GeForce4 Ti 4200

Видеока́рта (также видеоада́птер , графический ада́птер , графи́ческая пла́та , графи́ческая ка́рта , графи́ческий ускори́тель ) - устройство, преобразующее графический образ , хранящийся как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора . Первые мониторы, построенные на электронно-лучевых трубках , работали по телевизионному принципу сканирования экрана электронным лучом, и для отображения требовался видеосигнал , генерируемый видеокартой.

Однако эта базовая функция, оставаясь нужной и востребованной, ушла в тень, перестав определять уровень возможностей формирования изображения - качество видеосигнала (чёткость изображения) очень мало связано с ценой и техническим уровнем современной видеокарты. В первую очередь, сейчас под графическим адаптером понимают устройство с графическим процессором - графический ускоритель, который и занимается формированием самого графического образа. Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический процессор, который может производить дополнительную обработку, снимая эту задачу с центрального процессора компьютера. Например, все современные видеокарты Nvidia и AMD (ATi) осуществляют рендеринг графического конвейера OpenGL и DirectX и Vulcan на аппаратном уровне. В последнее время также имеет место тенденция использовать вычислительные возможности графического процессора для решения неграфических задач.

Обычно видеокарта выполнена в виде печатной платы (плата расширения) и вставляется в разъём расширения , универсальный либо специализированный (AGP , PCI Express). Также широко распространены и встроенные (интегрированные) в системную плату видеокарты - как в виде отдельного чипа, так и в качестве составляющей части северного моста чипсета или ЦПУ ; в этом случае устройство, строго говоря, не может быть названо видеокартой.

История создания

Одним из первых графических адаптеров для IBM PC стал MDA (Monochrome Display Adapter) в 1981 году . Он работал только в текстовом режиме с разрешением 80×25 символов (физически 720×350 точек) и поддерживал пять атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчёркнутый и мигающий. Никакой цветовой или графической информации он передавать не мог, и то, какого цвета будут буквы, определялось моделью использовавшегося монитора. Обычно они были белыми, янтарными или изумрудными на чёрном фоне. Фирма Hercules в 1982 году выпустила дальнейшее развитие адаптера MDA, видеоадаптер HGC (Hercules Graphics Controller - графический адаптер Геркулес), который имел графическое разрешение 720×348 точек и поддерживал две графические страницы. Но он всё ещё не позволял работать с цветом.

Первой цветной видеокартой стала CGA (Color Graphics Adapter), выпущенная IBM и ставшая основой для последующих стандартов видеокарт. Она могла работать либо в текстовом режиме с разрешениями 40×25 знакомест и 80×25 знакомест (матрица символа - 8×8), либо в графическом с разрешениями 320×200 точек или 640×200 точек. В текстовых режимах доступно 256 атрибутов символа - 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графическом режиме 320×200 было доступно четыре палитры по четыре цвета каждая, режим высокого разрешения 640×200 был монохромным. В развитие этой карты появился EGA (Enhanced Graphics Adapter) - улучшенный графический адаптер, с расширенной до 64 цветов палитрой, и промежуточным буфером. Было улучшено разрешение до 640×350, в результате добавился текстовый режим 80×43 при матрице символа 8×8. Для режима 80×25 использовалась большая матрица - 8×14, одновременно можно было использовать 16 цветов, цветовая палитра была расширена до 64 цветов. Графический режим также позволял использовать при разрешении 640×350 16 цветов из палитры в 64 цвета. Был совместим с CGA и MDA.

Стоит заметить, что интерфейсы с монитором всех этих типов видеоадаптеров были цифровые, MDA и HGC передавали только светится или не светится точка и дополнительный сигнал яркости для атрибута текста «яркий», аналогично CGA по трём каналам (красный, зелёный, синий) передавал основной видеосигнал, и мог дополнительно передавать сигнал яркости (всего получалось 16 цветов), EGA имел по две линии передачи на каждый из основных цветов, то есть каждый основной цвет мог отображаться с полной яркостью, 2/3 или 1/3 от полной яркости, что и давало в сумме максимум 64 цвета.

В ранних моделях компьютеров от IBM PS/2 появляется новый графический адаптер MCGA (Multicolor Graphics Adapter - многоцветный графический адаптер). Текстовое разрешение было поднято до 640x400, что позволило использовать режим 80x50 при матрице 8x8, а для режима 80x25 использовать матрицу 8x16. Количество цветов увеличено до 262144 (64 уровня яркости по каждому цвету), для совместимости с EGA в текстовых режимах была введена таблица цветов, через которую выполнялось преобразование 64-цветного пространства EGA в цветовое пространство MCGA. Появился режим 320x200x256, где каждый пиксел на экране кодировался соответствующим байтом в видеопамяти, никаких битовых плоскостей не было, соответственно с EGA осталась совместимость только по текстовым режимам, совместимость с CGA была полная. Из-за огромного количества яркостей основных цветов возникла необходимость использования уже аналогового цветового сигнала, частота строчной развертки составляла уже 31,5 кГц.

Потом IBM пошла ещё дальше и сделала VGA (Video Graphics Array - графический видеомассив), это расширение MCGA, совместимое с EGA и введённое в средних моделях PS/2. Это фактический стандарт видеоадаптера с конца 80-х годов. Добавлены: текстовое разрешение 720x400 для эмуляции MDA и графический режим 640x480 с доступом через битовые плоскости. Режим 640x480 замечателен тем, что в нём используется квадратный пиксел, то есть соотношение числа пикселов по горизонтали и вертикали совпадает со стандартным соотношением сторон экрана - 4:3. Дальше появился IBM 8514/a с разрешениями 640x480x256 и 1024x768x256, и IBM XGA с текстовым режимом 132x25 (1056x400) и увеличенной глубиной цвета (640x480x65K).

Устройство

Современная видеокарта состоит из следующих частей:

Графический процессор Система охлаждения

Видеопамять используется для временного сохранения, помимо непосредственно данных изображения, и другие: текстуры , шейдеры , вершинные буферы , Z-буфер (удалённость элементов изображения в 3D-графике), и тому подобные данные графической подсистемы (за исключением, по большей части данных Video BIOS, внутренней памяти графического процессора и т. п.) и коды.

Характеристики видеокарт

• Ширина шины памяти , измеряется в битах - количество бит информации, передаваемой за такт. Важный параметр в производительности карты.
• объём видеопамяти , измеряется в мегабайтах - объём собственной оперативной памяти видеокарты. Больший объём далеко не всегда означает большую производительность.

Видеокарты, интегрированные в набор системной логики материнской платы или являющиеся частью ЦПУ, обычно не имеют собственной видеопамяти и используют для своих нужд часть оперативной памяти компьютера (UMA - Unified Memory Access).

• частоты ядра и памяти - измеряются в мегагерцах, чем больше, тем быстрее видеокарта будет обрабатывать информацию.
• текстурная и пиксельная скорость заполнения , измеряется в млн. пикселей в секунду, показывает количество выводимой информации в единицу времени.

• К важным техническим особенностям, характеризующим видеокарту, можно отнести встроенную систему охлаждения, если она реализована и коннекторы интерфейсов передачи данных.

3D-ускорители

Сам термин 3D-ускоритель формально означает дополнительную плату расширения , выполняющую вспомогательные функции ускорения формирования трехмерной графики . Отображение результата в виде 2D изображения и передача её на монитор не является задачей 3D-ускорителя. В современном понимании 3D-ускорители в виде отдельного устройства практически не встречаются. Почти любая (кроме узкоспециализированных) современная видеокарта, в том числе и современные интегрированные графические адаптеры в составе процессоров и системной логики , выполняют аппаратное ускорение отображения двухмерной и трехмерной графики .

Аппаратное ускорение формирования графических изображений изначально входило в характеристики многих персональных компьютеров , однако первая модель IBM PC штатно располагала только текстовыми режимами и не имела возможности отображать графику. Однако первые видеокарты для IBM PC-совместимых компьютеров с поддержкой аппаратного ускорения 2D- и 3D-графики появились достаточно рано. Так IBM ещё в 1984 начала производство и продажу видеокарт стандарта PGC . PGC была создана для профессионально применения, выполняла аппаратное ускорение построения 2D- и 3D-примитивов и являлась решением в первую очередь для CAD -приложений. Правда IBM PGC имела крайне высокую стоимость. Цена этой видеокарты была гораздо выше самого компьютера. Поэтому существенного распространения такие решения не получили. Справедливости ради стоит сказать что на рынке профессиональных решений были видеокарты и 3D-ускорители других производителей.

Распространение доступных 3D-ускорителей для IBM PC-совместимых компьютеров началось в 1994 году . Развитие графических пользовательских интерфейсов, и в первую очередь операционных систем с графическими пользовательскими интерфейсами, сказалось на развитие видеокарт в целом. От видеокарт требуется быстрое и качественно отображение в высоких разрешениях с большей глубиной цвета. Помимо этого чтобы сократить время реакции действий пользователя и разгрузить центральный процессор компьютера от обработки большого количества графики в составе некоторых видеокарт появляются функции ускорения 2D графики. Так, с ростом популярности Microsoft Windows некоторые графические адаптеры реализуют функции аппаратного отображения курсора, аппаратной заливки областей экрана, аппаратного копирования и переноса областей экрана (в том числе функции аппаратного скроллинга), а также аппаратное отображение 2D примитивов. Развитием этого направления стало появление функций аппаратного отображения 3D примитивов. Первой видеокартой с поддержкой аппаратного ускорения отображения 3D-графики стала Matrox Impression Plus выпущенная в 1994 году (использовала чип Matrox Athena ). Позже в этом же году Matrox представляет новый чип Matrox Storm и видеокарту на основе его Matrox Millennium . Matrox Millennium 1994 года стала первой видеокартой весьма успешной серии Millennium. Видеокарты Millennium выпускались до середины 2000-х годов.

В 1995 году уже несколько компаний выпускают новые графические чипы с поддержкой аппаратного ускорения формирования 3D-графики. Так Matrox выпускает MGA-2064W, Number Nine Visual Technology отмечается выпуском графического процессора Imagine 128-II, Yamaha представляет чипы YGV611 и YGV612, компания 3DLabs выпускает Glint 300SX, а Nvidia - NV1 (который так же выпускается в рамках соглашения с SGS-THOMSON под именем STG2000). В этом же году на основе этих решений выходит большое число видеокарт от различных производителей с поддержкой ускорения 3D-графики.

Настоящим прорывом на рынке 3D-ускорителей и видеокарт с аппаратным ускорением 3D-графики стал 1996 год. Именно этот год стал годом массового внедрения и популяризации аппаратной 3D-графики на IBM PC-совместимых компьютерах. В этому году появляются новые графические решения от 3DLabs, Matrox, ATI Technologies , , Rendition , Chromatic Research , Number Nine Visual Technology , Trident , PowerVR . И хотя на основе этих графических процессоров в этом году выходит множество как 3D-ускорителей, так и полноценных видеокарт с функций ускорения 3D-графики, главным событием становится выпуск 3D-ускорителей на основе набора чипов 3Dfx Voodoo Graphics . Компания 3dfx Interactive до этого производившая специализированные 3D-ускорители для аркадных автоматов представила набор чипов для рынка IBM PC-совместимых компьютеров. Скорость и качество рендеринга трехмерных сцен выполненных картами Voodoo Graphics были на уровне современных игровых автоматов, и большинство производителей видеокарт начали выпуск 3D-ускорителей на основе набора Voodoo Graphics, а вскоре и большинство производителей компьютерных игр поддержали Voodoo Graphics и выпустили новые игры для IBM PC-совместимых компьютеров с совершенно новым уровнем 3D-графики. Произошел взрыв интереса к 3D-играм и соответственно к 3D-ускорителям.

Игровые видеоускорители

Игровые видеоускорители - видеокарты, ориентированные на ускорение 3D-графики в играх .

C 1998 года развивается (компания 3dfx, карта Voodoo2) технология SLI (англ. Scan Line Interleave - чередование строчек), позволяющая использовать мощности нескольких соединённых между собой видеокарт для обработки трёхмерного изображения. См. NVIDIA SLI и ATI CrossFire

Профессиональные видеоускорители

Профессиональные графические карты - видеокарты, ориентированные на работу в графических станциях и использования в математических и графических пакетах 2D- и 3D-моделирования , на которые ложится значительная нагрузка при расчёте и прорисовке моделей проектируемых объектов.

