像素和體素有何區別？外網大神為你帶來超詳解上

在很多遊戲中我們都可以看到像素元素的身影，有小夥伴們很好奇，像素和體素究竟有什麼區別呢？一位外國小哥Matej 『Retro』 Jan在Retronator雜誌上非常細緻地回答了這個問題。到底他和大家分享了些什麼內容呢？今天就由小編@蛤蛤博士 帶大家一起來圍觀這位小哥的回答吧！

一般計算機上顯示圖像主要有矢量圖形和光柵圖形這兩種形式。

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矢量圖形（左）光柵圖形（右）

矢量圖形用數學公式描述圖像，通常展示諸如線條，曲線和形狀的東西。光柵圖形則將圖像描述為一系列的顏色值，然後將它們依次放置在網格模式中。

計算機圖形學中的第二個區別則是代表二維和三維空間。將矢量圖形/光柵圖形分割來看，我們可以看到4個象限：

（Vector：矢量圖 / Raster：光柵圖）

矢量圖形

在2D矢量圖形中，一行或一個形狀上的每一點用一個向量表示，向量有兩個分量（x和y）。這也就是說它只有兩個維度。

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這就是2d向量如何描述二維矢量圖形中的所有點

下面就是一個所謂的低多邊形2d矢量圖像的例子。

它完全由2D多邊形構成（這裡是三角形）。「低多邊形」這個詞意味著用來製作圖像的多邊形數量相對較小，很低。這就使得三角形很容易被注意到。

我們來添加一個維度。在3D矢量圖形中，情況是相同的，但每個向量使用三個分量（x，y和z）。即三個要素——三個維度。

這是一個三維低多邊形藝術品。

賽馬場IOS遊戲概念， Timothy J. Reynolds, 2013

艾爾斯山上面的2D圖像和這裡的3D賽道之間的巨大區別是，我們可以從任何我們想到的地方觀看賽馬場。

賽馬場IOS遊戲概念，Timothy J. Reynolds，2013

為了在屏幕上顯示賽道（這是一個2D表面），我們必須從這個角度選擇一個特定的視點，並將3D幾何體投影到2D。

從3D到2D的轉換稱為投影

這就是我們如何獲得一個特定的2D圖像。

但是，即使在2D中，我們也可以使用一個技巧來顯示3D幾何體的特徵，我們可以製作一個動畫，在物體周圍移動視點（或者在旋轉物體本身時保留視點，如下所示）。

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我們可以看到它真的是3D，而且還不需要使用眼鏡！

光柵圖形

現在還只是熱身。讓我們從矢量上移動，看看光柵圖形如何處理2D和3D。

在2D光柵圖形中，圖像被分為多個均勻大小的行和列：

每個單元格稱為像素（來自圖片元素）。除了網格中的二維坐標（x，y），它的主要屬性是放置在坐標上的顏色。

我們已經看到低多邊形矢量藝術如何使用大而引人注目的多邊形。如果我們在光柵圖形中使用相同的方法（使用大的，明顯的像素），我們就能得到像素圖。

2D像素藝術品，儘管它們嘗試表現三維物體（Lotus Esprit或X-wing），但它們直接繪製在2D像素網格上。你不能像上面的3D矢量車一樣旋轉這個圖像。類似地，在文章開頭的艾爾斯山的圖像也不能旋轉。即使它是由多邊形組成的，它們並沒有放置在3D空間中，而是直接放在2D中。

到目前為止，我們已經涵蓋了2D和3D矢量圖形以及2D光柵圖形。最後一步是3D光柵圖形。

在3D光柵圖形中，體積分為均勻間隔的行和列，涵蓋所有三個不同的方向（上下、左右，內外）。這將3D空間劃分成立方體，也稱為體素（體積元素或體積像素）。每個體素由三維坐標和該坐標處的顏色定義。

星球大戰的場景，Sir Carma, 2015

有么有覺得這很像樂高？

請注意，因為我們在3D空間，也可以從任何角度觀察體素。這裡從另一個角度看塔圖因體素圖：（塔圖因：《星球大戰》中天行者家族的故鄉行星。）

我們甚至可以做動畫！這是卡爾爵士動畫體素人物的一個例子：

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將其與2D像素藝術角色進行比較：

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sprite from Final Element, Glauber Kotaki, 2015

你可以看到在體素藝術中，動畫改變了小立方體體素的存在（顏色）——而在像素藝術中，顏色變化發生在小方塊像素上。

現在你知道像素和體素之間的差異（還有更多...哈哈）。

但我不會到此為止。看，我解釋矢量/光柵，2D / 3D本質的原因是在我們的現代顯示器上，每個圖形類型最終都會被顯示為2D光柵圖像。

「我可以用像素或3D模型製作像素藝術嗎？「你說呢？」確實是這樣的！陰影和渲染技術使我們能夠創造獨特的視覺風格，將像素藝術帶入未來。

矢量顯示和投影

上面的圖表並不完全正確。有一種直接顯示2D矢量藝術的方法，這裡有一個附加說明。

當你有2D矢量圖像時，它可以直接在矢量監視器上顯示，例如Atari的街機遊戲小行星使用的矢量監視器。

Asteroids, Atari, 1979

這是它實踐中的樣子（示波器上顯示的類似小行星的遊戲）：

我們也可以這樣顯示3D矢量圖像（通常稱為3D模型）。

像前面提到的那樣，3D模型首先需要投影到兩個維度，從而產生一個二維矢量圖像，可以在矢量監視器上顯示。

我強烈建議你看一下VEC9預告片。

VEC9, Andrew Reitano & Todd Bailey, 2013

光柵化

現在你很難在博物館外找到一個矢量監視器。相反，我們使用像素顯示器！

現代液晶顯示器將通過打開和關閉（或之間的某處）紅，綠和藍LCD（液晶顯示器）或元件來創建不同的顏色。即使在CRT（陰極射線管）的日子裡，它也非常相似，只是它們在電子束擊中時會使用三種不同類型的磷光體，它們會發出紅色、綠色或藍色。

如果我們有一個矢量圖像，只有光柵顯示器才能顯示它，我們該怎麼辦？那麼，要從2D矢量圖像到2D光柵圖像，圖像需要被渲染或光柵化。每個多邊形（通常是一個三角形）被渲染成像素網格。

這可以擴展到在光柵顯示器上渲染3D模型。首先，將三維三角形投影到二維三角形中。然後，2D矢量三角形被光柵化成像素。

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Star Fox, Nintendo, 1993

三角剖分

那麼體素呢？目前體素藝術最常用的方法是將每個體素表示為三維矢量立方體。我們這樣做是通過創建一個三維模型，在體素立方體的兩側放置三角形。

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World』s most exciting 3D model, Matej 『Retro』 Jan, 2016

就像以前一樣，3D三角形再被投影到2D圖像空間中，最後被光柵化以顯示2D光柵圖像。

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這是我們如何得到今天最常見的體素藝術風格，幾乎完全用自由建模工具MagicaVoxel創建。

untitled, Argo San, 2016

Cat vs Voxel, Stefan Smiljkovic, 2016

Pokemon Voxel, Playiku, 2016

Talaak village, Sir Carma, 2016

Rapunzel tower, Thibault Simar, 2016

Sky Chase, Sir Carma, 2015

Latica Cliffs, Sir Carma, 2015

Trench Run, Gabriel de Laubier, 2015

Voxair balloon, Gabriel de Laubier, 2015

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