PAGRINDINIŲ SANTRUMPŲ IR TERMINŲ AIŠKINAMASIS ŽODYNĖLIS
3D terminų žodynėlis
3D: trimatis, erdvinis, turintis plotį, aukštį ir storį (gylį).
3D Accelerator: papildoma kompiuterio aparatinė įranga, pagreitinanti darbą su 3D grafika. Dažniausiai tai - pilnavertis vaizdoadapteris su specialiu 3D grafiniu procesoriumi, bet yra ir (dažniausiai žaidimams skirtų) 3D akceleratorių, kurie prijungiami prie turimos vaizdokortos ir atlieka tik 3D operacijas.
3D Chip: 3D spartinti skirtas grafinis procesorius.
3D Scene: Trimačių objektų, kuriuos reikia pavaizduoti ekrane, visuma.
AGP (Accelerated Graphics Port
Aliasing: taškinės (rastrinės) grafikos savybė įstrižas linijas atkurti "laiptuotai".
Alpha Channel (Alpha Buffer): rezervuota vaizdo atminties sritis, kuriame saugoma informacija apie objektų skaidrumą.
Alpha Blending: 3D vaizdo kūrimo (Rendering) metu atliekama operacija, kurios metu, panaudojant Alpha Channel informaciją, perteikiamas objektų skaidrumas. Taip gana realistiškai galima pavaizduoti vandenį, stiklą, rūką, debesis. Žiūr. Fogging.
Animation (animacija): Judančio (besikeičiančio laike) vaizdo kūrimo ir atvaizdavimo procesas.
Anti-Aliasing: Vaizdo apdorojimo operacija, kurios metu sugludinamas taškinės grafikos laiptuotumas.
API (Application Programming Interface): Sąsaja (interface) tarp programinės įrangos (software) ir aparatinių priemonių (hardware); mūsų atveju - tarp grafinės programos ar žaidimo ir konkretaus 3D akceleratoriaus su savo tvarkykle (driver). API dėka programos vienodai veikia su visais grafiniais adapteriais, "suprantančiais" tą API standartą. Labiausiai paplitę 3D API - tai Microsoft Direct3D ir Silicon Graphics OpenGL (PC kompiuteriams) bei QuickDraw 3D (Apple Macintosh).
Benchmark: Kompiuterio sistemų našumą (spartą) apibūdinantis dydis. Grafinių adapterių Benchmark dažniausiai išreiškiamas tam tikro sudėtingumo grafinių vaizdų pateikimo sparta kadrais per sekundę (frames per second; fps) arba taškais (pixels) per sekundę, 3D akceleratorių - dar ir trikampiais (triangles) arba poligonais (polygons) per sekundę.
Bilinear Filtering: Tekstūrų dengimo (texture mapping) būdas, kai tekstūros labiau nutolusiems objektams sumažinamos (kiekvienam mažesnės tekstūros taškui imamas keturių gretimų didesnės tekstūros taškų spalvos vidurkis).
Blending: Vaizdo apdorojimo operacija, taško spalvai nustatyti sumaišant kelių kitų vaizdo taškų spalvas.
Direct3D: Kompanijos Microsoft sukurto kompiuterinės grafikos API (Application Programming Interface) "DirectX" dalis, skirta operacijoms su 3D grafika. Šiuo metu gana plačiai paplitusi, vartojama ir "rimtose" programose, ir žaidimuose. Trūkumai - vartojama tik "MS Windows" terpėje, o pats DirectX/Direct3D programavimas yra gana sudėtingas, lyginant su kitais API.
Dithering: Daugiau spalvų turinčio vaizdo (pav. "TrueColor") konvertavimo į mažiau spalvų (pav. 256) turintį metodas, kai tam tikrai spalvai išgauti vartojamas kitas spalvas turinčių taškų mišinys. Taškai išdėstomi tam tikromis grupėmis (Ordered Dither) arba stengiamasi išdėstyti juos atsitiktine tvarka (Error Difusion; Random Dither).
Fill Rate: Grafinio akceleratoriaus spartą apibūdinantis dydis (Benchmark), rodantis, kiek taškų per sekundę grafinis procesorius "nupaišo" monitoriuje pateikiamoje vaizdoatminties srityje (Frame Buffer).
Flat Shading: Į poligonus (trikampius) suskaidyto ir tekstūromis padengto trimačio objekto vaizdo apdorojimo būdas, kai visam trikampiui suteikiama ta pati spalva arba tas pats apšviestumas. Apvalūs ar lenkti paviršiai lieka pastebimai "briaunuoti".
Frame Buffer, Display Buffer: Vaizdoatminties dalis, kurioje patalpinta grafinė informacija rodoma monitoriuje. Grafinis adapteris keliasdešimt kartų per sekundę skaito šį buferį, informacija nuosekliai perduodama į skaitmeninį - analoginį keitiklį (RAMDAC), o pastarasis formuoja analoginį RGB signalą ir siunčia jį į monitorių.
Frame Rate: 3D akceleratoriaus spartą apibūdinantis dydis (Benchmark), rodantis, kiek kadrų per sekundę (frames per second; fps) akceleratorius spėja apskaičiuoti (Render) ir pateikti ekrane. Šis dydis labai priklauso ir nuo to, kokio sudėtingumo scena yra vaizduojama bei kokios rasterizacijos bei vaizdo apdorojimo operacijos yra atliekamos.
Graphics Pipeline: Objektų, apibūdintų geometrinėmis koordinatėmis, pavaizdavimo rastriniame (susidedančiame iš taškų) ekrane eiga. Galima išskaidyti į kelis etapus: Transformation, Lighting, Rasterization.
Hardware Abstraction Level (HAL): API dalis, tiesiogiai "bendraujanti" su akceleratoriumi. HAL aptarnauja API funkcijas, kurias vaizdo plokštė atlieka savarankiškai.
Hardware Emulation Level (HEL): API dalis, atliekanti tas spartinimo funkcijas, kurių konkretus akceleratorius neturi. Dėl
Lighting: Graphics Pipeline dalis, kurios metu apskaičiuojamas objektų apšviestumas, atsižvelgiant į jų tarpusavio bei šviesos šaltinių padėtį. Apšviestumo reikšmė paprastai priskiriama kiekvienam trikampio kampui po to, kai 3D objektai suskaidomi į poligonus (trikampius). Skirtingai nuo vėlesnio Shading, Lighting operacija atliekama su vektoriniais objektais, jų dar nekonvertavus į rastrinę (taškinę) grafiką.
MMX Technology: Multi Media EXtensions Technology - kompanijos Intel sukurta mikroprocesorių architektūra, leidžianti naudoti CPU matematinį koprocesorių kitiems tikslams, o būtent efektyvesniam vaizdo, garso ir panašių duomenų apdorojimui. MMX režime tą pačią operaciją procesorius gali atlikti vienu metu su keturiais skirtingais duomenimis (pav., rastrinės grafikos taškais).
OpenGL: Koncerno Silicon Graphics sukurta API sąsaja, skirta visų pirma galingoms grafinėms darbo stotims, bet vartojama ir asmeniniuose kompiuteriuose pav. 3D žaidimų spartinti ("GLQuake", "Hexen II" ir kt.). Skirtingai nuo DirectX/Direct3D, tai - visoms operacinėms sistemoms skirtas standartas.
Pixel: PIcture ELement - mažiausias rastrinės (taškinės) grafikos elementas,- t.y., taškas.
Polygon: Daugiakampis (beveik visada - trikampis), į kuriuos, siekiant supaprastinti skaičiavimus, suskaidomi 3D objektai.
