studij slucaja arhitektura racunara
Post on 05-Apr-2018
246 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
1/38
SVEUILITE/ UNIVERZITET VITEZ U TRAVNIKU
FAKULTET POSLOVNE INFORMATIKE U TRAVNIKU
TRAVNIK
JASMIN HODI
GRAFIKA KARTICA
STUDIJ SLUAJA
TRAVNIK, 2011
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
2/38
SVEUILITE/ UNIVERZITET VITEZ U TRAVNIKU
FAKULTET POSLOVNE INFORMATIKE U TRAVNIKU
TRAVNIK
GRAFIKA KARTICA
STUDIJ SLUAJA
IZJAVA:
Ja Jasmin Hodistudent Sveuilita/Univerziteta VITEZ Travnik, Index broj:0021-10/DIT odgovorno i uz moralnu i akademsku odgovornost izjavljujem da sam
ovaj rad izradio potpuno samostalno uz koritenje citirane literature i pomo asistentaodnosno profesora.
Potpis:________________
Predmet: Arhitektura i organizacija raunarskih sistema
Mentor: Doc.dr. Sinia Mini
Student: Jasmin Hodi
Broj indeksa: 0021-10/DIT
Smjer: Informacione tehnologije
Travnik, decembar 2011.
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
3/38
Sadraj:
1. Uvod...............................................................................................................................1
2. Rezolucija.......................................................................................................................2
3.Dubina boja.....................................................................................................................44.Stvaranje meutonova.....................................................................................................5
4.1.Sastavni dijelovi.........................................................................................................5
4.1.1.Grafiki procesor..................................................................................................6
4.1.2.Video memorija....................................................................................................6
4.1.3.RAMDAC............................................................................................................8
4.1.4 Upravljaki softver (drajver)................................................................................9
5.Digitalne kartice..............................................................................................................9
6.3D..................................................................................................................................10
6.1Geometrija.................................................................................................................11
6.2Realistino prikazivanje(renderovanje)....................................................................12
7.3D akceleracija..14
8.FSAA........15
9.DirectX..16
10.OpenGL..17
11.Direct3D.1712.Talisman......................................................................................................................18
13.Literatura.....................................................................................................................21
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
4/38
1
1.UvodRaunar je modularan ureajj tj. sastoji se od velikog broja standardnih dijelova kao
to su grafike kartice, diskovi itd. Modularnost odgovara i korisnicima i proizvoaima
zato to omoguuje meusobnu kompatibilnost raunarskih sistema, a sistemi postajujeftiniji. Svi ti dijelovi su meusobno povezani preko glavne centrale cijelog raunara-
matine ploe.
Unoenje velike koliine podataka u raunar nee biti od velike koristi ako nemamo
prilike da pomou nekog izlaznog ureaja saznamo rezultate njihove obrade. Najei
izlazni ureaji su monitor i tampa. Monitori i grafike kartice prikazuju tekst, grafiku i
slike. Grafike kartice su integrisane na matinoj ploi ili se nalaze na posebnoj kartici
koja je utaknuta u utinicu za proirivanje.
Grafiki adapter, ili grafika kartica, proizvodi sliku koja se prikazuje na ekranu.
Ranije su sve grafike karticebile u obliku kartica za proirivanje, dok su danas jeftinije
kartice ugraene na matinu plou raunara. Grafika kartica koja je ugraena na
matinu plou moe da se iskljui i da se umesto nje koristi kvalitetnija grafika kartica
koja e biti ugradjena u podnoje za proirenje. Ove kartice, koje zadovoljavaju
standarde VESA (Video Electronics Standards Association), kontroliu rezoluciju i broj
boja koje se prikazuju na ekranu.
Danas se najee upotrebljavaju VGA (Video Graphics Array) i SVGA (Super
Video Graphics Array) grafike kartice. Standardno, VGA grafika kartica prikazuje
sliku u rezoluciji 640480 i u 16 boja, dok SVGA kartice prikazuju slike iste ili vee
rezolucije, u vie boja, na primer, 640480 u 256 boja, 800600 u 16 boj a ili 800600 u 16
miliona boja.Najei izlazni ureaji su monitor i tampa.
Svim monitorima je neophodan izlaz iz grafike kartice. Monitori su slini televizorima,
ali koriste drugu tehnologiju za prikaz slike. Kvalitet monitora se mjeri brojem
horizontalnih i vertikalnih piksela, odnosno rezolucijom. Kvalitet prikazane slike zavisi iod broja boja koje mogu da se prikau na ekranu.
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
5/38
2
2.Rezolucija
Rezolucija se odnosi na otrinu, ili stepen detaljnosti vizuelnog prikaza. Ona je pr-
venstveno funkcija monitora i odredjena je dimenzijama mlaza i korakom taaka
(ponekad se odnosi i na "korak linije"). Slika sa stvara kada mlaz elektrona pogodi
fosforne estice kojima je pokrivena osnova "ekrana" monitora. Piksel je grupa koja
obuhvata jedan crveni, jedan zeleni i jedan plavi fosfor. Piksel predstavlja najmanji dio
ekrana kojim moe pojedinano da se upravlja. Svaki piksel moe da se postavi na
drugaiju boju i intenzitet osvetljenosti. Cijela slika na ekranu sastoji se od vie hiljada
piksela i rezolucija ekrana - odredjena brojem redova puta broj kolona - predstavlja
maksimalni broj piksela koji se mogu prikazati. to je vea rezolucija, to se moe
prikazati vie piksela, a samim tim i vie informacija na ekranu u bilo kom datom
vremenu.
