Эстетика ограничений: Dithering как язык математики видимого
Личный опыт
Планируя ролик для 2×2, думал о том, как мне добавить ощущение небрежности, визуального панк-рока. Чтобы «картинка» выглядела одновременно завершенной и нарочито недоделанной!
Обычно излюбленный прием таких ситуациях — сочетание различных noise или grain эффектов с градиентными картами и блюром. За счет этого приобретается ощущение гранжевости, потертости, lo-fi качества. То есть для «панк-рока» не хвататет резкости. Нужно что-то более контрастное, броское, грубое. Тогда в поисках натолкнулся на эффект dithering.
Визуально подходило под мое представление как нельзя кстати. Не просто ограничение палитры и наложение шума, математически выверенное искажение оригинального изображения. В процессе освоения, зацепила именно эта математическая природа эффекта.
Что такое вообще dithering? Чем отличается упорядоченная версия? Как этим связаны Роберт В. Флойд и Луис Стейнберг?
В цифровой культуре наблюдается устойчивый и даже растущий интерес к эстетике «низкого качества». Такие приемы, как дизеринг — артефакт ранней цифровой эпохи, рожденный технологическими ограничениями, — сегодня сознательно используются в моушн-дизайне, инди-играх и визуальном искусстве как мощный стилистический и концептуальный инструмент.
Это парадокс — использование технологического «костыля» в качестве средства художественного высказывания в эпоху технического изобилия. Существующий анализ часто рассматривает дизеринг либо сугубо в техническом ключе (как алгоритм сжатия цвета), либо в узко-историческом (как, например, атрибут ретрогейминга), упуская из виду его фундаментальную роль в формировании языка сетевого искусства. Актуальность исследования заключается в преодолении этого разрыва: в выявлении и анализе дизеринга не как второстепенного визуального эффекта, а как важного эстетического и философского принципа, пронизывающего культуру Net Art от его истоков до современных практик.
Цель работы — проследить трансформацию дизеринга из утилитарного технологического артефакта в самостоятельный язык цифровой эстетики и философский концепт.
Технология дизеринга
Дизеринг (dithering) — это специально добавленные помехи или шум. Их используют для того, чтобы разбить и случайным образом распределить ошибки, которые возникают при сжатии цифровых данных (например, когда нужно уменьшить количество цветов в изображении).
Без дизеринга на изображениях, в частности в градиентах, могут появляться некрасивые полосы и неестественные пятна (этот эффект называется «цветовые полосы» или «banding»). Дизеринг маскирует эти дефекты, создавая иллюзию плавного перехода с помощью хаотично (или упорядоченно) расположенных точек.
Сферы применения
Дизеринг используется во многих областях, где применяется цифровая обработка и анализ данных. К таким областям относятся системы, работающие с цифровыми сигналами, например:
Цифровой звук Цифровое видео Цифровая фотография Сейсмология Радарные системы Системы прогнозирования погоды Проще говоря, зачем это нужно:
При оцифровке сигнала (например, звука или изображения) неизбежно возникают мелкие погрешности, называемые ошибками квантования.
Проблема усугубляется, если ошибки повторяются друг за другом. Если эти ошибки носят регулярный, предсказуемый характер, они создают заметные искажения — например, на изображении могут появиться неестественные полосы (color banding), а в звуке — посторонние искажения.
Дизеринг решает эту проблему, добавляя в сигнал небольшое количество специального случайного «шума». Этот шум «размазывает» предсказуемые ошибки, делая их случайными.
Ключевой пример — аудио: человеческое ухо очень чувствительно к регулярным искажениям (они слышны как неприятный скрип или хрип), но гораздо хуже воспринимает равномерный случайный шум (как легкое шипение старой виниловой пластинки). Таким образом, дизеринг маскирует более неприятные артефакты, заменяя их менее заметным фоновым шумом.
Дизеринг в компьютерной графике используется для создания иллюзии большего количества цветов при работе с ограниченной палитрой. В обработанном таким образом изображении цвета, отсутствующие в палитре, приблизительно воссоздаются за счёт распределения пикселей из доступных цветов. Человеческий глаз воспринимает эту смесь как новый, промежуточный оттенок (благодаря особенностям цветового зрения). Дизерингованные изображения, особенно те, что используют палитру с малым количеством цветов, часто можно узнать по характерной зернистости или точечной текстуре.
Первыми техниками, которые позволяли генерировать такие узоры, стали алгоритмы с диффузией ошибки (error diffusion). Они распределяют ошибку квантования на соседние пиксели, что позволяет создавать плавные и естественные текстуры.
Однако другие методы, такие как упорядоченный дизеринг (ordered dithering), например, с использованием матрицы Байера, также способны создавать паттерны шума. При этом они лишены главного недостатка диффузии ошибки — склонности создавать заметные артефакты и нежелательные текстуры на однородных областях изображения.
Наглядно
Снижение глубины цвета (количества используемых цветов) в изображении может иметь серьезные визуальные побочные эффекты. Исходная фотография часто содержит миллионы оттенков. Процесс уменьшения палитры по сути выбрасывает часть цветовой информации.
Фиксированная палитра без дизеринга (например, «безопасная» веб-палитра на 216 цветов): цвета просто заменяются на ближайшие из палитры. Это приводит к потере деталей, появлению однотонных пятен (контурный эффект) и резких, неестественных переходов цвета. Градиенты превращаются в заметные полосы (color banding).
