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Articulo de referencia

Colores de artefactos compuestos

Artefacto de color naranja, generado a partir de píxeles blancos y negros, en la computadora de color TRS-80. Ejemplo de obra de arte creada con la intención de que los valores ...

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Artefacto de color naranja, generado a partir de píxeles blancos y negros, en la computadora de color TRS-80.
Ejemplo de obra de arte creada con la intención de que los valores de píxeles individuales se promedien horizontalmente sobre un vídeo compuesto.

La técnica de colores compuestos es comúnmente utilizada para abordar varios modos gráficos de algunas computadoras domésticas de las décadas de 1970 y 1980. En algunas máquinas, al conectarse a un televisor o monitor NTSC mediante salidas de video compuesto , la codificación de la señal de video permitía mostrar colores adicionales, manipulando la posición del píxel en la pantalla, sin estar limitada por la paleta de colores del hardware de cada máquina . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

Este modo se usaba principalmente para juegos en lugar de texto, ya que limita la resolución horizontal efectiva de la pantalla. Era más común en el IBM PC (con gráficos CGA ), [ 4 ] el TRS-80 Color Computer , [ 5 ] el Apple II [ 6 ] y los ordenadores Atari de 8 bits , [ 1 ] y era utilizado por los videojuegos de rol Ultima . [ 6 ] Los títulos de software (como King's Quest para el IBM PC) solían ofrecer la opción de seleccionar entre el "modo RGB" y el "modo de composición de color" . [ 7 ]

En las pantallas PAL el efecto también está presente, pero genera colores más limitados. [ 8 ] [ 9 ] Dependiendo del sistema PAL exacto utilizado, los resultados variarán (si se utilizan PAL-M o PAL-N, podrían aparecer artefactos de color similares a los de NTSC).

Aunque relacionados, los colores de artefacto no son lo mismo que el desenfoque horizontal. El desenfoque es un efecto general del uso de una conexión compuesta, que simplemente crea nuevos colores debido a una mezcla de valores de píxeles horizontales adyacentes. La mezcla exacta dependerá de la saturación y los colores específicos de los píxeles originales. Sin embargo, este efecto puede ser explotado mediante el uso de patrones de tramado , generando nuevos colores de paleta intermedios [ 10 ] en máquinas con una pantalla de resolución suficientemente alta, como el ZX Spectrum , [ 11 ] Mega Drive/Genesis , [ 12 ] [ 13 ] NES/Famicom [ 14 ] o Amiga .

Detalles técnicos

En el sistema de color NTSC utilizado en la radiodifusión, la frecuencia de la subportadora de color es exactamente 227,5 veces la frecuencia de línea; es decir, cada línea contiene 227,5 ciclos de subportadora de color. Esto provoca que la fase aparente de la subportadora se invierta en cada línea, lo que resulta en que los colores sólidos se muestren como un patrón similar a un tablero de ajedrez cuando se visualizan en una pantalla monocromática que no filtra la información de color. [ 15 ]

Computadoras como la Apple II [ 16 ] y la tarjeta de video CGA [ 17 ] [ 18 ] para la IBM PC , emiten una señal que es una aproximación del estándar de transmisión. Tanto en la Apple II como en la CGA, cada línea se extiende a 228 ciclos completos de la subportadora de color. Esto está dentro de las tolerancias de la mayoría de las pantallas, por lo que la imagen se muestra con claridad, pero el patrón generado por colores sólidos se convierte en franjas verticales rectas. Cada posición horizontal dentro de cualquier línea tiene una relación de fase constante con la subportadora de color bajo este sistema, por lo que iluminar un píxel en cada índice horizontal específico siempre tiene el mismo efecto en la información de color interpretada por la pantalla.