Rezolucije obino padaju u unapred definisane skupove i sledea tabela prikazuje niz
video standarda, poevi od CGA (Kolor grafiki adapter), prvog od njih koji je podrao
sposobnost grafike u boji:
Datum Standard Opis Rezolucija Broj boja
1981 CGA Kolor grafiki adapter640 x 200
160 x 200
Nijedna
16
1984 EGA Poboljani grafiki adapter 640 x 350 16 od 64
1987 VGA Video grafika matrica640 x 480
320 x 200
16 od 262144
256
1990 XGA Proirena grafika matrica800 x 600
1024 x 768
16.7 miliona
65,536
SXGA Super proirena grafika matrica 1280 x 1024 65,536UXGA Ultra proirena grafika matrica 1600 x 1200 65,536
Tabela 1. Vrste grafikih kartica kroz istoriju sa njihovim karakteristikama.
Nedostatak iroko prihvaenog standarda za adresibilnost piksela veu od VGA je slian
problem kako za proizvoae, konstruktore sistema i programere, tako i za krajnje
korisnike. Posledica toga je da svaki proizvodja mora da obezbijedi specifine
upravljake programe (drajvere) za svaki operativni sistem koji se podrava na svakoj
http://www.pctechguide.com/glossary/06graphics.htm#CGAhttp://www.pctechguide.com/glossary/06graphics.htm#CGAhttp://www.pctechguide.com/glossary/06graphics.htm#EGAhttp://www.pctechguide.com/glossary/06graphics.htm#EGAhttp://www.pctechguide.com/glossary/06graphics.htm#VGAhttp://www.pctechguide.com/glossary/06graphics.htm#VGAhttp://www.pctechguide.com/glossary/06graphics.htm#XGAhttp://www.pctechguide.com/glossary/06graphics.htm#XGAhttp://www.pctechguide.com/glossary/06graphics.htm#XGAhttp://www.pctechguide.com/glossary/06graphics.htm#VGAhttp://www.pctechguide.com/glossary/06graphics.htm#EGAhttp://www.pctechguide.com/glossary/06graphics.htm#CGA -
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
6/38
3
od njihovih kartica. Proirena grafika matrica, XGA (Extended Graphic Array) je bio
prvi adapter displeja firme IBM koji je koristio VRAM (Video RAM memoriju), sa
mogunou konfigurisanja u kapacitetima od 500 Kbajta ili 1 Mbajt. Super proirena
grafika matrica SXGA (Super Extended Graphic Array) i Ultra proirena grafika
matrica UXGA (Ultra Extended Graphic Array) su sledei IBM-ovi standardi, ali ni
jedan od njih nije bio iroko usvojen.
Tipino, SVGA displej moe da podri paletu do 16,7 miliona boja, mada koliina
video memorije u nekom posebnom raunaru moe da ogranii stvarni broj prikazanih
boja na neto manje od toga. Razliite su specifikacije rezolucije slike. Uopteno
posmatrano, to je vea dimenzija dijagonale SVGA monitora, to vie piksela on moe
da pokae horizontalno i vertikalno. Mali SVGA monitori (sa dijagonalom od 14 ina)
obino koriste rezoluciju od 800x600, a najvei (sa dijagonalom veom od 20 ina)mogu da prikau 1280x1024, ili ak 1600x1200 piksela.
Pikseli su manji pri veim rezolucijama i prije operativnog sistema Windows 95 - i
uvodjenja skalabilnih objekata na ekranu - Windows ikone i natpisi su bili uvijek po
veliini u istom broju piksela, bez obzira na to kakva je rezolucija. Shodno tome, to je
vea rezolucija ekrana, manji su objekti koji se na njemu pojavljuju - to ima za
posledicu da vie rezolucije bolje rade na fiziki veim monitorima, gdje su pikseli u
odgovarajuoj srazmeri vei. Danas, mogunost da se skaliraju Windows objekti -
zajedno sa opcijom da se koriste manji ili vei fontovi - dozvoljavaju korienje daleko
vee fleksibilnosti, inei sasvim moguim da se koriste mnogi monitori od 15 ina sa
rezolucijama do 1024x768 piksela i monitori od 17 ina sa rezolucijama do 1600x1200
piksela.
800x600 1024x768 1152x882 1280x1024 1600x1200 1800x1440
15 ina DA DA17 ina DA DA DA DA
19 ina DA DA DA21 in DA DA
Tabela 2. Tabela identifikuje razliite SVGA standarde i pokazuje odgovarajue veliine
monitora za svakog od njih
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
7/38
4
Svi SVGA standardni podravaju displej od 16 miliona boja, ali broj boja koje mogu
istovremeno da se prikau ogranien je koliinom video memorije instalirane u sistemu.
to je vei broj boja, ili to je via rezolucija, to e biti zahtijevano vie video memorije.
