從 new iPad 看視網膜螢幕的特性、解析度技術與應用上的問題
new iPad 採用高解析度的 Retina Display 螢幕，像素為 iPad 2 的4倍，同時增加了44%的色彩飽和度，視覺效果大為提昇，讓人有「看過就回不去」之感，是 new iPad 的最大亮點。但這是否足以成為購買 new iPad 的理由？我們來深入分析。
快速目錄：
- 視網膜螢幕兩個關鍵字：目視距離、像素密度
- 高畫素密度帶來的問題與挑戰
- 什麼是「解析度自主」技術？重要性在那裡？
- 回到應用面：new iPad 對圖片、影片、遊戲、電子書、網頁 / 新舊版 iPad 解析度比較範例
不管你看不看好這個產品，new iPad 已經在台灣上市了，儘管機能更新缺梗及舖貨時程緩慢，它仍在短時間內達成了同類平板產品未能企及的全球銷售量。為什麼它能賣得這麼好呢？你知道、我知道，一定不會是因為比較快的處理器、或者是難以驗證的電池續航力，更別提在台灣形同廢柴的4G LTE網路支援了。
沒錯，新iPad的最大吸引力，是「看過就回不去」的視網膜螢幕。9.7吋、264ppi的顯示面板，之前並沒有任何一台平板電腦導入過，甚至連大多數的電腦螢幕解析度都沒它高。
解析度是甜蜜的負擔
只是，要馬兒跑就要讓它吃草。新iPad的解析度是2048 x 1536，總畫素達300萬，要推動這麼高的資料量，對平板電腦的軟硬體資源都極為吃重。別的不提，儲存空間便是首先面臨的衝擊，解析度高了幾倍，容量就要等比跟進是最保守的做法，於是64GB版本便成為了最暢銷的型號。
那麼，到底該不該買？筆者在購入新iPad前，考慮的重點有兩個：一是畫質有無顯著提升；另一個是解析度那麼高，原有的相片、影片會不會因為畫素不夠而糊成一片？解析度的增加是雙面刃，要了解這片雙面刃帶來的影響，我們得先重新認識Retina Display。
行前預習
- iPad一、二代：9.7吋、768 x 1024、132ppi
- 新iPad：9.7吋、1536 x 2048、264ppi
關鍵字：ppi
ppi（Pixels per inch，像素密度的單位）指的是顯示器上每一英吋的距離裡，所包含的像素總量，一般來說像素總量愈高，可顯示的內容便愈精細。相同尺寸的顯示面板，如果ppi愈高，解析度當然也就愈高。但人眼能辨識的ppi數值有其極限，不可能查覺顯微鏡等級的像素差異，所以蘋果號稱iPhone 4及新iPad所使用的面板為「視網膜螢幕」，代表以後就算有解析度更高的螢幕出現，人類也看不出來了。
Retina Display：視覺提升效果顯著
Retina Display並不是第一次出現在Apple產品上，這裡筆者引用一下T客邦在2010年WWDC時，iPhone 4發佈後所做的報導：
螢幕的升級是iPhone 4最有價值之處。iPhone 4的螢幕解析度足足為前一代的4倍，它有個非常聳動的名稱：「Retina Display」，Retina直譯成中文是「視網膜」，因為iPhone 4的螢幕尺寸是3.5吋，解析度卻來到了不可思議的960 x 640，這已經是相當於iPad百分之七十八的畫素，密度高達326ppi，已經超過了人眼視網膜在最佳目視距離內所能分辨的極限（300ppi）。
不說你可能沒注意，其實新iPad採用的面板與iPhone 4並不一樣，它的畫素密度只有264ppi，檔次稍微低了一點。儘管如此，Apple仍然使用了相同的宣傳名詞，只是264ppi夠用嗎？為何不是326ppi？
關鍵一：目視距離
從物理面來看，只要製程技術允許，面板的解析度可以在達到物理限制前無限上綱。人眼在極限目視距離內所能分辨的像素密度，才是Retina Display的導入標準。
