омп'ютерн≥ науки > ўо нас чекаЇ найближчим часом у св≥т≥ 3D граф≥ки

ўо нас чекаЇ найближчим часом у св≥т≥ 3D граф≥ки

‘отореал≥стична граф≥ка

ќстанн≥м часом ведетьс¤ багато дискус≥й про використанн¤ фотореал≥стичноњ граф≥ки в ≥грах ≥ додатках, однак жоден з ≥снуючих на ринку 3D акселератор≥в поки не маЇ можливост≥ забезпечити необх≥дну апаратну п≥дтримку. ѕри цьому nVidia п≥дтвердила, що в чипсет NV10 буде убудована апаратна п≥дтримка розрахунку трансформац≥й ≥ осв≥тленост≥ (Transformation and Lighting, T & L), ≥накше кажучи, у NV10 буде вбудований спец≥ал≥зований геометричний чи сп≥впроцесор акселератор геометр≥њ (geometry accelerator), а це значить, що стане можливо використовувати фотореал≥стичну граф≥ку нав≥ть на комп'ютерах з пом≥рною продуктивн≥стю. ѕом≥тимо, що 3dfx теж буде використовувати геометричний сп≥впроцесор у пар≥ з≥ своњм новоњ чипсетом Voodoo4. ќднак на в≥дм≥ну в≥д nVidia, що сама розробила геометричний акселератор, 3dfx буде використовувати геометричний сп≥впроцесор IMPAC-GE в≥д Mitsubishi (чи вар≥ант цього процесора, тим б≥льше, що Mitsubishi за¤вила про можливе виробництво дек≥лькох вар≥ант≥в свого чипа). ѕом≥тимо, що чип IMPAC-GE розробл¤вс¤ Mitsubishi сп≥льно c Evans & Southerland. ѕри цьому, ¤кщо геометричний сп≥впроцесор в≥д nVidia буде ≥нтегрований у чип NV10, те геометричний сп≥впроцесор IMPAC-GE в≥д Mitsubishi буде зовн≥шн≥м. ÷≥кавою особлив≥стю чипа IMPAC-GE Ї можлив≥сть його перепрограмуванн¤, тобто зм≥ни м≥крокоду, що забезпечуЇ гарну масштабован≥сть ≥ баланс розпод≥лу навантаженн¤ м≥ж CPU ≥ геометричним акселератором. ƒо реч≥, Mitsubishi давно займаЇтьс¤ розробкою р≥зних р≥шень в област≥ профес≥йноњ граф≥ки, досить згадати про давнЇ сп≥вроб≥тництво Mitsubishi з компан≥Їю Evans & Southerland чи недавн≥й анонс спец≥ал≥зованого процесора ≥ карти на його основ≥ дл¤ роботи з Volume Graphics (об'Їкти мають не т≥льки поверхн¤ ≥ границ≥, але ≥ внутр≥шню структуру). ≤нше питанн¤, чи удастьс¤ 3dfx налагодити злагоджену роботу свого чипсета Voodoo4 ≥ геометричний акселератори в≥д Mitsubishi. ƒо слова, геометричн≥ акселератори робл¤ть компан≥њ 3Dlabs ≥ Fujitsu Microelectronics, причому, ¤кщо перша навр¤д чи буде продавати своњ чипы трет≥м компан≥¤м, те друга, ≥мов≥рно, не в≥дмовитьс¤ в≥д такоњ можливост≥.

Ѕезсумн≥вно те, що важливу роль у просуванн≥ чипов геометричних акселератор≥в на великий ринок споживчих систем з≥грала корпорац≥¤ Microsoft. —права в т≥м, що у вих≥дний у серпн≥ цього року пакет ≥нтерфейс≥в Direct 7.0 ув≥йде верс≥¤ Direct3D з п≥дтримкою апаратноњ реал≥зац≥њ Transformation and Lighting. ћожна затверджувати, що будь-¤ку технолог≥ю, що одержала благословенн¤ Microsoft, чекаЇ усп≥х на ринку. “им б≥льше, що сама технолог≥¤ цього заслуговуЇ. ќт це, на наш погл¤д, ключовий момент, що по¤снюЇ, чому саме цього року зайшла мова про геометричн≥ акселератори. Ќе секрет, що жодна, нав≥ть сама передова ≥ в≥дм≥нна технолог≥¤ н≥чого не коштуЇ, ¤кщо вона не використовуЇтьс¤ в додатках. ƒо реч≥, та ж Mitsubishi за¤вила, що ¤кби не схваленн¤ Microsoft ≥ не об≥ц¤нка включити п≥дтримку T & L у Direct, н≥¤ких роб≥т ≥з прискореного просуванн¤ на ринок геометричних акселератор≥в не був б ще довгий час. ќтже, у серпн≥ виходить Direct 7.0, у ¤кому, зокрема, буде п≥дтримка T & L. ÷е значить, що в розроблювач≥в додатк≥в з'¤витьс¤ можлив≥сть використовувати п≥дтримку геометричних акселератор≥в у своњх майбутн≥м ≥ вже створюваних додатках. ƒл¤ масового ринку, на который будуть нац≥лен≥ NV10 ≥ Voodoo4 це, звичайно ж, гри. Ќе буде ≥гор, що можуть використовувати можливост≥ геометричних акселератор≥в, -≥ н≥кому нов≥ в≥деокарти не будуть потр≥бн≥. —аме тому ми вважаЇмо, що ймов≥рною датою по¤ви NV10 ≥ Voodoo4 варто вважати все-таки к≥нець 1999 - початок 2000 року. Ќав≥ть ¤кщо не буде проблем з дизайном ≥ драйверами, квапитис¤ з випуском карт виробникам нема рац≥њ. ¬осени додатк≥в з п≥дтримкою геометричних акселератор≥в точно не буде. ƒо –≥здва 1999 Ї ≥мов≥рн≥сть по¤ви пари ≥гор ≥ дек≥лькох демо. ™дине, що може прискорити по¤ву нових карт на ринку, це нетерпл¤ч≥сть одного з конкурент≥в. ѕричому, ми схил¤Їмос¤ до того, що саме 3dfx може форсувати ситуац≥ю, щоб залучити до себе увага, ¤к до першоњ компан≥њ, що зробила в≥деоакселератор з п≥дтримкою геометричного сп≥впроцесора (дл¤ непрофес≥йного застосуванн¤) ≥ запропонувавш≥й готовий продукт на ринок. јле, можливо, розсудлив≥сть в≥зьме верх, ≥ обоЇ конкурента дочекаютьс¤ хоча б –≥здва.

