Видеомониторы и видеоадаптеры

Технологии трехмерной графики

Практически во всех ускорителях трехмерной графики применяются представленные ниже технологии.

Затуманивание. Имитация газа или тумана в играх.

Затенение Гуро. Интерполяция цветов для сглаживания неровностей окружности и сферы.

Альфа-смешивание. Одна из первых технологий трехмерной графики, используемая для создания реалистичных объектов, например "прозрачного" дыма, воды и стекла.

Расширенные технологии трехмерной графики

Ниже перечислены технологии, наиболее часто используемые в современных ускорителях трехмерной графики.

Буфер шаблонов. Активно используется в играх (особенно в жанре авиасимуляторов) при моделировании ландшафта, самолетов и других объектов вне стеклянной кабины летчика.

Z-буферизация. Часть видеопамяти, отведенная под Z -буфер, содержит информацию о глубине сцены. При визуализации эта информация служит для построения законченного изображения: пиксели, которые располагаются ближе, будут визуализированы, в отличие от пикселей, закрытых другими объектами.

Рельефное текстурирование. Предназначено для воспроизведения специальных световых эффектов.

Улучшенные технологии наложения текстур

Для визуализации трехмерных сцен с высокой степенью детализации необходимо применять специальные методы наложения текстур, которые устраняют нежелательные эффекты и делают сцены более реалистичными.

Билинейная фильтрация. Улучшение качества изображения небольших текстур, помещенных на большие многоугольники. Эта технология устраняет эффект "блочности" текстур.

Множественное отображение. Улучшение качества отображения объектов путем формирования последовательности текстур одного и того же изображения с уменьшающимся разрешением; является разновидностью сглаживания.

Трилинейная фильтрация. Комбинация билинейной фильтрации и так называемого наложения mip mapping (текстуры, имеющие разную степень детализации в зависимости от расстояния до точки наблюдения).

Анизотропная фильтрация. Используемый в некоторых видеоадаптерах, этот тип фильтрации позволяет сделать сцену еще более реалистичной. Однако данная технология пока не получила должного распространения из-за высоких требований к аппаратной части видеоадаптера.

T-буфер. С помощью этой технологии уменьшается эффект "ступенчатости" (искажения в экранном изображении вследствие его масштабирования) в компьютерной графике; например, когда диагональ сформирована "лесенкой", объект перемещается рывками, не точно визуализированы тени, отражения и внешний вид объекта кажется смазанным. При использовании этой технологии кадровый буфер заменяется буфером, в котором собирается несколько операций визуализации перед выводом на экран готового изображения. В отличие от других трехмерных технологий, для использования Т-буфера нет необходимости модифицировать или оптимизировать уже имеющееся программное обеспечение. Основная сфера применения Т-буфера заключается в формировании практически"телевизионного" реализма в визуализированной трехмерной анимации.

Интегрированные функции трансформации объектов и распределения освещения (T&L). При формировании трехмерной анимации объект трансформируется при переходе из одного кадра в другой, после чего освещение изменяется в соответствии с перемещением объекта

Полноэкранное сглаживание. Уменьшение неровностей, возникающих при увеличении разрешения, посредством сглаживания цветовых границ для обеспечения плавных цветовых переходов.

Сопряжение/сглаживание вершин. Сглаживание областей сочленений двух полигональных объектов, например рук или ног с телом анимированного персонажа.

Интерполяция ключевого кадра или трансформация вершин. Оживление перехода от одного выражения лица к другому, что позволяет при отсутствии скелетной анимации сделать мимику более естественной.

Программируемая трансформация вершин и обработка полутонов пикселей. Технология nfiniteFX компании nVidia (видеоадаптер GeForce3 ), позволяющая разработчикам программного обеспечения модифицировать эффекты наподобие сопряжения вершин и обработки полутонов (улучшенный метод преобразования неправильных поверхностей). Это позволяет избавиться от применения относительно малого количества эффектов с заранее определенными характеристиками. Технология nfiniteFXII компании NVIDIA, используемая в графическом процессоре GeForce4 Ti, поддерживает одно- временную обработку до четырех текстур, а двойная трансформация вершин обеспечивает прирост производительности при высококачественной визуализации до 50% по сравнению с GeForce3. Аналогичная технология компании ATI, именуемая Smart-Shader (ATI RADEON 8500/9000) , поддерживает более сложные программы, чем nfiniteFX, и обеспечивает качество изображения, аналогичное тому, что формируется посредством nfiniteFXII.

Вычисления с плавающей запятой. Библиотека DirectX 9 поддерживает данные с плавающей запятой, что позволяет добиться более естественной цветопередачи и точного воспроизведения многоугольников.

Однопроходная или мультипроходная визуализация

В различных видеоадаптерах применяются разные технологии визуализации. В настоящее время практически во всех видеоадаптерах фильтрация и основная визуализация выполняются за один проход, что позволяет увеличить частоту кадров. Видеоадаптеры с функцией однопроходной визуализации и фильтрации обычно являются более быстродействующими при работе с трехмерными программами и позволяют избежать искажений, вызванных ошибками в множественных вычислениях значений с плавающей запятой во время визуализации.

Аппаратное или программное ускорение

При аппаратно выполняемой визуализации достигается гораздо лучшее качество изображений и скорость анимации, чем при программной. Используя специальные драйверы, новые видеоадаптеры выполняют все нужные вычисления с неслыханной ранее скоростью. Для работы с приложениями трехмерной графики, а также для современных игр это технологическое решение просто неоценимо.

Программная оптимизация

Следует подчеркнуть, что наличие у видеоадаптера расширенных функций трехмерной визуализации совершенно бесполезно до тех пор, пока разработчики игр и программных приложений не оптимизируют свои продукты для использования всех преимуществ таких функций.

Для увеличения быстродействия необходимо настроить параметры оптимизации OpenGL, Direct 3D, RAMDAC, тактовые частоты и другие параметры.

Графические API

Благодаря API (Application Programming Interface) разработчикам аппаратного и программного обеспечения предоставляются средства создания драйверов и программ, работающих быстрее на большом количестве платформ.

Программные драйверы разрабатываются для взаимодействия непосредственно с API, а не с операционной системой и программным обеспечением.

В настоящее время существует два графических API - OpenGL (компания SGI ) и Direct 3D (Microsoft) .

Контрольные вопросы.

1. Какие основные типы видеосистем применяются в ЭВМ?
2. Дайте определение видеоадаптер, какие виды видеоадаптеров существуют?
3. Какие типы масок существуют?
4. Для чего необходимо размагничивание в мониторах на ЭЛТ?
5. Какое излучение действует на здоровье в мониторах на ЭЛТ?
6. Какие ядовитые вещества используются в мониторах на ЭЛТ?
7. Какие основные технические характеристики применяются для ЖК мониторов?
8. Перечислите технологии ЖК мониторов?
9. Какая конструкция плазменных панелей?
10. Какие преимущества OLED мониторов в сравнении c LCD -дисплеями?
11. Из каких частей состоит видеокарта?
12. Какие виды видеопамяти применяются в видеокартах?
13. Для чего нужен 3D ускоритель?
14. Какие технологии трехмерной графики существуют?