Polygon per Second: 3D akceleratoriaus greičio matavimo vienetas, nurodantis, kiek poligonų (trikampių) per sekundę jis sugeba "nupiešti". Priklauso nuo poligono dydžio, kuris paprastai irgi būna nurodomas ("de facto" standartas - 25 taškų trikampiai).
RAMDAC: Random Access Memory Digital / Analog Converter - galinė grafinės kortos grandinė, konvertuojanti vaizdoatmintyje esančią skaitmeninę informaciją į analoginį RGB (raudonos, žalios ir mėlynos spalvos) signalą, kuris valdo minitorių.
Rasterization: Graphics Pipeline dalis, kurios metu 3D objektų scena konvertuojama į 2D ir toliau apdorojama kaip rastrinė (taškinė) grafika. Svarbiausios rasterizacijos metu atliekemos operacijos yra Scan Conversion, Texture Mapping, Shading.
Scaling: Objekto padidinimas ar simažinimas, nekeičiant jo padėties erdvėje ar plokštumoje bei kitų jo savybių.
SGRAM: Synchronous Graphics Random Access Memory - Grafiniams adapteriams skirta atminties rūšis, pasižyminti dideliu informacijos pralaidumu (iki 1 GB/s) ir todėl plačiai naudojama aukštesnės klasės akceleratoriuose.
Shading: Rasterizacijos metu atliekamos operacijos, kurių tikslas yra pagal atskirų trikampių kampų spalvą (apšviestumą) apskaičiuoti kiekvieno paviršiaus taško spalvą. Pagrindiniai Shading būdai: Flat Shading, Gouraud Shading ir Phong Shading.
Texture: Rastrinės (taškinės) grafikos paveikslėlis, naudojamas 3D objektų paviršių padengimui (Texture Mapping). Pav., medžio kamieno tekstūra būtų žievės gabalėlis.
Transformation: Graphics Pipeline dalis, kurios metu vykdomos 3D objektų koordinačių perskaičiavimai, susiję su koordinačių sistemos pakeitimu iš absoliučios į reliatyviąją stebėtojo atžvilgiu; taip pat ir kitos su šiomis koordinatėmis atliekamos matematinės operacijos. Dabartiniai 3D akseleratoriai transformacijos savarankiškai dar neatlieka.
Vertex: Dviejų poligonų (trikampių) susijungimo linija (briauna).
View Point (Eye Point, Camera): Žiūrėjimo taškas; "stebėtojo" koordinatės, kurių atžvilgiu daromi visi 3D scenos objektų koordinačių apskaičiavimai.
Z-Buffer: Atminties sritis, dydžiu lygi Frame Buffer (monitoriaus ekranui), kurioje saugoma informacija apie jau konvertuotų į 2D objektų trečiąją koordinatę - tariamą nuotolį nuo stebėtojo.
8.1. BENDROS ŽINIOS
Šiuolaikiniai trimatės grafikos spartintuvai gali saugoti ir apdoroti milžiniškus informacijos kiekius – 128 MB vaizdo atmintinės jau tapo norma, o spartintuvai gali atvaizduoti šimtus milijonų trikampių per sekundę. Dar daugiau – šiuolaikiniai spartintuvai yra programuojami ir atlieka slankaus kablelio operacijas kiekvienam vaizduojamam taškui. Dėl milžiniškos skaičiuojamosios galios jie pradedami naudoti ir su grafika nesusijusiose srityse (vaizdų apdorojime, matriciniuose skaičiavimuose ir t.t.).
Šiame skyriuje trumpai pristatomi trimatės grafikos spartintuvai. Apžvelgiama jų architektūra, funkciniai įtaisai, konvejeriai, registrai, naudojamos išlygiagretinimo ir našumo padidinimo priemonės. Teoriškai įvertinama spartintuvų skaičiavimo galia ir pristatomi spartintuvais atliekami bendro pobūdžio skaičiavimai. Trimačio vaizdo (3D) spartintuvai (akseleratoriai) – tai kompiuterio aparatinės priemonės, pagreitinančios erdvinių objektų atvaizdavimą plokščiajame ekrane. Juose vartojami grafiniai procesoriai prisiima didžiąją dalį darbo, susijusio su 3D koordinačių (plotis/aukštis/gylis) konvertavimu į 2D koordinates (plotis/aukštis), objektų paviršių “užpaišymu” bei kitomis operacijomis. Tokiu būdu ne tik žymiai padidėja trimatės grafikos pateikimo sparta, bet ir mažiau apkraunamas kompiuterio procesorius (CPU), kuris tuo metu gali atlikti kitas užduotis.
Nei viena kompiuterijos šaka nesivysto taip sparčiai, kaip yra tobulinami grafiniai akseleratoriai. Jei per pastaruosius dvejus metus mikroprocesorių našumas išaugo 2- 3 kartus, tai grafinių adapterių sparta išaugo dešimteriopai.
Bene pagrindinė 3D akseleratorių poreikį sukėlusi priežastis yra nepaprastai išaugęs trimatę aplinką vaizduojančių kompiuterinių žaidimų. Be “rimto” trimačio akseleratoriaus tokie žaidimai praranda didesnę pusę žavesio: vaizdas trukčioja, daiktų kontūrai dantyti, kai kurių vaizdo detalių iš viso nesimato.
8.2. ASMENINIO KOMPIUTERIO VAIZDO SISTEMA
Kompiuterio vaizdo sistema susideda iš įrangos vaizdo signalams formuoti (specializuotos plokštės) ir monitoriaus. Vaizdą formuojanti įranga siunčia monitoriui signalus, kuriuos jis paverčia vaizdu. Signalai priklauso nuo monitoriaus tipo. Pavyzdžiui, monitoriui su kineskopu siunčiami analoginiai signalai, sinchronizuojantys elektronų spindulio skleidimą (vaizdo piešimą), ir spindulio intensyvumą valdantys signalai. Kuo intensyvesnis spindulys, tuo ryškiau švyti jo žadinamas ekrano liuminoforas. Plokščiajam matriciniam monitoriui valdyti siunčiami skaitmeniniai signalai, nurodantys piešiamo taško koordinatę ir jo švytėjimo intensyvumą.
Grafikos sistema apdoroja iš programų ir operacijų sistemos gaunamus duomenis bei komandas, rezultatus įrašo į vaizdo atmintinę (vRAM), paverčia juos analoginiais spalvų signalais ir kartu su valdymo signalais perduoda monitoriui. Pirmųjų grafikos sistemų paskirtis buvo iš pagrindinio procesoriaus gautus duomenis pritaikyti monitoriui valdyti. Didėjant ekrano taškų, spalvų skaičiui, buvo sukurti valdomi grafikos procesoriai (Graphics Processor), kurie atlieka daug skaičiavimų ir laiko reikalaujančias operacijas. Nuo grafikos sistemos ir monitoriaus kokybės labai priklauso kompiuterio poveikis darbuotojo sveikatai. Mirgantis ar neaiškus vaizdas ekrane labai kenkia akims ir vargina.
8.3 ARCHITEKTŪRA
Grafinė sistema iš esmės yra multiprocesorinė sistema – joje veikia centrinis kompiuterio procesorius (CPU) ir grafikos spartintuvo procesorius (Graphics Processing Unit – GPU). Kiekvienas jų atskirai gali būti traktuojamas kaip multiprocesorinė sistema: CPU turi atskirus funkcinius įtaisus ir/arba HyperThreading; GPU turi viršūnių, fragmentų apdorojimo įtaisus ir t.t.
