46826 (571878), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Согласно современным эргономическим стандартам, частота обновления экрана должна составлять не менее 85 Гц, в противном случае человеческий глаз замечает мерцание, что отрицательно влияет на зрение. Даже подобная упрощенная схема, описывающая механизм работы универсального видеоадаптера, позволяет понять, чем руководствуются разработчики графических ускорителей и плат, когда принимают те или иные технологические решения. Очевидно, что здесь, как и в любой вычислительной системе, есть узкие места, ограничивающие общую производительность. Где они и как их пытаются устранить? Во-первых, производительность тракта передачи данных между памятью на системной плате и графическим ускорителем. Эта характеристика зависит в основном от разрядности, тактовой частоты и организации работы шины данных, используемой для обмена между центральным процессором, расположенным на системной плате компьютера, и графическим ускорителем, установленным на плате видеоадаптера (впрочем, иногда графический процессор интегрируется в системную плату).
В настоящее время шина (а точнее, порт, поскольку к нему можно подключить только одно устройство) AGP обеспечивает вполне достаточную и даже избыточную для большинства приложений производительность. Во-вторых, обработка поступающих данных графическим ускорителем. Повысить скорость этой операции можно, совершенствуя архитектуру графического процессора, например, внедрив конвейерную обработку, когда новая команда начинает выполняться еще до завершения выполнения предыдущей. Производители увеличивают разрядность процессоров и расширяют перечень функций, поддерживаемых на аппаратном уровне; повышают тактовые частоты. Все эти усовершенствования позволяют значительно ускорить заполнение видеопамяти графическими данными, готовыми для отображения на экране. О конкретных реализациях будет рассказано ниже в разделе “Законодатели мод". И, в-третьих, обмен данными в подсистеме “графический процессор - видеопамять - RAMDAC”. Здесь также существует несколько путей развития. Один из них - использование специальной двухпортовой памяти, VRAM, к которой можно одновременно обращаться из двух устройств: записывать данные из графического процессора и читать из RAMDAC. Память VRAM довольно сложна в изготовлении и, следовательно, дороже других типов. (Есть еще один вариант двухпортовой памяти, впервые примененный компанией Matrox - Window RAM, WRAM, - обеспечивающий несколько более высокую производительность при себестоимости на 20% ниже) Поскольку использование двухпортовой памяти дает ощутимый прирост производительности лишь в режимах с высокими разрешениями (1600х1200 и выше), этот путь можно считать перспективным лишь для видеоускорителей высшего класса. Еще один способ - увеличить разрядность шины данных. У большинства производителей разрядность шины данных достигла 128 бит, то есть за один раз по такой шине можно передать 16 байт данных. Еще одно, довольно очевидное решение, - повысить частоту обращения к видеопамяти. Стандартная для современных видеоадаптеров память SGRAM работает на тактовой частоте 100 МГц, а у некоторых производителей уже используются частоты 125 и даже 133 МГц. Для чего все это нужно? Чем быстрее подготовленные графическим процессором данные поступают в RAMDAC и преобразуются в аналоговый сигнал, тем больший их объем за единицу времени будет “конвертирован” в изображение, что позволяет повысить его реалистичность и детализацию.
Назначение устройства.
Устройство, которое называется видеоадаптером (или видеокартой, видеоплатой, видимокартой, видюхой, видео), есть в каждом компьютере. В виде устройства, интегрированного в системную плату, либо в качестве самостоятельного компонента. Главная функция, выполняемая видеокартой, - преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране. Монитор обычно является неотъемлемой частью любой системы, с помощью которого пользователь получает визуальную информацию. Таким образом, связку видеоадаптер и монитор можно назвать видеоподсистемой компьютера. То, как эти компоненты справляются со своей работой, и в каком виде пользователь получает видеоинформацию, включая графику, текст, живое видео, влияет на производительность как самого пользователя и его здоровье, так и на производительность всего компьютера в целом.
Принцип работы видеоадаптера.
