Subpixel-Rendering

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Normales Rendering ohne Antialiasing Subpixel-Rendering ohne Antialiasing Normales Rendering mit Antialiasing Subpixel-Rendering mit Antialiasing

Subpixel-Rendering (engl.) bedeutet Teilbildpunktwiedergabe und steht für eine Softwaretechnik, die die Darstellung von Text auf Farbbildschirmen verbessert. Dabei werden die Subpixel einzeln angesteuert, um schräge Kanten glatter erscheinen zu lassen.

Die Verbesserung in der Darstellung ist am deutlichsten auf Bildschirmen, bei denen die Subpixel deutlich getrennt sind, wie es bei LCD-Bildschirmen der Fall ist. Je nach Qualität des Geräts kann aber auch die Lesbarkeit bei Röhrenbildschirmen erhöht werden.

Geschichte[Bearbeiten]

Die Technik wurde im Jahre 1988 von IBM entwickelt,[1] um die Schriftdarstellung auf Farb-LCDs wie Laptop-, Mobilfunk- oder Flachbildschirmen zu verbessern.

In größerem Stil wurde das Verfahren von Apple bei Mac OS 9 und von Microsoft bei Windows XP (als ClearType) angeboten. Bei beiden Betriebssystemen war es in der Grundeinstellung jedoch nicht aktiviert. Dies änderte sich erst mit Mac OS X und Windows Vista. Auch das bei BSD-Systemen und Linux verbreitete XFree bzw. dessen Folgeprodukte ermöglichen Subpixel-Rendering.

Funktion[Bearbeiten]

Neun Pixel im RGB-Layout

Durch Ansteuerung eines einzelnen Subpixels anstelle eines kompletten Pixels erhöht sich die nutzbare Auflösung des Bildschirms in einer Richtung um den Faktor drei. Die Richtung ist dabei sowohl vom internen Aufbau des Bildschirms abhängig als auch von dessen Ausrichtung, etwa bei Nutzung der Pivot-Funktion. Die höhere Auflösung erlaubt prinzipiell eine feinere Darstellung von Details.

Die Nutzung von Subpixel-Rendering wird aber stets mit Farbsäumen erkauft, denn bei der additiven Farbmischung werden pro Pixel (Bildpunkt) drei Subpixel in den Grundfarben Rot, Grün und Blau benötigt, um die Farbe Weiß auf dem Bildschirm darzustellen. Dies ist bei Pixeln, die im Bereich des Übergangs zwischen Schrift und Hintergrund liegen, aber nicht immer gewährleistet, da deren Subpixel die Farbe Schwarz anzeigen, soweit sie in die Darstellung der Schriftzeichen einbezogen sind. Die Grundfarben der übrigen, außerhalb der Schriftzeichen liegenden Subpixel ergeben in ihrer Mischung dann andere Farben als Weiß.

Sofern Subpixel-Rendering mit Antialiasing, d. h. Schriftglättung, verbunden wird, tritt als weiterer Effekt eine Kontrastverminderung hinzu. Die Subpixel der Schriftzeichen werden dabei mit unterschiedlich hellen Subpixeln umgeben, so dass für das Auge die Pixeltreppen weiter aufgelöst werden.

Beide Effekte können individuell als angenehm oder störend empfunden werden. Grundsätzlich basieren Subpixel-Rendering und vergleichbare Techniken auf der Tatsache, dass das menschliche Auge Helligkeitskontraste wesentlich besser wahrnehmen kann als Farbunterschiede.

Derselbe Text verschieden gerendert:
Oben: Ohne ClearType   Unten: Mit ClearType
Links: Text in normaler Größe   Mitte: Text achtfach vergrößert auf einem Display ohne Subpixel   Rechts: Text achtfach vergrößert auf einem Display mit Subpixeln

Das nebenstehende Bild macht Subpixel-Rendering im Vergleich zur konventionellen Schriftdarstellung deutlich. Oben wird das herkömmliche Schriftbild gezeigt, unten dasjenige mit ClearType. Links sieht man die normale Darstellung, in der Mitte und rechts die um ein Vielfaches vergrößerte. Hierbei kann der Bildschirm der beiden rechten Teilbilder Subpixel darstellen im Gegensatz zu dem der beiden mittleren.

Abstimmung[Bearbeiten]

Oktogonale Subpixelanordnung
Alternierende Subpixelanordnung

Subpixel-Techniken wie ClearType müssen für jedes Anzeigegerät individuell abgestimmt werden. Insbesondere ist für die Berechnung der Farbabweichungen die Anordnung der Subpixel zueinander entscheidend. Bei den meisten TFT-Bildschirmen sind die Subpixel horizontal in der Reihenfolge RGB (Rot-Grün-Blau) angeordnet. In selteneren Fällen kommt die Reihenfolge BGR zur Anwendung. Es gibt auch TFT-Displays, die gänzlich andere Anordnungen verwenden wie z. B. vertikale oder oktogonale Anordnungen (ähnlich der Anordnung von Bildpunkten in den meisten Röhrenbildschirmen).

Der für das Subpixel-Rendering verwendeten Software muss die Anordnung der Subpixel bekannt sein. Andernfalls werden die falschen Subpixel abgeschwächt und die Kante erscheint unschärfer als zuvor. Außerdem sind manche Monitore mit Streufolien ausgestattet, die die Helligkeit der Subpixel auf das ganze logische Pixel verteilen. Viele Desktop-Umgebungen verfügen daher über die Möglichkeit, dem System die richtige physikalische Anordnung der Pixel mitzuteilen.

Verfügbarkeit[Bearbeiten]

Subpixel-Rendering wird von Mac OS 9 und Mac OS X sowie diversen X-Window-Systemen, der Grafikumgebung für unixartige Systeme, unterstützt.

ClearType ist für Microsoft Windows XP, Windows Server 2003, Windows Vista und Windows Mobile seit 2003 verfügbar.

Beim Drehen von Bildschirmen von der üblichen Breitformatdarstellung in die Hochformatdarstellung ändert sich die Pixelanordnung. Windows XP, Windows Vista und Windows 7 berücksichtigen dies nicht und führen dadurch zu einer schlecht lesbaren, mit deutlichen Farbrändern versehenen Darstellung. Sie beherrschen nur horizontale RGB- und BGR-Anordnungen. Bei Windows Mobile wird Cleartype deaktiviert, wenn das Gerät gedreht wird.

Kritik[Bearbeiten]

In Internetforen und Blogs werden Nachteile von Subpixel-Rendering diskutiert.[2] Webdesigner stellen fest, dass sich die Schrift in einem vorgegebenen Layout um einige Pixel verschieben und dann ein anderes Layout notwendig machen kann. Dieses Problem kann auch aus anderen Gründen auftreten – beispielsweise bei Verwendung einer anderen Schriftart, der Inanspruchnahme der Browser-Zoom-Funktion oder der Nutzung einer wesentlich anderen Bildschirmauflösung –, so dass als Ursache nicht das Subpixel-Rendering angesehen werden sollte, sondern der Wunsch der Webdesigner nach pixelgenauem Seitendesign. Dafür werden teilweise zusätzliche browserabhängige CSS-Stilbeschreibungen angelegt, die man mit neuen Webbrowsern und aktuellen W3C-Standards reduzieren wollte.

Bei senkrechten Kontrastlinien (z. B. „I“-Strich bei Schwarz-auf-Weiß-Darstellung) sind durch das subpixelspezifische Rendering von Helligkeitswerten manchmal deutliche Farbschatten zu erkennen, die sich ähnlich wie unsaubere Farbüberdrucke im Papierdruck bemerkbar machen. Das Problem tritt aber in etwas schwächerer Form auch ohne ClearType auf, denn Farben werden auf Flüssigkristallbildschirmen immer durch waagerecht nebeneinander liegende Farbpixel aufgelöst. Demzufolge befinden sich die einzelnen Subpixel an unterschiedlichen Orten. Die unscharfe Darstellung kann sich auf die Texterkennung von Bildschirmsoftware auswirken; so ist beispielsweise die Zeichenerkennung von Babylon Translator signifikant eingeschränkt. Dies ist allerdings ein generelles Problem bei jeder Form des Antialiasing.

Des Weiteren wird die Darstellung von vielen Benutzern als unscharf empfunden. Das unbewusste Bemühen des Auges, das künstlich unscharfe Schriftbild zu fokussieren, kann zu Ermüdungserscheinungen[3] und Kopfschmerzen[4] führen.

Siehe auch[Bearbeiten]

Quellen[Bearbeiten]

  1. Patent US5341153: Method of and apparatus for displaying a multicolor image. Veröffentlicht am 23. August 1994, Erfinder: Terry L. Benzschawel et al.
  2. Muss die Kröte 'ClearType' bei Windows 7 geschluckt werden oder nicht?
  3. Chris M. Hibbard: Computers Cause Migraines: Computer-Caused Headaches and Eye Strain. Terreldor Press, 2012 (englisch).
  4. golem.de: Ex-Microsoft-Manager nennt Konzern innovationsfeindlich. Darin: „Der Leiter der Office-Abteilung habe die Auffassung vertreten, Cleartype sei unscharf und bereite ihm Kopfschmerzen.“

Weblinks[Bearbeiten]