GRAFICKÉ KARTY

Dominik Salai 3.C

Gymnázium Jána Adama Raymana v Prešove

Obsah prezentácie

Čo to grafická karta je? Z čoho sa grafická karta skladá? História - súčasnosť 3D virtuálny obraz na 2D ploche monitora Postup programu pri vytváraní 3D scény Revolúcie vo vývoji spracovania 3D

grafiky Záver

Čo to grafická karta je? grafická karta je komponent počítača navrhnutý na preklad

logickej reprezentácie obrazu uloženú v pamäti na signál použiteľný pre vstup do zobrazovacieho média (monitoru)

je to prídavná karta zabezpečujúca zobrazenie informácií na monitore

pracuje na princípe zobrazovania pomocou bodov (pixelov) VGA (video graphic array)

grafický zobrazovací systém pre PC vyvinutý firmou IBM v roku 1987 štandard, ktorý zabezpečuje minimálne rozlíšenie 320 x 200 (maximum

640 x 480) a minimálny počet farieb – 8-bit (maximum 16-bit) SVGA, XGA – novšie štandardy zabezpečujúce vyššie rozlíšenia a

väčšie množstvo farieb (napr. 1600 x 1200, 32-bit)

Z čoho sa skladá grafická karta?

História - súčasnosť zhruba pred 10 rokmi, jediným spôsobom ako zvýšiť výkon PC v

oblasti 3D grafiky bolo postupné zvyšovanie výkonu procesora vtedajšie grafické karty podporovali akceleráciu iba 2D grafiky výkon procesorov v tom období nebol ani zďaleka uspokojujúci pre

požiadavky 3D grafiky preto sa pristupuje k výrobe špeciálnych grafických kariet

umožňujúcich realizovať určité grafické operácie bez záťaže procesora 1996 – príchod 3Dfx – Voodoo

bol to prvý grafický čip zameraný na prácu s 3D grafikou ukázala, že akcelerácia 3D grafiky na PC má zmysel

1999 – príchod nVIDIA GeForce 256 iný pohľad na grafický čip a urýchľovanie 3D grafiky

2001 – príchod nVIDIA GeForce3 a ATI Radeon 8500 menšia revolúcia vo vývoji urýchľovania 3D grafiky

2006 – príchod AGEIA PhysX/GeForce 7900 SLI Physics grafická karta je zodpovedná už aj za fyziku

Prezentácia 3D virtuálneho objektu na 2D obrazovke monitora

objekty sú tvorené tzv. sieťovým modelom ktorý predstavuje iba tvar objektu

tvar každého objektu je reprezentovaný iba jeho hranami pomocou tzv. polygónov (trojuholníkov)

každý polygón je tvorený vertexmi (bodmi v trojrozmernom priestore), pre ktoré má daná aplikácia pre danú scénu informácie o umiestnení a farbe

na tento sieťový model sa neskôr nanáša textúra

textúra je vopred pripravená vzorka materiálu (napr. štruktúra dreva, kameňa, tehly,...)

na textúru sa potom nanášajú polopriehľadné mapy (lightmaps) ktoré menia farbu, odlesky a vytvárajú tzv. statické tiene v závislosti od prostredia v ktorom sa nachádzajú

tomuto javu hovoríme multitexturing

Postup programu pri vytváraní výslednej 3D scény

1. Herné záležitosti – pohyb objektov a perespektívou, detekcia kolízií, deformácia objektov

2. Príprava 3D scény – určenie vidiťeľných objektov, výber úrovne detailov pre objekty

3. Transformácia – prevedenie 3D súradníc na 2D súradnice

4. Osvetlenie – výpočet osvetlenia a tieňov5. Príprava renderingu – výpočet údajov, ktoré bude

renderovací program potrebovať6. Rendering – výpočet farieb jednotlivých pixelov na

obrazovke

Revolúcie vo vývoji spracovania 3D grafiky

karty, ktoré priniesli pokrokové technológie v spracovaní 3D grafiky 3Dfx Voodoo nVIDIA GeForce 256 nVIDIA GeForce 3 a ATI Radeon 8500 nVIDIA GeForce 7900 SLI Physics AGEIA PhysX

všetky ostatné grafické karty sú postavené na základe týchto predchodcov, majú len viac pamäte a väčšie taktovacie frekvencie