Прежде, чем стать изображением на мониторе, двоичные цифровые данные обрабатываются центральным процессором, затем через шину данных направляются в видеоадаптер, где они обрабатываются и преобразуются в аналоговые данные и уже после этого направляются в монитор и формируют изображение. Сначала данные в цифровом виде из шины попадают в видеопроцессор, где они начинают обрабатываться. После этого обработанные цифровые данные направляются в видеопамять, где создается образ изображения, которое должно быть выведено на дисплее. Затем, все еще в цифровом формате, данные, образующие образ, передаются в RAMDAC, где они конвертируются в аналоговый вид, после чего передаются в монитор, на котором выводится требуемое изображение.
Таким образом, почти на всем пути следования цифровых данных над ними производятся различные операции преобразования, сжатия и хранения. Оптимизируя эти операции, можно добиться повышения производительности всей видеоподсистемы. Лишь последний отрезок пути, от RAMDAC до монитора, когда данные имеют аналоговый вид, нельзя оптимизировать.
Рассмотрим подробнее этапы следования данных от центрального процессора системы до монитора. Скорость обмен данными между CPU и графическим процессором напрямую зависит от частоты, на которой работает шина, через которую передаются данные. Рабочая частота шины зависит от чипсета материнской платы. Для видеоадаптеров оптимальными по скорости являются шина PCI и AGP. При существующих версиях чипсетов шина PCI может иметь рабочие частоты от 25 MHz до 66 MHz, иногда до 83 MHz (обычно 33 MHz), а шина AGP работает на частотах 66 MHz и 133 MHz. Чем выше рабочая частота шины, тем быстрее данные от центрального процессора системы дойдут до графического процессора видеоадаптера.
Ключевой момент, влияющий на производительность видеоподсистемы, вне зависимости от специфических функций различных графических процессоров, это передача цифровых данных, обработанных графическим процессором, в видеопамять, а оттуда в RAMDAC. Самое узкое место любой видеокарты - это видеопамять, которая непрерывно обслуживает два главных устройства видеоадаптера, графический процессор и RAMDAC, которые вечно перегружены работой. В любой момент, когда на экране монитора происходят изменения (иногда они происходят в непрерывном режиме, например движение указателя мыши, мигание курсора в редакторе и т.д.), графический процессор обращается к видеопамяти. В то же время, RAMDAC должен непрерывно считывать данные из видеопамяти, чтобы изображение не пропадало с экрана монитора. Поэтому, чтобы увеличить производительность видеопамяти, производители применяют различные технические решения. Например, используют различные типы памяти, с улучшенными свойствами и продвинутыми возможностями, например VRAM, WRAM, MDRAM, SGRAM, или увеличивают ширину шины данных, по которой графический процессор или RAMDAC обмениваются информацией с видеопамять, используя 32-разрядную, 64-разрядную или 128-разрядную видеошину.
Чем более высокое разрешение экрана используется и чем больше глубина представления цвета, тем больше данных требуется передать из графического процессора в видеопамять и тем быстрее данные должны считываться RAMDAC для передачи аналогового сигнала в монитор. Нетрудно заметить, что для нормальной работы видеопамять должна быть постоянно доступна для графического процессора и RAMDAC, которые должны постоянно осуществлять чтение и запись.
В нормальных условиях доступ RAMDAC к видеопамяти на максимальной частоте возможен лишь после того, как графический процессор завершит обращение к памяти (операцию чтения или записи), т.е. RAMDAC вынужден дожидаться, когда наступит его очередь обратиться с запросом к видеопамяти для чтения и наоборот.
Объемные изображения.
После появления первых движущихся картинок Cinema началось великое шествие кино по планете. Сам факт появления на белом экране оживших фотографий производил сильное впечатление: все, происходившее на экране, казалось абсолютно реальным. Но как только страсти поутихли, некоторые инженеры-изобретатели уже в начале XX века стали задумываться над тем, как сделать плоское изображение более реальным, более объемным - так появилось трехмерное кино, или ЗD-кино (или стереоскопическое кино, как оно называлось изначально)
Объемная история.
Идея объемного изображения вытекает из принципа работы человеческого зрения, то есть восприятия предметов двумя глазами (бинокулярное зрение).