Taip pat grafinėje sistemoje yra keletas atmintinės tipų: pagrindinė kompiuterio atmintinė (System RAM), pagrindinės atmintinės AGP dalis (AGP RAM) ir grafikos spartintuvo atmintinė (Vaizdo RAM – VRAM). Tarp atmintinės ir procesoriaus yra keleto lygių spartinančioji atmintinė (GPU viduje – ir tarp atskirų sub-procesorių).
Kai kurios GPU skaičiavimų dalys yra superkonvejerizuotos, su labai ilgu konvejeriu (pvz., keletas tūkstančių vaizdo taškų gali būti įvairiose apdorojimo stadijose vienu metu). kortoje
CPU skaičiuoja tai, ko negali GPU, taip pat kontroliuoja GPU darbą. Taikomoji programa kontroliuoja darbą gana aukštame lygyje per naudojamą 3D biblioteką (Direct3D arba OpenGL). 3D biblioteka naudoja grafinio spartintuvo tvarkykles, kurios tvarko spartintuvo komandų buferius, konvertuoja resursų formatus, ir kontroliuoja spartintuvą pačiame žemiausiame lygyje; šis lygmuo taikomosioms programoms neprieinamas (t.y. spartintuvas programuojamas tik per 3D biblioteką).
RAM saugomi taikomajai programai reikalingi duomenys bei spartintuvo tvarkyklei reikalingų duomenų dalis. Tarp RAM ir CPU esantis pralaidumas priklauso nuo konkrečių RAM/CPU modelių ir greičių, bet paprastai neviršija 4-6 GB/s.
Informacijos perkėlimo į ekraną procesą supaprastintai galima įsivaizduoti taip:
1. Programa nurodo, ką vaizduoti.
2. Kompiuterio operacijų sistema "nusprendžia", kokias operacijas gali atlikti grafikos sistema, o kokias turės atlikti pagrindinis procesorius. Grafikos sistemai perduodamos tos vaizdavimo operacijos, kurias ji sugeba atlikti, pavyzdžiui, monitoriaus skleistinės valdymas, simbolių ir geometrinių figūrų generavimas, objektų transformavimas.
1. Programa nurodo, ką vaizduoti.
2. Kompiuterio operacijų sistema "nusprendžia", kokias operacijas gali atlikti grafikos sistema, o kokias turės atlikti pagrindinis procesorius. Grafikos sistemai perduodamos tos vaizdavimo operacijos, kurias ji sugeba atlikti, pavyzdžiui, monitoriaus skleistinės valdymas, simbolių ir geometrinių figūrų generavimas, objektų transformavimas.
3. Parengta vaizdo informacija įrašoma į vRAM.
4. Grafikos sistemoje, kuri skirta vaizduokliams su kineskopu, iš vRAM gaunami skaitmeniniai vaizdo signalai paduodami į skaitmeninį-analoginį keitiklį (RAMDAC).
4. Grafikos sistemoje, kuri skirta vaizduokliams su kineskopu, iš vRAM gaunami skaitmeniniai vaizdo signalai paduodami į skaitmeninį-analoginį keitiklį (RAMDAC).
Nuo keitiklio tikslumo priklauso maksimalus spalvų skaičius, kurį galima gauti ekrane, o nuo veikimo spartos (dažnio) - per sekunde, perduodamų vaizdo kadrų skaičius ir vaizdą sudarančių taškų skaičius. Plokštiesiems vaizduokliams valdyti RAMDAC nereikia.
Kuo talpesnė vRAM, tuo iš daugiau taškų sudarytą ir spalvingesni vaizdą galima matyti ekrane. Žinome, kad spalvoto vaizdo tašką ekrane sudaro trys įvairiais intensyvumais švytintys R, G ir B liuminoforų taškai (triados). Jeigu kiekvieno triados taško švytėjimas valdomas = 8 vaizdo taško vienu bitu (švyti arba nešvyti), galima gauti 2 atspalvius. Jeigu vaizdą sudaro 800 X 600 taškų, visam vaizdui įsiminti reikės 800 x 600 X 3 = 1440000 bitų arba 176 KB talpos vRAM. Jeigu ekrano skiriamąją gebą padidinsime iki 1 024 X 768 taškų, reikės 288 KB talpos vRAM. Vaizdo priklausomybė nuo vRAM talpos parodyta lentelėje:
Lentelė 8.1. VRAM talpa ir spalvų skaičių eilutė
Skiriamoji geba
|
vRAM talpa ir spalvų skaičius
| ||||
512 KB
|
1 MB
|
2MB
|
4MB
|
6MB
| |
640 x 480
|
256
|
16700000
|
16700000
|
16700000
|
16700000
|
800 x 600
|
256
|
65536
|
16700000
|
16700000
|
16700000
|
1024 x 768
|
16
|
256
|
65536
|
16700000
|
16700000
|
1280 x 1024
|
2
|
16
|
256
|
16700000
|
16700000
|
Ne taip seniai pakako dvimatės (2D) grafikos. 3D grafika atsirado siekiant sukurti vis įtaigesnes, realiau apipavidalintas žaidimų programas. Realiam vaizdui generuoti ir animuoti reikia labai daug sudėtingų operacijų, kurias atlieka itin spartūs 3D grafikos procesoriai.
Trimačio vaizdo generavimą sudaro keturi etapai: transformavimo, apšvietimo, parengimo ir vaizdavimo. Transformuojant skaičiuojami objektu judesio, sukimo ir kitokie pokyčiai. Skaičiuojant apšvietimą randama, kaip atskiri šviesos šaltiniai apšviečia sceną ir objektus. Parengimo metu iš daugiakampių (dažniausiai trikampių) sukuriami objektų karkasai. Vaizduojant objektai padengiami reikiamomis dangomis, sukuriami visi objektų taškai ir šešėliai.
Atliekant šias operacijas tenka saugoti gana daug tarpinių duomenų, todėl sparčiųjų 3D sistemų atmintinės yra gerokai talpesnės negu reikėtų jau sugeneruotam vaizdui saugoti. Kuo daugiau išvardytų operacijų atlieka 3D procesorius, tuo daugiau laiko pagrindinis kompiuterio procesorius turi savo tiesioginėms funkcijoms vykdyti.
Monitoriaus ekrane teksto ženklai ir vaizdai yra formuojami iš taškų matricos. Taškų matricos yra vadinamos vaizdo elementais (pikseliais). Vaizdo elementų skaičius ekrane vadinamas skiriamąja geba – tai ekrano taškų, telpančių vertikalia ir horizontalia kryptimi, skaičiaus sandauga. Ją nusako formuojamo ekrano taško dydis. Kuo didesnė skiriamoji geba, tuo aiškesnis kontūras, geresnis vaizdo matomumas ekrane.
Monitorius ir vaizdo plokštė gali dirbti dviem būdais:
• Tekstiniu AN (Alphanumeric)
• Grafiniu APA (All Points Adressable)
Dirbant tekstiniu būdu ekranas suskirstomas eilutėmis (25) ir stulpeliais (80), o vieną simbolio poziciją sudaro taškelių (pikselių) matrica.
Grafiniu būdu galima atskirai valdyti kiekvieną pikselį ir vaizduoti įvairias geometrines figūras. Kuo daugiau telpa pikselių ekrane, tuo didesnė jo skiriamoji geba.
Grafiniai elementai sudaromi iš įvairiaspalvių taškų. Galimas dvejopas jų aprašymas – vektorinis ir rastrinis:
· Vektoriniu būdu vaizduojamą piešinį sudaro atkarpų (vektorių) rinkinys. Šiuo atveju piešinio kompiuterinis kodas bus informacija apie jį sudarančius vektorius, t.y. vektorių pradžios ir pabaigos taškų koordinatės, atspalvis. Tarpinių vektoriaus taškų koordinatės bus suskaičiuojamos.
