mercoledì 21 aprile 2021

Perché i vecchi videogiochi erano così pixelati?

Se non sei cresciuto nel 20 secolo, potresti chiederti perché i videogiochi per computer una volta usavano una grafica così a blocchi e pixelata.

Esploreremo le origini della pixel art e il modo in cui la grafica è esplosa in complessità nel tempo.

La risposta breve: la risoluzione era limitata dal costo e dalla tecnologia disponibile

La grafica pixelata nei videogiochi più vecchi, in cui la risoluzione del display è sufficientemente bassa da rendere evidenti i pixel e a blocchi, era in gran parte il risultato di televisori a bassa risoluzione e dell’alto costo di chip di memoria e logica digitale all’epoca in cui quei giochi sono stati creati rispetto a oggi.

Sebbene sia stato possibile creare un’immagine fissa digitale con risoluzione HD alla fine 1970 s, la tecnologia per animarlo in tempo reale non esisteva fino a molto tempo dopo. Tale tecnologia era troppo costosa per essere inserita in un prodotto di intrattenimento prodotto in serie che i consumatori potevano permettersi fino a metà – 2000S.

Benj Edwards

I game designer hanno fatto quello che potevano con la tecnologia limitata disponibile al momento, utilizzando una grafica a blocchi e pixelata simile a un mosaico per illustrare i loro giochi per console, come l’Atari 2600, NES, Sega Genesis e molti altri.

“Disegnavamo su carta millimetrata e poi digitalizzavamo quei disegni”, dice Joe Decuir, che ha co-creato l’Atari 2600 e ha programmato uno dei suoi primi giochi. “Ricordo vividamente quanto fossero goffi i carri armati in Combattimento .”

Anche gli artisti dal lato dei giochi per PC hanno dovuto fare i conti con immagini a bassa risoluzione e colori bassi rispetto a oggi. “Dover lavorare in questi mattoni giganti di tinta unita ed essere limitato a soli 16 i colori terribili che erano stati scelti per noi in anticipo, dai quali non c’erano variazioni, erano un enorme ostacolo “, afferma Mark Ferrari, che ha disegnato la grafica EGA per i giochi Lucasfilm su PC IBM come Zak McKracken , Loom e Il segreto di Monkey Island .

Ma gli artisti hanno abbracciato i limiti e fatto comunque classici senza tempo. Diamo uno sguardo più approfondito a quali capacità tecniche hanno portato a tali limitazioni e perché l’arte del gioco pixelata è diventata meno necessaria nel tempo.

Come funziona la grafica dei videogiochi

La grafica dei giochi digitali riguarda i pixel: come li memorizzi, come li elabori e come li visualizzi. Più pixel per pollice significa più dettagli, ma più pixel hai, maggiore è la potenza hardware necessaria per guidarli.

La parola “pixel” nasce come abbreviazione del termine “elemento immagine”, coniato da ricercatori informatici nel 1960S. I pixel sono la parte più piccola possibile di qualsiasi immagine digitale, indipendentemente dalla risoluzione. Nei computer moderni, di solito sono quadrati, ma non sempre, a seconda delle proporzioni del dispositivo di visualizzazione.

In termini astratti, la maggior parte della grafica dei videogiochi funziona memorizzando una griglia di pixel (nota come bitmap) in una porzione della memoria video chiamata frame buffer. Un circuito speciale quindi legge quella memoria e la traduce in un’immagine sullo schermo. La quantità di dettagli (risoluzione) e il numero di colori che è possibile memorizzare in quell’immagine sono direttamente correlati alla quantità di memoria video disponibile nel computer o nella console di gioco.

Alcuni dei primi giochi per console e arcade non utilizzavano frame buffer. Infatti, la console Atari 2600, rilasciata in 1977, ha mantenuto bassi i costi utilizzando logiche dedicate per generare un segnale al volo mentre la linea di scansione televisiva si sposta lungo lo schermo. “Stavamo cercando di essere economici, ma questo ha messo il verticale nelle mani dei programmatori, che erano molto più intelligenti di quanto pensassero i progettisti di hardware”, afferma Decuir del 2600.

Nei casi di giochi pre-frame buffer, il dettaglio grafico era limitato dal costo dei circuiti di supporto (come nei primi giochi arcade a logica discreta di Atari) o dalle dimensioni del programma codice (come nell’Atari 2600).

Cambiamenti esponenziali in memoria e risoluzione

La scala di miglioramento delle capacità tecniche di computer e console di gioco è stata esponenziale nel passato 50 anni, il che significa che il costo della memoria digitale e della potenza di calcolo è diminuito a una velocità che sfida il buon senso.

Questo perché il miglioramento delle tecnologie di fabbricazione dei chip ha consentito ai produttori di stipare in modo esponenziale più transistor in una data area su un pezzo di silicio, consentendo notevoli aumenti di memoria, velocità della CPU e complessità del chip grafico .