Ядра профессиональных видеоускорителей основных производителей, AMD и NVIDIA , «изнутри» мало отличаются от их игровых аналогов. Они давно унифицировали свои GPU и используют их в разных областях. Именно такой ход и позволил этим фирмам вытеснить с рынка компании, занимавшиеся разработкой и продвижением специализированных графических чипов для профессиональных применений.

Особое внимание уделяется подсистеме видеопамяти , поскольку это - особо важная составляющая профессиональных ускорителей, на долю которой выпадает основная нагрузка при работе с моделями гигантского объёма; В частности, кроме заметно больших объёмов памяти у соотносимых по производительности карт, у видеокарт профессионального сегмента может использоватся ECC-память .

Отдельно стоит продукция фирмы Matrox , чьи узкоспециализированные ускорители по состоянию на 2017 год применялись для работ по кодированию видео, обработке TV-сигнала и работ со сложной 2D-графикой.

Типы графических карт

Дискретные видеокарты

Наиболее высокопроизводительный класс графических адаптеров. Как правило, подключается к высокоскоростной шине данных PCI Express . Ранее встречались видеокарты подключаемые к шинам AGP (специализированная шина обмена данных для подключения только видеокарт), PCI , VESA и ISA . На данный момент современные видеокарты подключаются только через шину PCI Express , а все прочие типы подключений являются устаревшими. В компьютерах с архитектурой отличной от IBM-совместимой встречались и другие типы подключения видеокарт.

Дискретная карта необязательно может быть извлечена из устройства (например, на ноутбуках дискретная карта часто распаяна на материнской плате). Она называется дискретной из-за того что выполнена в виде отдельного чипа (или набора микросхем) и не является частью других компонентов компьютера (в отличии от графических решений встраиваемых в чипы системной логики материнских плат или непосредственно в центральный процессор). Большинство дискретных видеокарт обладает своей собственной оперативной памятью (VRAM), которая часто может обладать более высокой скоростью доступа или более скоростной шиной доступа, чем обычная оперативная память компьютера. Хотя, ранее встречались видеокарты которые полностью или частично использовали основную оперативную память для хранения и обработки графической информации, в настоящее время почти все современные видеокарты используют собственную видеопамять. Также иногда (но достаточно редко) встречаются видеокарты оперативная память которых не установлена в виде отдельных микросхем памяти, а входит в состав графического чипа (в виде отдельных кристаллов, или же на одном кристалле с графическим процессором).

Выполненные в виде отдельного набора системной логики, а не в составе других микросхем, дискретные видеокарты могут быть достаточно сложными и гораздо более высокопроизводительными чем встроенная графика. Кроме того, обладая собственной видеопамятью у дискретных видеокарт нет необходимости делить оперативную память с другими компонентами компьютера (в первую очередь с центральным процессором). Собственная оперативная позволяет не тратить основное ОЗУ для хранения информации, которая не нужна центральному процессору и другим компонентам компьютера. С другой стороны, видеопроцессору не приходится ожидать очереди на доступ к оперативной памяти компьютера к которой может в данный момент обращаться как центральный процессор, так и другие компоненты. Все это положительно сказывается на производительности дискретных видеокарт по сравнению со встроенной графикой.

Такие технологии как SLI от Nvidia и CrossFire от AMD позволяют задействовать несколько графических адаптеров параллельно для решения одной задачи.

Встроенная графика

Интегрированные графические адаптеры не имеют собственной памяти и используют оперативную память компьютера, что сказывается на производительности в худшую сторону. Хотя графические процессоры Intel Iris Graphics, начиная с поколения процессоров Haswell имеют в своём распоряжении 128 мегабайт кэша четвёртого уровня, остальную память они могут брать из оперативной памяти компьютера.

В этой статье пойдёт речь о том, как получить высокий показатель fps, путём тонкой настойки вашего 3D акселератора. Ускорять можно почти любое устройство в компьютере, но акселераторы выделяются тем, что изменяемых параметров у них очень много. Можно ускорить игры только программными способами, с помощью свойств драйверов. Также можно ускорять 3D систему "железным" путём. Сначала рассмотрим первый путь, как самый простой и не требующий специальных знаний.

Включение и выключение эффектов

Этот способ может увеличить скорость fps в играх иногда вдвое. Способ связан с потерей качества картинки. Он напрямую зависит от вашей карты, так как у каждого поколения карт свои наборы эффектов.

Dithering - этот эффект можно применять в 16 битном цвете. Его использование не целесообразно, так как картинка изменяется несильно. Он отнимет у вас 3-8 fps (в зависимости от мощности системы и поколения акселератора).

Trilinear Filtering — улучшает картинку. Мип переход становится менее заметен. На картах Riva TNT/TNT2 отсутствует. На самом деле при включении это пункта в драйверах включается аппроксимация. И картинка выглядит ещё хуже. Лучше всего реализован на картах 3dfx. Приводит к 3-10% потери скорости. На картах GeForce 256/GeForce 2/GeForce 3/GeForce 4 его включение не приводит к сколько ни будь серьёзной потери скорости, так как эти карты являются 3D процессорами (GPU), а не простыми акселераторами (к ним также относятся Radeon-ы). При ощутимой потере скорости его следует отключить.

Fog (туман) — кому как нравится. не приводит к сколь-нибудь серьёзной потере скорости. Но это всё же туман и как любой туман он скрывает удалённые объекты. В некоторых случаях делает картинку более реалистичной. Antialiasing (или FSAA) — эффект, сглаживающий "лесенки". На картах GeForce 256/GeForce 2 его включение приводит к 25-45% потере в производительности (в зависимости от уровня 2, 4, 8). На картах GeForce 3 включение антиалиасинга приводит к 15-30% потере в скорости. А на картах линейки GeForce 4 реализован "бесплатный" антиалиасинг. У этих карт при включении антиалиасинга потери в скорости составляют: у GeForce 4 Ti 3-10%, а у GeForce 4 MX 7-15% потерь скорости. Карты Radeon 8500/7500 можно приравнять к GeForce 3. Эффект делает картинку более мягкой и ровной. Его включение целесообразно только на GeForce 3/4.

Anisotropian Filtering - один из самых продвинутых эффектов. Этот метод фильтрации самый лучший. При включении картинка становится четкой. Горизонтально расположенные текстуры уходящие вдаль становятся четкими и детализированными. При использовании вместе с антиалиасингом картинка в современных играх становится фотореалистичной. Включение режима 2х на картах GeForce 256/2/3/4 приводит соответственно к 25%/20%/15%/3-6% (в среднем) потери скорости. Также существуют режимы 4х, 8х, 16х. У фирмы ATI свои обозначения, но в принципе это одно и тоже. Показатели карт Radeon 8500/7500 находятся на уровне GeForce 3 и GeForce 4 MX.

VSync - это не эффект, а синхронизация по вертикальной развёртке монитора. Приводит не столько к улучшениям, сколько к неудобствам. При включении картинка иногда подёргивается при поворотах. Призван убирать "лаг" (лаг — это когда вы едите в NFS и при попытке зайти в поворот машина не слушается руля, а через несколько секунд вы уже в стенке за поворотом) и разрывы по горизонтали при повороте в 3D пространстве. При включении заметное падение производительности. Потери зависят от развёртки.

Разрешение экрана

640х480 - В этом разрешении на скорость кадров сильно влияет процессор. Карты GeForce 256, GeForce 2, GeForce 3, GeForce 4 — в игре Quake III Arena показывают результаты отличающиеся друг от друга не более чем на 10%. Карты других производителей ведут себя также. Старые карты вроде Riva TNT2 и Voodoo 3 в этом разрешении показывают максимальную производительность.

800х600 - В этом разрешении ещё очень велико влияние процессора. Лесенки становятся мене заметными. В этом разрешении картинка выглядит неплохо на 14-15 дюймовых мониторах. Карты GeForce 256, GeForce 2, GeForce 3, GeForce 4 — изменяют свои результаты на 1-7% по сравненью с 640х480. Карты Riva TNT2 и Voodoo 3 теряют от 5 до 10%.

1024х768 - При установке этого разрешения процессор ограничивает производительность куда слабее. GeForce 256 теряет 10-20%, GeForce 2 от 7 до 15%, GeForce 3 5-10%, GeForce 4 3-7%. Карты типа Riva TNT/TNT2 и Voodoo 2/3 при установке этого разрешения заметно снижают показатель fps. Потери в среднем составляют от 15% до 35%. В этом разрешении на 14-15 дюймовых мониторах лесенки становятся слабо различимыми.

1280х1024 - В этом режиме процессор уже почти не даёт ограничений. GeForce 256 теряет в скорости по сравненью с 800х600 от 25% до 45%, GeForce 2 25% — 40%, GeForce 3 10% — 25%, GeForce 4 5% — 20%. Карты Riva TNT/TNT2 и Voodoo 2/3 теряют по сравненью с 800х600 от 50% до 80%.

Разгон

Разгонять можно не только саму 3D карту. Так же можно поднять скорость в играх подъёмом частоты системной памяти и шины.

Разогнать карту сейчас очень просто. У новых карт как все GeForce-ы и Radeon-ы утилита разгона встроена в драйверы. Так же существуют универсальные программы разгона, такие как Power Strip. В интернете лежат сотни программ под совершенно конкретные линейки карт. Для всех карт фирмы n’Vidia существует программа Riva Tuner, поддерживает все карты от Riva ZX до GeForce 4. Для карт серии Voodoo в интернете нет универсальной программы. Но программы Voodoo Tweaker есть право претендовать на универсальность. Она поддерживает карты Voodoo 1/2/3/4/5.

Спалить разгоном свою карту вы не сможете, как ни старайтесь! Это практически невозможно. Гоните до появления артефактов. Если артефакты появились, то вернитесь на 3-5 мегагерц назад и останьтесь на этом. Карты Voodoo 1 по умолчанию работают на частоте 50/50 (далее частоты ядро/память) при установке радиаторов возможен разгон до 60/60. Без дополнительного охлаждения 55/55, реже 57/57. У Voodoo 2 по умолчанию 90/90 без охлаждения 105/105, реже 110/110. Voodoo 3 2000/3000 гонится до 180/180. Если установить вентилятор, то иногда случается достичь 195/195. Riva TNT гонится не так хорошо но бывают исключения. TNT 2 обычно разрешает поднять частоту на 15-30 мегагерц. GeForce 256 можно гнать до 20-50 МГц. GeForce 2 МХ гонится не очень хорошо в среднем 15-25 МГц, а GeForce 2 PRO/Ultra можно разогнать на 20-35 МГц. GeForce 3 разгоняется на 30-60 МГц, при этом память разгоняется куда хуже ядра. А GeForce 4 пока ещё не гнали, и поэтому информации нет. Но можно предположить, что гнаться будет хорошо, особенно средние модели. Radeon-ы обычно гонятся довольно хорошо, но GeForce-ы лучше.

Разгон памяти намного более эффективен, чем разгон ядра. Это особенно заметно на картах GeForce и Radeon.

Разогнать также можно и шину AGP. Если у вас процессор с частотой шины 66 МГц, то чтобы разогнать AGP, надо поднять частоту до 75 МГц, тогда частота AGP в режиме 2х поднимется с 133 до 150 МГц. Если можно поставить частоту 83 МГц, то скорость AGP станет 166 МГц, но при этом падает стабильность системы. При поднятии частоты шины разгоняется так же процессор. Если у вас процессор с частотой шины 100 или 133 МГц, то просто поднимите её до 112 и до 150 соответственно, что бы достичь эффекта изменения частоты с 66 до 75 МГц.

Если вы последовали моим советам и при этом всё же что-нибудь спалили, то никакой ответственности за ваши кривые руки я не несу. Но если всё проделать правильно, то 50% прирост вам гарантирован, а если повезёт с разгоном, то ваш fps вырастет вдвое.

Давно стали привычными термины 3D-графика, 3D-акселератор, но терминология, используемая при описании технических характеристик оборудования современных видеосистем, у многих специалистов вызывает затруднения, так как не все знакомы с принципами построения трехмерных высококачественных цветных изображений на плоском экране современного монитора. В данной статье рассматриваются особенности 3D-акселераторов и современные технологии трехмерной графики.