3Dfx Voodoo 1.krát hovoríme o tzv. grafickom akcelerátore

3Dfx Voodoo zabezpečovala výpočet pre farby jednotlivých pixelov (rendering)

dovtedy slúžila grafická karta iba na preklad logickej reprezentácie objektu na analógový signál pre monitor, výpočty pre farbu jednotlivých pixelov stále zabezpečoval procesor

nevýhody: jedná sa o grafický akcelerátor, takže je nutné si zaobstarať aj grafickú kartu, ktorá bude zabezpečovať 2D obraz

nVIDIA GeForce 256 GeForce = Geometric Force 1.krát hovoríme o GPU (Graphics Processing Unit) a nie o 3D čipe

technológia T&L (transform & lighting) CPU sa už nestará o transformácie a osvetlenie objektov, namiesto CPU to spraví GPU ušetrí približne 30-45% výkonu CPU

nevýhoda: aplikácia musí túto technológiu podporovať, obmedzený počet efektov na jeden objekt je 8

technológia Fast Writes (rýchly zápis) umožňuje priamu komunikáciu medzi CPU a GPU, nie je potrebné aby dáta prechádzali

fyzickou pamäťou PC ako doteraz nevýhoda: CPU a základná doska musia túto technológiu podporovať

1. krát použité DDR pamäte dvojnásobne rýchlejší tok dát medzi GPU a grafickou pamäťou

Postup programu pri vytváraní výsledného obrazu 3D scény1996-1998 1999

Herné záležitosti CPU CPUPríprava 3D scény CPU CPU

Transformácia CPU GPU

Osvetlenie CPU GPU

Príprava renderingu CPU GPU

Renderovanie 3D čip GPU

nVIDIA GeForce 3 a ATI Radeon 8500

nFiniteFX engine/Charisma engine (T&L third generation) umožňuje použiť neobmedzený počet efektov na jeden objekt Vertex Shader – vykonáva manipuláciu nad polygónmi

výpočty nad deformáciou objektov, hmlovými efektmi, odleskami a podobne vykonáva vopred naprogramovateľný Vertex shader a nie aplikácia samotná

Pixel Shader – vykonáva manipuláciu s textúrami a vzhľadom povrchu za určitých podmienok

pomocou tohto shadera môžeme dosiahnuť realistickejšie povrchy, alebo realistickejšie svetelné efekty.

vďaka týmto shaderom si môže programátor prispôsobiť grafickú kartu tak, ako potrebuje pre svoju aplikáciu a dostať z nej naozaj maximum

bez Pixel Shadera s Pixel Shaderom

nVIDIA GeForce 3 a ATI Radeon 8500

LightSpeed Memory Architecture

kontrolná jednotka riadi prístup do pamäte grafickej karty

je rozdelená na 4 a každá má k dispozícii zbernicu o šírke 64bitov (64*4=128*2=256)

podporuje sa paralelný spôsob vybavovania požiadaviek na rozdiel od klasického systému vybavovania jednej po druhej

pri načítaní menších dát (napr. 64 bitov a menej) sa môže priepustnosť pamäte zväčšiť až 4-krát

nVIDIA GeForce 3 a ATI Radeon 8500

Anti-Aliasing HRAA/FSAA – supersampling

2x/4x – veľká degradácia výkonu grafickej karty Quincunx – nVIDIA - multisampling

najlepšia metóda (degradácia výkonu ako u 2x supersampling, ale qvalita 5x supersampling)

Smoothvision – ATI - multisampling náročnejšia ako Quincunx, ale aj kvalitnejšia

Smoothvision

Antialiasing

nVIDIA Geforce 7900 SLI Physics

SLI - Jedná sa o prepojenie dvoch grafických kariet nVIDIA GeForce 7900 zvýši sa výpočetný výkon a vďaka programu sa dá

naprogramovať, aby jedeno GPU spracovávalo grafiku a druhé GPU počítalo fyziku

finančne veľmi náročné riešenie

AGEIA PhysX prídavná karta ku grafickej karte, ktorá slúži iba na jediné – počítanie

fyziky v aplikáciách doteraz tieto zložité výpočty zabezpečoval iba procesor vďaka svojmu výkonu v oblasti fyziky umožňuje implementáciu

ultrarealistických fyzikálnych zákonov do 3D virtuálneho sveta

ZáverStučný prehľad práce CPU a GPU v 3D aplikáciách od roku 1996

1996-1998 1999-2005 2006-...

Herné záležitosti

AI CPU CPU CPU/???Fyzika CPU CPU PhysX/SLI

Príprava 3D scény CPU CPU GPUTransformácia CPU GPU GPU

Osvetlenie CPU GPU GPUPríprava Renderingu CPU GPU GPU

Rendering 3D čip GPU GPU

Použité zdroje

www.pcspace.sk technické informácie

www.level.cz ako vzniká obraz na monitore

www.sector.sk www.games.tiscali.cz

hardware

Ďakujem za pozornosť

Dominik Salai 3.C

www.gjar-po.sk/~salai3c salai3c@gjar-po.sk GJAR V Prešove 24. apríla 2006