“Davvero, quanti transistor potresti usare?” afferma Steve Golson, co-designer del chip grafico di Atari 7800 e co-creatore di Ms. Pac-Man , tra gli altri giochi. “Con poche decine di migliaia di transistor, hai l’Atari 2600. Con decine di miliardi di transistor, ottieni console moderne. È un milione di volte di più. E le velocità di clock sono aumentate da pochi megahertz a pochi gigahertz. È un aumento di mille volte. ”

Il costo dei transistor ha avuto un impatto su ogni componente elettronico che li utilizzava, inclusa la memoria RAM patatine fritte. All’alba della console di gioco computerizzata in 1976, la memoria digitale era molto costosa. Fairchild Channel F ha utilizzato solo 2 kilobyte di RAM per memorizzare un’immagine bitmap dello schermo, solo 128 × 64 pixel (102 × 58 visibile), con solo uno dei quattro colori per pixel. Chip RAM di capacità simile ai quattro chip RAM utilizzati nel Canale F venduti al dettaglio per circa $ 80 totale al momento, che è $ 373 aggiustato per l’inflazione.

Avanti veloce a 2021, quando Nintendo Switch include 4 gigabyte di RAM che possono essere condivisi tra la memoria di lavoro e la memoria video. Supponiamo che un gioco utilizzi 2 GB (2, 000, kilobyte) di RAM video nello Switch. A 1960 prezzi della RAM , quelli 2, 000, 000 kilobyte di RAM sarebbe costato $ 80 milioni in 1976 – è più di $ 373 milioni oggi. Pazzo, vero? Questa è la natura che sfida la logica del cambiamento esponenziale.

Poiché il prezzo della memoria è diminuito da allora 1976, i produttori di console sono stati in grado di includere più RAM video nelle loro console, consentendo immagini a risoluzione molto più elevata. Con una risoluzione maggiore, i singoli pixel sono diventati più piccoli e più difficili da vedere.

Il Nintendo Entertainment System, rilasciato in 1985, potrebbe produrre un 256 × 240 risoluzione immagine (61, 440 pixel). Oggi, una console Sony PlayStation 5 può produrre un 3840 × 2160 (4K) e, potenzialmente, una fino a 7680 × 4320 (33, 177, 600 pixel). È un 53, 900% di aumento della risoluzione della console per videogiochi rispetto al passato 36 anni.

Anche se fosse possibile visualizzare grafica ad alta definizione nel 1980 s, non c’era modo di spostare quelle immagini dalla memoria e dipingerle su uno schermo in 30 o 60 volte al secondo. “Considera il meraviglioso cortometraggio animato della Pixar Le avventure di André e Wally B. “, Afferma Golson. “In 1980, questo film richiedeva un $ 15 milioni di supercomputer Cray da creare . ”

Per The Adventures of André & Wally B. , Pixar reso dettagliato 512 × 488 fotogrammi di risoluzione a una velocità di circa un fotogramma ogni 2-3 ore. I lavori ad alta risoluzione tentati in seguito hanno richiesto tempi di rendering molto più lunghi e apparecchiature di livello mondiale multimilionario. Secondo Golson, quando si trattava di grafica fotorealistica in tempo reale, “Semplicemente non poteva essere fatto utilizzando l’hardware disponibile in 1984. Figuriamoci a un prezzo da vendere ai consumatori. ”

La risoluzione del televisore era bassa, dettagli limitanti

Ovviamente, per una console per visualizzare un’immagine con una risoluzione 4K come le console di fascia alta di oggi, è necessario un display in grado di farlo, che non esisteva in 1970 s e ‘ 80S.

Prima dell’era HDTV, la maggior parte delle console di gioco utilizzava una tecnologia di visualizzazione relativamente antica sviluppata nel 1950 s — molto prima che qualcuno si aspettasse di giocare videogiochi domestici ad alta risoluzione. Questi televisori sono stati progettati per ricevere trasmissioni via etere tramite un’antenna collegata alla parte posteriore.

“L’unico modo per connettersi alla TV era attraverso l’ingresso dell’antenna”, dice Steve Golson, ricordando il suo lavoro sull’Atari 7800 nel 1984. “Così la console ha dovuto generare un segnale compatibile che sembrava provenire dalla tua antenna. Quindi eri limitato dalla possibile risoluzione di un segnale di trasmissione NTSC analogico. ”

Idealmente, il segnale TV analogico NTSC può gestire circa 486 linee interlacciate che riguardano 640 pixel di larghezza (anche se questo varia in base all’implementazione dovuta alla natura analogica dello standard). Ma all’inizio, i progettisti di console di gioco hanno scoperto che potevano risparmiare memoria utilizzando solo la metà dei due campi interlacciati al secondo di NTSC per creare un 240 immagine pixel-high, ora chiamata “240 p “tra gli appassionati. Per mantenere le proporzioni 4: 3, hanno limitato la risoluzione orizzontale a circa 320 pixel, anche se questo numero esatto variava considerevolmente tra le console.

