像素藝術的歷史與技巧：數碼影像、遊戲機限制與像素創作

1957年，Russell A. Kirsch及同事在美國National Bureau of Standards（現為NIST），以掃描器配合SEAC（Standards Electronic Automatic Computer）將照片數碼化。其中廣為人知的影像是他兒子Walden的照片，大小為176×176像素。NIST把它介紹為第一幅數碼影像，但這不等於當時發明了手繪像素藝術。

掃描器產生二值像素陣列，研究人員亦曾把不同閾值的掃描結果疊合。若將176×176的二值影像，以每像素1 bit緊密儲存，像素資料便需要176×176÷8＝3,872 bytes，約3.78 KiB。這裏1 byte＝8 bits，1 KiB＝1,024 bytes。上述數字是計算所得的像素資料量，不是當年完整檔案的大小。

影像網格不等於顯示裝置

點陣影像可用一行行、一列列的像素表示，但CRT的發光方式和掃描線，並不直接對應液晶顯示器上的正方形單元。遊戲的內部解像度、影像訊號，以及顯示時的長寬比，需要分開理解。今天把正方形像素放大，不一定能重現舊式電視上的觀感。

另外，為畫面上每個像素儲存數值的畫面緩衝區，與組合圖塊和精靈圖的方式亦有分別。不同復古遊戲機並非全都使用相同的記憶體架構。

紅白機（Famicom）和Game Boy的規格，並不是所有現代像素作品都要遵守的規則。如果作品要在原裝硬件上運行，就必須符合相關限制；若只是參考視覺風格，便可以選擇採用哪些限制。

表格來源：NESdev Wiki: PPU、gbdev.io: Foreword - Pan Docs、SNESdev Wiki: PPU registers。

這裏的圖塊（tile）是可重複使用的小圖案；調色盤（palette）是一組供繪圖使用的顏色。硬件精靈圖（sprite；Game Boy稱為object）則是可獨立設定位置等屬性的繪圖單位。畫面上看來是一個角色，不一定只由一個硬件精靈圖組成。

精靈圖超額，不代表會自行閃爍

NES可儲存64個精靈圖的資料，一般每條掃描線最多選取8個作繪圖之用。超額精靈圖沒有被畫出來，與不同影格之間的閃爍，是不同現象。如果遊戲逐個影格更換精靈圖的排列次序，便可能讓不同精靈圖輪流出現，形成閃爍，而非令其中一個一直消失。大型角色需要多少個精靈圖，視乎其尺寸及姿勢。

SNES的色彩運算會將色彩分量相加、相減，或把結果減半。這能產生類似半透明的效果，但並不等同可任意、連續調校不透明度的一般Alpha混合規格。

像素群集（cluster）是相鄰同色像素連在一起所形成的形狀，有別於散落的孤立像素。色彩序列（color ramp）則是調色盤中一系列有次序的顏色，例如用來呈現由陰影到亮部的變化。排列色彩，與把像素組成形狀，是兩種設計決定。

假設要畫藍色衣服，先挑選深、中、淺三種藍色，就是設計色彩序列；再決定每種顏色如何組成連續的陰影和亮部，才是像素群集的設計。

抗鋸齒與輪廓處理

手動抗鋸齒會在輪廓邊緣加入中間色，減輕階梯狀線條的觀感。它不會把像素網格再細分，也不是高解像度螢幕會自動套用的處理。為某個固定背景挑選的中間色，換了背景後，可能變成搶眼的邊線。

彩色輪廓和選擇性描邊（selective outlining，簡稱sel-out）相關，但不一定同義。後者涉及局部減弱或中斷輪廓，不同創作圈子的用語亦可能有差別。應在明暗背景下分別測試，確保輪廓斷開後仍能辨認形狀。

改變色相亦可用來表現明暗，但並沒有「陰影必須偏藍、亮部必須偏黃」的通則。應按光源、材質、背景和整體配色作決定。

抖色（dithering）透過排列有限的顏色，營造中間色調的觀感。細密的黑白圖案從遠處看可能像灰色，但檔案內的像素並沒有因此變成灰色。圖案大小、顯示倍率、背景及觀看距離，都會影響效果。

Bayer有序抖色按像素位置採用不同閾值；Floyd–Steinberg方法則把量化誤差傳給之後處理的像素。後者能否即時運行，取決於影像大小、實作方式及硬件。創作者亦可手動安排抖色圖案，這與演算法自動轉換圖片不是同一套製作流程。計算細節可參閱抖色原理解說。

重用圖塊，省下的是甚麼？

以NES背景為例，32×30＝960個圖塊索引，加上64 bytes的屬性資料，一份名稱表（nametable）便是1,024 bytes。但這只是背景的配置資料，圖案本身仍要另外儲存。每個8×8像素、每像素2 bits的圖塊需要16 bytes；256個圖案共需4,096 bytes。調色盤及精靈圖資料亦須另計。

