SCANLINES AB INITIO (PARTE I)

Ignoradas, incomprendidas o, incluso, detestadas, las scanlines fueron un elemento esencial de la presentación gráfica de un vídeo-juego antes de la era poligonal. Son la auténtica clave del Arte del Pixel y la explicación a todas las cuestiones hoy surgidas con las discrepancias de resolución en el diseño y la ejecución de un juego y, en consecuencia, al problema de los dispositivos digitales.

Esta primera parte del análisis tiene por objeto servir de glosario terminológico y explicar paso a paso el trasfondo técnico que existe tras el concepto de scanline y baja resolución para que incluso el no iniciado pueda comprender con claridad los pormenores de la imagen digital. Será solo la [necesaria] puerta de embarque que nos dé paso hacia una elaborada disertación en posteriores entregas sobre el llamado Arte del Pixel y la errónea concepción que de él se tiene en nuestros días incluso por parte de sus mismos creadores, pero, sobre todo, para recordar y demostrar que los gráficos en baja resolución tienen valores únicos e insustituibles.

Analógicamente digital

Aún a costa de adormecer a los sí iniciados, es obligado empezar por lo más básico; la diferencia entre digital y analógico. Un concepto teórico que resultará esencial a lo largo de todo este dossier y al que pretendo recurrir con despreocupada frecuencia.

En esa figura, la línea azul es una reproducción —o aproximación— digital de la línea púrpura. Una representación digital está segmentada, tiene un número finito de valores que la definen —en este caso, cada uno de los segmentos—, al contrario que una reproducción analógica —o literal—.

Entender esta diferencia, en abstracto, es fundamental para comprender los mecanismos de presentación de imagen de un vídeo-juego. Un ordenador, un sistema de vídeo-juegos, maneja información digital. Es imposible para él, por definición, tratar los datos analógicamente, porque necesita valores finitos para procesar. Si hablamos en particular de presentación gráfica, un ordenador requiere que toda imagen esté dividida en puntos de definición según dos ejes ortogonales x e y. De la misma manera, el número de colores empleados en la imagen debe ser finito, por oposición a la gama ilimitada de colores del mundo real. Nuestro texto estará centrado en la primera consideración: los puntos de definición —pixels, o picture elements— de una imagen digital, o, lo que es lo mismo, la resolución.

No deja de ser paradójico que, a pesar del tratamiento digital que todo ordenador hace de la imagen, los monitores que éstos han empleado tradicionalmente hagan justo lo contrario: trabajar analógicamente. La imagen de un monitor de rayos catódicos —CRT en lo sucesivo— es, en efecto, un formato analógico, incluso si la generación de aquélla es digital —en tanto en cuanto procede de un ordenador—. ¿La prueba? Seguro que alguna vez has tenido que agrandar o achicar manualmente la imagen en algún viejo monitor de PC. Que pudieras hacer esto sin una pérdida de puntos de definición es del todo irrefutable: modificar las dimensiones físicas de la imagen sin alterar la propia definición de la misma solo es posible en el mundo analógico.

Por otro lado, cuántas veces habrás recurrido a la opción de zoom de cualquier programa de ordenador de visionado o edición de imágenes para agrandar una ilustración o fotografía, consiguiendo una notable pérdida de integridad gráfica en el proceso. Esto es porque el escalado, en estos casos, es un proceso informático y, como tal, se realiza digitalmente. Nótese que aquí, por oposición al ejemplo anterior, se está alterando el número de puntos de definición de la imagen. El ordenador no puede inventarse puntos de definición donde no existían, y por tanto, los calcula para intentar aproximarse a una solución óptima, pero nunca con plenitud de acierto.

Ab initio

Entremos, pues, en materia. Qué son las scanlines. ¿Unas estúpidas líneas negras que oscurecen la imagen de tu monitor cuando intentas jugar tus obras de antaño en tu PC con algún programa emulador? La verdad es que no. Las scanlines [líneas del muestreo] no son un invento de los emuladores. Tampoco son un artificio. Al contrario, son un efecto natural derivado de la manera en que un monitor de rayos catódicos funciona. Porque, por si hay algún recién llegado, hasta hace muy pocos años, el CRT era la tecnología estándar para todo tipo de monitores, desde los empleados en ordenadores hasta los de las máquinas recreativas, pasando por los televisores de cualquier tamaño, y aún hoy lo sigue siendo en ámbitos profesionales —como el de los salones de juego, sin ir más lejos, aunque también en estudios de diseño gráfico, laboratorios de optometría o cualquier otra disciplina donde la precisión visual es determinante—.

