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什么是防锯齿技术?什么是亚像素?

iPhone 4 在硬件上的重要改进之一是令屏幕分辨率达到了 326 ppi,即在一英寸的距离上分布了 326 颗像素。在今年的 WWDC 主题演讲上,乔布斯用图示法解释了为什么像素数越多,显示效果越好。与此相关的另一个问题,是所谓的「防锯齿技术」(anti-aliasing)。或许你在科技类博客上见过这个术语和「亚像素」(sub-pixel,一译「次像素」)一类的词汇共舞齐飞,但却不明究竟。刚好前几天 @metaphox 分享的这篇短文对防锯齿技术和亚像素概念解释得比较简明易懂,译出与大家共享。—— 编者

防锯齿技术是一种很微观的技术,但对图像的整体形态会有很大影响。简单来说,防锯齿技术是一种视觉上的小骗术,可以让边缘不平滑的东西显得平滑。电脑屏幕上的一颗颗像素并不是一直在发光,而是根据屏幕上的内容时亮时灭。由于方形的像素颗粒是以网格矩阵形式排列,故很难呈现圆角的图像。为了欺骗人眼,让我们以为那些字母和图形是圆角的,防锯齿技术把像素颗粒的边缘涂成暗色。当你从远处看时,笔直的线条就产生了模糊感,整个边缘线条就显得圆滑了。

Laptop LCD and iPhone LCD comparison (sub-pixel level) 左为笔记本电脑的液晶屏幕上的亚像素,右为 iPhone 屏幕上的亚像素。可以看到后者的亚像素之间的空隙要小很多。(图像来自 noopia.com)

亚像素防锯齿则更进一步,把圆角效果做得更加完善。每个像素颗粒都是由蓝色、绿色和红色的三个亚像素组成(见上图左半),三个亚像素都可以分别点亮,这令我们能够用不同的颜色来对防锯齿技术进行更精细的控制。目前市面上的大部分屏幕(包括笔记本屏幕)都用到了亚像素防锯齿技术。

iPhone 的情况则不太一样(见上图右半)。虽然它是近两年的新设备,但却没有用到亚像素防锯齿技术,仅仅是在整个像素的层面进行了防锯齿处理。这是怎么回事呢?

如果仔细看上面的图,你会发现 iPhone 上各个亚像素之间的距离比普通屏幕小得多(所以像素之间的距离也小得多)。因此,iPhone 即便不用亚像素防锯齿也能取得不错得效果。它的屏幕分辨率高,肉眼基本很难分辨全像素显示和亚像素显示的区别。由于防锯齿技术涉及复杂的计算过程,用以计算相邻的像素或亚像素的颜色与暗色层级,iPhone 省去了亚像素防锯齿处理,也就节省了一些 CPU 资源。

iPhone 的屏幕还有其他的特别之处:横版和竖版之间的切换。这可能也是苹果不使用亚像素防锯齿的原因之一。如果用了,切换横竖版时对 CPU 的消耗可能会非常大。

最后这点我并不确定。像素之间的距离小或许是采用全像素显示的结果,而非原因。由于亚像素并非正方形,而是长方形,因此在横竖版切换时可能会造成图像失真,或许这就是 iPhone 的屏幕分辨率(每英寸的像素个数)远高于笔记本液晶屏的原因。