Изображения трехмерных объектов на экране монитора

Системы виртуальной реальности и трехмерной визуализации переносят зрителя в вымышлен-ный мир, позволяющий перемещаться в очень высоко детализированной обстановке. Такие миры реализуются посредством каркасных структур, например, стен, полов и потолков и др., на которые наносятся текстуры, представляющие собой цветные шаблоны.

На плоском экране монитора высококачественные изображения трехмерных объектов могут состоять из огромного количества элементов. В программах создания трехмерной графики используется технология хранения в памяти и обработки не самих изображений, а набора абстрактных графических элементов, составляю-щих эти изображения. До недавнего времени для преобразования этих абстрактных элемен-тов в "живые" образы, помимо программ создания трехмерной графики, требовались специ-альные приложения. Они сильно загружали процессор, память, системный интерфейс, и, как следствие, замедлялась работа всех остальных приложений. Однако новое поколение микросхем графических акселераторов, уста-новленных на большинстве современных видеоадаптеров, успешно решает эту проблему, бе-ря на себя всю работу по расшифровке и формированию на экране изображений трехмерных объектов. Процессор теперь менее загружен, и общая производительность системы повысилась.

Главной функцией программ создания трехмерной графики является преобразование графических абстрактных объектов в изображения на экране монитора компьютера. Обычно абстракт-ные объекты включают три составляющих:

Вершины. Задают местоположение объекта в трехмерном пространстве; само их по-ложение задается координатами X, Y и Z.

Примитивы. Это простые геометрические объекты, с помощью которых конструируют-ся более сложные объекты. Их положение задается расположением определяющих точек (обычно вершин). Для конструирования изображений трехмерных объектов при по-строении примитивов учитывается также эффект перспективы.

Текстуры. Это двухмерные изображения, или поверхности, налагаемые на примитивы. Точки текстуры называются текселами.

Эти абстрактные математические описания должны быть визуализированы, т.е. преобра-зованы в видимую форму. Процедура визуализации основывается на жестко стандартизиро-ванных функциях, предназначенных для составления выводимого на экран целостного изо-бражения из отдельных абстракций. Ниже представлены две стандартные функции:

геометризация - это определение размеров, ориентации и расположения примитивов в пространстве и расчет влияния источников света.

растеризация - преобразование примитивов в пиксели на экране с нанесением нужных затенений и текстур.

Функции 3D-акселератора

Создание трехмерных изображений требует большой работы. Простые акселераторы должны только рисовать многоугольники и планировать текстуры. Более сложные акселераторы могут частично выполнять функции предшествующих этапов, на-пример, позволяя блоку вычисления вершин передавать на следующий этап координаты в виде де-сятичных чисел, что уменьшает загрузку процессора.

Последовательность этапов создания трехмерных изображений

Геометрическая обработка. Программа хранит местоположение объектов в мировых ко-ординатах, упрощая связи между различными объектами. Большинство вычислений проис-ходит в процессоре.

Преобразование и отображение. Программа преобразует трехмерные координаты в про-странстве (3D-координаты) в координаты на плоскости (2D-координаты) и использует тек-стуры. Работа в основном выполняется аппаратурой.

Описание этапов создания трехмерных изображений

Вычисление координат вершин. Процессор вычисляет позицию каждой вершины для каж-дого объекта в мировой системе координат.

Отсечение краев. Изображаемые объекты могут не вписываться в пределы видимой области. Выступающие части должны быть удалены, поэтому процессор отсекает края объекта по границам рисуемой области - по одному многоугольнику за один раз.

Отбрасывание скрытых поверхностей. Изображать невидимые поверхности излишне. Процессор должен распознавать видимые поверхности и отбрасывать невидимые.

Вычисление координат проекций. Дисплей работает всего лишь как двумерное устройст-во, наподобие куска стекла, через которое вы смотрите на трехмерную сцену. Чтобы про-моделировать это в компьютере, нам нужно пересчитать координаты проекций вершин ка-ждого многоугольника из системы координат в пространстве в систему координат на плос-кости (поверхности экрана).

Закрашивание поверхностей. Как только мы получаем набор двумерных многоугольников, мы можем красить поверхность каждого из них теневой картой текстуры.

В современных видеоадаптерах, в которых графический процессор может выполнять функции ускорения трехмерной графики, встраиваются специальные электронные схемы, ко-торые выполняют растеризацию гораздо быстрее, чем программное обеспечение.

Большинство современных наборов микросхем 3D-акселераторов обеспечивают выполнение следующих функций растеризации:

Растровое преобразование. Определение того, какие пиксели экрана покрываются каждым из примитивов.

Обработка полутонов. Цветовое наполнение пикселей с плавными цветовыми пере-ходами между объектами.

Образование текстуры. Наложение на примитивы двухмерных изображений и по-верхностей.

Определение видимости поверхностей. Определение пикселей, покрываемых бли-жайшими к зрителю объектами.

Анимация. Быстрое и четкое переключение между последовательными кадрами дви-жущегося изображения.

В наиболее совершенных 3D-акселераторах могут быть использованы геометрические процессоры (например, FGX-1), которые ускоряют всю стадию геометрической обработки, в том числе трансформацию (если 3D-акселератор поддерживает операции с матрицами) и освещение.

Технологии трехмерной графики

Практически во всех ускорителях трехмерной графики применяются описанные ниже специфические технологии для создания высококачественных, близких к реальным изображений.

Мипмэппинг

В некоторых приложениях, используется другой процесс, называемый отображением МIР(MIP- мипмэппинг - текстура нарисованная с несколькими уровнями детализации), при котором применяются различные версии одной и той же текстуры, содержащие разное количество деталей в зави-симости от расстояния до объекта в трехмерном пространстве. При отображении уда-ляющихся объектов уменьшается насыщенность, яркость цветов текстуры, степень ее детализации и увеличивается скорость ее обработки.

Затуманивание

Затуманивание - это имитация газа или тумана в играх.

Затенение Гуро

Затенение Гуро - интерполяция цветов для сглаживания неровностей окружностей и сфер.

Альфа-смешивание

Альфа-смешивание (alfa-blending - техника создания эффекта полупрозрачности) - это одна из первых технологий трехмерной графики, используемая для создания реалистичных объектов, например "прозрачного" дыма, воды и стекла. Многие другие функции, в которых нужно объединять пикселы, такие как прозрачные текстуры, мультитекстурирование, антиалиасинг, также используют альфа-смешение.

Антиалиасинг

Антиалиасинг (аntialiasing) - метод борьбы с лестничным эффектом за счет сглаживания краев линий, полигонов и точек. Антиалиасинг делится на полный и краевой. Использование краевого антиалиасинга подразумевает, что игровые программы написаны соответствующим образом, и имеют возможность включения краевого антиалиасинга. Полный антиалиасинг может быть включен в любой игровой программе независимо от того поддерживает она антиалиасинг или нет.

Наиболее часто, используются в современных ускорителях трехмерной графики технологии, использующие следующие методы и средства:

Буфер шаблонов

Буфер шаблонов - это технология, активно используемая в играх (особенно в жанре авиасимуляторов) при моделировании ландшафта, самолетов и других объектов вне стеклянной кабины летчика.

Z-буферизация

Z-буферизация - изначально эта технология применялась в системах автоматизирован-ного проектирования. В двумерном мире объекты не могут располагаться впереди или позади друг друга, поэтому нет проблем с перекрытием. Но в трехмерном мире один объект может находиться впереди другого. Обычно световые лучи не проникают через непрозрачные объекты, поэтому мы видим все, что находится впереди, и не видим того, что позади.

Когда два объекта перекрываются, нужно выяснить, какой из них находится впереди, чтобы знать, какие пиксели объекта нужно показать на дисплее. Область, в которой пересекаются две фигуры, можно описать, указав для каждого пиксела фигур величину расстояния от него до условного заднего плана. Если дополнить обычную видеопамять картой этих расстояний для каждого пикселя, то будет всегда известно, нужно ли закрашивать конкретный пиксель: если значение расстояния (или значение Z) у пикселя меньше, значит, он позади и его не нужно закрашивать.

Эту идею можно реализовать аппаратно. Решение, состоит в создании параллельно с памятью дисплея другого массива памяти, называемого Z-буфером. Каждый раз при записи пикселя вычисляется его значение Z. При этом записываются только пиксели с большими значениями Z и обновляются расстояния в Z-буфере. Все остальные пикселы игнорируются. Таким образом, в каждой ячейке Z-буфера хранится расстояние по оси Z (вглубь экрана) для рисуемого пиксела, поэтому легко проверить, затенен ли новый записываемый пиксель или нет. К сожалению, Z-буфер требует дополнительной памяти, и, чем большая точность нужна для значений Z, тем больше памяти нужно для запоминания значений Z. Если используется разрешающая способность 640х400 и значения Z в виде 16-разрядных (двухбайтовых) чисел, то нужно иметь 0,5 мегабайта памяти только для Z-буфера. С помощью Z-буфера можно легко решить, какие объекты расположены на переднем плане, но при этом понадобится вдвое больший объем видеопамяти. Почти все современные 3D-ускорители имеют 24-х или 32-битную

Z-буферизацию, что в значительной мере повышает разрешающую способность и, как следствие, качество рендеринга.

Есть и другие решения проблемы со скрытыми поверхностями, но все они решаются путем компромисса между использованием памяти дисплея и дополнительной нагрузкой на процессор. Главный метод, применяемый для peшения проблем, заключается в том, чтобы упорядочить (отсортировать) вершины многоугольников по их координатам Z. Тогда сначала закрашиваются наиболее отдаленные объекты на экране, а наиболее близкие объекты накладываются на дальние. При этом возникают проблемы с поверхностями, наклонными к оси Z, так как расстояние пикселя от заднего плана может изменяться по мере его удаления от вершины. Решение такой проблемы требует еще более сложных вычислений.

Можно сократить работу процессора, проявив небольшую хитрость при упорядочении объектов по их координатам Z. Если какая-то поверхность полностью скрыта другими или повёрнута от наблюдателя, то ее совсем не нужно рисовать первой. А если мы исключили операцию рисования, то многоугольник не надо заполнять картой текстуры, в связи с этим уменьшается количество работы для процессора.

Улучшенные технологии наложения текстур

Для визуализации трехмерных изображений с высокой степенью детализации необходимо применять специальные методы наложе-ния текстур, которые устраняют нежелательные эффекты и делают сцены более реали-стичными.

Отображение текстуры более сложно, чем простое копирование растра шаблона на экран, по-тому что требует работы с эффектами перспективы в каркасном представлении. Прямоугольный растр шаблона должен быть преобразован для получения изображения в перспективе. Это видно, скажем, на примере стен, неперпендикулярных линии, вдоль которой смотрит зритель. Такие поверхности удаляются вдоль линий перспективы к точке схода, причем текстура уменьшается по мере того, как ваш взгляд перемещается вдаль. Процесс трехмерной визуализации отображает стены и другие поверх-ности с учетом перспективы и накладывает текстуры для создания реалистического изображения.

Программное обеспечение для усиления эффекта трехмерности, изменяет вид текстур в зави-симости от положения примитива (т.е. расстояния до примитива и его наклона). Этот процесс называется перспективной коррекцией.

В реальном мире источник света обычно точечный, поэтому освещенность поверхности неравномерна, она увеличивается в направлении источника. Поверхности также имеют различную отражающую способность, что сказывается на используемых текстурах. Блестящая металлическая искривленная поверхность отразит точечный источник света в точке (точка, называется зеркальным отражением точки, в которой находится точечный источник света), местоположение которой определяется законами геометрической оптики. Математический аппарат для выполнения этой работы хорошо известен, но процессоры и графические видеоплаты должны иметь для выполнения этих функций достаточную производительность. Для экранных форматов с более высокой разрешающей способностью вычислений требуется еще больше (для разрешающей способности 640х400 требуется вчетверо больше вычислений, чем для 320х200). Подобные форматы не могли поддерживаться устаревшими моделями процессоров, поэтому они появились только с приходом быстродействующих процессоров типа Pentium. Для обновления экрана при быстром перемеще-нии каркасов и карт текстуры по экрану при высокой частоте кадров требуется не только большая скорость вычислений, но и высокая пропускная способность канала видеоплаты. Вот почему при рисовании трехмерных объектов необходима шина PCI или AGP (главное преимущество интерфейса AGP перед PCI в использовании режима DIME - Direct Memori Execution или, как говорят, AGP-текстурировании) на материнской плате и соответствующая видеопла-та с хорошей производительностью.