Los rayos catódicos que dibujan la imagen en un monitor de este tipo se disparan siguiendo un recorrido predeterminado sobre la propia pantalla recubierta de fósforo. Es un recorrido cíclico que barre la totalidad de la misma de izquierda a derecha y de arriba a abajo dibujando finas líneas horizontales en sucesión. A tanta velocidad, que el ojo humano no puede apreciar más que su efecto: la imagen final representada. Los rayos nunca se detienen, de manera que, en realidad, la imagen siempre está técnicamente en movimiento, nos lo parezca o no.

Según la figura superior, que representa el recorrido del haz de electrones sobre la pantalla, entre línea y línea dibujadas por éste queda un espacio residual donde no hay imagen. Este espacio, que se manifiesta en forma de línea horizontal de color negro, es lo que permite la distinción de las scanlines como tales y es el responsable de ese particular encanto de los gráficos en baja resolución que han caracterizado toda una generación hoy, tristemente, casi extinta. La línea negra es, a ojos del usuario, más delgada que las líneas de imagen, y, de hecho, irregular — varía su grosor aparente en función de los colores de las líneas del muestreo que separa, pudiendo llegar a ser incluso imperceptible por momentos. Una característica que nace por las diferencias en la intensidad lumínica —brillo— de los colores al emitirse desde la pantalla de un CRT y que, en realidad, es muy variable en función de las especificaciones del monitor, especialmente del valor de la máxima resolución horizontal discernible.

Cifras y convenciones

Vayamos por partes. Todos hemos oído hablar de baja resolución y de alta resolución. La mayoría sabemos que los monitores tradicionales se clasifican en primer término en base a este concepto. ¿Pero cuál es el valor límite entre baja y alta resolución? ¿Y por qué no hay scanlines en un monitor de alta resolución, a pesar de ser también de tubo?

Como se ha mencionado, el haz de electrones recorre la pantalla a gran velocidad. Cuanto mayor es esa velocidad, mayor, obviamente, es el número de líneas que el haz dibuja por segundo. Lógicamente, a medida que la tecnología avanzaba, los monitores se volvían cada vez más y más rápidos. Hubo varios valores estándar, pero, por convención, se estableció una cifra: 262 líneas refrescadas 60 veces por segundo. Es decir, un monitor estándar debía ser capaz de dibujar la imagen en 262 líneas horizontales y actualizarlas 60 veces por segundo. La actualización sucesiva de las líneas, claro, es lo que genera la sucesión de fotogramas y, por tanto, el movimiento de la imagen.

Si hacemos cuentas, 262 líneas por 60 veces cada segundo hacen un total de 15.700 líneas por segundo. Eso es una frecuencia de 15.700 hertzios, o, abreviando, 15 kHz, cifra que define a los monitores de la llamada baja resolución. Aunque a decir verdad, salvo casos concretos, una pequeña parte de esas 262 líneas se deja sin imagen por diversas cuestiones técnicas que no explicaremos de momento. Es frecuente, por tanto, encontrar el valor 240 al investigar la resolución vertical de los gráficos de un vídeo-juego antiguo —aunque 224 e incluso 192 fueron también valores muy empleados—, puesto que los sistemas que los ejecutaban se diseñaban, en su gran mayoría, para este tipo de monitores —que incluye los televisores convencionales—.

Igualmente de forma convencional, un monitor capaz de funcionar a una frecuencia de 31 kHz, es un monitor de alta resolución. Esta cifra implica un mínimo de 400 líneas horizontales para definir la imagen, que, en una pantalla de —pongamos— 15 pulgadas, impiden apreciar —a primera vista— las líneas propias del proceso de muestreo dada la delgadez y compactación de las líneas negras interpoladas, aunque no quiera decir que no estén ahí. Este significativo escalón entre baja y alta resolución es, por tanto, lo que ha llevado a la asociación de las scanlines con los gráficos en baja en exclusiva aún sin ser técnicamente certero. Y, por si alguien se lo pregunta, por supuesto que existieron monitores de resolución media y ampliada, pero se destinaron a unos usos muy concretos y pronto cayeron en el olvido sustituidos por la tecnología de 31 kHz, como la norma VGA.

