Сегодня прогресс в области совершенствования видеоадаптеров значительно опережает по темпам роста и введению новых функций и блоков традиционные центральные процессоры. Практически разработчики уже начали перенос вычислительных процессов от центрального процессора на специализированные блоки графических процессоров видеоадаптеров. Рассмотреть даже кратко все новые веяния, которые появляются с регулярностью в полгода, вряд ли возможно в рамках этой книги. Поэтому рассмотрим базовые идеи построения 3 D-устройств. Заметим, что несмотря на значительные различия в характеристиках и возможностях, все ЗО-акселераторы имеют несколько обязательных, базовых элементов, обеспечивающих аппаратное ускорение основных этапов 3D-конвейера (рис. 14.25):

- геометрический процессор (Geometry Processor);

- механизм прорисовки (Rendering);

- видеопамять;

- цифроаналоговый преобразователь (RAMDAC) для аналогового интерфейса.

Примечание В наиболее мощных современных видеоадаптерах графический процессор содержит до 640 штук (блоков) упрощенных графических ускорителей, которые подключены к внутренней высокопроизводительной магистральной шине разрядностью до 1024 бит.

Геометрический процессор отвечает за 2-6 этапы (см. разд. "Синтез трехмерного изображения") ЗО-к'онвейера. В большинстве недорогих 3D-акселераторов геометрический процессор, предназначенный для аппаратного ускорения этапов 2-6 геометрической стадии конвейера, отсутствует, и его функции выполняет CPU. В лучшем случае такой акселератор имеет только механизм установки (Setup Engine), выполняющий преобразование данных о вершинах граней, сортировку и отбрасывание задних граней (стадия Triangle Setup).

Рис. 14.25. Обобщенная структурная схема SD-акселератора Процесс прорисовки (рендеринга, закраски) является наиболее существенным и может быть разбит на 2 ступени: обработка элементов текстур (Texel Engine) и обработка элементов итогового кадра (Pixel Engine). На каждой из этих ступеней происходит работа со своим участком локальной памяти, называемым буфером. Кроме буферов кадра и текстур, обычно выделяется память для г-буфера, необходимого для корректного удаления скрытых поверхностей. а также для a-буфера. необходимого для эффективного выполнения альфа-смешения.

Размер кадрового буфера, по аналогии с видеопамятью обычного видеоадаптера VGA. определяет максимально допустимые разрешение изображения и число оттенков цветов. В большинстве акселераторов для ускорения работы используется метод двойной буферизации: кадровый буфер разбивается на передний (Front buffer) и задний (Back buffer) буферы. Пока выполняется отображение (передача в RAMDAC) первого, "переднего"

кадра, акселератор приступает к построению следующего кадра в заднем буфере. Благодаря этому обеспечивается более плавная и быстрая смена кадров.

ЗО-акселераторы фотореалистичной графики Сегодня на рынке игровых ЗО-акселераторов появились новые мощные устройства, обеспечивающие качественно новый, более высокий, уровень синтеза трехмерной сцены. Эти ЗО-акселераторы в состоянии синтезировать изображение, обладающее следующими характеристиками:

- высоким разрешением - до 2048x1536;

- 32-битным цветом;

- очень высокой степенью детализации, обусловленной использованием сложных геометрических моделей и текстур больших размеров (до 2048х х2048).

Изображение с такими характеристиками (рис. 14.26) настолько похоже на естественное, например, полученное при фотографировании, что возникло новое понятие - фотореалистичная графика.

Рис. 14.26. Пример фотореалистичного изображения Для того чтобы достичь такого результата, характеристики основных элементов ЗО-акселератора должны быть радикально улучшены. В качестве примера ЗО-акеелератора фотореалистичной графики рассмотрим структуру и основные параметры базовой модели акселераторов фотореалистичной графики - изделия канадской фирмы ATI Technologies (ныне принадлежит корпорации AMD)- видеоадаптера Radeon 256 (рис. 14.27). По нынешним временам это очень простой ускоритель (графический процессор), но можно сказать, что все новые решения выполнены на его основе.

