Ekrany o różnej gęstości w Windows 8.1

Przez lata pracowaliśmy na ekranach o ograniczonej liczbie pikseli. Dobrze pamiętam moje domowe Windows 3.1 pracujące w 640x480, Windows 95 w 800x600, Windows 98 w 1024x768, Windows 2000 w 1280x1024, Vista w 1600x900 aż po Windows 7 w 1920x1080. Wraz z rozdzielczością rosły rozmiary ekranów utrzymując w miarę stałą gęstość pikseli przed naszymi oczyma. Twórcy oprogramowania mogli więc śmiało zwymiarować wszystko w pikselach, przygotować bitmapy i zakodować reguły wyświetlania. Czasy się zmieniły i windowsy muszą sobie radzić na tabletach 8", na różnych urządzeniach pośrednich i koszmarnych ekranach 1366x768 o rozmiarze 15.6". Koniecznie rzućcie okiem na zestawienie standardowych rozdzielczości i ekranów tutaj. Aby elementy aplikacji pozostały czytelne na ekranach o różnych gęstościach konieczne jest skalowanie. Choć było ono dostępne w Windows od lat, to zawsze przysparzało problemów aplikacjom spoza stajni Microsoft.

Dzisiaj, gdy możemy już zakupić laptop o rozdzielczości nawet 3200x1800 na 14", co daje gęstość 260 pikseli na cal (ppi) i podłączyć do tradycyjnego monitora o gęstości 96ppi pojawia się problem zmiany skalowania w locie przy przejściu obiektu między wyświetlaczami. Chciałbym Wam przybliżyć to zagadnienie w oparciu o materiał nadesłany przez Konrada (dziękuję i pozdrawiam!).

Najpierw jednak namawiam Was na zapoznanie się z tym artykułem, który fantastycznie rozprawia się z tym zagadnieniem od strony technicznej.

Teraz spójrzmy na to z punktu widzenia użytkownika  - używa on do pracy dwa ekrany:

• 3200x1800, 14", laptop Fujitsu U904, Sharp IGZO, 262 PPI, główny monitor
• 1920x1080, 24", zewnętrzny monitor podłączony po HDMI, 92 PPI

System operacyjny Windows 8.1 dobrał rozmiar obiektów ekranu automatycznie dla każdego monitora: dla monitora 14" przypisał skalowanie ~250% (duża gęstość, mały ekran), dla większego standardowe ~100%, czyli brak skalowania (mała gęstość, duży ekran). Podana skala jest według oceny "na oko".

Przejdźmy jednak do przemieszania obiektów pomiędzy wyświetlaczami - po przesunięciu aplikacji/okna na monitor o innym PPI obserwujemy dwie możliwe reakcje:

1. Zwiększenie lub zmniejszenie rozdzielczości okna tak, by w przybliżeniu miało podobny prawdziwy rozmiar widziany przez użytkownika. Tak działa na szczęście 99% aplikacji.
2. Brak reakcji, okno pozostaje w takiej samej rozdzielczości. Tak działa np. Task Manager. Gdy głównym monitorem jest ekran 262 PPI i przejdę na 92 PPI, to okno Task Manager na tym pierwszym wygląda dobrze, a na tym drugim jest ogromne.

Kolejne kroki na tych zdjęciach podczas przenoszenia okna z ekranu 262PPI na 92 PPI, bardzo ciekawe zjawisko.

okno na gęstym ekranie

okno na obu ekranach wciąż w skali 2,5x

okno na obu ekranach już w skali 1x

okno na docelowym ekranie w skali 1x 

Opcja ta jest wybawieniem przy tak skrajnie różnej wartości PPI monitorów. Działa dobrze, choć autorzy algorytmu skalowania powinni jeszcze nieco popracować nad dokładnością i jakością obrazu po zmianie rozdzielczości. Na głównym ekranie wszystko zawsze wygląda idealnie, a na tym drugim jest różnie, przy powiększaniu lub zmniejszaniu obraz wydaje się tracić ostrość i dokładność.