Рельефное текстурирование или наложение рельефа

Рельефное текстурирование или наложение рельефа (bump-mapping - методика наложения рельефных поверхностей). Эта технология предназначена для воспроизведения специальных световых эффектов, таких как водная рябь, камни и другие сложные по-верхности. Это придает большую реалистичность игровым сценам и ландшафтам. Для того, чтобы подчеркнуть бугорки и впадины с помощью светотени, надо затемнять или осветлять стенки этих бугорков и впадин. Другой метод заключается в симуляции рельефности глянцевой или зеркальной поверхности отражением окружающей среды.

Билинейная фильтрация

Билинейная фильтрация(bi-linear filtering - метод текстурирования, при котором выполняется интерполяция текстуры). Улучшение качества изображения небольших текстур, помещенных на большие многоугольники (достигается так называемая “размазанность текстур”). Эта технология устраняет эффект "блочности" текстур.

Трилинейная фильтрация

Трилинейная фильтрация(frii-linear filtering - более сложный метод текстурирования, при котором кроме интерполяции текстуры выполняется интерполяция между уровнями детализации текстуры). Комбинация билинейной фильтрации и так называемого наложения mip mapping (текстуры, имеющие разную степень детализации в зави-симости от расстояния до точки наблюдения). Использование трилинейной фильтрации значительно замедляет работу 3D-ускорителей, но формирует более качественное изображение, чем обычная билинейная с мипмэппингом.

Важной операцией в визуализации трехмерных объектов является рисование мно-гоугольника, так обычно представляются движущиеся объекты. Текстуры на многоугольниках придают объекту более реалистичный вид, сохраняя преимущества быстрого рисования трехмер-ных изображений. Рисование многоугольника напоминает процесс наложения текстурных карт на каркасные структуры, хотя и требует большей производительности. Сетка, покрывающая поверх-ность в трехмерном пространстве, в большинстве случаев составлена из треугольников, что сни-жает сложность программного (или аппаратного) обеспечения для вывода объекта на экран. Изме-няя размер треугольников, можно управлять степенью детализации объектов.

Поскольку в трехмерной графике наиболее важными операциями являются отображение (нанесение) текстуры и рисование многоугольников, то производительность программ и аппарату-ры для трехмерной графики измеряется, как правило, количеством пикселей текстуры и закрашен-ных многоугольников в секунду. Наиболее хорошо настроенным программным обеспечением трехмерной графики обладают некоторые

ЗD-игры, как правило, они показывают отличные ре-зультаты в тестах на трехмерную визуализацию.

Анизотропная фильтрация

Анизотропная фильтрация, используемая в некоторых видеоадаптерах, позволяет сделать сцену еще более реалистичной. Однако эта техноло-гия пока не получила должного распространения из-за высоких требований к аппа-ратной части видеоадаптера.

Однопроходная или мультипроходная визуализация

В различных видеоадаптерах применяются разные технологии визуализации -однопроходная или мультипроходная визуализация.. В настоящее время практически во всех видеоадаптерах фильтрация и основная визуализация выполняются за один про-ход, что позволяет увеличить частоту кадров.

Аппаратное или программное ускорение

Аппаратное или программное ускорение используется при аппаратно выполняемой визуализации. Позволяет достичь гораздо лучшего качества изображений и скорости анимации, чем при про-граммной обработке. Используя специальные драйверы, новые видеоадаптеры выполняют все нуж-ные вычисления с очень высокой скоростью. Для работы с приложениями трех-мерной графики или современных игр это технологическое решение просто неоценимо.

Программная оптимизация

Для применения всех свойств видеоадаптеров необходимо использовать специальное программное обеспечение, которое может активизировать эти функции. Несмотря на то, что в настоящее время существует несколько программных стандартов трехмерной графики (OpenGL, Glide и Direct 3D), производители видеоадап-теров создают видеодрайверы, которые поддерживают указанные стандарты.

Дизеринг

Дизеринг(dithering) - метод получения изображений в Hi-Color-режимах.

Рендеринг

Рендеринг (конвейер рендеринга). Рендеринг выполняется по многоступенчатому процессу, называемому конвейером рендеринга, который состоит из трех этапов обработки: тесселяции, геометрической обработки, растеризации. При аппаратном рендеринге 3D-акселератор берет на себя наиболее вычислительно-емкие функции по растеризации треугольников.

«Наркотик» для геймера

Сегодня новые акселераторы трехмерной графики безбожно выворачивают карманы пользователей. Цена за «горячие» 3D-новинки приближается к 400 долл. - сумме, за которую можно приобрести «не слабый» системный блок персонального компьютера. Лидер 3D-прогресса, фирма nVIDIA, заявляет, что до тех пор, пока они продают все чипы, которые производят, цена на 3D-карты высшего уровня производительности будет расти, и даже 500 долл. - далеко не предел. 3D-карта - словно наркотик, требующий все больше денег за растущую потребность в удовольствии. Сегодня мало кто вспоминает, что 3D-графические ускорители для ПК - это относительно новый класс устройств, который сформировался на наших глазах около трех лет назад. Бывшие первоначально достоянием профессиональных рабочих станций класса Silicon Graphics (ныне SGI), акселераторы 3D-графики сегодня превратились в самую желанную вещь в персоналке геймера. С тех пор темпы роста мощности графических процессоров намного превосходят даже развитие центральных микропроцессоров. Современный 3D-акселератор представляет собой видеокарту (в виде неприметной печатной платы), на которой интегрированы один или несколько графических процессоров и 8-64 Мбайт собственной видеопамяти. По сути, 3D-акселератор - это «компьютер в компьютере». Задача 3D-акселератора - брать на себя почти всю нагрузку по геометрическому построению трехмерных изображений. Понятно, что речь идет преимущественно об «объемных» 3D-играх. Именно из-за них центральный процессор перестал справляться с возрастающей нагрузкой и был вынужден передать часть полномочий 3D-процессорам на специализированных акселераторах трехмерной графики. Для работы же с традиционными двухмерными приложениями класса Microsoft Office и Adobe Photoshop нужен мощный 2D-, а не 3D-акселератор.

В принципе 3D-ускорители существовали и десять лет назад, только стоили они до 15 тыс. долл. и были прерогативой профессиональных рабочих станций. Эти акселераторы применялись в системах автоматизированного проектирования и трехмерного моделирования. Выход первых 3D-карт на массовый рынок практически произошел в 1995 году, когда 2D-ускорители фактически исчерпали свои возможности по обработке сложной графики.

Подавляющее большинство тех, кто хотел бы приобрести компьютер или хотя бы его модернизировать, делают это не из-за острой нужды в таких офисных программах, как Microsoft Word или Excel. В основном upgrade производится, чтобы вкусить все прелести современных технологий, используемых в новейших играх. Ведь именно они являются «пожирателями» всех ресурсов компьютера, и это нормально, поскольку разработчики ориентируются на самые новые комплектующие, позволяющие создавать феноменальные эффекты. По сути, весь этот процесс является бесконечной «гонкой», в которой производители «железяк» постоянно убегают от разработчиков игровых новинок. На чем же еще, как не на играх, можно протестировать свою персоналку? Если ее конфигурация соответствует (или еще лучше - немного опережает) системные требования современных игр, то можно быть на 100% уверенным, что любые офисные или графические приложения не загонят ваш компьютер в тупик.

Зачем нужен 3D-акселератор

На сегодняшний день функции современных видеоадаптеров довольно просты: они должны быстро выполнять работу с программами, моделирующими трехмерные сцены, а дело это вовсе не шуточное, поскольку при подобных действиях графический процессор должен обсчитать каждый кадр со скоростью несколько миллиардов элементарных операций в секунду. Для большей реалистичности смена игровых сцен, положения персонажей и их действий должна проходить при довольно высоких скоростях, что достигается быстрой быстрой сменой кадров - от 25 FPS (frame per second, кадр/с). А реалистичность трехмерного мира достигается путем использования 32-битных текстур с большим разрешением, которые накладываются на все присутствующие в сцене предметы.

Выполнение всех перечисленных заданий оборачивается громаднейшим объемом вычислений для аппаратного обеспечения ПК. И центральный процессор зачастую просто не в состоянии справиться с таким потоком данных, поскольку он попросту не оптимизирован для 3D-вычислений, да у него и без того забот хватает. И вот тут-то на сцену выходит 3D-акселератор, имеющий «в личном пользовании» специальный графический процессор и дополнительную память. Эти незаменимые компоненты и помогают ему справиться со всеми задачами, в той или иной степени касающимися 3D-графики.

Выбор акселератора - это выбор API

Выбор графической платы с 3D-ускорителем практически становится насущной необходимостью для каждого геймера. Но поскольку единого межкорпоративного 3D-стандарта до сих пор не существует, сделать правильный выбор при покупке видеоадаптера совсем не просто.

В чем же состоит проблема со стандартами? Наиважнейшим составляющим компонентом 3D-акселератора является набор графических микросхем (графического чипсета-процессора и микросхем окружения), на основе которого и создается некая модель платы-ускорителя. Взаимодействие «ускоряемой» программы с тем или иным набором микросхем осуществляется с помощью драйверов и специальных графических API-библиотек (Application Programming Interface). Подобные API-библиотеки позволяют реализовать в играх трехмерные эффекты и осуществлять взаимодействие программного обеспечения определенным набором микросхем. Совместимость драйверов 3D-акселератора с такими библиотеками на сегодняшний день во многом определяет целесообразность приобретения той или иной модели.

В результате определенные игры могут «ускоряться» только при взаимодействии с конкретными моделями акселераторов. Это обусловлено несовместимостью драйверов некоторых плат с графическими библиотеками, которые использовались при создании отдельных игр. Согласитесь, что, купив модель 3D-ускорителя, драйверы которой не будут работать с библиотекой, используемой в вашей любимой игре, вы просто-напросто выбросите деньги на ветер!

Из наиболее популярных на сегодняшний день графических библиотек можно назвать Direct3D, OpenGL и небезызвестную в недавнем прошлом Glide API. Их достоинства и недостатки следует рассмотреть подробнее.

Direct3D

Драйверы Direct3D, которые входят в состав библиотеки Microsoft DirectX, в настоящее время можно запросто назвать «стандартом всех стандартов» в игровой индустрии. Как и любая другая графическая библиотека такого класса, Direct3D представляет собой своего рода связующее звено между видеоакселератором и приложением. Набор DirectX входит в стандартный комплект поставки Windows 9х и Windows 2000, а также поставляется многими производителями программного и аппаратного обеспечения вместе с видеоадаптерами и дистрибутивами приложений.

На сегодняшний день в большом количестве игр используется Direct3D, так что графический ускоритель, драйверы которого несовместимы с этой библиотекой, практически не имеет шансов завоевать внимание значительного числа пользователей. Однако, по мнению многих экспертов, эта библиотека крайне неудобна и не предоставляет таких богатых возможностей, как альтернативное решение - OpenGL. Вместе с тем Microsoft постоянно совершенствует DirectX, добавляя в Direct3D новые функции и оптимизируя эту библиотеку для достижения максимальной производительности. И все-таки скорость генерации трехмерных изображений c помощью Direct3D, как и легкость программирования, уступает одному из ведущих стандартов 3D-библиотек - OpenGL (разработка Silicon Graphics).

Большим плюсом Direct3D является совместимость со всеми графическими акселераторами и с огромным количеством трехмерных игр. К достоинствам библиотеки относится и то, что, в отличие от OpenGL, ей не требуется практически никакая настройка. Еще одним преимуществом данной графической библиотеки является ее способность взаимодействовать не только с 3D-акселераторами, но и с центральным процессором. Это значит, что если в системе не обнаружен 3D-ускоритель, то библиотека «доверит» всю работу процессору, а трехмерный эффект, желаете вы этого или нет, будет все-таки рассчитан, хотя времени это займет гораздо больше.