No hemos dejado de hablar de líneas horizontales, pero toda imagen digital, como se ha dicho, se define por sus dimensiones en dos ejes. Lo cierto es que, mientras que casi todo ordenador o plataforma de vídeo-juegos se diseñaba para ofrecer una resolución vertical estándar —como se ha dicho, 192, 224 ó 240 líneas en sistemas de baja resolución—, la resolución horizontal —esto es, el número de líneas verticales— podía adoptar cualquier valor dentro de un amplio rango. Esto trae consigo una trascendental implicación: los pixels no tienen una relación de aspecto —proporción x-y— fija, menos aún son siempre igual de anchos que de altos. La relación de aspecto de cualquier monitor estándar, por el contrario, es siempre de 4 : 3 —la dimensión horizontal es 1,33 veces mayor que la vertical—, lo que quiere decir que cualquier vídeo-juego cuyos gráficos se presentan a pantalla completa —salvo las inevitables y anecdóticas excepciones— se diseñó para esta relación de aspecto, cualquiera que sea su resolución. Un hardware que ofrece una resolución de 320 x 240 puntos es de pixel geométricamente regular —mide lo mismo vertical y horizontalmente—, puesto que 320 : 240 es, precisamente, 4 : 3. Pero si la resolución ofrecida es de, por ejemplo, 384 x 224, el pixel, en este caso, tiene una dimensión mayor que la otra, dado que, como se ha dicho, la relación de aspecto de la imagen en un monitor es forzosamente de 4 : 3.

La figura a continuación muestra una hipotética división en pixels de la imagen plasmada en un monitor de rayos catódicos. Nótese que el número de pixels representados, tanto en el eje y como en el x es aleatorio y no coincidente, ahora bien, se ha tenido extremo cuidado en representar la dimensión horizontal de la hipotética pantalla 1,33 veces mayor que la vertical. La relación de aspecto del pixel generado —su geometría, vaya— es consecuencia de esto y no a la inversa:

Muchos estarán pensando que, en sus televisores de toda la vida, jamás han percibido esas famosas scanlines mientras sintonizaban el telediario. Incluso ahora, conectando la PS2 a través del ínclito cable de RGB, las scanlines no aparecen por ningún lado. Esto tiene una explicación bastante sorprendente: es porque no están. Los CRT tienen una interesante característica que se añade a todo lo contado hasta ahora; son capaces de realizar un segundo muestreo sobre las líneas vacías que quedaron tras el primero, rellenando, literalmente, todo el espacio que daba forma a las scanlines. El segundo muestreo se realiza solo tras el primero, claro, puesto que el CRT no puede duplicar su velocidad de proceso por arte de magia, de manera que la imagen se dibuja en dos tandas: primero las líneas pares —por llamarlas de alguna manera— y, después, las impares. Esto duplica automáticamente el número de líneas que vemos en pantalla, pero también genera un parpadeo en la imagen, consecuencia de esa alternancia en el muestreo.

El proceso es llamado entrelazado, porque consiste precisamente en eso, en entrelazar las líneas que antes estaban separadas con líneas vacías. Por tanto, donde teníamos una imagen a baja resolución —240 líneas—, conseguimos una a alta resolución —480— sin cambiar de monitor. Un monitor de 15 kHz puede, por tanto, mostrar imágenes en alta resolución —por eso, técnicamente, es inexacto llamar a estos monitores de baja resolución—, y, de hecho, se diseñaron para este fin y es la forma en que la señal de una emisora se plasma en pantalla.

Es también lo que se hace con la mayoría de los juegos de PS2, por cierto. El hardware de PS2 es capaz de generar una amplia gama de resoluciones, altas incluidas —muy altas, de hecho—. Un juego con gráficos en alta resolución solo puede dibujarse en modo entrelazado en un TV convencional —de 15 kHz—, y es justo lo que se hace. De manera que no; no hay scanlines discernibles en un juego típico de PS2 —en condiciones también típicas—, pero sí hay parpadeo, que es lo que hace que, visualmente, no tenga la consistencia de, pongamos, un juego de ordenador bajo Windows ejecutado en un monitor norma VGA a la misma resolución. Un monitor VGA es un monitor de alta resolución, lo que quiere decir que su velocidad de muestreo es lo suficientemente elevada como para mostrar altas resoluciones —imágenes a partir de 400 líneas horizontales— de forma progresiva —en una sola tanda—.