· Rastriniu (matricinis, pilno užpildymo) būdu vaizduojamo piešinio kodą sudaro informacija apie visų taškų spalvingumą.
8.4. 3D OBJEKTŲ PROJEKTAVIMO IR ATVAIZDAVIMO ETAPAI
Tam, kad sudėtingas erdvinis vaizdas pasirodytų ekrane, kompiuteris turi išspręsti aibę geometrinių užduočių ir atlikti begales matematinių operacijų. 3D objektų projektavimo ir atvaizdavimo ekrane eigą galima suskirstyti į kelis žingsnius:
1. Skaidymas
Visų trimačių objektų paviršiai suskaidomi į daugiakampius , dažniausiai – į trikampius. Taip žymiai sumažėja 3D scenos aprašymui reikalingas informacijos kiekis ir supaprastinami būsimieji skaičiavimai. Kiekvieno trikampio padėtis erdvėje apibrėžiama trimis taškais, kiekvienas kurių turi tris koordinates (x, y, z). kiekvienas taškas gali turėti savo spalvą bei skaidrumą apibūdinančias vertes. Kartais trikampiams priskiriamas ir paviršiaus atspindžio koeficientai.
2. Geometrinės transformacijos
Visų 3D objektų (trikampių) koordinatės paskaičiuojamos, atsižvelgiant į tai, kur yra stebėjimo taškas.
3. Apšviestumo skaičiavimai
Apskaičiuojamas objektų apšviestumas. Atsižvelgiant į šviesos šaltinių bei objektų tarpusavio padėtį, apšviestumo reikšmę įgauna kiekvienas trikampio kampas.
4. Rastrinio vaizdo kūrimas
Šis etapas reikalauja daugiausia skaičiavimų ir būtent juos atlieka trimatis akseleratorius. Šis etapas atitinkamai skaidomas į žingsnius:
a) konvertavimas į dvimatę grafiką,
b) nematomų plokštumų pašalinimas,
c) paviršių padengimas bei atsižvelgimas į geometrinę perspektyvą,
d) briaunų sugludinimas, atspindžiai, šešėliai.
Po šio etapo tekstūros ir objektų geometrinės koordinatės iš kompiuterio RAM
5. Vaizdo pateikimas
Viena iš tokių plokščių pavyzdžiui yra AGP (Accelerated Graphics Port), kuri žymiai gali pakelti kompiuterio grafinės sistemos produktyvumą . AGP leidžia vaizdo adapteriui tiesiogiai naudotis kompiuterio operatyviąja atmintine. Galingos grafinio projektavimo sistemos, žaidimai bei virtualios realybės programos reikalauja maksimalaus kompiuterio grafinės sistemos našumo ir sukelia intensyvų duomenų srautą iš kompiuterio RAM atmintinės sąlyginai lėta PCI magistrale į vaizdo adapterį ir atgal. AGP technologija pašalina šį siaurą “butelio kaklelį”. AGP specifikacija aprašo du duomenų pasiėmimo iš RAM
1.Nuoseklus (DMA Transfer Mode): iš pradžių grafinis adapteris pasiima iš operatyviosios atmintinės visas reikalingas tekstūras, o po to kuria trimatį vaizdą.
2. Execute Transfer Mode: šiuo atveju akceleratorius pradeda kurti vaizdą ir parsisiunčia tekstūras tuomet, kai jų prireikia.
Antrasis būdas leidžia pasiekti geresnius rezultatus, kadangi grafinis procesorius dirba ir tuo metu, kai per AGP siunčiami nauji duomenys.
Šios dienos grafikos plokščių spartos reikalavimus atitinka naujo standarto 16 kanalų PCI-express magistralė.
8.5. VAIZDO PLOKŠČIŲ TIPAI
Vaizdą monitoriuje formuoja vaizdo plokštės. Šiuo metu yra virš 30 įvairių vaizdo plokščių tipų bei modifikacijų, kurios skiriasi konstrukcija, parametrais bei standartais. Paminėsime keletą iš jų:
· MDA (Monochrome Display Adapter) – sukurtos IBM firmoje, galėjo vaizduoti tik dvi spalvas: žalią ir juodą arba baltą ir juodą. Dirbo tik tekstiniu būdu. Praktiškai jau nebenaudojama.
· CGA (Color Graphics Adapter) – sukūrė taip pat IBM, kad galima būtų vaizduoti grafinę ir spalvotą informaciją. Užtikrina dviejų spalvų 640x200 skiriamosios gebos ir 320x200 skiriamosios gebos keturių spalvų vaizdą. Praktiškai taip pat jau nebenaudojama.
· HGC (Hercules Graphics Card) vaizdo plokštę sukūrė firma Hercules. Užtikrina 720x348 skiriamąją gebą grafiniu būdu. Galima dar sutikti labai senuose kompiuteriuose.
· EGA (Enhanced Graphics Adapter) – tai pirmoji vaizdo plokštė, leidžianti patogiai derinti skiriamąją gebą ir spalvas (16 spalvų). Tipinės EGA plokštės skiriamoji geba 640x350.
· VGA (Vaizdo Graphics Array) – vaizdo plokštės pasirodė 1987 metais IBM firmoje ir iki šiol laikomos standartinėmis. Sukurtos naujos VGA plokščių modifikacijos:
o SVGA (Super VGA) – standartinė skiriamoji geba 800x600 taškelių. Spalvų skaičius, priklausomai nuo vaizdo atmintinės dydžio gali būti:
o 16 spalvų – 256 KB;
o 256 atspalviai – 512 KB;
o 65536 atspalviai (16 bitų) – High Color režimas;
o 16,7 milijono atspalvių (32 bitai) True Color režimas.
o HiRes VGA modifikacija – didelės skiriamosios gebos standartas, kuriame skiriamoji geba siekia 1024x768 ir daugiau.
Grafiniai spartintuvai (Accelerators) – atskira plokštė arba centrinio procesoriaus dalis, turinti nuosavą specializuotą procesorių, naudojamą sudėtingiems taškų ir grafinių objektų, tame tarpe ir trimačio vaizdo (3D), vaizdams apskaičiuoti.
.6. TRIMAČIO VAIZDO SPARTINTUVO DARBAS
Vaizdo plokštė yra kompiuterio įrenginys, apdorojantis vaizdo medžiagą (matematinius skaičiavimus atlieka procesorius, padedamas atmintinės) ir siunčiantis ją tiesiai į monitorių, tad už tai, ką matote monitoriuje, yra atsakinga vaizdo plokštė.
Įprastas trimačio vaizdo spartintuvas – specialios paskirties plokštė, dedama į asmeninį kompiuterį. Trimačio vaizdo spartintuvas atlieka šiuos dalykus:
· Vaizduoja trikampius. Trikampis pasirinktas kaip universaliausia ir patogiausia skaičiavimams trimatės erdvės figūra, sudėtingesnės figūros susideda iš daugelio atskirų trikampių. Trikampį sudaro trys viršūnės, nusakomos kokiais nors duomenimis (pvz., 3D pozicija, paviršiaus normalės vektoriumi, ir t.t.). Viršūnių apdorojimą (transformavimą) galima programuoti (vertex shader).
· Trikampius padengia tekstūromis, ir atlieka programuojamus skaičiavimus kiekvienam vaizduojamam taškui (pixel shader).
· Atlieka neprogramuojamas operacijas: tekstūrų filtravimą, Z-buferizaciją, perspektyvos skaičiavimą, ekrano taškų “suliejimą”, trikampių suskaidymą ir t.t.