OpenGL

Графическая библиотека OpenGL была разработана компанией SGI, знаменитой своими высокопроизводительными графическими станциями. Приложения, работающие на платформе SGI, используют для генерации трехмерных сцен графическую библиотеку с незатейливым названием GL (Graphics Library). Несколько лет назад SGI открыла этот стандарт для свободного лицензирования, соответствующим образом изменив его название на OpenGL. OpenGL переводится как открытая графическая библиотека (Open Graphics Library). Программы, написанные с помощью OpenGL, можно с одинаковым успехом переносить практически на любые платформы - будь то графическая станция или суперкомпьютер. Если устройство поддерживает какую-то функцию, то она выполняется аппаратно, а если нет, то библиотека выполняет ее программно.

OpenGL - это очень мощная, легкая в использовании, хорошо отлаженная и проверенная графическая библиотека. Большое количество приложений (в основном графические пакеты для создания трехмерной графики) написано с использованием OpenGL. Еще один козырь этой библиотеки в том, что она поддерживается большим количеством платформ - начиная с обыкновенных IBM-совместимых персоналок и заканчивая RISC-машинами самого высокого класса. Благодаря этому приложения, использующие OpenGL, можно без особых усилий перенести практически на любую платформу.

Реально же Direct3D и OpenGL - библиотеки, предназначенные для одних и тех же целей. В настоящий момент существует достаточное количество игр, способных работать с OpenGL.

Пока же разработчики игр и производители видеоадаптеров постоянно выпускают разнообразные программные «заплатки» - небольшие (а иногда и довольно объемные) дополнения, призванные исправить ошибки в играх и обновить драйверы. Как уже говорилось, новые версии драйверов появляются постоянно, и поэтому не стоит отчаиваться, если то или иное приложение «не хочет» работать с драйверами и портом OpenGL, входящими в комплект поставки вашего акселератора. Скорее всего, у вас устаревшая версия драйвера видеоадаптера. Новые, «исправленные и дополненные» драйверы обычно можно загрузить с Web-сервера производителя.

Glide API

Кроме OpenGL и Direct3D, существует (пока еще) Glide API, разработанная компанией 3Dfx , которая некогда являла собой образец рыночного успеха, а графический API Glide, продвигаемый этой компанией, был самым лучшим и самым распространенным. За акселераторами на базе решений 3dfx было не угнаться никому из конкурентов, и 50 fps в 800Ѕ600 при 16-битном цвете в Unreal казались мечтой и стоили бешеных денег. Это было давно. Очень давно. Сейчас же мы смотрим на этот своеобразный «культ вуду» лишь как на очередной эпизод компьютерной истории. Glide API предназначена для использования именно в игровых программах: некоторые функции, встроенные в эту библиотеку, поддерживаются только в нестандартных расширениях OpenGL. Поскольку Glide API была специально создана для наборов микросхем 3Dfx, она на 100% использовала все заложенные в них возможности и позволяет создавать необычайно реалистичные эффекты при достаточно высоком быстродействии. Glide API не является общепринятым стандартом - она не поддерживалась никакими другими компаниями, кроме самой 3Dfx. Проблемы с настройкой, присущие приложениям, использующим OpenGL, не обошли и Glide API - 3Dfx не удалось обеспечить полной совместимости старого набора микросхем. В данный момент среди библиотек трехмерной графики существует два реальных конкурента: Direct3D, созданная и продвигаемая корпорацией Microsoft, и OpenGL, разработанная компанией SGI. Microsoft, хотя и поддерживает OpenGL, всячески проталкивает свою Direct3D, предлагая ее в качестве идеального решения для разработки мультимедийных приложений. Разработчики игр относятся к API довольно противоречиво. Некоторые утверждают, что Open GL прекратит свое существование в недалеком будущем и на ее месте будет почивать на лаврах знаменитая Direct3D от Microsoft. Остальные разработчики утверждают, что Direct3D ну очень уж громоздкая, и пророчат ей скорую гибель. Но с выходом новой версии Direct3D 8.0 стандарту OpenGL придется весьма туго. Хочется верить, что OpenGL все-таки выживет, а место на кладбище игровых стандартов, где похоронен Glide от 3dfx, еще долго останется вакантным.

КомпьютерПресс 4"2001

Вторая половина 90-ых годов ознаменовалась появлением первых трехмерных графических ускорителей. Именно в этот период впервые заявили о себе такие ныне знаменитые компании как NVIDIA и ATI. О том, какими были первые 3D-ускорители, читайте в этом материале.

Введение

В первой части цикла материалов, посвященных развитию видеоадаптеров для настольных компьютеров, мы поговорили об эре IBM, первых двухмерных адаптерах и их эволюции на протяжении 80-ых годов прошлого века. Но к началу 90-ых качество 2D-графики достигло такого уровня, что больше уже придумывать было нечего, и инженеры переключились на новое, тогда еще неизведанное направление - обработку трехмерных изображений.

Интересно, что первые 3D-ускорители могли быть выполнены как отдельные самостоятельные платы и устанавливались в ПК вместе с двухмерными видеоадаптерами. На сегодняшний день таких решений уже нет, и за обработку 2D/3D-графики отвечает один графический процессор. Какими же путями шли разработчики, и что происходило в 90-ых годах, которые можно смело назвать эрой становления трехмерных видеокарт, мы и поговорим в этом материале.

Графический ускоритель S3 ViRGE

Развитие трехмерной компьютерной графики вместе с ее аппаратным ускорением заметно изменили весь рынок видеоадаптеров. Компания IBM, которая раньше была ведущим производителем видеокарт, стала сдавать позиции другим участникам рынка. Причем на первый план стали выходить сторонние разработчики, которые в то время большей частью занимались копированием разработок IBM и их доработкой.

Считается, что среди первопроходцев в области 3D-видеокарт для массового потребителя стало решение компании S3 - ViRGE (Virtual Reality Graphics Engine), выпущенное в 1995 году. Напомним, что в этом же 1995 году была представлена и игровая приставка Sony PlayStation. Поэтому рынок персональных компьютеров буквально ожидал устройства, которые бы позволили ускорять 3D-графику в реальном времени. Если сравнивать с сегодняшними видеокартами, то характеристики ViRGE просто вызывают смех. К примеру, частота графического ядра составляла всего 66 МГц, шина памяти - 64-бит, а ее объем - 8 Мб. Плата устанавливалась в разъем PCI.

Видеокарта Diamond Stealth 3D 2000 на базе чипсета S3 ViRGE

ViRGE изначально был создан как 3D-ускоритель, однако в режиме 2D он работал куда лучше. При обработке трехмерного изображения его производительность моментально снижалась, в частности это наблюдалось при использовании билинейной фильтрации. Из-за скорости работы пользователи дали ему прозвище «деселератор» (от англ. decelerator - тормоз). Зато с двухмерной графикой он справлялся очень хорошо, например, обработка пользовательского интерфейса системы Windows была на высоте. Для комфортной игры пользователям приходилось использовать связку ViRGE и несколько позже вышедшую видеокарту Voodoo Graphics от компании 3Dfx.

Несмотря на все свои недостатки, ViRGE стала популярной видеокартой. От большинства подобных устройств она отличалась невысокой стоимостью. При этом в продаже находились не только референсные образцы, выполнение производителем чипов, но и видеокарты сделанные другими компаниями, такими как ASUS, AOpen, Diamond Multimedia и многими другими.

Графические ускорители ATI Rage и ATI Rage II

В 1996 году канадский производитель ATI представил свое собственное решение - 3D-видеокарту Rage и несколько позже Rage II. Первое поколение этих ускорителей было основано на процессоре Mach64, который был разработан в основном для обработки двухмерной графики. Спустя некоторое время он был доработан и обзавелся поддержкой 3D и функции ускорения видео в формате MPEG-1.

Видеокарта ATI RAGE II

Но наиболее яркий след в истории оставила именно видеокарта второго поколения - Rage II. Устройство оснащалось все тем же процессором Mach64, только немного переработанным, и способным работать с разными типами памяти: SDRAM, EDO и SGRAM. Объем памяти мог составлять 2, 4 и 8 Мб. Для памяти SGRAM частота составляла 83 МГц. При этом графический процессор работал на частоте 60 МГц.

Обновление архитектуры графического ядра позволило увеличить производительность видеокарт Rage II практически на 20 % в двухмерном режиме по сравнению с первой версией Rage. Так же Rage II могла поддерживать интерфейсы Direct3D и OpenGL, видео в формате MPEG-2 и некоторые полезные функции для рендеринга, например, фильтрация текстур, альфа-смешение и другие возможности. Более того, в видеокартах Rage II устанавливался специальный процессор ImpacTV, предназначенный для оцифровки ТВ-сигнала. Кроме использования в IBM-совместимых компьютерах, данный ускоритель мог быть установлен в некоторые компьютеры Apple Macintosh (модели Power Mac 6500 и G3).

Второе поколение видеокарт ATIRage было представлено тремя моделями: Rage IIC, Rage II+ и Rage II+DVD. Отличались они между собой частотой процессора, а так же частотой и типом памяти. Следовательно, каждая из моделей имела различную производительность. При этом стоит отметить, что младшая модель Rage II с 2 Мб памяти в среднем при обработке трехмерного изображения работала на 20 % быстрее модели ViRGE.

Тем не менее, видеокарты от компании ATI уступали в объемах продаж видеокартам от компании S3. Кроме того, видеокарты Rage II имели некоторые проблемы с драйверами для системы Windows. Как видно, история с нестабильностью драйверов ATI (теперь уже AMD) началась еще в середине 90-х годов.

Графический ускоритель 3Dfx Voodoo Graphics

В 1996 году появился легендарный ускоритель Voodoo Graphics (Voodoo 1) от компании 3Dfx Interactive, которая в то время была самым молодым участником рынка графических устройств. Компанию основали в 1994 году три выходца из компании Silicon Graphics. Сначала компания создавала процессоры для игровых автоматов, а первым устройством, где они были применены, стал бейсбольный симулятор ICE Home Run Derby. Позже были выпущены и другие игровые автоматы, среди которых можно отметить 3D Hockey и San Francisco Rush. Процессоры от компании 3Dfx отличались великолепной на то время 3D-графикой и поэтому разработками компании заинтересовались даже производители игровых приставок.

Компания 3Dfx изначально не планировала выходить на рынок персональных компьютеров. Но в 1996 году стоимость производительной памяти типа EDO значительно снизилась, и по этой причине 3Dfx удалось наладить выпуск высокопроизводительных устройств по довольно низкой цене. Так появился на свет видеоускоритель Voodoo Graphics.

Видеоускоритель Diamond Monster 3D Voodoo

Разработка первой видеокарты происходила при активном участии компании Diamond Multimedia, которая обеспечивала 3Dfx производственными мощностями. Графический чип и память Voodoo Graphics могли работать на частоте 50 МГц. При этом объем памяти EDO составлял 4 Мб, а интерфейс памяти был 64 бит. Но главное, что видеокарта Voodoo, в отличие от конкурентов, имела отдельный модуль для обработки 3D-текстур. В свою очередь такая архитектура позволяла ей работать значительно быстрее, чем VIRGE и Rage II, и при этом выдавать трехмерное изображение гораздо более высокого качества.

Из недостатков Voodoo было то, что эта видеокарта могла работать только с трехмерным изображением. Поэтому, чтобы обрабатывать 2D графику, необходимо было добавлять в систему еще один видеоадаптер. Именно поэтому во второй половине 90-х годов распространение получила система из видеокарт ViRGE и Voodoo. Первая отлично справлялась с двухмерным изображением, а вторая - с играми и иными приложениями, использующими обработку трехмерной графики.

Похожие на Voodoo видеокарты в то время выпускали PowerVR и Rendition. Только последние значительно уступали решениям компании 3Dfx и в качестве отображаемого изображения и в скорости. Поэтому в основном конкурировать Voodoo приходилось только с уже упомянутыми ранее видеокартами ViRGE и Rage II.

Примечательно, что вместе с ускорителем Voodoo компания 3Dfx выпустила новый программный интерфейс Glide. Glide, как альтернатива интерфейсам Direct3D и OpenGL, основывался на библиотеке OpenGL, либо другими словами, был урезанной версией интерфейса OpenGL. Стандарт OpenGL поддерживал множество различных функций, а инженеры компании 3Dfx собрали в Glide только то, что необходимо для визуализации трехмерной графики в реальном времени. При этом полная поддержка всех функций новой библиотеки видеокартами Voodoo с одной стороны существенно упрощала программирование, а с другой - накладывало некоторые ограничения на разработчиков: например, глубина цвета в приложениях не должна была превышать 16 бит.

