưng các chấm vuông trong lưới hai chiều là giải pháp kỹ thuật rẻ nhất và dễ dàng nhất vào thời điểm đó. Những người tiên phong về đồ họa máy tính sau đó được xây dựng dựa trên công việc của Kirsch, và quy ước bị mắc kẹt.
Kể từ đó, một số người tiên phong về đồ họa như Alvy Ray Smith đã đưa ra quan điểm thể hiện ý tưởng rằng một pixel không thực sự là một hình vuông—nó trừu tượng và trôi chảy hơn từ quan điểm toán học và khái niệm. Và anh ấy đúng. Nhưng đối với hầu hết mọi người trong hầu hết các ứng dụng hiện đại, pixel về cơ bản là một hình vuông kỹ thuật số có màu được sử dụng để tạo một hình ảnh lớn hơn tương tự như một ô trong bức tranh khảm hoặc một đường khâu trong mũi kim.
Trong những thập kỷ kể từ những năm 1960, pixel đã trở thành mấu chốt của miền kỹ thuật số, hiển thị các yếu tố trực quan của trình xử lý văn bản, trang web, trò chơi điện tử, truyền hình độ nét cao, mạng xã hội, VR, v.v. Với sự phụ thuộc hiện tại của chúng ta vào công nghệ máy tính, thật khó để tưởng tượng cuộc sống mà không có chúng. Pixel là nền tảng đối với đồ họa máy tính cũng như nguyên tử đối với vật chất.
Đồ họa raster so với Vector
Pixel không phải lúc nào cũng là cách duy nhất để làm nghệ thuật kỹ thuật số. Một số người tiên phong về đồ họa máy tính của thập niên 1960 như Ivan Sutherland chủ yếu làm việc với màn hình thư pháp (ngày nay thường được gọi là “màn hình véc tơ”), biểu diễn đồ họa máy tính dưới dạng các đường toán học trên màn hình tương tự thay vì các dấu chấm rời rạc trong một lưới như ảnh bitmap. Để ghi nhận anh ấy, chúng tôi đã hỏi Sutherland về ý nghĩa của pixel.
Sutherland, hiện 84 tuổi và là một trong những người phát minh ra nghệ thuật kỹ thuật số và VR, cho biết: “Một pixel là một yếu tố hình ảnh. “Bạn có thể biến nó thành bất cứ ý nghĩa nào bạn thích. Trong màn hình raster được điều khiển từ bộ nhớ kỹ thuật số, nó là nội dung của một ô nhớ. Trong màn hình thư pháp, nó thường có nghĩa là độ phân giải của bộ chuyển đổi D sang A được sử dụng.”
Ngày nay, hầu hết mọi người đều sử dụng đồ họa bitmap với các pixel trên lưới, nhưng nghệ thuật véc tơ như loại mà Sutherland đi tiên phong tồn tại về mặt toán học ở các định dạng tệp như SVG, giúp lưu giữ tác phẩm nghệ thuật kỹ thuật số dưới dạng các đường và đường cong toán học có thể chia tỷ lệ theo bất kỳ kích thước nào. Để hiển thị nghệ thuật vector trên màn hình bitmap, các công thức toán học cần được chuyển đổi thành các pixel rời rạc tại một số điểm. Mật độ điểm ảnh càng cao và màn hình càng lớn thì các đường trông càng mượt khi bạn hiển thị chúng dưới dạng pixel trên lưới.
Cách đo pixel
Pixel là những thứ chất lỏng. Chúng có thể có kích thước bất kỳ trên một trang hoặc trên màn hình, nhưng điều quan trọng cần nhớ là chỉ riêng pixel thôi thì gần như vô nghĩa. Thay vào đó, họ có được sức mạnh về số lượng. Hãy tưởng tượng một pixel vuông đơn độc và bạn sẽ nhận ra rằng bạn không thể vẽ nhiều hình ảnh với nó.
Vì vậy, một trong những phép đo quan trọng nhất của pixel là có bao nhiêu pixel trong một hình ảnh, được gọi là “độ phân giải”. Độ phân giải của lưới pixel càng cao thì càng có nhiều chi tiết của hình ảnh mà bạn có thể mô tả hoặc “phân giải” khi một người nhìn vào nó.
Khi hình ảnh kỹ thuật số không có độ phân giải cao đủ để giải quyết các chi tiết của hình ảnh bạn đang cố chụp, hình ảnh có thể trông giống như “pixel” hoặc “răng cưa”. Điều này được gọi là răng cưa, là một thuật ngữ lý thuyết thông tin có nghĩa là mất thông tin do tốc độ lấy mẫu thấp (trong trường hợp này, mỗi pixel là một “mẫu” của một hình ảnh). Nhìn vào hình ảnh của Mario ở trên. Ở độ phân giải thấp này (tốc độ lấy mẫu), không có đủ độ phân giải để mô tả kết cấu vải của quần áo Mario hoặc các sợi tóc của Mario. Nếu bạn muốn mô tả các tính năng đó, chi tiết sẽ bị mất ở độ phân giải thấp này. Đó là răng cưa.
Để giúp giảm ảnh hưởng của răng cưa, các nhà khoa học máy tính đã phát minh ra các kỹ thuật được gọi là khử răng cưa, có thể giảm hiệu ứng răng cưa trong một số trường hợp bằng cách trộn màu của các pixel lân cận để tạo ảo giác về các đường cong, chuyển tiếp và đường nét mượt mà.
Việc lưu trữ từng pixel chiếm nhiều bộ nhớ và trong những ngày đầu của trò chơi điện tử, khi bộ nhớ máy tính còn đắt đỏ, bảng điều khiển trò chơi không thể lưu trữ nhiều pixel cùng một lúc. Đó là điều làm cho các trò chơi cũ trông có nhiều pixel hơn so với ngày nay. Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho hình ảnh kỹ thuật số và video trên máy tính, với độ phân giải hình ảnh tăng dần theo thời gian khi giá bộ nhớ (và giá chip xử lý video) giảm đáng kể.
Ngày nay, chúng ta đang sống trong một thế giới kỹ thuật số tràn ngập pixel. Với độ phân giải bitmap liên tục gia tăng trên màn hình và TV (8K, có ai không?), có vẻ như chúng ta sẽ sử dụng pixel trong nhiều thập kỷ tới. Chúng là những khối xây dựng thiết yếu của thời đại kỹ thuật số của chúng ta.