Trimačio vaizdo spartintuvas “savaime” neatlieka tokių skaičiavimų, kaip šešėliai, atspindžiai, modelių animacija ir t.t. – visa tai išreiškiama tekstūruotais trikampiais. Pagrindinė spartintuvo paskirtis – trimatė grafika, tačiau jį galima panaudoti ir su grafika nesusijusiose srityse.
Grafikos sistemoje būna: lustas su vaizdo sistemos BIOS; taktinių impulsų generatorius, kuris formuoja impulsus, reikalingus vaizdo sistemai valdyti ir sinchronizuoti; vaizdo atmintinė (vRAM - vaizdo RAM)); grafikos procesorius, generuojantis dvimačius (2D) ir trimačius (3D) vaizdus: televizinio signalo procesorius, kuris monitoriui valdyti skirtus signalus paverčia televiziniu vaizdo signalu; MPEG dekoderis.
Grafikos procesoriuje būna integruoti pagrindiniai programuojamieji vaizdo sistemos elementai, skaitmeninis-analoginis keitiklis (RAMDAC- Read Access Memory Digital to Analog Converter), paverčiantis iš vRAM ateinančius skaitmeninius signalus analoginiais signalais monitoriui su kineskopu valdyti.
Grafikos sistemos darbo sparta priklauso nuo grafikos procesoriaus, kurio darbo sparta paprastai yra didesnė nei pagrindinio procesoriaus, vaizdo atmintinės talpos bei spartos, skaitmeninio-analoginio keitiklio veikimo spartos ir tvarkyklės (driver) tobulumo.
Svarbiausia vaizdo plokštės dalis yra jos procesorius, kurio darbo paskirtis tokia pat (arba labai panaši), kaip pagrindinio kompiuterio procesoriaus – apdoroti duomenis. Vaizdo plokštės procesoriaus dažnis irgi matuojamas megahercais (MHz) ir svyruoja (įvairiuose vaizdo plokščių modeliuose) nuo 200 iki 600MHz ir daugiau. Į vaizdo plokštės procesorių ir iš jo duomenys „teka“ magistrale, kurios plotis matuojamas bitais. Magistralės plotis yra daug svarbesnė vaizdo plokštės našumą nusakanti dalis, nei atmintinės talpa išreikšta megabaitais. Tad jų skaičius turi būti lygus (128MB ir 128bit; 256MB ir 256bit) arba didesnis (64MB ir 128bit; 128MB ir 256bit). Blogai, kai atmintinės talpos megabaitų daugiau nei magistralės pločio bitų. Labai gerai, kai bitų skaičius yra 256bit (šiuo metu maksimumas); 128bit jau tapo norma paprastam kompiuteriui, arba minimumu, norint žaisti žaidimus.
Kita irgi svarbi vaizdo plokštės dalis - pikseliniai konvejeriai (pipelines). Jie atsako už tekstūras monitoriaus ekrane, tad kuo daugiau pikselinių konvejerių, tuo greičiau keičiasi tekstūros ir vaizdo plokštė geriau dirba. Kol kas jų yra daugiausiai 16 vienoje vaizdo plokštėje (su tiek konvejerių vaizdo kortos skirtos žaisti žaidimus arba dirbti su labai didelio sistemos galingumo reikalaujančiomis grafikos programomis
Paskutinė vaizdo plokštės dalis - atmintinė, kurios našumą nusako net keturi (pagrindiniai) veiksniai:
1) talpa, matuojama megabaitais
2)dažnis, matuojamas megahercais
3) gaminimo technologija: DDR, DDR2, GDDR3
4) atmintinės atsako laikas, matuojamas ns.
GPU atlieka grafikos skaičiavimus: surenka viršūnių duomenis, jas transformuoja, paruošia trikampius, interpoliuoja jų parametrus, apdoroja vaizduojamus taškus ir t.t.
Viršūnių duomenys, tekstūros, apdorojimo programos ir kiti duomenys laikomi VRAM. Pagrindinė RAM ir VRAM sujungtos vienakrypte (RAM->VRAM) magistrale AGP (Accelerated Graphics Port), kurios pralaidumas būna 1 GB/s (AGP4x režimas) arba 2 GB/s (AGP8x). Tarp GPU ir VRAM esantis pralaidumas siekia 20 GB/s ir daugiau (naudojamos labai plačios magistralės, pvz. 256 bitų).
Veiksmai ir duomenų srautai GPU
GPU atliekamus skaičiavimus galima išskaidyti į dvi dalis – geometrinius skaičiavimus, kurie vyksta trikampių viršūnių lygyje, ir taškinius skaičiavimus, kurie vyksta taškų (fragmentų) lygyje. Terminas “fragmentas” naudojamas todėl, kad apdorojimo vienetas nėra tik taškas – be spalvos, jis taip pat turi ir gylio informaciją, ir t.t..
Iš apdorotų viršūnių surenkami trikampiai, ir rasterizuojami jų fragmentai. Apdoroti fragmentai gali būti atmetami keletu testų, ir galų gale surašomi į aktyvią “imtuvo” matricą.
Viršūnių ir fragmentų apdorojimo įtaisai bei programos angliškai vadinamos “vertex shader” ir “pixel shader”, trumpų lietuviškų vertimų šiuo metu dar nėra.
Viršūnių apdorojimas
Kiekviena viršūnė apdorojama programuojamame įtaise. Į įvesties registrus surenkami viršūnės duomenys iš atskirų srautų, programa atlieka skaičiavimus iš jų ir “konstantų” registrų, ir surašo rezultatus į tam skirtus registrus. Konstantų registrai prieinami taikomajai programai, juose saugomi skaičiavimams reikalingi duomenys, kurie yra bendri visai apdorojamų viršūnių porcijai. Grafikoje dažnai tai būna transformavimo matricos, šviesos šaltinių spalvos ar kryptys, ir t.t. Rezultatų registruose yra specialios paskirties registrai (galutinei viršūnės pozicijai 4D homogeninėje erdvėje, keletas kitų) bei keletas bendros paskirties “tekstūrų koordinačių” registrų, kurių reikšmės bus interpoliuojamos vaizduojamame trikampyje.
2.0 versijos viršūnių apdorojimo įtaiso specifikacija:
· iki 256 SIMD instrukcijų programa,
· ciklai ir sąlyginiai perėjimai tik pagal loginių konstantų registrus,
· 16 įvesties registrų (4D float vektoriai),
· 12 laikinųjų registrų (4D float),
· bent 256 konstantų registrai (4D float)
· vienas 4D float konstantų adresavimo registras,
· 16 loginių konstantų registrų,
· 16 sveikųjų konstantų registrų (4D int),
· vienas ciklo skaitliukas,
· išvesties registrai: 4D pozicija, du spalvos registrai, 8 tekstūrų koordinačių registrai, t.t.
Atskiros viršūnės apdorojamos nepriklausomai, todėl lengvai padidinamas našumas tiesiog duplikuojant apdorojimo įtaisus. Pvz., R300 GPU turi keturis atskirus viršūnių apdorojimo įtaisus, pilnai įvykdančius SIMD + skaliarinę operaciją per vieną taktą. Veikiant 400MHz dažniu, gaunama 14.4 GFLOPS galia vien iš viršūnių apdorojimo įtaisų; galima apdoroti iki 400 milijonų viršūnių per sekundę (priklausomai nuo apdorojimo programos sudėtingumo).
Trikampių paruošimas, interpoliavimas
Po viršūnių apdorojimo atliekami neprogramuojami veiksmai: homogeninis dalinimas (perspektyvai), trikampių formavimas, atkirtimas, trikampių paruošimas ir jų atributų interpoliavimas. Galų gale kiekvienam trikampiui yra rasterizuojami jo taškai (fragmentai).
