Televisores CRT y el porqué de usar shaders para simularlos

Para aquellos de nosotros que crecimos con televisores de tubo de rayos catódicos (CRT) y consolas de 8 y 16 bits, volver a jugar en estos sistemas mediante emulación en un televisor actual (LCD o LED) puede resultar decepcionante en lugar de ser un avance, ya que se pierde la experiencia visual y la esencia original de estos sistemas.

Algunos pueden no darle importancia a este aspecto, pero es realmente necesario experimentar los juegos en su forma original, como se supone que debían ser jugados (con un televisor de tubo). Si esto no es posible, podemos hacer uso de shaders que simulan e incluso mejoran la experiencia visual en las pantallas modernas. Pero antes de profundizar en este tema, aquí tienes una breve introducción:

Hace 40 años se utilizaban televisores CRT, popularmente conocidos como televisores "de tubo", porque la imagen se generaba a través de un tubo de rayos catódicos. Esto hacía que el televisor abultase mucho además de pesar como un elefante y no poder tener un tamaño de pantalla muy grande.

Todas las consolas domésticas y algunos ordenadores personales hasta la quinta generación fueron diseñados pensando en estos televisores.

Los televisores CRT no tenían una resolución como hoy lo entendemos, eran analógicos y simplemente usaban un cañón de electrones para hacer que la imagen se creara siguiendo un barrido de líneas horizontales que realizaban el recorrido varias veces por segundo.

Nota: algunas de las imágenes que encontrareis aqui hay que verlas descargadas y al 100% de su resolución para apreciarlas correctamente.

Entrelazado y Scanlines

En un televisor CRT solo se visualizaba la mitad de las líneas horizontales en cada pasada. Cada fotograma se dividía en dos campos, el primero con las líneas de número impar y el segundo las de par). Debido al fenómeno de persistencia de nuestra visión, en nuestro cerebro dichas imágenes no se desvanecen inmediatamente y unimos las dos pasadas del fotograma entrelazado, quedándonos con una sola imagen. 

Este sistema entrelazado permitía obtener altas velocidades de refresco (50 imágenes en pantalla por segundo en PAL, 60 en NTSC) con únicamente la mitad del flujo de datos. A cambio, la resolución horizontal quedaba afectada, ya que cada fotograma se componía de dos mitades (con un espacio o hueco entre cada una de las lineas, los famosos “scanlines”) que al mezclarse ocasionaban parpadeos, borrosidad, doble imagen (ghosting), y otros artefactos.

PAL y NTSC

El número de líneas horizontales que se podían dibujar en pantalla eran 625 líneas (576 visibles) entrelazadas con una tasa de refresco de 50 Hz en el standard de TV europeo (PAL) y 525 lineas (480 visibles) entrelazadas con una tasa de refresco de 60 Hz en el standard americano y japones (NTSC). Es por estas diferencias de líneas que, salvo excepciones, la solución para adaptar juegos creados para sistemas NTSC al sistema europeo PAL fue achatarlos para entrar en el estándar en vez de, por ejemplo, aumentar el campo de visión de los escenarios. Esto generaba unas bandas negras en la parte superior e inferior de la pantalla al no poder llenar el juego todo el campo de visión.

Ejemplo de como se veia el mismo juego en un televisor NTSC y en uno PAL donde ee pueden apreciar las famosas franjas negras arriba y abajo

SLOT MASK

Como antes hemos comentado los CRT’s lanzaban tres rayos de electrones de forma simultánea (rojo, verde y azul -> Red, Green, Blue -> RGB) para componer la imagen. Este haz de electrones se estrellaba en una rejilla tricolor de puntos al final de su recorrido, cuyo patrón decidía el fabricante.

La rejilla utilizada en televisores de consumo más estándar era la llamada “slot mask” pero Sony se sacó de la manga una patente exclusiva en la que las franjas de fósforo de la pantalla se muestran como líneas continuas, dando lugar a un dibujado más limpio con un 'feeling' muy particular. Efectivamente, estamos hablando de la línea Trinitron y su 'rejilla de apertura', que provoca una mayor precisión en el corte entre líneas de barrido y por ende, unas scanlines más intensas y homogéneas.

El 'Slot Mask' es uno de los tipos de máscara de sombra más usados en CRTs domésticos que usa un mosaico formado por bloques de tres franjas que conforman una rejilla discontinua

ASPECT RATIO

Es evidente que los videojuegos de las consolas de 8 y 16 bits fueron diseñados pensando en ser visualizados en televisores CRT que tenían una relación de aspecto de 4:3. Sin embargo, los diseñadores gráficos no solían considerar este detalle, ya que para crear el juego usaban monitores de ordenador con píxeles cuadrados, lo que causaba que la imagen se deformara al verse finalmente en un televisor CRT.

Unos pocos juegos se crearon con esto en mente y compensaban esta expansión de la imagen en las TV CRT para que se viesen de forma proporcionalmente correcta como por ejemplo el juego Mortal Kombat 2 o Chrono Trigger de SNES

Conexiones RF y Video Compuesto

Los sistemas domésticos de videojuegos de los 80 y 90 estaban diseñados para conectarse a un televisor CRT mediante conexiones analógicas de RF o de video compuesto. Videoconsolas de quinta generación como la playstation también disponían de salidas de más calidad como S-Video y RGB 

La señal RF o de radiofrecuencia es la señal de video analógico de menor calidad de todas las que se ha producido. Es propensa a interferencias, estática y nieve y era el sistema standard para transmitir las señales de video y audio analógicas de un sistema de videojuegos clásico al televisor. Actualmente, se sigue usando esta conexión también en nuestros modernos TV full HD y 4K para las emisiones de televisón en vivo pero la señal que llega ya es digital desde el 2010.