Medjutim, kako je memorija dijeljeni resurs, smanjivanje jednog e dozvoliti poveanje
onog drugog.
3.Dubina boja
Svaki piksel slike na ekranu se prikazuje korienjem kombinacije tri signala boje: Crvenog, Plavog i Zelenog.
Precizno pojavljivanje svakog piksela se kontrolie intenzitetom te tri zrake svetlosti, a
koliina informacija koja se pamti o pikselu odredjuje njegovu dubinu boja. to je vie
bitova upotrebljeno po pikselu ("dubina bitova"), to su finiji detalji boja slike.
Dubina boje Opis Broj boja Bajta popikselu
4-bitna Standardni VGA 16 0.5
8-bitna Reim 256 boja 256 1.016-bitna Boja visokog kvaliteta 65536 2.0
24-bitna Prava boja 16777216 3.0
Tabela 3. Tabela pokazuje dubine boja koje se trenutno koriste
Da bi displej mogao da prevari ljudsko oko tako da mu izgleda da vidi punu boju,
potrebno je 256 nijansi crvenog, zelenog i plavog; to je 8 bita po svakoj od primarnih
boja, odnosno ukupno 24 bita. Medjutim, neke grafike kartice stvarno zahtevaju 32 bita
po svakom pikselu da bi prikazale pravu boju (true colour), zbog naina na koji one
koriste video memoriju - tih 8 dodatnih bitova se obino upotrebljavaju za alfa kanal
(transparentnosti).
Reim boje visokog kvaliteta (high colour) koristi dva bajta da pamti vrijednosti
intenziteta za tri boje, po 5 bitova za plavu i crvenu i 6 bitova za zelenu. Ono to se
dobije su 32 razliita intenziteta za plavu i crvenu i 64 razliita intenziteta za zelenu, to
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
8/38
5
sve zajedno rezultuje vrlo malim gubitkom u vidljivom kvalitetu slike, uz prednost
manjih zahteva za video memorijom i bru performansu.
Reim 256 boja koristi nivo indirektnosti uvodjenjem koncepta "palete" boja koja se
moe birati iz celokupnog opsega od 16,7 miliona boja. Svaka boja u paleti od 256 boja
je definisana pomou standardne 3-bajtne definicije koja se koristi za pravu boju: po 256
moguih intenziteta za crvenu, plavu i zelenu. Svaka data slika onda koristi bilo koju
boju iz njene pridruene palete.
Pristup palete je izvanredno rjeenje koje dozvoljava daleko veu preciznost u sli ci
nego to bi to bilo mogue upotrebom 8 bita raspoloivih pomou, na primjer,
dodjeljivanja svakom pikselu 2-bitne vrednosti za plavu i 3-bitnih vrednosti za zelenu i
crvenu. Zbog svojih relativno malih zahtjeva za video memorijom, reim 256 boja je
iroko korieni standard, naroito u PC raunarima namenjenih prvenstveno poslovnim
primenama.
4.Stvaranje meutonova
Stvaranje meutonova (dithering) zamjenjuje kombinaciju boja koje je grafika
kartica u stanju da generie sa bojom koju ona ne moe da proizvede. Na primer, ako je
grafiki podsistem sposoban da radi sa 256 boja, a prikazuje se slika koja koristi 65000
boja, one boje koje nisu raspoloive bie zamenjene bojama stvorenim iz kombinacija
raspoloivih boja. Kvalitet boje slika na kojima je primenjeno stvaranje meutonova
manji je od onih na kojima to nije uinjeno.
Stvaranje meutonova se takodje odnosi i na tehniku u kojoj se koriste dvije boje da bi
se stvorilo pojavljivanje tree, to daje glatkiji izgled naglim prelazima koji bi se inae
pojavljivali. Drugim rijeima, to je takodje metoda upotrebe uzoraka da bi se imitirali
stepeni sivog ili sjenke boja, ili za izravnjavanje nazubljenog izgleda krivih linija.
4.1.Sastavni dijelovi
Savremene grafike kartice za PC raunare sastoje se od etiri glavna sastavna dijela:
grafikog procesora video memorije
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
9/38
6
digitalno-analognog konvertora memorije sa direktnim pristupom (RAMDAC) upravljakog softvera (drajvera).
Prvi VGA sistemi su bili spori. Centralna procesorska jedinica je bila veomazaposlena obradom grafikih podataka, a koliina podataka koji su prenoeni preko
magistrale predstavljala je suvie veliko optereenje za sistem. Problemi su bili jo vie
pogorani zbog injenice da u obinu DRAM grafiku memoriju nije moglo
istovremeno da se upisuje i iz nje ita, to je znailo da bi RAMDAC morao da eka da
proita podatke dok centralna procesorska jedinica upisuje i obrnuto.
4.1.1Grafiki procesor
Problem sporosti sistema je rijeen uvodjenjem namjenskih ipova za grafiku
obradu na savremenim grafikim karticama. Umjesto da alje sirovu ekransku sliku kroz
bafer kadra, centralna procesorska jedinica alje mali skup naredbi za crtanje koje
interpretira sopstveni upravljaki program grafike kartice i koji se izvrava od strane
posebnog procesora na samoj kartici.