然而，「極限目視距離」無法精準地被規範，每個人的使用習慣及視力標準也不一樣，因此Retina Display一詞曾引來不少質疑聲浪。簡化複雜的物理、數學計算及醫學敘述後，我們可以這麼說：能在眼球所能聚焦並分辨的距離所達到的最高像素密度，就是Retina Display的理論背景。
Apple在宣傳iPhone 4時表示，於12英吋（約30公分）遠的位置是最佳使用距離，但這次的新iPad並沒有特別註明該點。以筆者還算清晰的視力為例（2.0），在如此距離並無法分辨出獨立的像素，要拿到靠近眼睛10公分處才能勉強查覺點陣，但是這樣使用iPad並不理想，就像你不會像小朋友貼著電視看卡通一樣。
關鍵二：像素密度
在同樣尺寸的螢幕面板裡，像素大小是影響成像清晰度的重要關鍵，其中又以提升文字清晰度的成效最甚，這點不必親眼目睹，靠簡單的數學計算就能量化。
以舊iPad桌面的App名稱為例，一個中文字的大小約為12 x 13像素，代表最多只能用156點去描繪一個中文字。這樣夠嗎？對線條簡單稀少的字體來說，是可以應付的，比如顯示英文字母絕對不是問題。只是中文博大精深，筆畫多的字比比皆是，扣掉筆畫間留白及字體顯示時需要的額外渲染空間，舊iPad中文顯示總是糊糊的，只能勉強辨識。
可以看不代表能夠用。簡單的字串能夠看懂就好，但當你要閱讀的是一整篇文章時，一定會看得非常辛苦。反觀新iPad，因為像素較小，同樣尺寸的中文字可享有4倍的像素量，不但可以讓字體描繪清楚，而且還能讓邊緣平滑、看起來舒服。
▲雖然是放大比較，但本來就糊成一團的文字縮小後並不會因此就變得比較清楚。舊iPad的文字很明顯的受限於像素密度不足而渲染地不完整。（點圖可放大）
結合以上兩件事實，我們可以歸納出一個結果：Retina Display究竟可否滿足視網膜極限是另一回事，但它的功效在於，再怎麼近都不會讓原本該清楚顯示的文字或圖像變模糊，即使看得到像素也無礙觀瞻了。
4倍畫素下的圖像及文字細節比較
為了驗證畫素優勢在圖像及文字細節上的幫助，筆者同時找來了iPad 2與new iPad做比對。圖像所使用的檔案皆與裝置原生解析度對應。
▲之於文字，人腦比較容易忽略圖像細節，然而新iPad仍然有其優勢。圖中馬兒的鬢毛並沒有因像素不足而混成一片，分離得非常精準。（點圖可放大）
（後面還有：264ppi：高畫素密度戰國時代）
延伸閱讀：
WWDC 2012：MacBook Pro Retina，15.4吋 2880 x 1800 驚人解析度
新 iPad 買不買？9點分析、實測影片、與 iPad 2 比較
264ppi：高畫素密度戰國時代
行文至此，是否該採購新iPad的第一個問題已經有了答案：是的，單純就解析度的影響來看，新iPad畫質真的有比較好。平平是9.7吋面版，畫素高了4倍絕對能帶來明顯的品質增進，當然了，前提是得餵飽它才行。
既然解析度真的會帶來畫質差異，那麼就會面臨第二個問題。我們都知道，把畫素低的圖片放到高解析度的螢幕上看，會容易因為放大而失真。失真的情況嚴重嗎？新iPad在這檔事上是否有什麼補強方案？其實除此之外，要把低解析度素材放上高解析度螢幕，還有不少難關要解決。
尺寸跟畫素一樣重要
- 畫素＝X軸 x Y軸
- PPI＝((X軸^2+Y軸^2)^(1/2))／面板尺寸
- 點距＝(面板尺寸／((X軸^2+Y軸^2)^(1/2)))*2.54
上面這3個公式，是弄懂解析度、PPI與螢幕尺寸之間三角關係的計算方式。如果你跟筆者一樣是數學白痴，那麼只要記住：
一、 當面板尺寸不變時，PPI會與解析度成正比。
二、 當面板尺寸不變時，PPI愈高，點距就愈小。