La conexión de video compuesto se compone de tres cables de colores rojo, blanco y amarillo que corresponden respectivamente a la señal de audio derecho, la señal de audio izquierdo y la señal de video. Esta conexión de video ya tiene más calidad que la de RF pero también da lugar a artefactos en el video. 

Y aquí es donde viene la parte importante de toda esta historia:  estos artefactos visibles en el video, la natural borrosidad de la señal analógica, combinados con los scanlines y la slotmask dotaron de una apariencia visual muy distintiva a todos los videojuegos que se veian mediante un televisor CRT. 

Todos estos elementos fueron utilizados por los desarrolladores para lograr efectos como sombras, transparencias o degradados de color que no se pueden apreciar en un monitor LCD actual o tampoco con un televisor CRT con una conexión RGB.

EJEMPLOS

 

1. Sega Génesis

Sega Genesis suele utilizar un modo de gráficos de 320x224.  Algunos juegos utilizan el modo 256x224.  La resolución horizontal del modo 320x224 es tan grande que no todos los píxeles se pueden resolver completamente en una señal de video compuesto en un televisor CRT.  Hay frecuentes franjas de color en el texto de fuente fina y además, al alternar colores, puede darse artefactos de color que pueden dar a los gráficos un efecto transparente o de fusión.  Este efecto se utilizó con bastante frecuencia por los desarrolladores y funciona mejor con líneas verticales largas y alternas (como por ejemplo las cascadas o las tuberías del sonic 2 o las sombras en el juego Comix Zone)

El juego Comiz Zone demuestra perfectamente el difuminado mediante líneas verticales en la megadrive. También se puede observar que la borrosidad junto con el tramado de la rejilla mejora notablemente la calidad visual.

Algunos juegos utilizaban un tramado de puntos tipo tablero de ajedrez que permite dar un efecto de transparencia. Streets of Rage 2 utiliza este efecto para simular las características de un foco de luz durante el escenario del club nocturno

Efectos de arco iris

Las consolas de Atari y Sega, alinean los puntos cromáticos verticalmente. Esto produce franjas de color en finos trazos verticales. Las franjas del arco iris se vuelven aún más fáciles de ver en Mega Drive, que usa franjas verticales apretadas en el modo H40, ya que tienen una frecuencia muy cercana a la de los puntos cromáticos.

2-Super Nintendo

El modelo original de SNES es capaz de emitir S-Video sin modificaciones, pero con esta conexión pierdes los efectos transparentes mediante tramados y las cualidades de la salida de video compuesto.

Super Nintendo casi siempre utiliza un modo de gráficos de 256x224.  La consola Turbo Grafx 16 normalmente usaban un modo similar, pero, a diferencia del SNES, podían usar un modo 320x224. 

Por lo tanto, para los juegos que utilizan esta resolución no suelen apreciarse artefactos.

La SNES podía hacer transparencias reales, pero incluso así, a veces se utilizaba el tramado y difuminado para proporcionar algo parecido a una transparencia como en Chrono Trigger donde se puede ver un efecto de transparencia con la de la luz que entra por una ventana. En Secret of Mana, se ve un efecto de transparencia real en el agua cubriendo las rocas, y transparencia con un tramado interpolado en el cuadro de texto.

El efecto de tramado también se usaba para dotar de un efecto de degradado de color a ciertos elementos gráficos como se puede observar en el juego Super Mario World

Ocasionalmente, aparecen artefactos similares a los de Genesis en SNES, por ejemplo, en Kirby's Dream Land 3, que usa una resolución de 512x224.  Un televisor CRT no puede resolver 512 pixeles, y el resultado es un efecto de transparencia cuando se usa video compuesto.

Ciertos juegos usan una técnica de sincronización de muy bajo nivel para dibujar ciertos elementos durante el paso de rasterización. Estos terminan viéndose transparentes si se hacen cada dos fotogramas debido al hecho de que la salida de 240p de SNES se mostraba en una pantalla de 480i (es decir, para NTSC... PAL tenía especificaciones diferentes, pero se aplica la misma idea básica).

El ejemplo más notable es el juego A.S.P. Air Strike Patrol, la sombra debajo del avión. Básicamente, se trataba simplemente de garabatear una mancha de color gris oscuro sobre la salida rasterizada mientras se enviaba desde la consola al televisor.

SHADERS

Como he dicho en la introducción inicial, gracias a los shaders podemos imitar esta experiencia visual que nos proporcionaban los televisores CRT en un monitor LCD-LED de hoy en día.

Hay incontables shaders que permiten realizar esta labor, y a su vez otras incontables “presets” (configuraciones hechas para usarlas con dichos shaders). Hay muy buenas cosas, pero después de muchas pruebas, no he tenido mas remedio que crear una present propia inspirada en varias otras.

Con esta configuración he conseguido que la imagen de mi monitor LCD se acerque a la experiencia visual de un televisor CRT (difuminado de tramas, degradados de color, difuminado de líneas verticales, efecto slot mask y scanlines...) pero sin los efectos adversos del video compuesto (doble imagen, ruido visual, efectos no deseados de color, parpadeos… )

Mis próximos lanzamientos ya tendrán estos shaders para poder obtener la experiencia de imagen más cercana posible a un televisor de tubo.

Hasta pronto.