ўо таке геометрична акселерац≥¤?

ƒл¤ того, щоб зрозум≥ти принципи роботи геометричних акселератор≥в, необх≥дно мати базов≥ пон¤тт¤ про 3D граф≥чному конвеЇр≥ (3D graphics pipeline). “ерм≥ном "3D граф≥чний конвеЇр" називають р≥зн≥ стад≥њ, через ¤к≥ повинн≥ пройти дан≥, генерован≥ додатком дл¤ того, щоб у результат≥ на 2D мон≥тор≥ в≥добразилас¤ 3D граф≥ка. ¬есь процес складаЇтьс¤ з двох р≥зних етап≥в: етап геометричних перетворень ≥ етап рендеринга, тобто в≥зуал≥зац≥њ.  ожен етап складаЇтьс¤ з дек≥лькох чи крок≥в стад≥й.

ѕершим Ї геометричний етап (geometry stage), у процес≥ виконанн¤ ¤кого виробл¤ютьс¤ математичн≥ обчисленн¤ над речовинними числами (≥з крапкою, що плаваЇ,), а отриман≥ дан≥ описують пол≥гони - звичайно трикутники, що розташовуютьс¤ певним чином, створюючи в нас в≥дчутт¤, що ми бачимо 3D об'Їкти на 2D мон≥тор≥. ѕроте, ц≥ ф≥гури не мають н≥чого загального з реальн≥стю, тому що вони не мають кольори ≥ взагал≥ н≥чого, кр≥м форми трикутник≥в. ѕроцес взаЇморозположенн¤ пол≥гон≥в може м≥стити в соб≥ процедури чи вир≥занн¤ в≥дбраковуванн¤ пол≥гон≥в, що не попадають у поле зору користувача, а головне -≥ в≥дбуваЇтьс¤ трансформац≥¤ координат (transformation). ѕеретворенн¤ координат необх≥дно через те, що в тривим≥рному простор≥, у простор≥ кадрового буфера ≥ на екран≥ мон≥тора використовуютьс¤ р≥зн≥ системи координат.