Oto wersja filmowa przeskalowania okna:

Konrad zaobserwował dwie grupy rezultatów skalowania okien/aplikacji i czcionek ekranowych podczas pracy na głównym monitorze 262PPI z powiększeniem 250%:

A. Czcionki, ikony, okna, które przy 250% się powiększają, ale nie zwiększają gęstości bazowej obiektów

Przykłady aplikacji typu A: Konsola administracyjna Hyper-V, konsola VMware vSphere Client

B. Czcionki, ikony, okna, które przy 250% się powiększają i jednocześnie wzrasta gęstość bazowa (obiekt jest o wiele dokładniejszy, krawędzie gładkie)

Przykłady aplikacji typu B: MS Word, systemowy Explorator Plików, niemal wszystkie okna systemowe.

Aplikacje Modern/Metro UI zawsze wygląda idealnie,bo bazują na wektorach i interfejs był od początku napisany pod gęste ekrany z możliwością szybkiej zmiany gęstości i rozdzielczości obrazu.

Okna aplikacji typu A wyglądają przyzwoicie, ale nie idealnie na ekranie 14" 3200x1800 250%, tutaj gęstość bazowa obiektów nie zgadza się z PPI ekranu. Na ekranie 24" FullHD 100% wglądają za to idealnie, bo gęstość bazowa jest zgodna z PPI ekranu.

Oto przykład dla konsoli HyperV

Okno na ekranie 262PPI (zrzut z ekranu), obraz mało dokładny, po powiększeniu rozdzielczość czcionek i ikon nie zwiększyła się.

Teraz zdjęcie tego samego fragmentu obiektywem Macro, widać zmarnowane piksele, które mogły by uczynić tekst dokładniejszym.

Za to na ekranie 92 PPI jest dobrze, poniżej zrzut

 i zdjęcie makro:

Przykład MS Word na ekranie 262PPI (zrzut), aplikacja wygląda pięknie, wszystkie piksele są wykorzystane

 i zdjęcie makro

Po przeniesieniu aplikacji na monitor 92 PPI jakość okna zdecydowanie spada, czcionki są rozmyte, nie trafiają w piksele. 

Szczególnie zdjęcie obiektywem makro wygląda okropnie:

Okna aplikacji typu B wyglądają idealnie na ekranie 14" 3200x1800 ze skalowaniem 250%. Gęstość bazowa obiektów została przeskalowana (piksele zwielokrotnione), zrównane z PPI ekranu i wszystkie krawędzie są idealnie gładkie. Na ekranie 24" FullHD 100% wglądają za to przeciętnie. 

Przy przenoszeniu tych aplikacji pomiędzy ekranami prawdopodobnie zachodzą następujące operacje: gęstość bazowa ustawiana jest dla gęstego ekranu, a skalowanie na 250%. Kolejno obraz jest zmniejszany 2,5-krotnie do 100% i wyświetlany na ekranie o niskim PPI. Niestety w tym przypadku 24" ekran nie ma dokładnie 2,5x mniejszej gęstości, a jedynie ~1,6x. Zatem wiele punktów wygenerowanego obrazu nie trafi w piksele monitora o niskim PPI i zostanie przybliżona, przez co obiekty już nie będą tak ostre.Trudno powiedzieć jaka kombinacja wyświetlaczy pozwoliłaby na idealne "trafienie" punktami w piksele.

Sprawa wygląda nieco gorzej jeżeli głównym ekranem jest duży monitor o mały PPI, czyli w tym przypadku 24" i  92 PPI. Okna są generowane dla powiększenia 100% i monitora 92 PPI. Po przeniesieniu na 262PPI 14" każde okno ma rozmyte obiekty, a dodatkowe piksele gęstej matrycy nie są wykorzystywane. Co gorsze ikony pulpitu są wyświetlane w 100%, czyli są bardzo malutkie.

Jak widzicie problem jest realny i Microsoft włożył sporo pracy w ich rozwiązanie. Inżynierowie jabłuszka obrali inną drogę niż Apple (więcej tutaj) i postanowili używać stałej rozdzielczości wewnętrznej MacOS i stałych współczynników skalowania do matryc. Środowisko Windows jest bardzo różnorodne, więc potrzebne było bardziej uniwersalne podejście. Sądząc z obserwacji Konrada Windows 8.1 Update 1 pozwala na względnie wygodną eksploatację kilku ekranów o różnej gęstości. Rozwiązanie jest pełne kompromisów, ale jest używalne.

Warto podkreślić, że starsze wersje Windowsów miały bardzo ograniczone możliwości w tym zakresie.

Jeśli planujecie zakup gęstego monitora (np. UltraHD) lub laptopa z gęstą matrycą (np. IGZO), to miejcie na uwadze problematykę skalowania aplikacji.