Rozdzielczość ludzkiego oka, czyli czy 4K w smartfonie ma sens?

Zacznijmy od tego, że ocenianie wyświetlaczy w kontekście samej rozdzielczości nie ma najmniejszego sensu. To jak próba oszacowania, iloma litrami wody powinno się podlać trawnik bez uwzględnienia wielkości ogródka.

Rozdzielczość mówi jedynie o tym, iloma pikselami pokryty jest ekran wzdłuż i wszerz, ale ten parametr nijak nie świadczy o ostrości obrazu. Dla ludzkiego wzroku najważniejszy jest stopień zagęszczenia pikseli, czyli liczba pojedynczych punktów upchnięta na ściśle określonej długości. Zazwyczaj są to piksele na cal.

W zależności od wielkości wyświetlacza, ta sama rozdzielczość będzie się przekładać na zupełnie różne zagęszczenie pikseli. Przyjrzyjmy się wartościom ppi (piksele na cal) dla ekranów 1280 x 720 o różnej wielkości:

• ekran 4,5-calowy - 326 ppi;
• ekran 5-calowy - 293 ppi;
• ekran 6-calowy - 244 ppi;
• ekran 6,5-calowy - 226 ppi.

W 2010 na rynek trafił iPhone 4, który miał wyświetlacz cechujący się rekordowym wówczas zagęszczeniem pikseli - 326 ppi. Został on przez Apple'a nazwany Retina (ang. siatkówka). Steve Jobs argumentował, że 300 ppi to górna granica dla ludzkiej siatkówki. A konkretnie, że trzymając telefon w odległości 25-30 cm od oczu, człowiek nie będzie w stanie dostrzec pojedynczych punktów.

Słowa przedstawiciela Apple'a okazały się mocno kontrowersyjne. Wielu zarzucało Apple'owi marketingowe kłamstwo.

Jak zauważa dr Raymond Soneira z serwisu DisplayMate, rozdzielczość siatkówki oka jest miarą kątową. Jego zdaniem organ ten jest w stanie wychwycić 50 cykli (para linii) na jeden stopień. Szacuje on, że - w zależności od odległości ekranu od oczu - maksymalne dostrzegalne zagęszczenie pikseli prezentuje się tak:

• 45 cm od oczu - 318 pikseli na cal;
• 30 cm od oczu - 477 pikseli na cal;
• 20 cm od oczu - 717 pikseli na cal.

Warto w tym miejscu odnotować, że na 6-calowym ekranie 2K (2560 x 1440) zagęszczenie pikseli wynosi "tylko" 490 ppi. Na 5-calowym jest to 587 ppi. Nawet tak wysokie zagęszczenie punktów nie gwarantuje, że człowiek nie będzie w stanie dostrzec pojedynczych pikseli z odległości kilkunastu centymetrów.

4K (3840 x 2160) na 6 calach daje 734 ppi. Dopiero przy wartościach tego rzędu zbliżamy się do potencjalnej granicy możliwości ludzkiej siatkówki.

Wiemy już, że dopiero 700 ppi to wartość bliska teoretycznej granicy możliwości ludzkiego oka. W tym przypadku teoria niekoniecznie ma jednak odzwierciedlenie w rzeczywistości.

Po pierwsze, mówimy o hipotetycznej sytuacji, w której na ekran patrzy osoba o perfekcyjnie zdrowych oczach. Tymczasem praktycznie każdy człowiek na ziemi ma większą lub mniejszą wadę wzroku, więc u każdego "rozdzielczość oka" będzie inna.

Po drugie, nawet osoba o sokolim wzroku patrząc na ekran o odpowiednio dużym zagęszczeniu pikseli musiałaby się skupić na wyłapywaniu pojedynczych punktów. W przypadku ruchomych obrazów mogłoby to być niewykonalne. Dlatego niskie ppi najbardziej rzuca się w oczy, gdy wyświetlany jest statyczny tekst.

W przypadku standardowych matryc RGB sprawa jest prosta. Każdy piksel składa się z przynajmniej trzech składowych subpikseli (czerwony, zielony i niebieski), dlatego faktyczna rozdzielczość pokrywa się z deklarowaną.

Problem zaczyna się, gdy do gry wchodzą matryce PenTile, które występują w większości mobilnych ekranach OLED. W ich przypadku każdy piksel złożony jest nie z trzech, lecz dwóch subpikseli. Oznacza to, że do wygenerowania niektórych barw potrzebna jest aktywacja dwóch sąsiadujących pikseli. Takie matryce nie są w stanie wygenerować np. pojedynczego białego punktu.

Realna rozdzielczość na takich ekranach jest więc niższa, niż mogą na to wskazywać cyferki. Szacuje się, że rzeczywista rozdzielczość matrycy PenTile o rozdzielczości 1920 x 1080 to ok. 1564 x 880. Paradoksalnie takiemu panelowi bliżej do 720p niż 1080p.

Dyskusje o rozdzielczości bez uwzględnienia rodzaju matrycy także mijają się z celem.

Inne spojrzenie na minimalną rozdzielczość ekranu będzie miała osoba regularnie korzystająca z gogli wirtualnej rzeczywistości. Takie akcesorium sprawia, że ekran nie tylko oglądany jest z bliska przez szkła powiększające.

Gogle VR nawet na ekranach o relatywnie wysokiej rozdzielczości uwidaczniają pojedyncze piksele, a nawet odstępy między nimi. Nawet 4K na małym, smartfonowym ekranie dalekie jest od szczytu marzeń. Mówi się, że dopiero ok. 8K na jedno oko może zadowolić wymagających.

Myślę, że przekonałem was, że temat jest zbyt złożony, by kwestię 4K w smartfonie sprowadzić do prostego "nie ma sensu". Wszystko zależy od wzroku użytkownika, wielkości ekranu, typu matrycy oraz potencjalnych zastosowań telefonu.

Sam rzekłbym przewrotnie, że 4K w smartfonie nie jest pozbawione sensu, ale na chwile obecną gra raczej nie jest warta świeczki. Wyższa rozdzielczość oznacza nie tylko ostrzejszy obraz, ale i wyższą zasobożerność oraz większe zapotrzebowanie na energię. Dość wspomnieć, że wyświetlając obraz 4K telefon musi wygenerować 4-krotnie więcej pikseli niż w przypadku rozdzielczości FullHD.