ѕот≥м виробл¤ютьс¤ обчисленн¤, у результат≥ ¤ких визначаютьс¤ характеристики осв≥тленост≥ сцени, включаючи визначенн¤ того, чи Ї св≥тло в≥д джерела висв≥тленн¤ що розс≥юЇтьс¤ чи спр¤мованим, з урахуванн¤м таких параметр≥в осв≥тлюваних поверхонь, ¤к чи поглинанн¤ в≥дображенн¤ св≥тла, обчислюЇтьс¤ в≥дстань в≥д джерела (джерел) св≥тла до осв≥тлюваного об'Їкта. “акож в≥дбуваЇтьс¤ под≥л даних про в≥дстан≥ ≥ спр¤мован≥сть дл¤ зручност≥ њхнього подальшого використанн¤. Ќа останн≥й стад≥њ геометричного етапу виробл¤ютьс¤ обчисленн¤, у результат≥ ¤ких визначаЇтьс¤ те, ¤к будуть вигл¤дати пол≥гони у вс≥х трьох вим≥рах, ≥ отриман≥ дан≥ збер≥гаютьс¤ дл¤ використанн¤ на етап≥ рендеринга. ѕроходженн¤ вс≥х етап≥в геометричного конвеЇра залежить в≥д максимального використанн¤ вс≥Їњ доступноњ обчислювальноњ потужност≥ ≥ повинне в≥дбуватис¤ з найменшими затримками, наск≥льки це можливо. Ўироке використанн¤ буфер≥в FIFO (First In First Out, тобто першими обробл¤ютьс¤ т≥ дан≥, що ран≥ш над≥йшли) забезпечуЇ безперервн≥сть роботи, тобто жоден ≥з крок≥в конвеЇра не може викликати простою на ≥нших кроках конвеЇра. ƒл¤ того, щоб етап геометричних обчислень не став вузьким м≥сцем 3D граф≥чн≥ конвеЇри необх≥дно використовувати процесор з могутн≥м блоком операц≥й з речовинними числами (FPU, Floating Point Unit). ƒо реч≥, саме через слабку продуктивн≥сть FPU у процесор≥в K6-2/K6-III в≥д AMD ≥гри, що не використовують наб≥р 3DNow! виконуютьс¤ пов≥льн≥ше, н≥ж на системах ≥з процесорами в≥д Intel. Ќе виключене, що по¤ва 3D акселератор≥в з≥ спец≥ал≥зованим геометричним сп≥впроцесором послужить гарну службу ус≥м власникам систем на баз≥ процесор≥в в≥д AMD. —права в т≥м, що при операц≥¤х з ц≥лими числами процесори K6-2/K6-III продуктивн≥ше, н≥ж процесори в≥д Intel при пор≥вн¤нних робочих частотах, а убудований у процесори блок FPU б≥льше не буде критично важливою ланкою в ≥грах. –есурси, що вив≥льнилис¤, можна буде зад≥¤ти ≥ на ≥нш≥ мети, кр≥м розрахунку геометр≥њ, у будь-¤кому випадку -≥ час покаже.

ƒругим Ї етап рендеринга (rendering stage), у процес≥ ¤кого ≥нформац≥¤ про пол≥гони перетворитьс¤ в ≥нформац≥ю про пиксел¤х дл¤ в≥дображенн¤ на екран≥ мон≥тора. ÷ей процес може м≥стити в соб≥ так≥ процедури, ¤к зат≥ненн¤ (shading), текстурирование ≥ застосуванн¤ спец≥альних ефект≥в до даних про пол≥гони, отриманих п≥сл¤ завершенн¤ геометричного етапу конвеЇра. ѕом≥тимо, що при використанн≥ акселератора геометр≥њ ресурси, що вив≥льн¤ютьс¤, CPU можна використовувати, наприклад, дл¤ реал≥зац≥њ б≥льш прогресивних техн≥к зат≥ненн¤, таких, ¤к зат≥ненн¤ ‘онга. «араз цей тип зат≥ненн¤ практично не застосовуЇтьс¤ саме через недостачу обчислювальних потужностей. ”с≥ ц≥ обчисленн¤ завершують формуванн¤ зображенн¤, генерац≥¤ ¤кого в≥дбулас¤ на геометричному етап≥, забезпечуючи йому високий р≥вень реал≥зму. Ќа в≥дм≥ну в≥д геометричного етапу, що залежить в≥д обчислювальноњ потужност≥ процесора, що виконуЇ вс≥ обчисленн¤, етап рендеринга ≥нтенсивно використовуЇ ресурси пам'¤т≥, тобто пр¤мо залежить в≥д того, ск≥льки у вас маЇтьс¤ доступноњ дл¤ використанн¤ пам'¤т≥ (текстурних буфер≥в). ƒо слова, по¤ва AGP було зв'¤зано насамперед з тим, що проблема обмежених обс¤г≥в локальноњ в≥деопам'¤т≥ була вир≥шена розширенн¤м њхн≥й за рахунок системноњ пам'¤т≥ комп'ютера. ѕравда, варт≥сть локальноњ пам'¤т≥ наст≥льки упала, що сучасн≥ в≥деоакселератори мають њњ ст≥льки ж, ск≥льки мали системноњ пам'¤т≥ могутн≥ комп'ютери тих час≥в.

ѕ≥сл¤ завершенн¤ обох етап≥в 3D граф≥чн≥ конвеЇри отриман≥ в результат≥ дан≥ можуть бути в≥дображен≥ на екран≥ мон≥тора. ’оча все це вигл¤даЇ досить довгою ≥ складною процедурою, але процес одержанн¤ даних дл¤ кожного пиксел¤, в≥дображуваного на екран≥, в≥дбуваЇтьс¤ дуже швидко. ƒл¤ цього потр≥бно пер≥од часу менший, чим одна секунда.  оли ми говоримо про частоту зм≥ни кадр≥в у гр≥ (frame rate), те, насправд≥, мова йде про величину, що показуЇ, ¤к багато раз≥в у секунду кожен виведений на екран кадр зображенн¤ обновл¤Їтьс¤ п≥сл¤ обробки даних на етапах 3D граф≥чн≥ конвеЇри (геометричному ≥ рендеринга) прот¤гом кожноњ секунди.

1	2	3	4

Ќазва: ўо нас чекаЇ найближчим часом у св≥т≥ 3D граф≥ки
ƒата публ≥кац≥њ: 2005-02-22 (1265 прочитано)