Il segnale NTSC limita anche il numero di colori che potresti generare senza che si sbiadiscano o sbiadiscano. “E dovevi farlo sembrare carino per le molte persone che avevano ancora la TV in bianco e nero! Ciò ha ulteriormente limitato le tue scelte di colore “, afferma Golson.

Per aggirare questa restrizione, i personal computer hanno iniziato a utilizzare schermi non televisivi ad alta risoluzione all’inizio 1980S. “Il PC IBM e i suoi cloni hanno ispirato un grande mercato per monitor a colori separati in grado di gestire almeno VGA (640 X 480) “, aggiunge Joe Decuir. “Tuttavia, i giocatori non li ricevevano fino al 1990 s, per i giochi collegati al PC. ”

Alcuni giochi arcade vintage, come il Popeye di Nintendo (1982), ha approfittato di risoluzioni molto più elevate (512 × 448) reso possibile con i monitor arcade utilizzando una modalità video interlacciata non standard, ma quei giochi non potevano essere riprodotti su console di gioco domestiche al tempo senza compromessi grafici quando tradotto su console domestiche.

Limiti dello spazio di archiviazione impostati anche sulla complessità grafica

Sia nella console che nei giochi per computer, la complessità della grafica era limitata non solo dalle capacità di visualizzazione e dalla velocità logica, ma anche dal modo in cui venivano archiviate su supporti rimovibili che potevano essere distribuiti ai clienti .

“In questi giorni, le persone non iniziano davvero a capire in quale ambiente limitato stessimo lavorando in termini di spazio di archiviazione e tempo di elaborazione”, afferma Mark Ferrari. “Lo spazio su disco era davvero prezioso a quei tempi.”

All’epoca in cui Ferrari disegnava la sua grafica per Lucasfilm, un gioco doveva stare su una manciata di floppy disk che potevano contenere solo circa 1,4 megabyte ciascuno. Anche se Lucasfilm ha compresso la grafica del gioco, la limitazione di molti dettagli che Ferrari poteva includere non proveniva solo dalla risoluzione della scheda grafica per PC IBM, ma anche dalla capacità di archiviazione dei floppy disk stessi.

Ma, come i prezzi della memoria, anche il costo di archiviazione dei dati grafici su supporti rimovibili è diminuito esponenzialmente. Sul lato console, una cartuccia Fairchild Channel F conteneva circa 2 kilobyte di dati in 1976, mentre le schede di gioco per Nintendo Switch possono memorizzare fino a 32, 000, 000 kilobyte di dati (32 GB). Quello è 16 milioni di volte più spazio di archiviazione, fornendo molto più spazio per dati grafici dettagliati.

La fine del pixel visibile … e un nuovo inizio

Nel 2010, Apple ha introdotto un “display Retina” sull’iPhone 4, uno schermo con una risoluzione sufficientemente alta che l’occhio nudo (a una distanza di visione standard) non poteva più distinguere i singoli pixel. Da allora, questi display ad altissima risoluzione sono stati spostati su tablet, desktop e laptop.

Per un po ‘, sembrava che forse i giorni della pixel art fossero finalmente finiti completamente. Ma la pixel art a bassa risoluzione non è scomparsa. In effetti, è in ripresa.

A partire dalla fine 2000 s, gli sviluppatori di giochi indie hanno iniziato ad abbracciare seriamente l’estetica della pixel art retrò. Lo hanno fatto in parte per motivi nostalgici e anche perché in alcuni casi è più facile per un piccolo team di sviluppatori creare una grafica a blocchi più semplice rispetto a illustrazioni dettagliate ad alta risoluzione dall’aspetto professionale. (Come per tutto, ci sono delle eccezioni: creare animazioni convincenti e fluide con sprite 2D è un processo molto laborioso, per esempio.)

Giochi con pixel a blocchi come Stardew Valley e Minecraft evocano sentimenti di un tempo più semplice, mentre anche fornendo le comodità offerte dal design del gioco moderno.

Mark Ferrari guarda questi artisti pixel moderni con soggezione e riverenza. “Stavo facendo pixel art perché non c’erano alternative. Non è stata una scelta, è stata una necessità “, dice Ferrari. “Le persone che fanno pixel art ora lo fanno tutte per scelta. Non c’è più un imperativo tecnico al mondo in questo momento per fare pixel art. Ma lo scelgono come estetica perché lo adorano. ”

Quindi, anche se la pixel art una volta era una restrizione, ora è un’estetica artistica preziosa che probabilmente non scomparirà mai, ed è tutto grazie a quel brevissimo periodo storico in cui gli artisti hanno fatto ciò che hanno potrebbe con la tecnologia limitata del tempo. Pixel per sempre!