Operacije koje obuhvataju prenose bit mapa i slikanje, promjenu veliine okvira injegovog poloaja, iscrtavanje linija, skaliranje fontova i crtanje poligona, mogu da
budu opsluene od strane procesora grafike kartice, koji je projektovan tako da obavlja
ove zadatke u hardveru, daleko veim brzinama nego to bi to bio u stanju softver koji
se izvrava na centralnoj procesorskoj jedinici sistema. Grafiki procesor zatim upisuje
podatke o kadru u bafer kadra. Kako ima manje podataka za prenos, manje je
nagomilavanje na sistemskoj magistrali i znatno se smanjuje optereenje centralne
procesorske jedinice.
4.1.2 Video memorija
Memorija u kojoj se dri video slika se takodje naziva i bafer kadra i obino je
ugradjena na samoj kartici. Na prvim sistemima, video memorija je bila izgradjena od
standardne DRAM memorije. Medjutim, to zahteva stalno osveavanje podataka, da bi
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
10/38
7
se sprijeilo da se oni izgube, a oni se ne mogu mijenjati za vrijeme tog procesa
osvjeavanja. Posledica je znatna degradacija performanse, naroito sa vrlo brzim
generatorima takta koje zahtevaju savremene grafike kartice.
Prednost ugradnje video memorije na samoj grafikoj kartici je u tome to ona moe
biti prilagodjena za svoj specifian zadatak i, zaista, to je rezultovalo obiljem novih
memorijskih tehnologija:
Video RAM memorija (VRAM): Poseban tip DRAM memorije sa dva pristupa,u kojoj se moe upisivati i iz nje itati u isto vrijeme. Ona takodje zahtijeva rjee
osvjeavanje od obine DRAM memorije i shodno tome mnogo bolje radi.
Windows RAM memorija (WRAM): Koristi je veoma uspjena kartica MatroxMillennium, takodje je sa dva pristupa i moe da radi neto malo bre od
konvencionalne VRAM memorije.
EDO DRAM memorija: Obezbedjuje vei propusni opseg od DRAM memorije,moe da se taktuje viom uestanou od normalne DRAM memorije i da se
efikasnije upravlja ciklusima itanja/upisivanja.
SDRAM memorija: Slina EDO RAM memoriji, izuzev to memorijski igrafiki ipovi rade sa zajednikim generatorom takta koji se koristi za
odravanje podataka, to dozvoljava da SDRAM memorija radi bre od obine
EDO DRAM memorije.
SGRAM memorija: Ista kao SDRAM, ali podrava takoe i upisivanje blokova iupisivanje po bitu, to donosi bolju performansu na grafikim ipovima koji
podravaju te dodatne osobine.
DRDRAM memorija: Direktna RDRAM memorija predstavlja potpuno novuarhitekturu memorije opte namjene koja obeava oko 20 puta bolju performansu
od konvencionalne DRAM memorije.
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
11/38
8
Pojedine konstrukcije integriu grafika kola u samu matinu plou i koriste dio
sistemske RAM memorije za bafer kadra. To se zove arhitektura sa ujedinjenom
memorijom i koristi se samo u cilju smanjenja cijene. Kako takve implementacije ne
mogu da imaju koristi od specijalizovanih tehnologija za video memoriju, one e kao
rezultat uvijek imati slabiju grafiku performansu.
Informacija u video memorijskom baferu podataka je slika ta se deava na ekranu,
smjetena kao bit mapa. Ali, dok video memorija sadri digitalnu informaciju svog
izlaznog medijuma, monitor koristi analogne signale. Analogni signal zahtjeva vie od
obinog signala "ukljueno" ili "iskljueno", jer se koristi da odredi gdje, kada i kojim
intenzitetom e biti okinut elektronski top dok skenira uzduno i popreno po ekranu
monitora. Tu dolazi do izraaja uloga digitalno-analognog konvertora memorije sa
direktnim pristupom - RAMDAC.
EDO VRAM WRAM SDRAM SGRAM RDRAM
Maksimalnapropustljivost
(Mbajta/s)
400 400 960 800 800 600
Sa dva ili
sa jednim
pristupom
sa jednim sa dva sa dva sa jednim sa jednim sa jednim
Tipina irina
podataka
64 64 64 64 64 8
Brzina
(tipina)50-60 ns 50-60 ns 50-60 ns 10-15 ns 8-10 ns
330 MHz
(brzina
generatoratakta)
Tabela 3.Tabela sumira karakteristike est popularnih tipova memorija koje se koriste
u grafikim podsistemima
Ako ukupna koliina instalirane video memorije ne bude potrebna za posebnu rezolu-
ciju, viak memorije se esto koristi za informacije skrivene memorije za grafiki
procesor.
4.1.3 RAMDAC
Mnogo puta u sekundi, RAMDAC ita sadraj video memorije, konvertuje ga u
analogni RGB signal i alje ga preko video kabla na monitor. Da bi konvertovao
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
12/38
9
digitalni signal u nivo napona za svaku boju, RAMDAC koristi tabelu za pretraivanje.