Изначально эффект объемного изображения формировался на этапе съемки фильма: съемка производилась двумя камерами, установленными на специальном регулируемом штативе, на котором подобран угол, близкий к углу зрения человека. Затем кадры с двух пленок синхронизировались и проецировались на экран с помощью двух синхронных проекторов, также под определенным углом. Зритель же воспринимал изображение через специальные очки, в которых правое изображение (изображение, снятое правой камерой) отделялось от левого. Таким образом, зритель видел изображение одних и тех же предметов, но как бы с двух углов, что придавало им иллюзию объема, предметы выстраивались в перспективе от зрителя в глубину экрана в зависимости от их взаимного расположения. Без очков такое изображение выглядело двоящимся и размытым.
Со временем техника съемки совершенствовалась, двухпленочные системы заменились на однопленочные с двумя кадрами. Совершенствовалось съемочное и проекционное оборудование, разрабатывались новые способы разделения левого и правого изображений. В очках красные и зеленые пленки сменились поляризационными светофильтрами. Объемные картинки становились все четче.
Растут потребности и возможности.
Логичным был переход от объемного кино к объемному видео. Первоначально объемное видео строилось по тому же принципу, что и пленочное 3D-KHHO. Две съемочные камеры формировали левую и правую картинки, изображение синхронно записывалось на два видеомагнитофона, затем сводилось и проецировалось на экран (также с двух проекторов).
В 1980-х гг. начались разработки мощных компьютеров, позволяющих создавать объемное изображение. Позднее эти компьютеры были использованы для создания трехмерных изображений. Но по-прежнему воспроизводилось такое стереоизображение не менее чем с двух проекторов. В начале нашего века компания Christie разработала и выпустила на рынок революционную технологию, особенности которой заключались в том, что с задачей визуализации ЗО-изображения справлялся уже только один проектор. Преимущества перехода с двух проекторов на один очевидны: максимально четкое изображение, отсутствие размытости изображения (в старых системах при сведении двух изображений невозможно было точно - пиксель в пиксель - совместить две картинки), увеличена мощность проекторов до 16 000 lmANSI, значительно упростилась инсталляция систем, снизилась стоимость владения оборудованием.
А что дальше?
Дальнейшее развитие технологии позволило объединить в одной системе функционал, позволяющий совместить вывод 3D - и обычного видеоизображения. Благодаря ювелирной точности новой технологии проекционные ЗD-видеосистемы стали использоваться не только в сфере развлечения, но и в точном машиностроении, автомобилестроении, авиации, геологии, а также там, где необходимо работать с точными трехмерными моделями. Сесть за руль еще не воплощенного в металле автомобиля, представить и просчитать поведение самолета или ракеты при аэродинамическом воздействии, погрузиться в толщу скальных пород для прокладки пути нефтяной скважины - все это стало возможным. На настоящий момент система имеет только один недостаток, свойственный любой новой технологии, - это высокая стоимость оборудования.
Параллельно развиваются и традиционные способы визуализации 3D-видео, в основе которых по-прежнему используется технология с двумя проекторами. В таких системах могут быть использованы практически любые цифровые проекторы, задача разложения изображения на поля здесь возлагается на специализированные программные продукты и графические станции на базе высокопроизводительных компьютеров HP, IBM, SUN, Apple. Системы SD-видео, использующие два проектора, применяются в бюджетных приложениях, то есть там, где не требуется изображение большого размера, где геометрическими и цветовыми неточностями изображения можно пренебречь.
Изначально трехмерное видео было создано для кино, поэтому основная сфера применения технологии объемной визуализации - это развлечения. Современные кинотеатры ШАХ оснащаются специальными цифровыми проекторами, создаются развлекательные аттракционы с головокружительными спецэффектами. Подводный мир, космос, полеты и сражения становятся реальными благодаря трехмерной визуализации видеоизображения.
Основными тенденциями развития технологии можно считать снижение стоимости оборудования, развитие сервисных возможностей, разработку новых приложений и сфер применения.
Вероятно, в ближайшем будущем появятся каналы специального ЗD-вещания, так же, как стереозвук пришел на смену обычному звуковому сопровождению и каналы ТВЧ приходят на смену традиционному вещанию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