Структура Radeon 256 имеет множество отличий от базовой структуры ЗО-акселератора, наиболее существенными из которых являются следующие:

- как и все современные изделия - это мощный многофункциональный видеоадаптер, у которого ускорение 30-графики- одна из множества функций, среди которых: аппаратное ускорение 20-графики, ввод/вывод видеосигнала, формирование цифрового видеосигнала для управления плоскопанельными ЖК-мониторами, декодирование цифровых видеопотоков;

- благодаря наличию специального геометрического процессора Charisma Engine обеспечивается аппаратное ускорение функций, выполняемых на геометрической стадии ЗО-конвейера: преобразование координат (при моделировании движения и вращения), расстановка источников света и расчет освещенности вершин граней (вертексов), позволяющая использовать до 8 источников света, отсечение невидимых граней, коррекция перспективы, преобразование формата представления данных о вершинах (замена чисел с плавающей точкой числами с фиксированной точкой), модификация граней в местах резкого изгиба поверхности (функция Vertex Skinning), интерполяция промежуточных кадров по ключевым кадрам (KeyFrame Interpolation), позволяющая быстро рассчитать анимационную картинку, основываясь только на начальном и конечном кадрах;

- значительно увеличены объем и скорость работы видеопамяти; на карте видеоадаптера может быть установлено до 128 Мбайт быстродействующей видеопамяти типа SDRAM/SGRAM или DDR SDRAM;

- разрядность шины памяти до 256;

- графическое ядро имеет ярко выраженную конвейерную архитектуру: два конвейера рендеринга, каждый из которых содержит по 3 блока (эта технология получила название Pixel Tapestry);

- аппаратная поддержка наиболее эффективных методов текстурирования: рельефное текстурирование, специальные методы наложения и сжатия текстур и др.

Рис. 14.27. Структурная схема видеоадаптера ATI Radeon 256

Так как расчет трехмерных изображений - это множество математических расчетов с плавающей запятой, то наиболее совершенные видеопроцессоры обзавелись и математическим сопроцессором. В дальнейшем число специализированных сопроцессоров стало стремительно увеличиваться, появилась специализация, когда одна группа сопроцессоров рассчитывает координаты вершин фигур, а другая, например, проверяет видимость точек для двумерной проекции. В результате, в современном видеопроцессоре может быть несколько сотен сопроцессоров, а сама архитектура GPU стала очень сложной и не похожей на традиционные решения для центральных процессоров (процессоров общего назначения). Для примера на рис. 14.28 показана модель конвейеров в GPU GeForce 8800, где маленькие квадратики, сгруппированные по 8 штук, с надписями SP (Special Processor) - это специализированные сопроцессоры (фактически это то, что мы рассматривали на рис. 14.25, но без блоков вывода данных на монитор).

Если подвести итог, то можно отметить, что сейчас на современном видеоадаптере устанавливается процессор, мало уступающий по производительности современному центральному процессору. Кроме того, следует отметить, что графический процессор умеет моделировать не только дву- и трехмерные изображения, но и, например, выполнять декомпрессию сжатых видеоданных при воспроизведении видеофильмов.

Рис. 14.28. Модель конвейеров в GPU GeForce 8800

Несмотря на то, что эпоха 3D началась сравнительно недавно, современный рынок 3 D-акселераторов различного класса испытывает невероятный бум. Но выделилось два лидера в этой области - AMD (ATI) и nVIDIA, а количество производимых ими продуктов настолько возросло, что разобраться во всем многообразии предлагаемых продуктов стало очень сложно. Если же учесть крайне агрессивную рекламу, которой сопровождается появление каждого нового изделия, то сделать правильный выбор становится еще труднее.

Функции 30-акселераторов | Аппаратные средства PC | Мультимониторные системы


Аппаратные средства PC



Новости за месяц

  • Май
    2020
  • Пн
  • Вт
  • Ср
  • Чт
  • Пт
  • Сб
  • Вс