Postoji po jedan digitalno-analogni konvertor za svaku od tri primarne boje koje katodna
cijev koristi da bi stvorila cijeli spektar boja. eljeni rezultat je prava mjeavina koja je
potrebna da bi se stvorila boja pojedinog piksela. Brzina kojom RAMDAC moe da
konvertuje informacije i konstrukcija samog grafikog procesora diktiraju opseg brzina
osvjeavanja koje grafika kartica moe da podri. RAMDAC takodje diktira i broj
raspoloivih boja za datu rezoluciju, zavisno od njegove unutranje arhitekture.
4.1.4 Upravljaki softver (drajver)
Upravljaki softver (drajver) savremene grafike kartice je od vitalne vanosti za
njenu performansu i druge osobine. Za veinu primjena, drajveri prevode ono toprimjena eli da prikae na ekranu u instrukcije koje moe da koristi grafiki procesor.
Nain na koji drajveri prevode ove instrukcije je od vrhunskog znaaja. Savremeni
grafiki procesori rade mnogo vie od pukog mijenjanja po jednog piksela istovremeno;
oni imaju usavrene sposobnosti iscrtavanja linija i oblika, mogu da pomjeraju velike
blokove informacija unaokolo, kao i da ine jo mnoge stvari pored toga. Posao drajvera
je da odluuje o najefikasnijem nainu upotrebe takvih osobina grafikog procesora,
zavisno od toga ta primjena zahtjeva da bude prikazano.
U veini sluajeva, poseban upravljaki softver se koristi za svaku rezoluciju ili
dubinu boje. To znai da, ak uzimajui u obzir razliite podrke koje su pridruene
razliitim rezolucijama i bojama, grafika kartica moe da ima upadljivo razliite
performanse na raznim rezolucijama, zavisno od toga koliko dobro je odredjeni
upravljaki program napisan i optimizovan.
5.Digitalne kartice
Dananji paneli pokazivaa sa tenim kristalima (LCD - Liquid Cristal Display) se
povezuju na VGA konektor na grafikoj kartici koji je ve pretvorio signal u analogni
oblik, u cilju prenosa na monitor sa katodnom cevi. Obzirom da su LCD uredjaji po
svojoj prirodi digitalni, potrebna su unutranja elektronska kola da bi se signal ponovo
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
13/38
10
pretvorio iz analognog u digitalni oblik. To poveava cijenu LCD pokazivaa,
pogorava kvalitet slike, posebno u oblasti tanosti boja, a postavlja i pitanja
sinhronizacije (centriranje, itd.) koja teko moe da se podesi na nekim grafikim
adapterima. Novi digitalni LCD pokazivai obeavaju bolju, pouzdaniju sliku, ali
zahtjevaju novi konektor i unutranja elektronska kola na grafikoj kartici.
U situaciji kada LCD pokazivai dobijaju dio trita sve veom brzinom, javlja se
pritisak na proizvodjae grafikih adaptera da naprave proizvode koji to dozvoljavaju i
vie njih trenutno radi na rjeenjima digitalnih grafikih kartica - namjenskim
digitalnim, dualnim digitalno/analognim ili analognim sa digitalnim dodacima.
Medjutim, neslaganja o potrebnim standardima prijete da uspore taj napredak.
Obje tehnologije imaju prednosti i mane: na primjer, PanelLink nee podravati
rezolucije iznad 1280x1024, a LVDS koristi etiri para provodnika umesto tri.PanelLink zavisi od jednog jedinog proizvodjaa sastavnih dijelova (Silicon Image) za
svoje glavne elemente, ali zato moe da radi sa kablom duine do pet metara, to ga ini
pogodnijim za udaljene pokazivae.
6. 3D
Raunarska trodimenzionalna (3D) grafika zahtjeva mnogo procesne moi raunara i
velike koliine memorije.
Grafiki ip, bilo da je namijenjen za trodimenzionalnu (3D) grafiku, bilo da je ip
dvostruke namjene 2D/3D, rastereuje centralnu procesorsku jedinicu u znatnoj mjeri i
izvodi operacije realistinog prikaza (renderovanje) same slike. Sve u vezi tog
renderovanja, ili iscrtavanja, radi se kroz grafiku protonu obradu u dva glavna
stepena: geometriji i realistinom prikazivanju. Stepen geometrije koji izvodi centralna
procesorska jedinica, radi sve poligonske aktivnosti i pretvara 3D prostorne podatke u
piksele. Stepen realistinog prikaza, koji opsluuje 3D hardverski akcelerator, upravljasvim aktivnostima u vezi sa memorijom i pikselima i vri pripreme za prikazivanje boja
na monitoru.
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
14/38
11
6.1.Geometrija
U stepenu za geometriju, sve trodimenzionalne (3D) slike se razbijaju u poligone.
Svaki poligon se analizira i pridruuju mu se razliite karakteristike. Objekti se definiu
pomou svojih koordinata i kombinuju se u jedinstveni koordinatni sistem koji se zoveWorld Space Co-ordinate. Bilo koji element koji pada van okvira za dijalog ("prozora")
na pokazivau se odsjeca ili odbacuje.