Фиксированная палитра c дизерингом: деффекты смягчаются, создается иллюзия недостающих цветов и сглаживаются градиенты, что даёт большее приближение к оригиналу.
Оптимизированная палитра: умный подход, когда цвета для палитры выбираются на основе их частоты в исходном изображении. Например, для изображения пустыни палитра будет состоять в основном из оттенков песка и неба, а не из зелёных тонов.
Чем меньше цветов в палитре (например, всего 16), тем сильнее потеря деталей и тем более выраженными становятся проблемы однородных пятен и цветовых полос. В таких экстремальных условиях дизеринг становится особенно важным, так как он активно борется с этими артефактами, маскируя потерю информации за счет текстуры.
Адгоритмы дизеринга
Одним из самых ранних и до сих пор популярных алгоритмов является алгоритм Флойда-Стейнберга, разработанный в 1975 году. Его ключевое преимущество — минимизация визуальных артефактов благодаря процессу диффузии ошибки. Алгоритмы с диффузией ошибки обычно создают изображения, более точно передающие оригинал, по сравнению с простыми методами дизеринга.
Пороговый метод (Thresholding)
Каждое значение пикселя сравнивается с фиксированным порогом, уменьшая глубину изображения до двух уровней — черного и белого
Не является алгоритмом дизеринга в строгом смысле, но представляет простейший способ уменьшения глубины цвета
Результаты: значительная потеря детализации и появление контурного эффекта
Случайный дизеринг (Random dithering)
Первая попытка устранения недостатков порогового метода (известна с 1951 года Каждое значение пикселя сравнивается со случайным порогом, создавая статичное изображение Не создает узорчатых артефактов, но шум часто маскирует детали изображения Аналогичен технике меццо-тинто в традиционной печати
Паттернный дизеринг (Patterning)
Использует фиксированный шаблон для каждого входного значения
Главный недостаток: выходное изображение становится больше входного (пропорционально размеру шаблона)
Упорядоченный дизеринг (Ordered dithering)
Использует дизеринг-матрицу в качестве порога для каждого пикселя
Преимущество: соседние пиксели не влияют друг на друга, что делает метод пригодным для анимации
Разные паттерны создают совершенно различные эффекты дизеринга
Прост в реализации, но сложно адаптируется для произвольных палитр
Разновидности упорядоченного дизеринга:
Halftone matrix Создает эффект, похожий на газетное растрирование Форма кластеризованного дизеринга — точки имеют тенденцию группироваться Помогает скрыть эффекты размытия пикселей на старых устройствах вывода Основное применение: офсетная печать и лазерные принтеры
Bayer matrix Создает характерный узор в виде перекрестной штриховки
Blue noise matrix Создает эффект, близкий к методам с диффузией ошибки Генерируется методами типа «void-and-cluster»
Дизеринг с диффузией ошибки (Error-diffusion) Осуществляет распределение ошибки квантования на соседние пиксели через процесс обратной связи.
Floyd-Steinberg (FS) Распределяет ошибку только на соседние пиксели Результат: очень мелкозернистый дизеринг
Jarvis, Judice и Ninke (Minimized average error) Распределяет ошибку на пиксели, расположенные на два шага дальше Дизеринг более грубый, но с меньшим количеством визуальных артефактов Медленнее FS, так как обрабатывает 12 соседних пикселей вместо 4
Stucki Основан на Jarvis, но работает быстрее Результаты: чистые и четкие изображени
Burkes Упрощенная версия Stucki, более быстрая, но менее чистая
Sierra Основан на Jarvis, но быстрее при схожих результатах
Two-row Sierra Модифицированная версия для повышения скорости
Sierra Filter Lite Простой и быстрый алгоритм с результатами, близкими к Floyd-Steinberg
Atkinson Разработан программистом Apple Биллом Аткинсоном Быстрее Jarvis/Sierra, распределяет только ¾ ошибки квантования Хорошо сохраняет детали, но может переосветлять светлые участки
Gradient-based error-diffusion (2016) Устраняет структурные артефакты FS-алгоритма Использует модулированную рандомизацию и усиление структур
Художественное решение
Return of the Obra Dinn
Dither // Wikipedia (URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Dither) (Дата обращения: 15.11.2025)
Ditherpunk — The article I wish I had about monochrome image dithering // surma.dev (URL: https://surma.dev/things/ditherpunk/) (Дата обращения: 15.11.2025)
BlueNoise // Moments in Graphics (URL: https://momentsingraphics.de/BlueNoise.html) (Дата обращения: 15.11.2025)
Color Quantization and Dithering // imagemagick.org (URL: https://legacy.imagemagick.org/Usage/quantize/#diy_horizontal) (Дата обращения: 15.11.2025)
The Art of Dithering and Retro Shading for the Web // blog.maximeheckel.com (URL: https://blog.maximeheckel.com/posts/the-art-of-dithering-and-retro-shading-web/) (Дата обращения: 15.11.2025)
Color banding (URL: https://frederikboving.com/what-is-banding-in-photography/) (Дата обращения: 15.11.2025)
Dither patterns (URL: https://www.shutterstock.com/ru/search/dither-pattern) (Дата обращения: 15.11.2025)
Figure 1-6 (URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Dither) (Дата обращения: 15.11.2025)
David (URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Dither) (Дата обращения: 15.11.2025)
Main menu (URL: https://paperdicegames.com/2023/08/29/return-of-the-obra-dinn-review/) (Дата обращения: 15.11.2025)