一般電腦螢幕的畫素密度，多在80～120ppi之間。對於裝載在桌機或筆電上的作業系統來說，解析度的差異並不會帶來太大困擾，多的空間就讓它留白，少的空間就少留點白，只要調整一下UI及字型的顯示比例就好。原因在於桌上型作業系統注重多工，而且使用的螢幕尺寸較大，沒必要把所有程式都放大至全螢幕處理，即使你有一台30吋的大螢幕，在畫面角落開一個記事本作業也不奇怪。
行動裝置就不是如此了。在以往的觀念裡，解析度愈高、螢幕就會愈大，但是總不能帶一台30吋的iPad出門吧？為了衝高解析度，大部份的行動裝置都會將畫素密度維持在150～300ppi。
像素太多也是麻煩
這麼高的畫素密度，會產生什麼問題？首先，軟體開發者要設計好幾套不同的解析度佈局來應付不同裝置，要不然假如拿一套解析度只有320 x 480的程式在768 x 1024螢幕上執行，會無法占滿畫面。
無法占滿畫面在桌機上沒什麼，在行動裝置上就會很奇怪。應該沒人看過兩個以上的App共享螢幕，也不太可能出現某個App只占了1/4畫面、其餘3/4還看得到桌面的窘況吧。行動裝置上的應用程式要不是得藏在背景，就是得以全螢幕姿態現身，唯一特例是在 iPad上執行iPhone原生1x解析度的App，但大家都知道這麼做是很彆扭的，因為畫面的其他部分會留下一片黑。
點距小未必是好事
即使你能接受這種操作模式，程式用較小的原生解析度運行還是會有其他問題，比如尺寸。點距就是一個像素的大小，在相同尺寸、而且資料量足夠的前提下，點距愈小，圖像就愈細緻。但若尺寸不足的話，再細緻的圖像也看不出來。
以App圖示來說吧，在舊iPad上，一個圖示的大小是72 x 72個像素，實際尺寸約為2.25平方公分；如果原封不動的拿到新iPad上顯示，解析度除於4的結果只剩0.5平方公分，會很難看清楚圖示的內容是什麼，字體也都變成螞蟻。
怎麼辦？其實早在30幾年前就有工程師發現了這個問題，只是個人電腦問世的25年內，一般應用對於顯示器的畫素要求並不高，除了其他工業標準還沒突破外（比如藍光尚未出現），以CRT映像管為基礎的顯示技術也限制並延緩了解析度的成長。直到近幾年液晶螢幕普及後，解析度的成長曲線漸趨陡峭，螢幕尺寸隨著畫素的提高而成正比增加，作業系統原廠也才開始正視並擬定解決方案。
如何讓點陣圖形不會受解析度的影響而顯示成錯誤尺寸，有很多種不同的理論與技術，但都不脫「Resolution Independence」的範疇。
數數看
▲新舊iPad上圖示與文字所耗用的像素差異。為了維持相同的顯示尺寸，舊iPad點距大，無法使用太多像素，新iPad點距小，也不能使用太少像素。兩者看似打平，但像素量比較多的，能呈現的細節必定比較細膩。（點圖可放大）
（後面還有：Resolution Independence：解析度自主）
Resolution Independence：解析度自主
新iPad問世前，筆者曾經天真的以為導入Retina Display只是個謠言，因為缺乏對應的圖像升頻技術，必定會造成App開發市場的一場災厄。後來事實證明了自己的判斷有多麼幼稚，科技業果然是鴨霸的，市場決定需求，只要面板做得出來，後端的處理就交給軟體開發者及內容供應商自個兒去煩惱就好。
事實上，不管是桌機螢幕或行動裝置，因為解析度各自為政而造成的問題早就不勝枚舉。君不見Android市場開發者為了應付複雜的硬體環境而哀鴻遍野，微軟也引以為鑑地替Windows 8的解析度應付能力做了背書，而賣硬體的Apple則是更早就注意到了這個癥結。
自主技術行之有年
對於點陣物件來說，縮小或放大都會產生失真，倍數一大就會很難彌補。針對文字，解析度帶來的影響是比較小的，因為它的線條簡單、顏色單純，各家作業系統在十幾年前就已經有成熟的文字顯示技術。比如「marlett」（微軟視窗最大最小化按鈕所使用的字體）、「TrueType」等等，配合作業系統本身的渲染方式，可以無限放大點陣字型而不使其失真，倚天中文也有類似的平滑技術，來消弭點陣字放大後可能產生的鋸齒。