Korisnikov ulaz u okviru World Space ini da se objekt pomjera. Kako se on pomjera,
njegove geometrijske osobine moraju da se preispitaju i ponovo proraunaju. To se zo ve
transformacija i obuhvata promjene u pravcu X, Y i Z ose. Dobar primjer je Duke
Nukem 3D: kako glavni junak (odnosno igra) utrava kroz vrata i kree na levo u sobu,
tako se cijela scena mijenja; kad se pomjera blie vratima, ona moraju da postanu vea,
a kada se okree na lijevo, mora da se stvori cijela nova scena sobe, dajui iluziju
dubine. Tome se dodaju promjene u kameri, osvjetljenju, teksturi i bojama objekata,
koje sve moraju da se izraunaju ili ponovo proraunaju.
Sve to se zajedno zove geometrijska postavka - to je tradicionalno bio zadnji stepen
grafike protone obrade koji izvodi glavna centralna procesorska jedinica, prije nego
to 3D procesor preuzme dalju obradu radi izvravanja funkcije realistinog prikaza.
Moe se smatrati da pridrueni prorauni izravaju sledee funkcije:
Skaliranje, koje ini objekte veim ili manjim, zavisno od toga koliko daleko seoni nalaze u vidnom polju;
Translaciju, koja obuhvata pomjeranje objekata na njihova tana mjesta; Rotaciju, koja obre objekat tako da on zauzima svoj taan poloaj.
U raunarskoj igri sa dvadeset razliitih objekata na ekranu u bilo kom datom
trenutku, centralna procesorska jedinica mora da izvri svaku od gore pomenutihprocedura za svaki objekat. I ako to do sada nije dovoljno sloeno, ekran raunara jo
mora da se osvjeava vie od sedamdeset puta u sekundi. Zato, svaka promjena poloaja
ovih objekata mora takodje da se prorauna i prikae, za svako osveavanje ekrana.
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
15/38
12
Postavka trouglova pretvara podatke koje je stvorila postavka geometrija u oblik koji
moe da bude ulaz za 3D akcelerator. Neke grafike kartice imaju sopstvene maine za
postavku trouglova koje preuzimaju deo napora od sistemskog procesora. Medjutim, ak
i te jedinice za postavljanje trouglova mogu da obradjuju samo mali dio podataka:
ostatak mora da uradi glavna centralna procesorska jedinica.
6.2 Realistino prikazivanje (renderovanje)
U stepenu za realistino prikazivanje, koji izvodi hardverski akcelerator, 3D maina radi
sa pikselima. Usko grlo ovde je pristup memoriji - odnosno koliko brzo pikseli mogu da
se itaju iz, ili upisuju u bafer kadra. Postoji na hiljade poligona za svaki kadar scene i
svi oni moraju da se auriraju i prenose kroz memoriju najmanje trideset puta u s ekundi,
da bi se stvorila iluzija pokreta. Ovaj prenos u bafer kadra je poznat kao brzina kadra i
meri se u broju kadrova u sekundi (fps - frames per second). Odatle, kadrovi se alju u
RAMDAC i pretvaraju u analogni signal za monitor gde se, posle mnogo matematikih
manipulacija, odigrava akcija.
Proces realistinog prikaza obuhvata upotrebu razliitih 3D tehnika:
Preslikavanje tekstura je tehnika za dodavanje posebnih detalja 3D objektu.Ona se najbolje moe opisati kao omotavanje trodimenzionalnog (3D) objekta u
dvodimenzionalni (2D) obojeni papir. Na primer, data 3D slika automobila na
ekranu bi bila omotana teksturom koja treba da prikae njegovu metaliziranu
boju. To je mukotrpan posao, jer treba da se ponovi za svaki piksel na objektu i
svaki piksel teksture nad njim - zvani teksel. Mnoge teksture mogu da se stave
na isti objekat i to se zove multiteksturisanje.
MIP preslikavanje moe da se posmatrakao redukovana forma preslikavanjatekstura u kojoj je vie teksela stvoreno bez izvodjenja ekvivalentnog broja
prorauna. Ako je MIP preslikavanje jedna etvrtina originalne teksture, itanje
jednog teksela iz takvog preslikavanja je isto kao itanje etiri teksela iz
originalne teksture. Ako se ono primeni uz upotrebu odgovarajuih filtara,
kvalitet slike e u stvari biti bolji, jer ova tehnika poravnava nazubljene ivice.
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
16/38
13
Bilinearno filtriranjeita etiri teksela, proraunava njihovu srednju vrijednost- odnosno srednju vrijednost njihovih relativnih poloaja - boju i tako dalje, i
prikazuje rezultat kao jedan teksel na ekranu. Ovo ima za rezultat zamagljivanje
u bliskim delovima slike, to sa svoje strane poboljava njen izgled koji bi inae
bio u vidu neprirodnih blokova. Bilinearno filtriranje je sada standard na veini
grafikih kartica za PC raunare.