所以不能說「整個256×240背景連同圖案只需1 KiB」。這個方法的優點是能重用圖案。若與逐一儲存畫面像素的方法比較容量，雙方必須計入相同類別的資料。

以下是練習建議，不是業界標準，也不是原裝硬件的兼容規則。可以先用16×16或32×32像素畫布，配合4至8種顏色畫一個小題材，方便比較形狀和配色。

1. 先畫剪影。以單色勾勒形狀，除了放大編輯，也要在原尺寸下檢查是否能認出題材。
2. 決定光源與主要明暗。左上方光源只是其中一種練習選擇；更重要的是方向和陰影在作品中保持一致。
3. 加入必要細節。判斷孤立像素是在表現質感，還是在造成干擾。不是每一點都必須連成一片。
4. 測試顯示條件。以整數倍作最近鄰放大，有助保留原來的像素區塊。也要檢查非整數倍率造成的不均勻縮放、插值帶來的模糊，以及更換背景後的輪廓。
5. 工作檔與輸出圖像分開儲存。只匯出PNG等格式，不一定能保留圖層或動畫的可編輯資料。

移動與直線的注意事項

所謂次像素動畫，可以逐個影格改變輪廓附近的顏色和形狀，令人感到少於一個像素的移動。把顏色分配到相鄰兩個像素，不代表像素的位置真的移動了半格。將RGB編碼數值減半，也不等於把光量減半。

Bresenham直線演算法以整數運算選出網格上的位置。「每次把x加1，再按誤差決定是否增加y」這種解釋，只適用於特定方向，例如x及y同時增加、斜率介乎0與1。更陡的斜率及反向線段，需要適當處理座標軸和正負方向。直線光柵化能協助創作，卻不是決定所有輪廓美感的規則。

Deluxe Paint由Dan Silva在Electronic Arts開發，是1985年推出的Amiga繪圖軟件。Computer History Museum公開了早期源碼。不過，不能把後來版本或其他平台版本的功能，全部當作初版的規格。

現代Aseprite支援影格、圖層及精靈圖集（sprite sheet）匯出。圖集把多個影格排列在一張圖片上，並不代表匯出後，遊戲引擎的匯入和動畫設定就會自動完成。

把現行Aseprite稱為GPLv2軟件並不準確。官方FAQ說明，自2016年8月起已改用自有EULA。源碼仍可查看，也容許自行編譯供自己使用，但向第三方再散布等行為必須符合授權條款。軟件的散布權利，與自己創作的作品使用權，應分開理解。

Lospec提供調色盤和教學。可把這些配色當作起點，再檢查是否適合題材的明暗和背景。創作像素藝術並不一定要用某一款編輯器。

在瀏覽器內創作

採用Canvas等技術的編輯器，讓人毋須安裝軟件便能開始。不過，儲存方法、瀏覽器支援、觸控和鍵盤操作，仍視乎工具如何實作。能在瀏覽器運行，並不保證支援所有裝置或具備良好的無障礙操作。開始大型作品前，先用小圖測試儲存和重新開啟。

復古風格的遊戲，不一定完全遵守舊遊戲機的規格。《Shovel Knight》開發商Yacht Club Games指出，他們採用NES風格，同時放寬畫面比例和顏色等限制，使用闊屏幕畫面，也沒有重現精靈圖閃爍。能在原裝硬件運行，與參考該硬件的視覺語言，是兩個不同目標。

Square Enix的HD-2D作品，把像素圖像與3D空間及效果結合，並不是單純放大舊精靈圖。重現技術限制，與運用現代燈光和鏡頭營造效果，是不同的製作方向。

CryptoPunks與數碼作品

Larva Labs於2017年推出CryptoPunks，包含10,000個24×24像素的角色。這是像素表現的一個例子，但不能因此把所有NFT視為像素藝術。單憑24×24這個大小，也不能斷定當初是因為區塊鏈儲存容量而選用該尺寸。

放大不一定能還原作者意圖

透過插值或機器學習模型放大的圖像，可能改變原來的輪廓和圖案。應先決定，是要展示既有像素排列，還是重新詮釋成高解像度作品。小圖不能唯一決定作者從未畫出的細節應該是甚麼。

數碼影像研究、遊戲機顯示規格和手繪技巧彼此相關，但並非同一段歷史或一套共同規則。像素藝術重視有意識地設計像素組合、色彩序列，以及與背景之間的對比。

• 若作品要在原裝硬件運行，除了色數，也要確認共用調色盤的範圍、透明色，以及每條掃描線的限制。
• 分清像素群集與色彩序列，也分清抖色與新增儲存顏色。
• 不要只看放大的編輯畫面；也要以原尺寸、實際顯示倍率、不同背景及動畫播放來檢查。
• 確認編輯器的授權條款和匯出格式，保留可編輯的工作檔。

小畫布方便比較和反覆修改，但低解像度不保證製作時間較短。決定省略甚麼，以及用一個像素傳達甚麼，本身就是像素藝術的創作。