不過，這些都還不能算是Resolution Independence，因為除了文字之外，還有圖形要處理。即使到了現在，該應用也尚未被完整的實作出來，而是透過多種不同的圖形演算理論來拼湊整合。比如微軟在Vista導入的WPF圖形化設計框架，以及Mac OS X沿用已久的Quartz顯示引擎等，都提供了或多或少的解析度自主技術。
尺寸以不變應萬變
Resolution Independence的核心精神，是讓物件的顯示尺寸不會受外在解析度影響而變形。以前文提到的App圖示為例，當App被放在新iPad上面時，就應該自動選擇以144 x 144的解析度來顯示，而不是固守單一畫素來應付各種不同的解析度平台。
怎麼放大顯示？作業系統的顯示模組會以縮放倍數（Scale Factor）來決定圖形的目標解析度。經過歷史沿革，業界公認的的標準像素密度是72ppi，以72ppi來顯示圖形，倍數就是1.0；以144ppi的像素密度來顯示圖形，倍數就是2.0，這樣才能達到與72ppi同樣的尺寸。
假如今天在72ppi的螢幕上，有一個物件的解析度是100 x 100，換成在144ppi的螢幕顯示，就得是200 x 200。如此一來，要應付不同解析度的面板就有個依據了，只要計算出縮放倍數，要達成相同、或者是近似的顯示尺寸並非難事。
然而，當縮放倍數較小時，還能夠以插補點的方式來填滿圖像放大後產生的像素空隙，但隨著倍數的增長，再厲害的演算法也無法挽救像素的不足。開發者自己最好就要準備幾種不同解析度的素材來應付了，這也是為什麼在設計Mac OS X或iOS上的App時，1個圖示會包含好幾個不同尺寸檔案的原因之一。
話說回來，我們可以看到new iPad上頭的圖示、系統文字、操作介面看起來都還是很精細，而且大小跟舊iPad幾乎相同。但是當你自己放了一張低畫素的照片到相簿裡時，並不會有魔術般的升頻效果，即使秀圖App經過特製，要達到與原生解析度輸出的品質標準仍然非常困難。
▲不同解析度的螢幕得套用不同的Scale Factor，才能顯示出相同尺寸的圖像，Windows 8同樣也對解析度問題提出了不少對策。
▲微軟提出的「畫素密度甜蜜點」分析圖。若將新iPad拿來比較，恰巧會落在及格邊緣，畫素再高就無意義了。
（new iPad 對圖片、影片、遊戲、電子書、網頁有什麼影響？）
腦力激盪接近尾聲。Yes！如果沒有對應的高解析度素材，視網膜螢幕就無用武之地。同樣是拿一張768 x 1024的圖片，在新iPad上並不會比舊iPad看得更清楚，這些都是非常容易就能驗證的事實。
即使如此，玩家們倒不必太過灰心，因為畫質就算不會變得更細緻，也不致於嚴重下降。對於原本尺寸就不大的圖片來說，更是很難發現其中的些微差異，雖然圖片的解析度會被放大4倍，但因為像素小，反而還能有去鋸齒的平滑效果。
原生解析度最沒問題
筆者的攝影師朋友曾經開玩笑說：新iPad的螢幕要用Canon EOS 5D3拍的照片才餵得飽。這句話是誇張了點，但也點出了原本擺放在舊iPad裡的照片素材，搬移至新iPad時可能會遇到的畫質瓶頸。
最好的作法就是餵它一張與原生解析度相符、也就是1536 x 2048的照片，才能得到最精準的輸出。需要注意的是，太大也不一定好，因為某些圖片管理App在縮圖後顯示品質會下降。
有在玩攝影的玩家們不妨思考一下，輸出1536 x 2048的照片會不會很困難？應該不會，6百萬畫素的相機便已綽綽有餘。只是考量到一般相機以1:1解析度原圖直出的質素不會太好，建議還是以最高畫素輸出並預先縮圖處理後，才不會浪費了Retina Display的解析能力。
