Retina與計算機圖形的基本原理
阿新 • • 發佈：2018-11-05
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計算機圖形渲染的流程
計算機的繪圖過程可以簡單用流水線來說明，而產品（資料）就是經過流水線作業（渲染）到螢幕的影象。這條流水線可以簡化為（本文的概念）：繪圖位置座標指定；著色指定；輸出指定；圖1簡單解釋了這一個流水線過程。計算機繪圖需要一個輸入繪圖資料，這個資料可以是使用者指定的，也可以是作業系統決定的，也可以是混合的。這些資料是分組的。
座標生成：當繪圖資料送入座標生成系統後，流水線就會對其進行座標分派，圖1右上的線框圖抽象描述了這個過程。
著色指定：當座標系統生成出帶座標的繪圖資料後就需要送入著色器，著色器指定了這些線框的填充顏色或紋理。
渲染：著色器將繪圖資料加上著色資料後就被送入渲染器，渲染器根據繪圖資料描述，將畫素填充到描述的線框組裡並送入幀快取，然後然後送入顯示器，顯示器獲取到幀快取的資料後再根據資料的描述來繪圖到螢幕上。
畫素與點（point）與點（dot）
畫素與點（point），點（dot）這三個單位很容易令人混淆，原因在於它們在很多場合上是可以互換的。但是本文需要區分這兩者的概念。
畫素指的是一種資料結構，這個資料結構包含了RGB三個資料，分別對應的是紅色，綠色，藍色。我們說一張計算機生成的點陣圖時，我們會說這圖是多少畫素x多少畫素，例如800x600畫素。值得注意的是，畫素沒有一個固定的尺寸單位，它只是一個抽象概念。
點（dot）指的是顯示器螢幕的點或列印的點，是具體指代的事物。我們想說的DPI即dot per inch，每英寸多少個點。一般來說1個點對應一個畫素，常見的列印尺寸是72DPI，即每英寸72點，也就是包含72個畫素的資料。當畫素被計算機輸出成點投射都螢幕或紙面上時，它才具備了尺寸的概念，即點（dot）。
點（point）指的是座標點，是一個數據結構，包含了兩個資料（或三個）X和Y(和Z)座標。繪圖資料裡是包含了這個座標資料的。對於沒有使用HiDPI的作業系統來說，一個座標點對應一個畫素。
點（point）不一定等於畫素
一般來說，點（dot）與畫素是可以互換指代的，而且我們在Retina的概念被提出前一直這樣使用它們。但是，現在這兩個概念必須要區分出來。畫素只是一個描述RGB的資料結構，它沒有任何尺寸單位，它更不是一個矩形。當畫素被輸出到螢幕或紙張上時，我們應該用點來指代這種含有顏色，有尺寸的具體事物。
普通的顯示螢幕或印表機，我們會說螢幕上的一個點（dot）是由一個畫素（RGB資料）組成的，列印後的點是由一個畫素經過色彩轉換（CMYK資料）組成的。
對於印表機來說，一般的DPI是72。也就是指我們在顯示器螢幕上看到720x720畫素的點陣圖，在打印出來後的面積是10x10英寸，但是螢幕上的位圖面積並不會跟打印出來的面積一致。因為螢幕上的一個點與列印的點的尺寸不一樣。
PPI指的是每英寸多少畫素，與DPI有一定概念上的區別。PPI一般指的是螢幕的點密度，DPI指的是列印點的密度。PPI不是固定的，不同螢幕尺寸結合不同的解析度會有不同的PPI，但是DPI則是相對固定在72。
HiDPI是蘋果的一項繪圖技術，結合這種技術，計算機座標系統上的一個點（point）不再對應一個畫素，一般來說會是一個座標點對應四個畫素，而一個畫素對應螢幕的一個物理點（dot）。
由於畫素是一組色彩資料，所以繪圖資料在經過著色器後才包含了它。舉個例子，繪圖資料在送入著色器前是描述一個100x100的矩形，經過著色器指定色彩屬性後會被送入一個HiDPI系統，這個系統將200x200個畫素的資料新增到繪圖資料裡。在經過渲染器後，相當於將200x200個畫素填充進100x100這個矩形線框。
幀快取與顯示器螢幕
幀快取是儲存計算機渲染後的圖形資料的，這些資料包括座標，畫素，解析度等等。。簡單來說就是描述圖象的資料，當這些描述資料送入顯示器後，顯示器就知道怎麼繪圖了。
一般來說的螢幕解析度指的是渲染器生產出來的畫素資料排列，例如1280x800畫素。值得注意的是這個螢幕解析度與顯示器螢幕的物理點排列沒關係的。螢幕解析度是可設定的，顯示器的物理點排列是固定的。例如幀快取裡的解析度是1280x800畫素，但是顯示器螢幕是1920x1200點排列的，那麼顯示器會怎麼將幀快取裡的資料呈現到螢幕上呢？答案是通過自適應放縮，是經過顯示器內部晶片來轉換的。
13寸的RMBP在解析度設定裡是這樣描述的，看起來像1280x800畫素，看起來像1440x900畫素。我們需要這樣理解，1280x800畫素是相對於舊款不帶Retina的機器，也就是繪圖資料送入著色器前的座標系統與渲染後的座標是1:1對應的參考值。實際上在經過渲染後，它的實際畫素是2560x1600，也就是幀快取裡是資料是2560x1600畫素。同樣地看起來1440x900畫素實際渲染後的畫素是2880x1800。由於13寸的螢幕實際點排列是2560x1600，所以幀快取2880x1800畫素在輸出到屏幕後會被自適應縮放掉。
DPI與Retina
作業系統標準的桌面列印DPI是72，但是隨著HiDPI技術和高PPI螢幕出現後，這個標準也許會有一定的變化。我們在Retina的OS X下用Photoshop新建一個檔案時預設的DPI指定在144上了，這是標準轉變的一個訊號。
在沒有使用類似HiDPI技術的作業系統上，螢幕解析度對應的列印DPI是72。使用HiDPI的Retina機器的列印DPI是144，用以保證在統一尺下具有更多的點密度。這點對於印前工作非常重要。