También es típico que este tipo de adaptadores de pantalla tengan relojes de píxeles que son un múltiplo de la frecuencia de la subportadora NTSC. Tanto el Apple II como el CGA usan un reloj de píxeles de 14,318  MHz, cuatro veces la subportadora de color. Para una señal con calidad de transmisión, eso significaría 910 ciclos de píxeles por cada línea (en comparación con los 858 estandarizados posteriormente por la Recomendación BT.601 de la UIT-R ), con aproximadamente 750 de ellos ocupando la porción visible de la pantalla. Con las líneas estiradas de estas primeras computadoras, cada línea tenía en realidad 912 ciclos de píxeles de largo, y solo se usaba una porción del área visible: 560 píxeles en el caso del Apple II (aunque no direccionables individualmente sin una tarjeta de expansión de 80 columnas [ 19 ] ), 640 en el caso del CGA. Cada píxel podría tener una de las 4 relaciones de fase predefinidas con la ráfaga de color, por lo que se puede construir una subportadora "falsa" que será interpretada como color por la pantalla, mediante la emisión de patrones de píxeles específicos. [ 20 ]

En el caso de adaptadores que también tienen capacidades de color nativas, como el CGA, esta técnica se puede ampliar aún más formando patrones a partir de los colores incorporados; de esta manera, la subportadora "real" generada por el hardware interferirá con la "falsa" que reside dentro de los patrones de píxeles, lo que hará que la pantalla interprete el resultado como colores nuevos y únicos. [ 21 ]

En el sistema PAL , la fase de la subportadora se interpreta de forma diferente en cada línea, y la fase de la ráfaga de color debe cambiar estrictamente en líneas alternas. Esto hace que los trucos descritos anteriormente sean inviables. SECAM utiliza modulación de frecuencia , por lo que generar colores de artefacto requeriría una sincronización mucho más precisa que la de sincronizar el reloj de píxeles con la frecuencia de la subportadora de NTSC o PAL . Por estas razones, los colores de artefacto generalmente solo se usaban con el sistema de color NTSC. Teóricamente, son posibles en cualquiera de ellos, debido a que en todos los sistemas de televisión analógica , la información de color reside dentro del mismo ancho de banda que la información de luminancia.

Los colores de artefacto no deben confundirse con el efecto de desenfoque horizontal, más común. El desenfoque horizontal es un efecto del uso de una conexión de vídeo compuesto , donde se crean nuevos colores promediando los valores de los píxeles individuales. Esto se debe principalmente al ancho de banda limitado de la luminancia y, especialmente, de la crominancia en los sistemas analógicos. A diferencia de los colores de artefacto, que son arbitrarios, estos nuevos colores dependen completamente de los valores originales de los píxeles adyacentes. El desenfoque horizontal es más pronunciado en resoluciones de pantalla más altas y cuando se utilizan colores saturados (especialmente azul y rojo). Este efecto fue aprovechado por artistas de videojuegos en algunas máquinas (especialmente aquellas capaces de generar gráficos de mayor resolución pero con una paleta de colores limitada) mediante el uso de patrones de tramado . [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 22 ] [ 23 ]

Máquinas

PC compatibles con tarjetas gráficas CGA

Al usar el adaptador de gráficos en color (CGA) de IBM con un televisor NTSC como monitor compuesto , la separación entre luminancia y crominancia es imperfecta, lo que produce artefactos de color cruzado. Esto es especialmente problemático con texto de 80 columnas.

Por este motivo, cada uno de los modos de texto y gráficos descritos anteriormente existe dos veces: una como la versión normal a color y otra como la versión monocromática. La versión monocromática de cada modo desactiva por completo la decodificación de color NTSC en el monitor, lo que resulta en una imagen en blanco y negro, pero sin sangrado de color, y por lo tanto, una imagen más nítida. En los monitores RGBI, las dos versiones de cada modo son idénticas, con la excepción del modo gráfico de 320 × 200, donde la versión monocromática produce la tercera paleta.

Sin embargo, los programadores descubrieron que este fallo podía convertirse en una ventaja, ya que los patrones distintivos de puntos de alta resolución se transformaban en áreas uniformes de colores sólidos, lo que permitía mostrar colores completamente nuevos. Dado que estos nuevos colores son el resultado de la superposición de colores, a menudo se les denomina «colores de artefacto». Esta técnica podía utilizarse tanto en el modo gráfico estándar de cuatro colores de 320 × 200 como en el de color sobre negro de 640 × 200.