Fragmentų apdorojimas
Fiziškai fragmentų apdorojimo įtaisai sugeba atlikti tik keleto instrukcijų ilgio programas, po kurių fragmentų duomenys arba vėl patenka į apdorojimą su nustatytomis paskesnėmis instrukcijomis (loopback), arba įrašomi į tam skirtus buferius ir apdorojimas atidedamas vėlesniam laikui (pvz., kol skaitomi tekstūrų duomenys). Galutiniai fragmentų apdorojimo rezultatai – spalvos – kaupiami eilėse ir į atmintinę surašomi blokais.
Speciali logika užtikrina semantinį teisingumą, pvz., kartais būtina, kad vieno trikampio fragmentai būtų surašyti prieš kito trikampio fragmentus. Tačiau ši logika gana paprasta, čia nekyla įprastiems CPU būdingos konfliktinės situacijos (pvz., niekada nėra rašoma į tą atmintinės vietą, iš kurios gali būti skaitoma).
Loginiame lygmenyje, kiekvienas fragmentas apdorojamas jo programa. Programa turi priėjimą prie įvesties registrų ir tekstūrų skaitymo įrenginių, ir turi apskaičiuoti galutinius fragmento duomenis (spalvas ir gylio reikšmę) . Žr. pav.8.3.
2.0 versijos fragmentų apdorojimo įtaiso specifikacija:
· iki 96 instrukcijų programa (64 SIMD aritmetinės + 32 tekstūrų skaitymo),
· 8 įvesties registrai
· 12 laikinųjų registrų
· 32 konstantų registrai
· 16 tekstūrų skaitymo pseudo-registrų;
· išvesties registrai
Daug fragmentų apdorojama ta pačia programa ir tomis pačiomis konstantų reikšmėmis (SPMD – Single Program Multiple Data). Beveik visos instrukcijos yra vektorinės (SIMD), daugelis registrų yra slankaus kablelio, po keturias komponentes (4D).
Atskiri fragmentai apdorojami nepriklausomai, todėl lengvai padidinamas našumas tiesiog duplikuojant apdorojimo įtaisus. Pvz., R300 GPU turi aštuonis atskirus fragmentų apdorojimo įtaisus, pilnai įvykdančius SIMD+skaliarinę+tekstūros operaciją per vieną taktą. Veikiant 400MHz dažniu, gaunama 32.0 GFLOPS galia vien iš fragmentų apdorojimo įtaisų (tiesa, R300 fragmentų lygyje aritmetinės operacijos atliekamos su 24 bitų slankaus kablelio skaičiais, o ne įprastais 32 bitų IEEE float).
Tekstūrų skaitymas
Tekstūros – įvairių formatų lenteline forma išreikštos funkcijos. Trimatėje grafikoje dažnai jos atitinka paviršių “paveiksliukus” (bet nebūtinai). Tekstūros gali būti dvimatės (matrica, arba dviejų kintamųjų funkcija), trimatės (volume - tūriniai duomenys, arba trijų kintamųjų funkcija), bei kubo išklotinės tekstūros (cubemap - projekcinėje kubo paviršiaus erdvėje išreikšta funkcija). Tekstūros elementai (texels – “tekseliai”, analogija su “pikseliais”) paprastai būna 1, 2 ar 4 elementų vektoriai; vektoriaus komponentės slankaus kablelio (16 ar 32 bitų) arba fiksuoto kablelio (4, 8, 16 ar 32 bitų).
Spalvų įrašymas
Galų gale fragmentų apdorojimo rezultatai, jeigu nėra atmetami įvairių testų (gylio/kaukės testas, t.t.), įrašomi į aktyvias “imtuvo” matricas (render targets). Imtuvo matricos gali būti ir įprastų tekstūrų dalys, t.y. apdorojimo rezultatai gali būti naudojami vėliau, kaip tekstūros duomenų šaltinis. Taip lengvai galima realizuoti daugelį vaizdų ar srautų apdorojimo bei matricinio skaičiavimo algoritmų.
Kas liko nepaminėta
GPU atlieka ir kai kurias kitas operacijas: gali automatiškai suskaidyti trikampius į smulkesnius (pagal Bezjė paviršiaus kontrolinius taškus arba N-Patch skaidymo schemą), taupant atmintinės pralaidumą kompresuoja spalvų/gylio bei tekstūrų informaciją, naudoja hierarchinius matomumo nustatymo metodus, automatiškai “sulieja” pikselių spalvas (multi-sampling anti aliasing) ir t.t.
Spartintuvo panaudojimas
Kompiuteriniai žaidimai/grafika
Praktiškai visi šiuolaikiniai kompiuteriniai žaidimai naudoja trimačio vaizdo spartintuvą – jie ir yra pagrindinė spartintuvų buvimo priežastis. Interaktyvios trimačio modeliavimo ar virtualios realybės programos taip pat dažnai naudojasi spartintuvu.
Vektoriniai/srautiniai skaičiavimai
Neseniai atsirado galimybė programuoti spartintuvo atliekamas operacijas, taip pat atlikti slankaus kablelio skaičiavimus kiekvienam taškui. Tai ir “pigi” skaičiuojamoji galia tapo gana patraukliais faktoriais kai kuriems “rimtiems” skaičiavimams. Ypač gerai spartintuvas tinka vaizdų apdorojimui, tankių (dense) matricų skaičiavimams, tūrinių duomenų vaizdavimui ir apdorojimui (medicinoje), reakcijos/difuzijos problemoms ir t.t. Kūrybingai panaudojant spartintuvo galimybes, realizuojami ir iš pirmo žvilgsnio netinkami algoritmai – spindulių trasavimas, susidūrimų tikrinimas, retų(sparse) matricų aritmetika, dalinių išvestinių lygčių sistemų sprendimas, fotonų srautų skaičiavimai ir t.t.
GPU panaudojimo atvejų, straipsnių ir ataskaitų archyvas yra “General Purpose Computation Using Graphics Hardware” Interneto puslapyje: http://www.gpgpu.org
8.7. GRAFIKOS SPARTINTUVŲ PLOKŠTĖS IR JŲ CHARAKTERISTIKOS
Pagrindinės vaizdo spartintuvų sudėtinės dalys: grafikos procesorius,vaizdo atmintinė. VRAM dydis šiuo metu būna 128-256 MB. Paprastai atmintinė veikia apie 300MHz (600MHz efektyvus) dažniu.
Magistralė, jungianti GPU su VRAM, būna 256 bitų pločio – taip pasiekiamas apie 20GB/s pralaidumas. Paprastai naudojamas 4 krypčių skersinis (crossbar) atmintinės valdiklis.
Likusios spartintuvo dalys: skaitmeninis-analoginis konverteris (DAC), skaitmeninio vaizdo išvadai, MPEG dekoderis, aušintuvas ir t.t.
Pagrindiniai vaizdo plokštės komponentai (8.4. pav.)
Svarbiausi trimatės grafikos vertinimo kriterijai yra sparta Sparta sparta
Įprasto PC ir trimačio vaizdo spartintuvų palyginimas. Tikslaus palyginimo atlikti neįmanoma, nes spartintuvas visgi nėra bendros paskirties skaičiavimų įrenginys; be to, jo veikimui reikalingas pats kompiuteris.