Z-baferovanjeje metod proraunavanja piksela koji treba da se smeste u baferkadra, memoriju koja dri podatke koji e uskoro biti prikazani. ipovi 3D
akceleratora uzimaju jedan piksel, renderuju ga i prelaze na sledei. Problem saovim metodom je da akcelerator nema nikakav nain da zna da li proraunati
piksel treba da bude prikazan odmah ili kasnije. Z-baferovanje ukljuuje "Z"
vrednost u svaki proraunati piksel. Ako je Z vrednost za odredjeni piksel manja
nego za neki drugi, to znai da e piksel sa manjom Z vrednou biti prvi
prikazan.
Uklanjanje nazubljenostije tehnika da se smanji "um" prisutan na slici. Da bise predstavila neka slika, potrebna je izvesna koliina informacija. Ako je objekt
u pokretu, u idealnom sluaju, te informacije bi trebalo da obuhvate njegov svaki
mogui poloaj, boju, promene veliine i tako dalje. Ali ako ove informacije nisu
raspoloive, centralna procesorska jedinica esto popunjava nedostajue
segmente sa umom bez ikakvog znaenja. Uklanjanje nazubljenosti, zajedno sa
MIP preslikavanjem, uklanja taj um.
Gouraud sjenenje ini objekte da izgledaju solidniji, primjenjujui sjenke napovrini objekta. Algoritam odredjuje boje susednih poligona i pravi gladak
prelaz izmedju njih. To osigurava da nema iznenadnih promena boje na objektu.
Bump preslikavanje je poboljanje ee koriene tehnike "ispupavanja"(embossing) koja se koristi za davanje "neravnog" izgleda povrinama. Ono
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
17/38
14
koristi razliite mape tekstura da bi stvorilo iluziju dubine na povrinama i moe
da se upotrebi za stvaranje efekata kao to su boginjavi, od metaka izreetani
zidovi ili neravno zemljite.
7. 3D akceleracija
Opsluivanje razliitih 3D tehnika za realistian prikaz (renderovanje) obuhvata
sloene proraune koji napreu centralnu procesorsku jedinicu. ak i sa namjenskim 3D
akceleratorima koji izvravaju mnoge od ranije navedenih funkcija, centralna
procesorska jedinica je jo uvek glavno usko grlo za bolju grafiku. Glavni razlog za to je
to centralna procesorska jedinica opsluuje veinu geometrijskih prorauna - to znai
poloaj svakog filtriranog, MIP i Bump preslikanog piksela koji se pojavljuje na ekranu.Uz moderne 3D akceleratore koji izbacuju vie od 100 miliona piksela u sekundi, to je
izvan sposobnosti ak i najbrih centralnih procesorskih jedinica. 3D akcelerator
doslovno mora da eka da centralna procesorska jedinica zavri svoje proraune.
Postoje dva vrlo razliita sredstva za prevazilaenje ovog problema. Proizvodjai
hardvera za 3D zalau se za upotrebu namjenskog geometrijskog procesora. Takvi
procesori preuzimaju geometrijska proraunavanja od glavne centralne procesorske
jedinice. Na drugoj strani rasprave, to je najmanje prihvatljivo rjeenje za proizvodjae
procesora jer, jednom kada geometrijski procesori postanu standard na grafikim
ploama, bie potreban samo sasvim osrednji procesor za izvodjenje ostalih funkcija,
kao to su rad operativnog sistema i nadgledanje uredjaja. Njihov odgovor bio je da
pojaaju 3D performansu svojih centralnih procesorskih jedinica obezbedjenjem
specijalizovanih skupova instrukcija, KNI (Katmai New Instructions - nove instrukcije
procesora Katmai) u sluaju Intel-a i 3Dnow! kod firme AMD.
Medjutim, problem je u tome to e u duem vremenu ak i takva performansa,
obezbjeena pomou ovih novih instrukcija u stilu MMX, biti nedovoljna da bi mogla
uspeno da se nosi sa sirovom snagom nove generacije 3D akceleratora. Pored toga,
veina korisnika - ak i oni koji se bave raunarskim igrama ne nadograuju redovno
svoje raunare i imaju relativno spore centralne procesorske jedinice. Imajui sve to u
vidu, namjenski geometrijski procesori su se pokazali kao najbolje rjeenje.
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
18/38
15
8. FSAA
Sredinom 2000. godine, firma 3dfx je traila nain da uzvrati udarac rivalu nVidia u
bitci za prvenstvo u grafikoj areni pomou svoje tehnologije T-Buffer, otkrivene na
njenom nizu kartica Voodoo5. T-Buffer dozvoljava vie kljunih digitalnih efekata za
poboljanje fotorealizma u trodimenzionalnom grafikom realistinom prikazivanju u
realnom vremenu. Do sada, ovi efekti nisu bili raspoloivi na PC raunarima
potroakog nivoa na brzinama koje su potrebne za rad u realnom vremenu. To su
sledei efekti:
zamagljivanje pokreta da bi se dodala realistina zamagljenost objektima upokretu koji bi inae bili definisani otrije od realnih stvarno fotografisanih
objekata na hemijskom filmu,
dubinska otrina da bi se dodala vizuelna naznaka koja pomae da se definierastojanje do svakog objekta u sceni pomou razliitih nivoa otrine, na
razliitim dubinama i, to je moda i najvanije,
uklanjanje nazubljenosti na celom ekranu (FSAAfull-screen anti-aliasing).Nazubljenost se javlja u dva oblika: "stepenice" na kosim linijama i "svjetlucanje"
vrlo tankih poligona. To su prostorne pojave, jer se javljaju zato to je uzorak sa scene
koja se realistino prikazuje suvie mali. Ranije raspoloivo samo u profesionalnim
sistemima za vizuelnu simulaciju kao to su vojni simulatori leta - FSAA uklanjanje
nazubljenosti ispravlja zupaste linije i uklanja svetlucanje veoma tankih objekata
uzimanjem mnogo uzoraka scene i njihovim mijeanjem. Rezultat je smirenija, daleko
realistinija i dopadljivija slika.
