🖼️ Fotografia obliczeniowa

Dithering Floyda–Steinberga to technika redukująca liczbę kolorów w obrazie przy jednoczesnym minimalizowaniu widocznych pasm (bandingu). Gdy rzeczywisty kolor piksela jest zaokrąglany do najbliższej dostępnej wartości palety, błąd zaokrąglenia jest rozprowadzany na cztery sąsiednie piksele — 7/16 w prawo, 3/16 w lewy dolny róg, 5/16 w dół i 1/16 w prawy dolny róg. Rozprasza to błędy kwantyzacji na cały obraz, tworząc naturalnie wyglądające ziarno, które ludzkie oko integruje w percepcję gładkich tonów. Algorytm został opublikowany przez Roberta Floyda i Louisa Steinberga w 1976 roku.

Stippling — renderowanie obrazów za pomocą kropek o zmiennej gęstości — jest stosowany w grawerowaniu i ilustracji naukowej od wieków i pojawia się w podręcznikach medycznych, rysunkach botanicznych oraz mapach topograficznych, gdzie liczy się precyzyjna kontrola atramentu. We współczesnym kontekście cyfrowym styl kropkowany jest popularny w ilustracji redakcyjnej, projektowaniu tatuaży i portretach. Algorytmy podobne do tego z symulacji są też wykorzystywane przez plotery piórkowe, które fizycznie rysują każdą kropkę na papierze za pomocą ramienia robota.

Nie, choć wyglądają podobnie. Pixel art jest tworzony ręcznie lub proceduralnie na celowo małym płótnie, a następnie skalowany w górę. Fotomozaika uśrednia kolor każdej prostokątnej komórki istniejącego obrazu i zastępuje ją jednolitym kafelkiem (lub w tradycyjnych fotomozaikach — dopasowanym miniaturowym obrazkiem). Wynik zależy w całości od zdjęcia źródłowego, podczas gdy pixel art jest niezależną twórczością. Ta symulacja wykorzystuje podejście uśredniające, opcjonalnie zastępując kafelki wypełnionymi okręgami dla efektu podobnego do kafelków.

ASCII art pojawiła się w latach 60. XX wieku wraz z wczesnymi drukarkami wierszowymi i dalekopisami, które mogły wyprowadzać wyłącznie znaki tekstowe, ale były wykorzystywane przez programistów do tworzenia obrazów. Stała się powszechną kulturą na wczesnych systemach BBS w latach 80. i 90., gdzie połączenia o niskiej przepustowości sprawiały, że obrazy tekstowe były praktyczne. Formalne badania nad optymalnym mapowaniem znaków na jasność w renderowaniu ASCII prowadzone są w literaturze informatycznej od wczesnych lat 90., w tym prace nad adaptacyjnymi rampami znaków dla różnych czcionek.

Powiązane techniki obejmują rastrowanie półtonowe (stosowane w druku CMYK, gdzie rozmiar kropki zależy od tonu), kropkowanie Woronoja (rozmieszczanie kropek za pomocą relaksacji ważonych centroidów dla bardziej równomiernego rozmieszczenia), dithering uporządkowany z macierzami Bayera (alternatywa dla metody Floyda–Steinberga, dająca regularny wzór kreskowania) oraz algorytmy kwantyzacji koloru, takie jak median-cut i klasteryzacja k-średnich. Wszystkie te techniki występują w edytorach obrazu, procesach druku i bibliotekach sztuki generatywnej i mają wspólne wyzwanie: reprezentowanie tonów ciągłych za pomocą ograniczonego zbioru wartości dyskretnych.

Algorytmy ditheringu, takie jak Floyd–Steinberg, są wbudowane w sterowniki wyświetlaczy e-ink do renderowania obrazów w skali szarości na ekranach, które mogą wyświetlać tylko czerń lub biel na piksel. Są wykorzystywane w procesach redukcji koloru GIF i PNG, w dźwięku (1-bitowe przetworniki DAC wykorzystują kształtowanie szumu, dźwiękowy odpowiednik ditheringu) oraz w druku — drukarki laserowe stosują dithering na każdej stronie, by symulować odcienie szarości za pomocą wyłącznie czarnych kropek tonera. Współczesne edytory obrazu, jak Photoshop czy GIMP, udostępniają opcje ditheringu przy redukcji obrazu do trybu kolorów indeksowanych.

Obecne badania i praktyka rozwijają te idee w kierunku neuronowym i generatywnym: transfer stylu neuronowego wykorzystuje konwolucyjne sieci neuronowe do nakładania artystycznych tekstur na fotografie; modele dyfuzyjne mogą reinterpretować zdjęcia w dowolnym stylu na podstawie opisu tekstowego; a różniczkowalne renderowanie pozwala trenować całe potoki artystycznego renderowania od początku do końca. W przypadku samego stipplingu badacze opracowali ważone kropkowanie Linde–Buzo–Graya (WLBG), które wykorzystuje relaksację Lloyda na polu gęstości wyprowadzonym z obrazu, by rozmieszczać kropki z niemal optymalną jednorodnością percepcyjną — istotne ulepszenie w porównaniu z prostym podejściem siatkowym stosowanym w tym symulatorze.