Lentelė 8.2. Įprasto PC ir trimačio vaizdo spartintuvo palyginimas
Parametrai
|
PentiumIV
2.8GHz
DDR 400MHz
256MB
|
Radeon 9700
275MHz
DDR 270MHz
128MB
|
Radeon 9800 Pro
380MHz
DDR 340MHz
128MB
|
Tranzistorių, mln.
|
55
|
103
|
107
|
RAM sparta, GB/s
|
6.4
|
17.3
|
21.8
|
Skaičiavimo našumas, GFLOPS
|
11.2
|
31.91
|
44.11
|
Galios-kainos santykis, MFLOPS/Lt
|
9.18
|
34.67
|
32.19
|
1 Galia iš pilnai programuojamų įrenginių. Tekstūrų filtravimo, interpoliavimo ir kitos operacijos neįtrauktos.
Pagrindinių plokščių charakteristikos ir konkrečių plokščių parametrai pateikti 8.3. lentelėje.
Lentelė 8.3. Vaizdo plokščių SU PCI express jungtimi lyginamoji lentelė
Savybė
|
Reikšmė
| |||
PRODUKTO PAVADINIMAS
|
Asus X1800 XT TOP PCI-E 512M DUAL DVI VIVO
|
Asus X800 XL PCI-E 256MB DUAL DVI
|
Asus N7800GTX/2DHTV 7800GTX/256MB DDR3-1.6/PCI-E/256-bit
|
CLUB 3D GF 6800 GS PCI-E 256MB GDDR-3 256BIT
|
PRODUKTO KODAS
|
EAX1800XT TOP/2DHTV/
|
EAX800XL/2DTV/256M
|
N7800GTX/2DHTV
|
CGNX-GS686
|
ATMINTINĖ
|
512 MB
|
256 MB
|
256 MB
|
256 MB
|
LUSTAS
|
ATI RADEON X1800 XT
|
ATI RADEON X800 XL
|
GeForce™ 7800 GTX
|
NVIDIA GEFORCE FX 6800 GS
|
AUŠINIMAS
|
VENTILIATORIUS
|
VENTILIATORIUS
|
VENTILIATORIUS
|
VENTILIATORIUS
|
ATMINTINĖS TECHNOLOGIJA
|
GDDR-3 -1.2
|
DDR SDRAM
|
DDR3 -1.6
|
GDDR-3
|
MAGISTRALĖ
|
PCI Express
|
PCI Express
|
PCI Express
|
PCI Express
|
RAMDAC (MHz)
|
2 X 400 MHZ
|
2 X 400 MHZ
|
2 X 400 MHZ
|
2 X 400 MHZ
|
SKLEISTINĖS DAŽNIS (max. raiška)
|
85 Hz
|
85 Hz
|
85 Hz
|
85 Hz
|
TAKTINIS DAŽNIS (LUSTO) MHz
|
700 MHz
|
400 MHz
|
430MHz
|
425 MHz
|
MAKS. REZOLIUCIJA
|
2048x1536
|
2048 x 1536
|
2048 x 1536
|
2048x1536
|
TAKTINIS DAŽNIS (ATMINTINĖS) MHz
|
1.6 GHz
|
980 MHz
|
1.2 GHz
|
1.0 GHz
|
VAIZDO PLAYBACK
|
MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4,
|
MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4,
|
MPEG-4,MPEG-1,MPEG-2,
|
MPEG-4,MPEG-1,MPEG-2,
|
RENDERING PIPELINES (pakopos)
|
16
|
16
|
24
|
12
|
DVD PALAIKYMAS
|
PROGRAMINĖ ĮRANGA
|
PROGRAMINĖ ĮRANGA
|
PROGRAMINĖ ĮRANGA
|
PROGRAMINĖ ĮRANGA
|
OPERACINĖS SISTEMOS
|
Windows 2000,Windows
|
Windows 2000,Windows XP
|
Linux,Windows 2000,Windows ME,
|
Windows 2000,
|
PALAIKOMŲ DISPLĖJŲ KIEKIS
|
2 X VGA/DVI & TV-OUT
|
2 X VGA/DVI & TV-OUT
|
2 X VGA/DVI & TV-OUT
|
1 X VGA & 1 X DVI/VGA & TV-OUT
|
IŠVESTIES JUNGTYS
|
VAIZDO ĮĖJIMAS / IŠĖJIMAS,HDTV TV-Out,S-VAIZDO,
|
VAIZDO IN/OUT,S-VAIZDO,
|
VAIZDO ĮĖJIMAS / IŠĖJIMAS,S-VAIZDO,
|
HDTV TV-Out,S-VAIZDO,
|
ATMINTINĖS sąsaja (BIT)
|
256
|
256
|
256
|
256
|
Orientacinė kaina (LT)
|
2 092,59
|
959,62
|
1 455,27
|
748,01
|
Lentelė 8.4. Vaizdo plokščių SU AGP jungtimi lyginamoji lentelė
PLOKŠTĖ |
NVIDIA GeForce FX 5700 Ultra
|
ATI Radeon 9600 XT
|
NVIDIA GeForce FX 5900XT
|
ATI Radeon 9800 Pro
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
Procesorius
|
NV36
|
RV360
|
NV35
|
R350
|
Procesoriaus skiltiškumas
|
256 bitai
| |||
Gamybos technologija
|
0,13 μm
|
0,15 μm
| ||
Tranzistorių kiekis
|
~82 mln.
|
~75 mln.
|
~130 mln.
|
~107 mln.
|
Atmintinės plotis
|
128 bitai (DDR II) / 128 bitai (DDR III)
|
128 bitai (DDR I)
|
256 bitai (DDR I)
|
256 bitai DDR I / DDR II
|
Atmintinės sparta
|
14,4 GB/s
|
9,6 GB/s
|
22,4 GB/s
|
21,8 GB/s
|
Pikselių užpildymo sparta
|
1,9 Gigapikselių/s
|
2,0 Gigapikselių/s
|
-
|
3,04 Gigapikselių/s
|
AGP magistralė
|
1x/2x/4x/8x
| |||
Vaizdo atmintinė
|
128/256 МB
| |||
Procesoriaus dažnis
|
475 MHz
|
500 MHz
|
390 MHz
|
380 MHz
|
Atmintinės dažnis
|
450 MHz (900 DDR)
|
300 MHz (600 DDR)
|
350 MHz (700 DDR)
|
340 MHz (680 DDR)
|
Pikselinių konvejerių kiekis
|
4 (2)
|
4
|
8 (4)
|
8
|
Viršūnių apdorojimo procesorių kiekis
|
3
|
2
|
3
|
4
|
Tekstūrų kiekis vienam konvejeriui
|
1 (2)
|
1
|
1 (2)
|
1
|
Tekstūrų kiekis vienam tekstūrų blokui
|
16
|
8
|
16
|
8
|
Viršūnių apdorojimo programos versija
|
2.0+
|
2.0
|
2.0+
|
2.0
|
Pikselių apdorojimo programos versija
|
2.0+
|
2.0
|
2.0+
|
2.0
|
Vaizdo glotninimo režimai
|
Multidiskretizacija
max 4x Mišrūs režimai max 8x |
Multidiskretizacija
max 6x |
Multidiskretizacija
max 4x Mišrūs režimai max 8x |
Multidiskretizacija
max 6x |
Anizotropinė filtracija
|
2/4/8x
|
2/4/8/16x
|
2/4/8x
|
2/4/8/16x
|
Optimizatoriai
|
IntelliSample HCT, CineFX 2.0, Ultrashadow I
|
Hyper Z III+
SmartShader 2.0 SmoothVision 2.1 |
IntelliSample HCT, CineFX 2.0, Ultrashadow I
|
Hyper Z II+
SmartShader 2.0 SmoothVision 2.1 |
DirectX
|
9.0
| |||
Daugeliu atveju pateikiamos glaustenės formos plokščių charakteristikų lentelės. Siekiant sulyginti skirtingų plokščių galimybes jos testuojamos tam skirtais testais (žr. 9 temą)
Lentelė.8.5. Testuojant įvertintos vaizdo plokštčių charakteristikos
PLOKŠTĖ
|
Asus Radeon 9800XT
|
Sapphire Radeon 9800XT
|
Sparkle GeForce FX 5950 Ultra Platinum
|
Leadtek WinFast A380UltraTDH MyVIVO
|
Vaizdo procesorius
|
ATI Radeon 9800XT
|
ATI Radeon 9800XT
|
nVidia GeForce FX 5950 Ultra
|
nVidia GeForce FX 5950 Ultra
|
Kodinis procesoriaus pavadinimas
|
R360
|
R360
|
NV38
|
NV38
|
Vaizdo atminties kiekis ir tipas
|
256 MB, DDR
|
256 MB, DDR
|
256 MB, DDR
|
256 MB, DDR
|
Atmintinės
|
23,3 GB/s
|
23,3 GB/s
|
30,4 GB/s
|
30,4 GB/s
|
Procesoriaus taktinis dažnis
|
412 MHz
|
412 MHz
|
475 MHz
|
475 MHz
|
Atminties taktinis dažnis
|
365 MHz
|
365 MHz
|
475 MHz
|
475 MHz
|
RAMDAC dažnis
|
400 MHz
|
400 MHz
|
400 MHz
|
400 MHz
|
Aktyvus aušinimas
|
+
|
+
|
+
|
+
|
AGP sąsajos tipas
|
8x
|
8x
|
8x
|
8x
|
DVI jungtys
|
+
|
+
|
+
|
+
|
TV išvesties/įvesties jungtys
|
+/+
|
+/-
|
+/+
|
+/+
|
Orientacinė kaina
|
APIBENDRINIMAS
- Kompiuterio vaizdo sistema susideda iš įrangos vaizdo signalams formuoti (specializuotos plokštės) ir monitoriaus.