Los primeros intentos dieron como resultado una resolución utilizable de 160×200 con 16 colores. [ 24 ] Los colores reales dependen de la paleta base y la resolución utilizada, como se muestra en la galería a continuación:

Demostraciones posteriores realizadas por entusiastas han aumentado el número máximo de colores que la CGA puede mostrar simultáneamente a 1024. Esta técnica implica un ajuste del modo de texto que cuadruplica el número de filas de texto. A continuación, se utilizan ciertos caracteres ASCII, como U y ‼, para producir los patrones necesarios, lo que da como resultado imágenes sin tramado con una resolución efectiva de 80×100 en un monitor compuesto. [ 25 ]

Soporte de software

Muchos de los títulos de juegos más destacados ofrecen gráficos optimizados para monitores de color compuesto. [ 26 ] Ultima II , el primer juego de la serie que se adaptó a IBM PC, utiliza gráficos compuestos CGA. King's Quest I también fue innovador en su uso de gráficos de 16 colores. Otros títulos incluyen Microsoft Decathlon , King's Quest II y King's Quest III .

Computadora a color TRS-80

El modo gráfico de dos colores 256×192 de la computadora TRS-80 Color Computer (también conocida como Coco) permite la visualización de cuatro colores aprovechando las limitaciones de la señal NTSC. No es posible mostrar de forma fiable 256 puntos en la pantalla debido a las limitaciones de la señal NTSC y la relación de fase entre el reloj del chip gráfico y la frecuencia de ráfaga de color . Con el primer conjunto de colores, las columnas alternas de píxeles verdes y negros no se distinguen y aparecen como un verde apagado. Sin embargo, al cambiar a un conjunto de colores blanco y negro, en lugar de un gris apagado como se esperaría, el resultado es naranja o azul. Invertir el orden de los puntos alternos dará el color opuesto. En efecto, el modo de dos colores 256×192 se convierte en un modo de cuatro colores 128×192 con negro, naranja, azul y blanco disponibles. La mayoría de los juegos de CoCo utilizaban este modo, ya que generaba colores más útiles que los proporcionados por los modos nativos de cuatro colores.

El chip gráfico interno puede encenderse tanto en el flanco ascendente como en el descendente del reloj, por lo que los patrones de bits que representan el naranja y el azul no son predecibles. La mayoría de los juegos de CoCo comienzan con una pantalla de título y le piden al usuario que presione el botón de reinicio hasta que los colores sean correctos.

Los lectores de las revistas The Rainbow [ 27 ] [ 28 ] o HOT CoCo [ 29 ] descubrieron que pueden usar ciertos POKEcomandos para cambiar el chip gráfico Motorola 6847 a uno de los modos de artefacto, mientras que Extended Color BASIC continúa funcionando como si aún mostrara uno de los modos de cuatro colores de 128x192. De esta manera, se puede usar todo el conjunto de comandos gráficos de Extended Color BASIC con los colores de artefacto. Algunos usuarios desarrollaron un conjunto de 16 colores de artefacto usando una matriz de píxeles de 4×2. El uso de POKEcomandos también hace que estos colores estén disponibles para los comandos gráficos, aunque los colores deben dibujarse línea por línea horizontal. Se produjeron algunas obras de arte interesantes a partir de estos efectos, especialmente porque el paquete de arte CoCo Max los proporciona en su paleta de colores. [ 30 ]

La paleta de 16 colores resultante es (colores aproximados solo con fines ilustrativos):

El CoCo 3 soluciona el problema del flanco del reloj, de modo que siempre es el mismo; el usuario mantiene pulsada la F1tecla durante el reinicio para alternar el conjunto de colores. En este ordenador, los juegos se pueden parchear para usar un nuevo modo de cuatro colores de 128 × 192 proporcionado por el chip Graphics Interrupt Memory Enhancer (GIME) , con los colores del hardware asignados a los valores requeridos.