Разработчики игр стали активно сотрудничать с компанией 3Dfx, а это в свою очередь привело к тому, что карты Voodoo стали преобладать на рынке ускорителей для персональных компьютеров. Под работу с видеокартой Voodoo были заточены практически все самые лучшие игры того времени.

Разница графики в игре Quake на картах VGA и 3Dfx очевидна

Еще больше укрепил лидирующие позиции адаптера Voodoo на соответствующем рынке драйвер MiniGL, который был выпущен специально для ускорения видео в новейшей игре Quake.

Графический ускоритель 3Dfx Voodoo Rush

В 1997 году компания 3Dfx выпустила новую модель видеокарты - Voodoo Rush. В общем, она была похожа на модель Voodoo Graphics, только кроме 3D-процессора на плате был размещен и чип, отвечающий за обработку двумерной графики от компаний Alliance Semiconductor и Macronix. При этом общий принцип работы ускорителя заключался в том, что к основному процессору обращение осуществлялось при помощи «двухмерного» чипа.

Видеокарта 3Dfx Voodoo Rush

Не смотря на то, что у модели Voodoo Rush были такие же характеристики, как и у предшественника, ее производительность была немного ниже. В большей степени это объяснялось тем, что оба процессора использовали общую память, и поэтому при обращении к ней постоянно конфликтовали друг с другом.

Если быть точнее, то производительность видеокарты Voodoo Rush была на 10 % ниже Voodoo. При этом в некоторых случаях разница в скорости могла быть еще значительнее. Во многом благодоря этому видеокарты Voodoo Rush не получили коммерческого успеха и поэтому в течение года были убраны с прилавков магазинов. После этого компания 3Dfx вновь начала уделять внимание выпуску видеокарт, работающих только с трехмерной графикой.

Графический ускоритель NVIDIA RIVA 128

На сегодняшний день компания NVIDIA является одним из основных производителей видеокарт. Как и некоторые другие ведущие игроки рынка, она начала набирать обороты в середине 90-х годов, выпустив в 1997 году свое первое популярное решение - видеокарту RIVA 128.

Правда, первые шаги компании были отнюдь не безоблачными. NVIDIA была образована в 1993 году, и в первые годы существования все ее устройства не отличались успехом. К примеру, выпущенный в 1995 году процессор NVIDIA NV1 для обработки 3D использовал технологию квадратичного наложения текстур (QTM, Quadratic Texture Mapping). Этот тип рендеринга не поддерживал библиотеку Direct3D, которая была частью API Microsoft DirectX и активно использовалась при разработке игр для Windows-систем, поэтому процессор так и не получил популярности среди пользователей настольных ПК.

Надо отдать должное компании NVIDIA, которая быстро осознала свои ошибки и в короткие сроки смогла выпустить на рынок успешное решение на базе нового процессора NV3, больше известного под именем RIVA 128 (R eal-time I nteractive V ideo and A nimation). Эта видеокарта была полной противоположностью прежней модели NV1 и уже использовала полигональный рендеринг, так как разрабатывалась под работу с библиотеками Direct3D и OpenGL. Графический процессор в RIVA 128 был разработан по нормам 350-нанометрового технологического процесса, имел 3,5 миллионов транзисторов и частоту 100 МГц. Видеокарта получила память SGRAM размером 4 Мб, частотой 100 МГц и шириной шины 128 бит. В отличие от ускорителя Voodoo Graphics, RIVA 128 мог работать не только при помощи интерфейса PCI, но и новейшего в то время AGP 1x. Основное отличие RIVA 128 заключалось в том, что эта видеокарта объединяла в себе функции 2D- и 3D-ускорителя.

Видеокарта NVIDIA RIVA 128 с интерфейсом PCI

В 3D-ускорителе использовалась прогрессивная разделяемая память, что позволило обеспечить поддержку таких разрешений, как 800x600 и 960x720 пикселей в трехмерном режиме. К примеру, видеокарта Voodoo в 3D-режиме работала с разрешением 640x480 пикселей. По производительности и качеству графики RIVA 128 уступала Voodoo, однако ее цена была меньше. Именно благодаря цене и поддержке 2D и 3D режимов большинство OEM-производителей стали отдавать предпочтение решениям компании NVIDIA.

Видеокарта интерфейсом AGP

В 1998 году вышла доработанная версия видеокарты RIVA 128ZX, поддерживающая интерфейс AGP 2x, имеющая память 8 Мб вместо прежних 4 Мб. Кроме этого, частота процессора RAMDAC (цифро-аналоговый преобразователь) составляла 250 МГц, в то время как у модели RIVA 128 блок ЦАП работал на частоте 206 МГц.

Среди всех недостатков семейства RIVA 128, пожалуй, главным является их программная составляющая. В частности, видеокарта изначально была лишена поддержки библиотеки OpenGL, а первые драйверы с поддержкой этой спецификации получили только версии с чипом 128ZX. Более того, многие популярные игры того времени были ориентированы на библиотеку Glide, поддержкой которой в полной мере обладали только ускорители 3Dfx Voodoo. Благодаря этим факторам производительность RIVA 128 в некоторых играх была очень низкой. Кроме этого процессор RIVA 128 на аппаратном уровне не мог ускорять работу, набиравшего в то время обороты, игрового движка Unreal Engine.

Но, не смотря на все недостатки, компании NVIDIA все-таки удалось навязать 3Dfx соперничество в области производительных видеокарт, так как в то время RIVA 128 был единственным решением, способным составить хоть какую-то конкуренцию Voodoo.

Графический ускоритель 3Dfx Voodoo2

В 1998 году на рынке появился новый ускоритель компании 3Dfx - Voodoo2, ставший логическим продолжением версии Voodoo Graphics. После неудачи Voodoo Rush в 3Dfx решили продолжить выбранное направление. Процессор в Voodoo2, как и в Voodoo, мог обрабатывать только трехмерное изображение, но при этом получил еще один дополнительный текстурный модуль, значительно увеличивший производительность видеокарты. Это было очень заметно в таких играх, как Quake 2 и Unreal.

Игра Unreal (1998 год)

В остальном видеокарта Voodoo2 никаких революционных идей не принесла, хотя ее заявленные характеристики были вполне впечатляющими: процессор работал на частоте 90-100 МГц, объем памяти EDO DRAM равнялся 8 либо 12 Мб, а ширина шины памяти составляла 64 бит. В ускорителе была реализована поддержка трилинейной фильтрации текстур, при этом разрешение в 3D-режиме составляло 800x600 пикселей. В качестве интерфейса использовался проверенный временем, но уже неумолимо устаревающий PCI.

Видеоускоритель 3

Важно, что вместе с ускорителем Voodoo2 компанией 3Dfx была представлена знакомая многим из нас и эффективная по сей день технология SLI (Scan-Line Interleave), которая обеспечивала работу в системе одновременно двух ускорителей Voodoo2. Адаптеры распределяли нагрузку по обработке графики между собой следующим образом: одной карте была отведена задача обсчитывать верхнюю часть изображения, другой - нижнюю. Благодаря этому удалось увеличить максимальное разрешение 3D-режима до 1024x768 пикселей. Так же теоретически должна была увеличиваться и производительность всей системы.

Видеоускорители Voodoo2 в режиме SLI

Но на практике дела с использованием технологии SLI обстояли не так хорошо, как это выглядело на бумаге. Учитывая 3D-ориентированность Voodoo2, в системе нужно было обеспечить работу одновременно трех видеоустройств, что в некоторых случаях являлось проблемой из-за нехватки на материнской плате такого количества свободных отсеков. Также проблемы появлялись и на программном уровне: не все приложения могли стабильно работать при использовании технологии SLI. Именно поэтому в то время данная технология не получила широкого распространения и оставалась некоторое время в тени, пока спустя несколько лет уже компания NVIDIA раскрыла весь ее потенциал.

Графический ускоритель 3Dfx Voodoo Banshee

В конце 1998 года компания 3Dfx представила видеокарту Voodoo Banshee, которая стала логическим продолжением модели Voodoo Rush. На сей раз ускоритель получился более удачным. В Voodoo Banshee один текстурный модуль был заменен на процессор, который отвечал за обработку 2D-картинки.

Видеокарта 3Dfx Voodoo Banshee

Но, из-за отсутствия второго текстурного модуля карта Banshee проигрывала в производительности карте Voodoo2 там, где приходилось накладывать несколько текстур на один полигон. А в тех случаях, когда этого не требовалось, Banshee показывала такую же, как у Voodoo2 производительность, благодаря более высокой тактовой частоте процессора. Если же говорить о 2D-ускорителе, то он отлично справлялся со своими задачами и по скорости работы практически не уступал устройствам от компаний NVIDIA , ATI и Matrox.

Графический ускоритель NVIDIA RIVA TNT

После успешного запуска карты RIVA 128 компания NVIDIAрешила не уменьшать обороты и подготовить для Voodoo2 достойного конкурента в лице карты RIVA TNT. Ее процессор с кодовым названием NV4 был создан в соответствии с 350-нанометровым технологическим процессом, имел 7 миллионов транзисторов и частоту 90 МГц. Правда, изначально компания планировала установить частоту на уровне 110 МГц, но так как тестовые образцы сильно нагревались, то было принято решение немного снизить эту планку.

Видеокарта RIVA TNT

В адаптере использовалась память SDRAM общим объемом 16 Мб, частотой 110 МГц и шириной шины 128 бит. По сравнению с Voodoo2, RIVA TNT, была более функциональной, в частности она поддерживала: цвет глубиной 32 бита, текстуры с разрешением 1024x1024 пикселей, три типа фильтрации (билинейная, трилинейная и анизотропная), а также технологию T wiN -T exel (отсюда название карты), позволяющую за один такт в режиме мультитекстурирования накладывать две текстуры на пиксел. Благодаря последней была увеличена скорость заполнения кадра практически на 40%.

Однако эти выдающиеся характеристики все ровно не позволили RIVA TNT обойти Voodoo2 как по показателям скорости, так и по популярности. Во многом ситуация была похожа на ту, что сложилась с ее предшественницей - RIVA 128. Во многих играх в то время продолжали активно использоваться библиотеки Glide, которые полностью официально могли поддерживать только видеокарты серии Voodoo. Зато в других приложениях видеокарта RIVA TNT уступала Voodoo2 совсем чуть-чуть, и даже выигрывала у нее по качеству изображения, так как могла поддерживать 32-битный цвет.

Позже компания NVIDIA выпустила менее производительные версии RIVA TNT под названием Vanta. Конечно, характеристики последней были немного ниже, чем у RIVA TNT: более низкие частоты ядра и памяти, урезанная до 64 бит шина памяти. В основе их лежали дефектные чипы, нестабильно работающие на более высоких скоростях. Благодаря такому безотходному производству компании удалось занять нишу менее производительных устройств, продававшихся по низкой цене. Видеокарту Vanta стали предпочитать производители OEM-компьютеров, что, несомненно благоприятно сказывалось на финансовых показателях NVIDIA.

Интересно, что для линейки видеокарт RIVA TNT компания NVIDIA стала впервые выпускать драйверы собственной разработки под названием Detonator. В то время все устройства NVIDIA отлично могли работать только с системами Intel, а с системами AMD постоянно возникали проблемы. При этом ускорители Voodoo отлично справлялись в обоих случаях, так что ситуацию надо было исправлять.

В итоге, использование собственных драйверов Detonator с определенной оптимизацией позволило на целых 30 % увеличить производительность RIVA TNT в игре Quake 2 на компьютерах с процессорами AMD. Кроме того, скорость видеокарт NVIDIA была увеличена и в различных DirectX- и OpenGL-приложениях. Также была решена проблема совместимости RIVA TNT с материнскими платами различных производителей.

Графический ускоритель Matrox G200

1998 год оказался урожайным для рынка видеокарт. Помимо 3Dfx и NVIDIA, свою 3D-видеокарту под названием G200 представил канадский производитель Matrox. В начале 90-х годов компания Matrox была оной из лидеров по производству 2D-видеокарт, но с течением времени начала отставать от новоиспеченных конкурентов.