- Vaizdą formuojanti įranga siunčia monitoriui signalus, kuriuos jis paverčia vaizdu. Signalai priklauso nuo monitoriaus tipo.
- Plokščiajam matriciniam monitoriui valdyti siunčiami skaitmeniniai signalai, nurodantys piešiamo taško koordinatę ir jo švytėjimo intensyvumą.
- Grafikos sistema apdoroja iš programų ir operacijų sistemos gaunamus duomenis bei komandas, rezultatus įrašo į vaizdo atmintinę (vRAM), paverčia juos analoginiais spalvų signalais ir kartu su valdymo signalais perduoda monitoriui
- Grafinė sistema iš esmės yra multiprocesorinė sistema – joje veikia centrinis kompiuterio procesorius (CPU) ir grafikos spartintuvo procesorius (Graphics Processing Unit – GPU).
· Grafinėje sistemoje yra keletas atmintinės tipų: pagrindinė kompiuterio atmintinė (System RAM), pagrindinės atmintinės AGP dalis (AGP RAM) ir grafikos spartintuvo atmintinė (Vaizdo RAM – VRAM).
· CPU skaičiuoja tai, ko negali GPU, taip pat kontroliuoja GPU darbą.
· RAM saugomi taikomajai programai reikalingi duomenys bei spartintuvo tvarkyklei reikalingų duomenų dalis. Tarp RAM ir CPU esantis pralaidumas priklauso nuo konkrečių RAM/CPU modelių ir greičių, bet paprastai neviršija 4-6 GB/s.
- Informacijos perkėlimo į ekraną procesą supaprastintai galima įsivaizduoti taip:
1. Programa nurodo, ką vaizduoti.
2. Kompiuterio operacijų sistema "nusprendžia", kokias operacijas gali atlikti grafikos sistema, o kokias turės atlikti pagrindinis procesorius.
3. Parengta vaizdo informacija įrašoma į vRAM.
4. Grafikos sistemoje, kuri skirta vaizduokliams su kineskopu, iš vRAM gaunami skaitmeniniai vaizdo signalai paduodami į skaitmeninį-analoginį keitiklį (RAMDAC).
· Nuo keitiklio tikslumo priklauso maksimalus spalvų skaičius, kurį galima gauti ekrane, o nuo veikimo spartos (dažnio) - per sekunde, perduodamų vaizdo kadrų skaičius ir vaizdą sudarančių taškų skaičius. Plokštiesiems vaizduokliams valdyti RAMDAC nereikia.
· Kuo talpesnė vRAM, tuo iš daugiau taškų sudarytą ir spalvingesni vaizdą galima matyti ekrane. Žinome, kad spalvoto vaizdo tašką ekrane sudaro trys įvairiais intensyvumais švytintys R, G ir B liuminoforų taškai (triados).
· Trimačio vaizdo generavimą sudaro keturi etapai: transformavimo, apšvietimo, parengimo ir vaizdavimo. Transformuojant skaičiuojami objektu judesio, sukimo ir kitokie pokyčiai. Skaičiuojant apšvietimą randama, kaip atskiri šviesos šaltiniai apšviečia sceną ir objektus. Parengimo metu iš daugiakampių (dažniausiai trikampių) sukuriami objektų karkasai. Vaizduojant objektai padengiami reikiamomis dangomis, sukuriami visi objektų taškai ir šešėliai.
· Monitoriaus ekrane teksto ženklai ir vaizdai yra formuojami iš taškų matricos. Taškų matricos yra vadinamos vaizdo elementais (pikseliais). Vaizdo elementų skaičius ekrane vadinamas skiriamąja geba – tai ekrano taškų, telpančių vertikalia ir horizontalia kryptimi, skaičiaus sandauga. Ją nusako formuojamo ekrano taško dydis. Kuo didesnė skiriamoji geba, tuo aiškesnis kontūras, geresnis vaizdo matomumas ekrane.
· Grafiniu būdu galima atskirai valdyti kiekvieną pikselį ir vaizduoti įvairias geometrines figūras. Kuo daugiau telpa pikselių ekrane, tuo didesnė jo skiriamoji geba.
· Tam, kad sudėtingas erdvinis vaizdas pasirodytų ekrane, kompiuteris turi išspręsti aibę geometrinių užduočių ir atlikti begales matematinių operacijų. 3D objektų projektavimo ir atvaizdavimo ekrane eigą galima suskirstyti į kelis žingsnius:
1. Skaidymas
2. Geometrinės transformacijos
3. Apšviestumo skaičiavimai
4. Rastrinio vaizdo kūrimas
5. Vaizdo pateikimas
· Mebagabaitai nėra svarbiausia vaizdo plokštės dalis - daug svarbiau vaizdo plokštės procesoriaus ir atmintinės dažnis, konvejerių ir bitų skaičius, atmintinės gaminimo technologija ir netgi vaizdo plokštės aušinimo sistema. Tad vertindami vaizdo plokštę pirmiausiai atsižvelkime į juos.
Klausimai temai pakartoti
- Kokie pagrindiniai grafinio vaizdo perkėlimo į ekraną etapai?
- Koks grafinio spartintuvo komponentas dalinai atlaisvina centinį procesorių nuo grafinių apskaičiavimų?
- Iš kokių pagrindinių žingsnių susideda 3D objektų atvaizdavimas ekrane?
- Ką 3D technologijoje reiškia tekstūra?
- Ar gali 256 MB vaizdo plokštė dirbti mažesne sparta nei 128 MB plokštė ir kodėl?
- Kokią įtaką plokštės našumui turi konvejerių kiekis?
- Į kuriuos plokštės parametrus svarbiausią kreipti dėmesį pasirenkant konkretų gaminį?
- Kur be žaidimų spartintuvų taikymas taip pat aktualus?
- Kaip įrašomos spalvos?
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą