Pixel

Pixel sind grundlegende Grafikelemente, aus denen nahezu jede Computergrafik zusammengesetzt wird.

Veröffentlicht am 06.12.2015, aktualisiert am 25.03.2019

Beginnen wir einmal mit der Basis einer jeden Computergrafik: dem Pixel!
Dabei handelt es sich um pictures elements, also Bildelemente. Im englischsprachigen, technischen Raum kürzt man pictures aber oft ab - pics, oder, stilisiert, pix. Daraus folgt: pix elements - oder, zusammengefügt, pixel! Im Deutschsprachigen Raum kennen wir Pixel häufig als Bildpunkt - ich persönlich finde jedoch den englischen Namen technisch deutlich aussagekräftiger, da der deutsche Name in die Irre führen kann.

Nachdem wir nun also wissen, warum Pixel Pixel heißen, wenden wir uns genauer der Bedeutung eines Pixels zu. Ein Pixel ist dabei ein einzelnes Element innerhalb einer Zweidimensionalen Matrix - einer Tabelle mit Reihen und Spalten. Ein einzelner Pixel enthält seinerseits in der Regel eine Farbinformation (beschränkt sich dabei allerdings nicht zwangsweise nur darauf) und indirekt über die Matrix auch eine (virtuelle) Position.

Wie das noch einmal mit den Dimensionen war, soll folgende Grafik aufzeigen:

Die Achsenbeschriftung ist dabei allerdings variabel - sie muss also nicht zwangsweise wie illustriert erfolgen. Bei der verwendeten Beschriftung handelt es sich lediglich um eine verbreitete Interpretation. Innerhalb dieses Artikels gilt:

  • x = 0 ist links und bewegt sich mit steigendem x nach rechts
  • y = 0 ist oben und bewegt sich mit steigendem y nach unten
  • z wird innerhalb dieses Artikels NICHT verwendet.

Die Anzahl der Dimensionen bestimmt maßgeblich, in welche Richtungen Informationen hinterlegt werden können. Eine einzelne Dimension ist ein Zahlenstrahl, auf dem man sich vor- und zurückbewegen kann und der - mehr oder weniger - feste Positionseinheiten. besitzt.

Anhand dieses Bildes von Super Mario illustriere ich eine Pixel-Matrix von 16×16 Pixeln. Alleine durch die Anordnung bestimmter, weniger Farben innerhalb dieses Rasters entsteht also das Bild des wohl bekanntesten Klempners der Welt.

Es sei noch einmal betont: das Bild ergibt sich nur durch die Verwendung der richtigen Matrizengröße, da der einzelne Pixel lediglich die Farbinformation enthält. Würden wir dieses Bild fälschlicherweise in einer Matrix von 12×16 Pixel zeichnen, ergibt sich ein relativ kaputtes Bild:

p bezeichnet dabei die Position innerhalb der zugrundeliegenden Datenstruktur

Wer also p zwischen den beiden Bildern vergleicht, wird feststellen, dass an identischen Werten von p die gleiche Farbe zu finden sein wird. Da der Computer Bilddaten nicht in Zweidimensionaler Form speichern kann, sondern nur in Eindimensionaler Form, benötigt er zum Zeichnen zwangsweise eine Definition darüber, wie die Daten projeziert (abgebildet) werden sollen.

Bilder, die mithilfe von Dimensionsangaben erstellt werden, kann man nämlich praktischerweise in andere Darstellungen projezieren! So ist es auch möglich, auf unseren Zweidimensionalen Bildschirmen Dreidimensionale Grafiken darzustellen - und genauso kann der Computer aus einer n-Dimensionalen Darstellung auch eine eindimensionale Darstellung schaffen, mit der er selbst arbeitet.

Um eine Speicheradresse in Koordinaten umzurechnen, kann man folgende Formel(n) benutzen:

y = floor(p / xRes)
x = p % xRes

floor stellt dabei eine Funktion dar, die einen Wert immer abrundet - bzw. auftauchende Nachkommastellen (je nach verwendetem Datentyp) abschneidet.
% steht für den Modulo-Operator, der den Divisions-Rest angibt.
xRes steht hier für die horizontale Auflösung - im Falle von Mario also 16 (Pixel).

Um eine Koordinate in eine Position umzurechnen, kann folgende Formel verwendet werden:

p = (y * xRes) + x

Aufgrund dieser nativen Darstellung (also "die Darstellung, in der der Computer arbeitet") handelt es sich bei p um eine Art Offset, der sich in Verbindung mit einem Datentyp einfach in eine Speicheradresse umrechnen lässt.

Für den Computer sieht Mario daher eigentlich in etwa wie folgt aus:

Da es sich bei dem Computer um einen Rechner handelt, kann dieser auch recht wenig mit Farbnamen anfangen. Der Computer arbeitet intern mit Zahlen - also sind auch die Farben als Zahlen dargestellt. Die Umwandlung erfolgt mittels der sogenannten Pixel-Formaten.

Hinweis:
Die Figur Super Mario ist in Charakter und Darstellung geistiges Eigentum der Firma Nintendo und weltweit in vielen Ländern entsprechend geschützt.
Die Grafik wurde zu illustrativen und edukativen Zwecken im Sinne von Fair Use verwendet.

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