影片就別太過強求
舊iPad很適合播放720p影片，畢竟解析度靠近，有接近點對點的播放效果。但要餵飽2048 x 1536的解析度，即使找得到4K影片也不一定播得動。事實上，動態影片不容易看出解析度落差，1080p訊源升頻後的效果並不會比點對對播放遜色多少，而且一台iPad也放不下幾部藍光影片，有心的玩家不妨以Apple TV的Preset來當作轉檔給新iPad看的設定品質就好。
另外一個法作是，影片可藉由Air Video之類的App來串流播放，新iPad的視訊流量上限仍為5Mbps，餵它再高級的訊源也沒用。不如找台NAS當作Air Video Server，用無線網路就能播得很順很爽。
網頁沿用現有版型
撇開像素密度不談，舊iPad的解析度其實是最符合網頁瀏覽標準的，前提是要橫著看，因為寬度1024是絕大多數網站版面的設計標準。對於專門就是要設計給新iPad瀏覽的網頁來說，哪天出現2048或1536的配置也不足為奇，透過CSS及JavaScript設置一樣能夠實現跨平台的自動版面調整，同時讓電腦與行動裝置瀏覽。
當然了，這是在頻寬允許下做的假設。別忘了，要輸出至新iPad的素材質量，是以往的3～4倍，原本只要250KB的圖片檔，可能得暴增至1MB，數量一多、容量的耗用也會非常可怖。除非是非常重視圖像質素的攝影網站或App，不然沿用現有排版標準及圖像品質就好，在新iPad上瀏覽並不會是問題。
電子書籍質感更佳
新iPad非常適合拿來看電子書。如果各位玩家有留意電子書或雜誌市場，或像筆者窮，只能下載試閱版的男人幫，一定會發現不少電子書已經針對新iPad做最佳化。有趣的是，等量提升圖片素質的電子書非常少，大多數都是在排版上做了更改，以塞進更多的元素、或者是更多字。
原因可想而知。文字佔空間少，但圖片的資料量卻很可觀，尤其是大部分電子書仍是以PDF訂閱，而且還是完全以圖片形式轉換的PDF，從城邦讀書花園【隨身e冊】下載的電腦王雜誌來看，一本就佔了將近200MB空間，還不能做文字的無失真放大，也難怪出版業又要為新的格式下功夫了。
遊戲效果更細緻
對某些遊戲來說，1024 x 768的解析度是略微不足的，尤其在3D擬真場景或素材較豐富的畫面，舊iPad的描繪力會讓人有「降階」的感覺，與桌機的遊戲體驗產生明顯落差。
還好在新iPad推出後，部分遊戲大廠的動作也隨即跟進，現在到App Store就能找到不少支援Retina Display的升級版本，甚至不必重買。2048 x 1536已經是桌上型27吋、甚至30吋螢幕才能達到的解析度，如果遊戲畫面本身真是以點對點的等級來算圖的話，很難想像在9.7吋的小螢幕上會有多麼可觀的畫質提升。
當然了，這麼高的解析度，對於4核心內嵌GPU的A5X處理器負擔也不小。不管遊戲業者是否真的重新準備了高解析度材質、或只是做了單純的升頻處理，絕對都是舊iPad無法比擬的視覺享受。
▲打開App Store，對於Retina Display的支援已經是大多數App的點更新項目之一。
新舊版iPad解析度比較範例
▲以今周刊第795期70頁的內容為例，其實某些電子書未必需要幫新iPad最佳化就能有不錯的閱覽效果，而是因為舊iPad本來就無法把文字顯示清楚。（點圖可放大）
遊戲
▲EA所推出的Mass Effect Infiltrator有做了Retina Display升級。雖然在材質上似乎沒啥演變，但還是能有效加強反鋸齒效果，從線條的邊緣便可窺知一二。（點圖可放大）
網頁
▲T客邦首頁的寬度就是1024個像素。如果拿舊iPad直立著看，畫面會被壓縮，字體的渲染會不完整。反觀新iPad因為橫向解析度夠，不會有此問題。（點圖可放大）