Apple II

Fragmento de la pantalla de un ordenador Apple II, que muestra los datos reales de los píxeles compuestos por franjas verticales (arriba) y los colores resultantes cuando se ven en un televisor NTSC (abajo).

Los gráficos en color del Apple II utilizan una peculiaridad del estándar de señal de televisión NTSC, lo que hizo que la visualización en color fuera relativamente fácil y económica de implementar. [ 31 ]

La pantalla del Apple II proporciona dos píxeles por ciclo de subportadora NTSC. Cuando la señal de referencia de ráfaga de color está activada y el ordenador está conectado a una pantalla a color, puede mostrar el verde mediante un patrón alterno de píxeles, el magenta con un patrón opuesto de píxeles alternos y el blanco colocando dos píxeles uno al lado del otro. Posteriormente, se pudieron obtener el azul y el naranja ajustando el desplazamiento de los píxeles en medio ancho de píxel con respecto a la señal de ráfaga de color. La pantalla de alta resolución ofrece más colores simplemente comprimiendo más píxeles, y más estrechos, en cada ciclo de subportadora. [ 32 ]

El modo de visualización de gráficos de baja resolución funciona de manera diferente, ya que puede generar un patrón de puntos por píxel para ofrecer más opciones de color. Estos patrones se almacenan en la ROM del generador de caracteres y reemplazan los patrones de bits de los caracteres de texto cuando el ordenador cambia al modo de gráficos de baja resolución. El modo de texto y el modo de gráficos de baja resolución utilizan la misma región de memoria y el mismo circuito para ambos. [ 32 ]

Un ejemplo del uso completo de colores de artefacto en el Apple II es el programa de pintura Dazzle Draw . Si se ve en monocromo, la imagen se compone de patrones de tramado vertical en blanco y negro, [ 33 ] pero cuando se ve en NTSC aparecen colores. [ 34 ] [ 35 ]

Atari de 8 bits

Patrón moiré de 8 bits de Atari en modo gráfico de 320 píxeles horizontales. Los colores son artefactos de la visualización de píxeles de alta resolución, que tienen la mitad del tamaño del reloj de color NTSC.

En los primeros ordenadores Atari de 8 bits con el chip Color Television Interface Adaptor (CTIA), el modo Graphics 8 mostraba imágenes en blanco y negro con una resolución de 320×192.

Los programadores descubrieron rápidamente que los patrones pares o impares de píxeles blancos y negros adyacentes en este modo generarían uno de dos colores adicionales (azul/marrón u oliva/rosa) [ 36 ] y software como The Wizard and the Princess de On-Line Systems utilizó este efecto secundario para mostrar hasta cuatro colores a máxima resolución. Esta técnica y sus fundamentos técnicos se documentaron en el Apéndice D de De Re Atari . [ 1 ]

Juegos como Lode Runner , Flight Simulator II y la serie Ultima aprovecharon este efecto para mostrar colores adicionales. [ 37 ]

Cuando Atari comenzó a distribuir computadoras con el adaptador de interfaz gráfica de televisión (GTIA) mejorado, los usuarios descubrieron que dichos programas mostraban colores incorrectos y requerían una versión actualizada del software. [ 38 ] De hecho, los colores de los artefactos eran inconsistentes en toda la línea de productos Atari de 8 bits, lo que complicaba el diseño del tablero de juego, pero solo afectaba a un puñado de títulos que utilizaban este modo gráfico. Estas diferencias de color se pueden simular en emuladores basados ​​en Altirra.

Todos los modelos con salida RF o compuesta conectados a televisores presentaban este efecto, mientras que aquellos como el Atari 800 original o la serie XE posterior con soporte de croma/luma incorporado mostraban además imágenes sin artefactos cuando se conectaban a un monitor de ordenador con entradas de croma/luma como el Commodore 1701 .

Por alguna razón no documentada que solo Atari conoce, no habilitaron el pin de croma en el conector del monitor del 800XL, aunque se han publicado varias modificaciones para incorporar esta función.