Видеокарта Matrox G200 выдавала одно из самых качественных изображений

Архитектура карты G200 поддерживала множество новых технологий. Например, технология SRA (Symmetric Rendering Architecture) позволяла считывать и записывать графические данные в системную память, что значительно увеличивало скорость работы. Сущность технологии VCQ (Vibrant Color Quality) заключалась в том, что в процессе визуализации применялся цвет глубиной 32 бит независимо от того, какая была глубина цвета окончательного изображения. К примеру, если выходное изображение имеет цвет 16 бит, все ровно все операции проводятся с использованием цвета 32 бит и только в конце используют 16 бит.

Считается, что среди всех видео ускорителей того времени модель G200 имела самый качественный RAMDAC и соответственно могла выдавать самую качественную картинку. Для высокой производительности в режиме 2D применялась архитектура шины памяти DualBus, которая предусматривала две 64-битные шины и два командных конвейера. Ускоритель G200 использовал шину AGP, память SGRAM, объем которой мог составлять 8 либо 16 Мб, и поддерживал довольно высокие разрешения. К примеру, в 3D-режиме он мог работать с разрешением 1280x1024 пикселей и цветом 32 бит. Производительность видеокарты была на достаточно высоком уровне - G200 совсем чуть-чуть уступала лидерам в лице Voodoo2 и RIVA TNT.

Но, одной из проблем G200 было программное обеспечение. Впрочем это было характерно для многих видеокарт того времени. Для запуска большинства компьютерных игр видеокарта использовала специальный драйвер OpenGL-to-Direct3D, из-за которого значительно снижалась производительность устройства. При этом программисты обещали исправить ситуацию в кратчайшие сроки, но решить все проблемы удалось лишь уже в следующем поколении графических адаптеров, появившемся на рынке в 2000 году.

Стоит отметить, что за время своего существования серия G200 успела подвергнуться небольшому апгрейду. Процессор был переведен на новый 250-нанометровый технологический процесс, что позволило уменьшить энергопотребление и тепловыделение. Обновленные ускорители назывались G200A. Также были версии G200A с увеличенными частотами, получившие название G250. Но как уже было сказано выше, плохая производительность в играх из-за недоработанных драйверов не позволила видеокартам Matrox тягаться с лидерами рынка. Хотя для тех, кто использовал компьютер преимущественно в двухмерных приложениях - это был отличный выбор.

Графический ускоритель Intel i740

В 1998 году на рынке видеокарт дебютировала еще один новый игрок, от названия которого у многих конкурентов могли побежать мурашки. Процессорный гигант Intel при помощи своего подразделения Real3D представил графический адаптер Intel i740.

Интересно, что данное решение в первую очередь предназначалось для систем, построенных на базе процессоров Pentium II, и было лишено возможности самостоятельно производить геометрические расчёты. Еще одной особенностью этой видеокарты стало то, что видеопамять использовалась только для буфера кадров, а все текстуры при обработке 3D хранились в оперативной памяти ПК. С учетом того, что все геометрические вычисления были возложены на центральный процессор, по мнению разработчиков, это должно было ускорить процедуру обработки текстур.

Видеокарта Intel i740 с интерфейсом AGP

Что же касается технических характеристик Intel i740, то адаптер был создан с использованием 350-нм технологии, частота ядра и видеопамяти составляла 66 МГЦ, ширина шины памяти - 64 бита, максимальный объем памяти типа SDRAM или SGRAM - 16 Мб, RAMDAC - 205 МГц. В качестве интерфейса использовалась шина AGP или PCI.

Видеокарта поддерживала билинейное и трилинейное текстурирование, двойную буферизацию, декодирование DVD/MPEG-2 на аппаратном уровне. Максимальное разрешение в 16-битном цвете составляло 1280х1024 точки, а в 8-битном - 1600х1200.

Сразу после анонса i740 в СМИ поползли слухи о низкой производительности новинки. И действительно, скорость обработки 3D оказалась приблизительно на уровне RIVA 128, и гораздо ниже, чем у прямых конкурентов - RIVA TNT, Voodoo2, Voodoo Banshe и даже Matrox G200. Не прибавляло популярности i740 и ее платформозависимость. Более менее нормальную производительность от карты можно было ожидать только в системах с быстрой оперативной памятью, где ее объем составлял не менее 64 Мб.

В апреле 1999 года, Intel попыталась исправить ситуацию, представив усовершенствованные решения i752 и i754. Но все оказалось впустую. Выход модели i754 был отменен перед самым запуском, а вариант i752 был выпущен совсем небольшим тиражом и вскоре снят с производства из-за неудовлетворительной производительности. В итоге сильная конкуренция со стороны NVIDIA, 3Dfx, Matrox и ATI вынудила Intel отказаться от дальнейшей разработки дискретных решений и сосредоточиться в будущем на бюджетной встроенной графике.

Графический ускоритель S3 Savage3D

Наконец, в том же 98-ом свою попытку выйти на рынок 3D-видеокарт решила осуществить компания S3 Graphics. Хоть она и была «первопроходцем» в этом сегменте (вспомним S3 ViRGE), но постоянно оставалась в тени остальных производителей. В 1998 году на специальной конференции E3 была представлена новый графический чип и однаименная карта Savage3D. Этот ускоритель, по сути, был первым разработанным с нуля решением S3, после модели ViRGE.

Видеокарта S3 Savage 3D

Видеокарта Savage3D поддерживала фирменный алгоритм компрессии текстур S3TC, однопроходную трилинейную фильтрацию, видео в режиме MPEG-2 и имела ТВ-выход. По своим характеристикам она практически не уступала топовым устройствам того времени. Так в Savage3D использовалась пропускная шина памяти 64 бит, поддержка до 8 Мб памяти, видеоядро с частотой 125 МГц, 250 МГц RAMDAC, интерфейс AGP 2x. В режиме 2D она могла работать с разрешением 1600x1200 пикселей и частотой обновления 85 Гц.

С такими параметрами от Savage3D, многие ожидали высоких результатов и хорошего качества изображения в играх. На практике же этот графический адаптер не смог обойти даже середнячка Voodoo Banshee. Основной причиной такого провала многие называли поддержку недостаточного объема памяти, невысокую пропускную способность шины памяти и в первую очередь - плохие драйверы.

Тем не менее, Savage3D все же заняла свою нишу на рынке видеоплат, составив конкуренцию RIVA TNT Vanta в области бюджетных устройств. Многие офисные решения тех времен оснащались именно картами Savage3D, которые обеспечивали очень приличное 2D-изображение за небольшую стоимость.

Графические ускорители 3Dfx Voodoo3

Графический адаптер Banshee в 90-x годах оказался не последним в семействе адаптеров Voodoo. В 1999 году появилась видеокарта нового поколения - Voodoo3. При этом второе поколение видеокарт Voodoo на то время все еще обеспечивало приемлемую производительность в играх, поэтому компания оставила их в продаже, снизив на них цены.

По своей архитектуре Карта Voodoo3 была чем-то похожа на решения Rush и Banshee, так как совмещала двухмерные и трехмерные ускорители на одной плате. Процессор в Voodoo3 был создан при помощи 250-нанометровой технологии. В минимальной конфигурации частота ядра и памяти равнялась 143 МГц, использовалась память типа SGRAM объемом 32 Мб. Видеокарта вновь могла поддерживать только 16-битную глубину цвета, хотя в тот момент уже было выпущено несколько игр, которые работали в 32-битном режиме. Наибольшее разрешение для 3D режима составляло 1600x1200 пикселей, в то время как видео могло воспроизводиться с разрешением вплоть до 2046x1536 пикселей при частоте обновления кадров 75 Гц.

Видеокарта Voodoo3 2000 с интерфейсом PCI

Интерфейсами для нового адаптера служили разъемы PCI либо AGP 2x. Как и предшествующие модели, карта Voodoo3 поддерживала режим SLI - всего система могла принять на борт до четырех видеокарт для совместной работы.

Примечательно, что поколение видеокарт Voodoo3 было решено выпускать в нескольких модификациях. Всего существовало три варианта Voodoo3 с индексами 2000, 3000 и 3500, имевшие различные рабочие частоты ядра, памяти и блока RAMDAC. Так, у Voodoo3 2000 ядро и память работали на частоте 143 МГц, а блок RAMDAC - на частоте 300 МГц. Модель Voodoo3 3000 имела частоты 166 МГц (ядро и память) и 350 МГц (блок RAMDAC). Для топовой модели с индексом 3500 были характерны частоты 183 и 350 МГц, а так же наличие на плате встроенного ТВ-тюнера.

Видеокарта c интерфейсом AGP и встроенным ТВ-тюнером

Несколько забегая вперед, скажем, что, к сожалению, для многих пользователей, видеокарта Voodoo3, оказалась последним успешным решением компании 3Dfx. Именно после выпуска этого адаптера ее эпоха стала стремительно идти к своему завершению.

Графические ускорители NVIDIA RIVA TNT2

А вот у компании NVIDIA дела шли совсем иначе. В 1999 году была выпущена видеокарта RIVA TNT2. Надо отметить, что инженеры компании не стремились создать совершенно новый ускоритель. TNT2 просто доработали и устранили некоторые ошибки предшественницы. Главное, что процессор NV5 создавался уже согласно 250-нанометровому технологическому процессу, вместо 350-нм. Это позволило увеличить частоту ядра видеопроцессора до 125-150 МГц (против бывших 90 МГц). Помимо этого была добавлена поддержка интерфейса AGP 4x и текстур с разрешением 2048x2048 пикселей, расширен объем устанавливаемой видеопамяти до 32 Мб SDRAM, переработан блок рендеринга и увеличена частота RAMDAC до 300 МГц, что позволило видеокартам работать в более высоких разрешениях. Ширина шина памяти в 128 бит и поддержка 32-битного цвета остались неизменными.

Топовая видеокарта TNT2 Ultra

Как и конкуренты в случае с Voodoo3, разработчики приняли решение выпустить RIVA TNT2 в нескольких вариантах. Всего компания выпустила четыре модификации карты TNT2: первая - стандартная, вторая - топовая (TNT2 Ultra), третья и четвертая - урезанные (TNT2 M64 и TNT2 Vanta). Модификация Ultra отличалась от стандартной только лишь увеличенными частотами. Если быть точнее, то частота ядра и памяти у TNT2 Ultra составляли 150 и 183 МГц соответственно, против 125 и 150 МГц у обычной версии TNT2. У последних двух модификаций - M64 и Vanta, использовались в большей степени отбракованные кристаллы, и как в случае с TNT, была уменьшена шина до 64 бит, а так же урезаны частоты ядра и памяти. При этом Vanta являлась самым урезанным вариантом с наиболее низкими частотами. Но, опять же, эти ускорители стали очень популярными у OEM-производителей, которые с большим успехом использовали название TNT2 для привлечения покупателей.

Урезанная видеокарта TNT2 M64

В целом видеоускоритель TNT2 стал очень успешным решением компании NVIDIA на то время, хотя и не смог выбиться в абсолютные лидеры. Виной тому являлось то, что большинство разработчиков игр основной упор все еще делали на библиотеку Glide, и поэтому видеокарта Voodoo3 оставалась лидером на рынке ускорителей. Но с каждым разом становилось очевидным, что решения компании NVIDIA проигрывают по производительности продуктам от 3Dfx совсем немного, но при этом предлагают более обширную функциональность.

Графические ускорители ATI Rage 128 и ATI Rage 128 Pro

Пока NVIDIA и 3Dfx были заняты борьбой за лидирующие позиции, другие менее заметные производители тихо разрабатывали и выпускали собственные графические устройства, пытаясь противостоять топовым продуктам. Во втором квартале 1999 года компанией ATI на рынок были выпущены видеокарты ATI Rage Fury, ATI Rage Magnum и ATI Xpert 128 на базе нового чипа Rage 128, которые по предположениям разработчиков и маркетологов должны были составить конкуренцию RIVA TNT.

Видеокарта ATI Rage 128

Устройства получили процессор, созданный согласно 350-нанометровому технологическому процессу с шиной памяти 128 бит, частоту ядра и памяти - 103 МГц, частоту RAMDAC - 250 МГц, объем памяти - 32 Мбайт (16 Мбайт у Xpert 128) и очень хорошую функциональность. Модель RageFury имела дополнительно гнездо для подключения к телевизору (TV-Out).

