Прискорювачі тривимірної графіки (3D Accelerator)

Зображення тривимірних об'єктів можуть складатися з величезної кількості елементів. У програмах створення тривимірної графіки використовується технологія зберігання в пам'яті і обробки не самих зображень, а набору абстрактних графічних елементів, що становлять ці зображення. До недавнього часу для перетворення цих абстрактних елементів в "живі" образи, крім програм створення тривимірної графіки, потрібні спеціальні програми. Вони перенавантажували процесор, і, як наслідок, сповільнювалася робота всієї решти програм.

Зараз ситуація змінилася. Поєднання вищих роздільних здатностей екрану, 24- або 32-розрядного кольору і спеціальних процесорів для обробки тривимірної графіки привело до появи комп'ютерних ігор нового покоління. Наприклад, сучасні тривимірні спортивні ігри, що дозволяють змінювати освітлення і кут огляду, настільки реалістичні, що випадковий спостерігач цілком може прийняти гру за звичну телепередачу.

Набір примітивних тривимірних об'єктів, вживаних в ранніх комп'ютерних іграх, давно не відповідає сьогоднішнім вимогам. В цілому персональні комп'ютери мають серйозних конкурентів в ігровому світі (більш того, зараз індустрія префіксальних ігор витісняє ігри для ПК) в особі високоефективних спеціалізованих ігрових консолей, таких як Sony PlayStation 2 і Nintendo GameCube (а також Xbox від Microsoft, яка була створена на базі персонального комп'ютера). Щоб залишитися "на плаву" в світі розваг, що бурхливо розвивається, персональний комп'ютер повинен ефективно працювати з тривимірною реалістичною анімацією, виконуваною в режимі реального часу. Саме цю потребу і забезпечують акселератори тривимірної графіки.

Отже, головною функцією програм створення тривимірної графіки є перетворення графічних абстрактних об'єктів в зображення на екрані комп'ютера. Як правило абстрактні об'єкти включають три складових.

• Вершини. Задають місцеположення об'єкту в тривимірному просторі; саме їх положення задається координатами X, У і Z.

• Примітиви. Це прості геометричні об'єкти, за допомогою яких конструюються складніші об'єкти. Їх положення задається розташуванням визначальних точок (звично вершин). Для конструювання зображень тривимірних об'єктів при побудові примітивів враховується також ефект перспективи.

• Текстури. Це двомірні зображення, або поверхні, що накладаються на примітиви. Програмне забезпечення підсилює ефект тривимірності, змінюючи вид текстур залежно від положення примітиву (тобто відстані до примітиву і його нахилу); цей процес називається перспективною корекцією. У деяких програмах використовується інша процедура, звана відображенням MIP; в цьому випадку застосовуються різні версії однієї і тієї ж текстури, які містять різну кількість деталей (залежно від відстані до об'єкту в тривимірному просторі). При відображенні об'єктів, що віддаляються, зменшується насиченість і яскравість кольорів текстури.

Ці абстрактні математичні описи повинні бути візуалізовані, тобто перетворені у видиму форму. Процедура візуалізації грунтується на жорстко стандартизованих функціях, призначених для складання цілісного зображення, що виводиться на екран, з окремих абстракцій. Нижче представлені дві стандартні функції.

• Геометрізація. Визначення розмірів, орієнтації і розташування примітивів в просторі і розрахунок впливу джерел світла.

• Растеризація. Перетворення примітивів в пікселі на екрані з нанесенням потрібних затінювань і текстур.

У сучасні відеоадаптери, в яких графічний процесор може виконувати функції прискорення тривимірної графіки, вбудовуються спеціальні електронні схеми, що виконують растеризацію набагато швидше, ніж програмне забезпечення. Нижче перераховані функції растеризації, здійснювані більшістю призначених для цього сучасних наборів мікросхем.

• Растрове перетворення. Визначення того, які пікселі екрану покриваються кожним з примітивів.

• Обробка півтонів. Колірне наповнення пікселів з плавними колірними переходами між об'єктами.

• Утворення текстури. Накладення на примітиви двомірних зображень і поверхонь.

• Визначення видимості поверхонь. Визначення пікселів, що покриваються найближчими до глядача об'єктами.

• Анімація. Швидке і чітке перемикання між послідовними кадрами рухомого зображення.

• Згладжування. Плавна зміна колірних меж для згладжування контурів формованих об'єктів.