Otras máquinas

Muchos juegos de primera generación para MSX utilizan desenfoque horizontal y tramado para generar una paleta de 125 colores simultáneos. Empresas como Konami , Hal Laboratory o Ponyca utilizaban esta técnica con regularidad. El programa de dibujo Graphic Master Lab de Sony [ 39 ] permitía utilizar estos 125 colores en dibujos creados por el usuario.

Los ordenadores domésticos como el Atari ST también cuentan con gráficos preparados con técnicas de tramado para aprovechar las conexiones de televisión compuesta.

La Mega Drive/Genesis aprovecha el desenfoque horizontal de vídeo compuesto de patrones de tramado vertical para simular efectos de transparencia en muchos juegos. [ 13 ] [ 22 ] [ 23 ] William Kier (el artista de Eternal Champions ) afirmó haber realizado tramado manual para los gráficos de ese juego, y que probablemente la mayoría de los juegos se tramaban de la misma manera. [ 40 ] Este efecto se usó tan ampliamente que se puede simular en clones de hardware modernos como la Mega Sg . [ 41 ]

El Commodore Amiga, cuando se conectaba mediante vídeo compuesto, sufría de un notable desenfoque horizontal, que afectaba especialmente a los píxeles de color y suavizaba las transiciones con tramado. [ 42 ] Esta técnica se utilizó en la mayoría de los títulos. El artista de píxeles Henk Nieborg menciona el uso de tramado en el juego de Amiga de 1992 Lionheart para crear colores adicionales. [ 40 ] La técnica también fue utilizada frecuentemente por la empresa de software británica The Bitmap Brothers . [ 40 ] El modo especial Hold-And-Modify es particularmente adecuado para mostrar imágenes de " alto color " similares a las de la televisión, aprovechando al máximo el desenfoque horizontal.

Sistema PAL

El uso de una conexión compuesta con el sistema de televisión PAL también genera nuevos colores, pero su número es limitado y los resultados poco fiables. [ 8 ] [ 9 ]

Apple II

El Apple II se puede modificar para generar una  señal de 50 Hz para su uso en regiones PAL y SECAM. Sin embargo, al conectarlo directamente a una pantalla, la imagen resultante es en blanco y negro. Existían tarjetas de expansión "Eurocolor" que, en esencia, decodificaban los artefactos NTSC y los recodificaban como PAL o SECAM. [ 43 ]

Atari de 8 bits

Las máquinas Atari de 8 bits son capaces de generar colores de artefacto (rojo, amarillo, violeta y verde) en modos monocromo aprovechando los artefactos PAL. [ 8 ] Una mesa de pinball llamada Das Uboat , por Atari 800XL Pinball Construction Set , muestra colores de artefacto cuando se ve en un televisor PAL. [ 44 ] [ 45 ] Otro ejemplo es Runaround II . [ 46 ] [ 47 ]

Commodore 64

En las versiones PAL de la Commodore 64 , la línea de retardo del monitor o televisor que promedia el tono de color , pero no el brillo, de líneas consecutivas de la pantalla se puede usar para crear siete colores no estándar alternando líneas de la pantalla que muestran dos colores de brillo idéntico. [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] Esto se usa en el juego Mayhem in Monsterland , [ 52 ] lanzado en 1993 por Apex Computer Productions , y en Parallaxian . [ 53 ]

Computadora a color TRS-80

Los usuarios de ordenadores a color TRS-80 en países con sistema operativo PAL solo ven rayas verdes y moradas en lugar de colores rojos y azules sólidos.

ZX Spectrum

Chromatrons Attack, un juego casero de 2013 que utiliza colores de artefactos compuestos en un ZX Spectrum PAL.

La resolución del ZX Spectrum es lo suficientemente alta como para permitir la generación de colores artificiales, pero este efecto no se exploró durante su vida útil comercial. El juego casero Chromatrons Attack de 2013 demuestra este efecto. [ 9 ] [ 54 ]

Referencias

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