основные компоненты. Комбинируя три основные цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет.
Вообще-то в случае с цветом несколько возможностей: можно сделать несколько фильтров друг за другом (приводит к малой доле проходящего излучения), можно воспользоваться свойством жидкокристаллической ячейки – при изменении напряженности электрического поля угол поворота плоскости поляризации излучения изменяется поразному для компонент света с разной длиной волны. Эту особенность можно использовать для того, чтобы отражать (или поглощать) излучение заданной длины волны (проблема состоит в необходимости точно и быстро изменять напряжение). Какой именно механизм используется, зависит от конкретного производителя. Первый метод проще, второй эффективнее.
Плазменные дисплеи: принцип работы: с двух сторон располагаются металлизированные полоски, В середине – диэлектрик с отверстиями. В отверстиях – газ. Все это склеивают. Одна пластинка служит катодом (К), другая – анодом(А).
При выборе монитора необходимо учитывать следующие основные факторы:
■размер экрана;
■разрешающая способность;
■шаг точки (размер пикселя);
■яркость и контрастность изображения (жидкокристаллические мониторы);
■энергопотребление и безопасность:
■частота развертки по вертикали и горизонтали;
■средства управления;
1.7.2. Типы видеоадаптеров
Монитору необходим источник входных данных. Сигналы, подаваемые на монитор, поступают из видеоадаптера, встроенного в систему или подключаемого к компьютеру.
Видеоадаптер (видеокарта; графический адаптер) – электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея. Видеоадаптер определяет разрешающую способность дисплея и количество цветов. Видеоадаптер содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Видеоадаптер посылает в дисплей
52
сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения
(рис. 1.37).
Существует три способа подключения компьютерных систем к электронно-лучевому или жидкокристаллическому монитору.
Отдельные видеоплаты. Этот метод, для реализации которого, требуются разъемы расширения АОР или РСТ обеспечивает наиболее высокий уровень эффсктивности и максимальную эксплуатационную гибкость при выборе объема памяти и необходимых возможностей.
Набор микросхем графического пора, встроенными в системную плату. Эффективность этого метода ниже, чем при использовании отдельных видеоплат, а объем памяти изменить практически невозможно.
Набор микросхем системной платы с интегрированным видеоадаптером. Наиболее низкая стоимость любой графической конфигурации и довольно низкая эффективность, особенно для трехмерных игр или работы с графическими приложениями.
Рис. 1.37. Видеокарта nVidia GeForce 7950 GX2
Современный графический контроллер снабжен 1 Гб памяти GDDR3 и двумя выходами Dual-Link DVI (максимальное разрешение 2560 x 1600 пикселей). Кроме того, реализованы аппаратная поддержка H. 264 и система защиты цифрового видео HDCP. Тактовая частота RAMDAC равна 400 МГц, плата рассчитана на установку в слот PCI Express x16. Новые видеокарты поддерживает технологию Quad SLI. Благодаря этому, в компьютере могут использоваться сразу два графических контроллера.
Графический процессор (англ. Graphics Proccesing Unit, GPU) – от-
дельное устройство персонального компьютера или игровой приставки,
53
выполняющее графический рендеринг. Современные графические процессоры очень эффективно обрабатывают и изображают компьютерную графику, благодаря специализированной конвейерной архитектуре они намного эффективнее в обработке графической информации, чем типичный центральный процессор.
Графический процессор в современных видеоадаптерах применяется в качестве ускорителя трёхмерной графики. Отличительными особенностями ( по сравнению с ЦПУ ) являются: архитектура, максимально нацеленная на увеличение скорости расчёта текстур и сложных графических объектов; ограниченный набор команд.
Примером может служить чип R520 от ATI или G70 от nVidia. Чаще всего имеют MIPS архитектуру.
Часть вычислительных операций, связанных с отображением и моделированием трехмерного мира, переложено теперь на 3D-акселератор, который является сердцем 3D-видеокарты. Для достижения реалистичности отображения поверхностей применяется текстурирование . Так, фасад здания потребовал бы отображения множества граней для моделирования множества кирпичей. Однако текстура (изображение, накладываемое на всю поверхность сразу) дает больше реализма, но требует меньше вычислительных ресурсов, так как позволяет оперировать всем фасадом как единой поверхностью. Перед тем, как поверхности отображают на экране, они текстурируются и затеняются. Все текстуры хранятся в памяти, обычно установленной на видеокарте. Когда поверхности текстурируются, необходим учет перспективы. Она гарантирует, что битмэп (массив пикселей) правильно наложится на разные части объекта – и те, которые ближе к наблюдателю, и на более далекие. Для подавления эффектов мерцания и пробелов между битмэпами применяется фильтрация (обычно биили трилинейная). Чтобы избежать непредвиденных изменений (depth-aliasing – неверное наложение текстуры на удаленные полигоны), большинство управляющих графикой процессов создают серии предфильтрованных битмэпов текстур с уменьшенным разрешением, этот процесс называется mip mapping. Затем графическая программа автоматически определяет, какую текстуру использовать, основываясь на деталях изображения, которое уже выведено на экран. Соответственно, если объект уменьшается в размерах, размер его текстурного битмэпа тоже уменьшается: 0 – сама текстура, 1 – уменьшенная в два раза и т.д. В момент нахождения объекта в переходном состоянии от одного mip-map-уровня к другому появляется особый тип ошибок визуализации, известных под названием mip-banding
54
(мип-бендинг) – полосатость или слоеность, т.е. явно различимые границы перехода от одного mip-map-уровня к другому.
Билинейная фильтрация – метод устранения искажений изображения. При медленном вращении или движении объекта могут быть заметны перескакивания пикселей с одного места на другое, что и вызывает мерцание. Для снижения того эффекта при билинейной фильтрации для отображения точки поверхности берется взвешенное среднее четырех смежных текстурных пикселей. Трилинейная фильтрация – для получения каждого пикселя изображения берется взвешенное среднее значение результатов двух mip-уровней билинейной фильтрации. Полученное изображение будет еще более четким и менее мерцающим, что позволяет решить проблему mip-banding. Одной из альтернатив трилинейной фильтрации является анизотропная фильтрация. Анизотропная фильтрация может быть реализована с помощью использования выборки по шаблонам, в качестве которых могут выступать текстели. Для наложения текстуры на пиксель используется больше текстелей, причем количество используемых текстелей зависит от применяемого алгоритма. Для борьбы с рваными краями изображения применяется anti-aliasing. Это способ обработки (интерполяции) пикселей для получения более четких краев изображения.
Z-буферизация – это самый распространенный метод удаления скрытых поверхностей. В Z-буфере хранится значение глубины всех пикселей (z-координаты).
Затуманивание – этот эффект образуется за счет комбинирования смешанных компьютерных цветовых пикселей с цветом тумана под управлением функции, определяющейщей глубину затуманивания. С помощью этого же алгоритма далеко отстоящие объекты погружаются в дымку, создавая иллюзию расстояния.
Прозрачность – способ передачи информации о прозрачности полупрозрачных объектов. Эффект полупрозрачности создается путем объединения цвета исходного пикселя с пикселем, уже находящимся в буфере. В результате цвет точки является комбинацией цветов переднего и заднего плана.
Целостная картина в 3D-графике реализуется с помощью многоступенчатого механизма, называемого конвейером рендеринга.
Конвейерная обработка позволяет ускорить выполнение расчетов за счет того, что вычисления для следующего объекта могут быть начаты до окончания вычислений предыдущего. Конвейер рендеринга может быть разделен на 2 стадии: геометрическая обработка и растеризация.
55