Чип Rage 128 наделили новой технологией суперскалярного рендеринга (SSR - Super Scalar Rendering), который осуществлял обработку двух пикселей одновременно в двух конвейерах. Так же новая разработка поддерживала однопроходную трилинейную фильтрацию и аппаратное ускорение DVD-видео. Как и RIVA TNT, Rage 128 поддерживал цвет глубиной 32 бит и довольно успешно конкурировал с продуктом NVIDIA в данном режиме. Ко всему прочему у Rage 128 была поддержка технологии Twin Cache Architecture, позволяющая объединять кэш-память пикселей и текстур для повышения ширины пропускания.

Видеокарта ATI Rage Pro

Поздней осенью 1999 года, в качестве ответа на выход TNT2 Ultra, несколько запоздало, на рынок были выпущены платы с модифицированным чипсетом Rage128 Pro, который имел повышенные тактовые частоты работы ядра (118 МГц) и памяти (140 МГц). Но, как не старались канадские разработчики, видеокарты ATI все еще отличалась невысоким уровнем обработки трехмерного изображения, и в первую очередь из-за ужасного качества драйверов. К другим недостаткам можно было отнести и низкий уровень сжатия текстур. В результате большинство пользователей отдавали свои предпочтения конкурентным решениям NVIDIA и 3Dfx, а ATI вновь пришлось довольствоваться на рынке видеокарт ролью второго плана.

Графический ускоритель S3 Savage4

В 1999 году компания S3, пытаясь не выпасть из обоймы основных производителей видеокарт, выпустила обновленную версию чипа Savage3D, под названием Savage4. Новинка получила процессор, созданный по более тонкому 250-нанометровому технологическому процессу с поддержкой частот от 110 до 143 МГц (Savage4 Pro). Объем поддерживаемой памяти типа SDRAM, работавшей на частотах 125 - 140 МГц, возрос до 32 Мб. Также плата получила современный интерфейс AGP 4x, RAMDAC с частотой 300 МГц и максимальное разрешение в 3D - 1920x1440 пикселей. А вот шина памяти, к сожалению, так и осталась равной 64 битам, что было очень мало для ускорителя высокого уровня.

Видеокарта на базе чипсета S3 Savage4 Pro

Savage4 поддерживала технологии однопроходного мультитекстурирования и трилинейной фильтрации, а также фирменный метод сжатия текстур S3TC. В отличие от предшественника, Savage4 не имела ТВ-декодера - вместо него был использован контроллер DVI и появился DVD-декодер.

По мнению многих экспертов, компания S3 провела граммотную работу над ошибками - чипсет Savage4 получился хорошим и был отлично спроектирован. Но как всегда все испортили бездарные драйверы и беспомощные программисты, не способные написать нормальное ПО для нового продукта S3. Как результат - по производительности в 3D, видеокарта Savage4 уступала урезанной TNT2 M64. Тем более что уж было говорить о лидерах - ускорители Voodoo3 и TNT2 работали практически в четыре быстрее.

Графический ускоритель NVIDIA GeForce 256

В начале осени 1999 года произошло знаковое событие - вышла новая серия видеокарт компании NVIDIA - GeForce 256, в основе которых был положен чипсет с кодовым названием NV10. Таким образом, многими любимый бренд GeForce, в 2014 году отмечает свое пятнадцатилетие. И не смотря на то, что за все время существования этого бренда было выпущено множество удачных продуктов, одной из ключевых ролей в его становлении принадлежит именно первому поколению видеокарт с индексом 256.

Начнем с того, что перед выходом нового чипа компания NVIDIA достаточно грамотно организовала маркетинговую программу. Никто настойчиво не раскрывал каких-либо характеристик и не давал даже малейших намеков на новые устройства, поэтому вокруг видеокарт NV10 образовался серьезный ажиотаж. Каждый ожидал от компании чего-то революционного, взрывного и невиданного.

И вот свершилось - NVIDIA объявила о выходе своего новейшего графического процессора, который был впервые назван ныне всем известной аббревиатурой - GPU (Graphics Processing Unit). На тот момент под этим названием подразумевался одночиповый графический процессор, который мог обрабатывать до десяти миллионов полигонов в секунду и имел дополнительные встроенные узкоспециализированные сопроцессоры.

Основным нововведением в карте GeForce 256 можно назвать появление, встроенного в основное ядро, дополнительного процессора освещения T&L (Transform and Lightning), который отвечал за трансформации объектов и обработку освещения в режиме реального времени. Раньше эти функции возлагались на центральный процессор. Благодаря движку T&L видеокарты GeForce 256 в играх показывали большую производительность, чем их предшественники. Кроме того, этот движок позволил компании открыть для себя новый сегмент рынка - она начала производить ускорители для систем автоматизированного проектирования под названием Quadro.

Изначально компания планировала создавать видеокарты NV10 по 180-нанометровому технологическому процессу, но так как он не был до конца освоен к моменту запуска новых ускорителей, то производство было налажено в соответствии 220-нанометровыми нормами. Из-за этого тактовая частота ядра была не очень высокой и составляла 120 МГц. Конечно, компания планировала достичь более высоких частот, но возможный перегрев не давал перейти GPU эту отметку. Правда здесь стоит учесть, что GeForce256 имел другую архитектуру, чем TNT2 и вместо двух конвейеров рендеринга с двумя текстурными блоками, имел четыре конвейера, каждый из которых был оснащен персональным текстурным блоком. По идее это должно было дать GeForce более высокую производительность рендеринга при меньших тактовых частотах.

Видеокарта NVIDIA GeForce 256 с демонтированной системой охлаждения

Роль памяти играли чипы SGRAM либо DDR. Частота памяти SGRAM составляла 166 МГц, а DDR - 300 МГц. Шина памяти была 128 бит и практически все видеокарты GeForce 256 оснащались интерфейсом AGP 4x. Впервые для этих графических адаптеров было обязательным использование кулера (вентилятора) для охлаждения графического процессора, который очень сильно нагревался по сравнению с предшественниками. Из интерфейсов программирования приложений поддерживались DirectХ 7 и OpenGL 1.2.

GeForce 256 совершила огромный скачок вперед в работе с системами на основе недорогих центральных процессоров, из-за перекладывания части расчетов с CPU на GPU. В таких системах ее производительность по сравнению с предыдущим поколением ускорителей (Voodoo3 и TNT2) была больше почти на 50 %. Но с более мощными процессорами преимущество GeForce 256 оказывалось незначительным.

В целом стоит отметить, что в очень редких случаях новой видеокарте удавалось полностью раскрыть возможности движка T&L, поэтому во многих играх все еще лучше выглядели ускорители, которые поддерживали интерфейсы MiniGL и Glide. Ко всему прочему GeForce 256 не показывал ничего выдающегося и в 2D-приложениях. Там его скорость была не больше, чем у конкурентов и предшественников. В итоге ускоритель GeForce 256 многим запомнился как неоднозначный продукт. С одной стороны, он имел революционные нововведения, повлиявшие в будущем на архитектуру всех видеокарт, а с другой - во многих случаях не показывал особо выдающихся результатов.

Графический ускоритель ATI Rage Fury Maxx

Выход в свет видеокарт на базе чипсета Rage 128 и впоследствии его улучшенной версии Rage128 Pro, не принес компании ATI практически никаких дивидендов. Ее решения так и не смогли составить конкуренцию продуктам NVIDIA и 3Dfx. Но канадцы решили не сдаваться и в начале 2000-ого года представили общественности технологию Multiple ASIC Technology (MAXX).

MAXX была чисто программным решением, позволяющим для выполнения одной задачи использовать одновременно сразу два графических процессора. Сама по себе эта идея была не нова, так как 3Dfx к тому моменту уже вовсю использовала собственную технологию SLI для объединения двух ускорителей, что позволяло поднимать производительность видеоподсистемы более чем в полтора раза. Правда в отличие от конкурента, ATI решила объединить мощь двух процессоров на одной плате, а воплощением этой инженерной мысли стала видеокарта ATI Rage Fury Maxx.

Видеокарту наделили двумя чипами Rage 128 Pro, каждый из которых в своем распоряжении имел память объемом 32 мбайта. Таким образом, общий объем памяти на плате составил 64 Мб. По сути ATI Rage Fury Maxx представляла собой два графических адаптера, размещенных на одной печатной плате.

В двухмерной графике по своим характеристикам и скорости работы новое решение ничем не отличалось от одночипового варианта Rage Fury Pro, так как в этом режиме всегда был задействован только один видеопроцессор. Основная же ставка была сделана на 3D - ATI позиционировала новинку как видеоадаптер для «крутых» геймеров.

Видеокарта ATI Rage Fury Maxx с двумя видеопроцессорами

Но как уже часто случалось, из-за извечных проблем с программным обеспечением производительность Fury Maxx все равно оставляла желать лучшего. Резкие перепады выдаваемой частоты кадров в высоких разрешениях, артефакты при прорисовке текстур и другие проблемы подпортили впечатление от новинки. В итоге, ATI вновь не удалось занять топовое место на рынке видеокарт и оставалось довольствоваться ролью второго плана.

Графические ускорители 3Dfx Voodoo5

Тем временем компанией 3Dfx был подготовлен ответ на решения NVIDIA, которые все больше и больше завоевывали популярность среди геймеров. Речь идет о чипе VSA-100 (Voodoo Scalable Architecture), являющемся прямым наследником серии карт Voodoo3. При этом к тому моменту компания 3Dfx немного поменяла концепцию создания видеокарт. Отныне было решено сделать ставку на многопроцессорные решения для различных сегментов рынка. Теоретически видеокарта могла уместить 32 чипа VSA, причем показатели производительности должны были увеличиваться прямо пропорционально. Напомним, что 3Dfx уже имела в своем арсенале технологию SLI, поэтому определенные наработки для создания многопроцессорных решений у компании имелись.

Впервые чип VSA-100 был использован в видеокарте Voodoo5 5500. Несмотря на то, что компания уже могла создавать решения в соответствии с 220-нанометровыми нормами, в ее основе было два кристалла, созданных по 250-нанометровому процессу и содержащих по 14 миллионов транзисторов. Графический процессор и память работали на частоте 166 МГц. Объем памяти составлял 64 Мб типа SDRAM. Пропускная способность шины памяти была 128 бит. Видеокарты Voodoo впервые стали поддерживать 32-битный цвет в 3D режиме. Кроме того, процессор поддерживал текстуры с разрешением 2048x2048 пикселей, для сжатия которых использовались алгоритмы DXTC и FXT1. Еще одним преимуществом ускорителей Voodoo5 являлась высокая производительность в режиме сглаживания.

Видеокарта 3 Dfx Voodoo5 5500 с интерфейсом AGP

Видеокарты Voodoo5 имели различные интерфейсы, среди которых были PCI, AGP и версия для компьютеров Mac. По производительности они были впереди конкурирующих решений в лице ATI Rage 128 Fury MAXX и GeForce 256. Но, к огромному сожалению компании, успешным данный ускоритель не стал, так как 3Dfx банально опоздала с запуском новой серии. Не смотря на то, что анонс новых чипов VSA-100 состоялся осенью 99-ого года, платы на их основе добрались до реального потребителя лишь летом 2000-ого. В результате компания 3Dfx около полугода не имела в своем арсенале современных решений, давая тем самым карт-бланш новым графическим адаптерам NVIDIA. Кроме этого, продажи карт годичной давности Voodoo3 стали естественным образом снижаться, что привело к значительному ухудшению финансового положения компании.

Заключение

В 90-ых произошел бурный рост количества компаний, которые занялись разработкой и производством дискретных видеокарт для настольных компьютеров. С учетом постоянного роста темпа развития 3D-технологий, новые решения «сыпались» на потребителей одно за другим. Из-за высокой конкуренции многим компаниям приходилось предпринимать невероятные усилия, чтобы удержаться на плаву и не выпасть из общей гонки. В конечном счете удалось это не всем: кто-то окончательно сосредоточился на бюджетном сегменте, кто-то попросту обанкротился, а кто-то, воспользовавшись ошибками конкурентов, наоборот, открыл для себя новые рынки сбыта. Но даже тем, кто оказался на вершине, нельзя было расслабляться ни на секунду. В любой момент ситуация могла измениться и еще вчерашние фавориты могли оказаться на грани краха, как это произошло с компанией 3Dfx, но о том как развивались события в начале нового тысячелетия мы поговорим уже в следующем материале.