Por tanto, hay dos maneras posibles de mostrar una imagen [de alta resolución] en un CRT: de modo entrelazado y de modo progresivo, que se simboliza con una I y una P respectivamente —de interlaced y progressive— tras el valor y de la resolución. En la práctica, un televisor convencional CRT o monitor tradicional de salón recreativo es capaz de llegar, en el mejor de los casos, a las 512 líneas visibles en modo entrelazado y las 256 en modo progresivo —o, lo que es lo mismo, 512-I y 256-P—, aunque los valores habitualmente empleados son 480-I y 240-P, e incluso por encima de las 224 líneas se solía considerar susceptible de quedar fuera del área visible.

RGB - CRT - TFT

La tecnología TFT —pantallas de cristal líquido o LCD— y la basada en el plasma han sustituido en nuestros días en los ámbitos domésticos al CRT, con una implicación directa en el tratamiento de la imagen digital. Al contrario que el CRT, el TFT y la pantalla de plasma son dispositivos digitales. Esto quiere decir que trabajan con resoluciones y frecuencias fijas; el número de puntos de definición que dibujan en pantalla es único y permanente. Por tanto, la imagen que reciben, sea cual sea la fuente, ha de ser coincidente en resolución con la empleada por el dispositivo para que se muestre en su integridad a pantalla completa. Lo que implica que las discrepancias de resolución son resueltas por el aparato mediante un escalado digital, que amplia o reduce la imagen digitalmente hasta hacer coincidir sus puntos de definición con la resolución nativa del monitor, lo que genera, indefectiblemente, los ya clásicos problemas de visualización que tan populares han hecho a estas tecnologías.

Dado que estos nuevos dispositivos se inscriben en el ámbito de lo que se quiso llamar alta definición o HD —en Japón, high visual—, las resoluciones que emplean solo contemplan 1280 x 720 ó 1920 x 1080 puntos de definición —aunque es habitual sustituir los 1280 x 720 por los 1280 x 768, siguiendo el estándar WXGA—. Es por ello —y por otras deficiencias— que son del todo inservibles si se desea hacer un correcto uso de sistemas de vídeo-juegos de generaciones anteriores —PS2 incluido—, cuyos juegos no pasan de los 640 x 480 puntos de resolución.

Por tanto, cada sistema de vídeo-juegos —o cada clase de sistema de vídeo-juegos— requiere un tipo de monitor específico para un correcto rendimiento visual. Los sistemas de baja resolución —Family Computer, Super Famicom, Play Station y sus coetáneos— necesitan monitores o TV de 15 kHz capaces, además, de procesar señal RGB —que es el tipo de señal más limpia y directa para estos dispositivos, aunque algunos, tristemente, no la ofrecían de fábrica— y permitir la entrada de este tipo de cables —norma SCART / 21 contactos, por lo general—. Los sistemas de alta resolución —Dreamcast, Game Cube, Wii...— ofrecen su mejor cara con monitores CRT de alta resolución / 31 kHz / VGA, aunque sin olvidar que tanto DC como Wii son sistemas mixtos y tienen un significativo repertorio de juegos en baja resolución. Nintendo 64 y Play Station 2 son casos especiales. El primero es un sistema de alta resolución pero incapaz de ejecutarla en modo progresivo —además de imposibilitar la señal RGB—, por lo que su mejor destino estaría en un TV de 15 kHz. PS2 es un sistema mixto también, pero son muy pocos sus juegos en alta resolución que admitan modo progresivo. Para éstos, lo mejor es un monitor de 31 kHz capaz de sync-on-green, pero para el resto, nada como un TV / monitor de 15 kHz.

Pero será en la siguiente entrega que explicaremos más sobre las discrepancias de resolución en el diseño y la ejecución, el escalado digital y las formas que se han empleado históricamente para soliviantar el problema una vez se produjo el salto de la baja a la alta resolución en el ámbito de los ordenadores personales. Hasta entonces, y si algo no hubiera quedado totalmente claro, me permito sugerir una relectura de las líneas resaltadas a lo largo del texto.