Ono to je tako znaajno u vezi tehnologije FSAA je injenica da ona odmah radi
aplikacioni softver ne mora posebno da se kodira da bi mogao da je koristi. Korisnici
mogu da konfiguriu upravljaki program (drajver) grafike kartice tako da koriste
FSAA u mjeri u kojoj to ele: nijedan, dva ili etiri uzorka. to je vei broj uzoraka,
pojavie se smirenija rezultujua slika.
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
19/38
16
9. DirectX
Rjeenje je u programskom interfejsu aplikacije, API (Application Programming
Interface). API radi kao posrednik izmedju aplikacionog softvera i hardvera na kome se
on izvrava. Prodavac softvera pie kd koji na izlazu daje podatke API drajveru putem
standardizovanih komandi, a ne direktno preko hardvera. Drajver, napisan od strane
proizvodjaa hardvera, onda prevodi taj standardni kd u originalni format koji poseban,
dati model hardvera moe da razumije.
Prvi put predstavljen 1995. godine, DirectX je integrisani skup alata za programiranje,
projektovan tako da pomogne programerima da naprave niz multimedijskih primjena za
platformu operativnog sistema Windows. On pokriva gotovo sve aspekti multimedije i u
vreme DirectX 7.0 - svoje este glavne verzije uvedene 1999. godine - obuhvatao je
sledee glavne komponente:
Direct3D - koriten za 3D grafiku u realnom vremenu; DirectDraw - koriten za 2D grafiku; DirectSound - koriten za audio reprodukciju; DirectPlay - koriten za mreno povezivanje (posebno za raunarske igre za vie
uesnika preko Interneta);
DirectInput - koriten za komandne palice i druge sline uredjaje; DirectMusic - koriten za muzike podatke zanovane na porukama.
DirectX 8.0 uveden krajem 2000. godine spojio je DirectSound i DirectMusic u
komponentu DirectX Audio, dok su do tada razdvojene funkcionalnosti za 2D i 3D
grafiku, DirectDraw i Direct3D spojene u komponentu DirectX Graphics. Tada je,
takodje, komponenta DirectShow, ranije implementirana kao poseban API, postala
zvanina komponenta DirectX.
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
20/38
17
10.OpenGL
OpenGL API je projektovan tako da se obrati irokom skupu naprednih grafikih
tehnika za realistian prikaz, kao to su preslikavanje tekstura (sposobnost da seprimjeni slika na grafiku povrinu), uklanjanje nazubljenosti, transparentnost,
zamagljivanje, osvjetljavanje (sposobnost da seprorauna obojenost povrine kada su na
nju primjenjeni razliiti modeli osvetljavanja iz jednog ili vie izvora svetlosti), glatko
sjenenje (sposobnost da se proraunaju efekti sjenenja kada svjetlost dolazi na
povrinu pod uglom, to rezultuje finim razlikama u nijansama boje na povrini),
zamagljivanje pokreta i transformacija za modelovanje (sposobnost promjene mjesta,
veliine i perspektive objekta u trodimenzionalnom koordinatnom prostoru).
Skup njegovih osobina je slian onome koji ima Direct3D, ali je on API nieg nivoa
od svog rivala, obezbedjujui vrlo fino upravljanje osnovnim elementima 3D scene, kao
to su informacije o takama i trouglovima. Aplikacija u OpenGL mora da obezbedi sve
geometrijske informacije za svaku od primitiva (taka, linija ili trougao) u sceni, kao i za
efekte koji e se primeniti na primitive (boja, transparentnost, zamaglji itd.). Nivo
upravljanja koji se daje programerima je glavni inilac koji stoji iza tvrdnje da je sa
OpenGL API mnogo lake praviti aplikacije nego sa Direct3D, kao i da je to mnogo
pouzdaniji proizvod na razliitim hardverskim platformama.
U sutini postoje dva nivoa za hardverski ubrzanu podrku OpenGL. To su ICD
(Installable Client Drivers klijent drajveri koji se mogu instalirati) koji ubrzavaju
osvetljavanje, transformacije i rasterizaciju i MCD (Mini Client Drivers mali klijent
drajveri) koji podravaju samo rasterizaciju. Dok su MCD laki za prodavce hardvera,
ICD nude bolju performansu.
11.Direct3D
Obezbjedjuje spregu sa pogodnostima koje su iroko implementirane u 3D grafikom
hardveru i dozvoljava proizvodjaima da naprave drajvere koji povezuju HAL sa
hardverom. Toomoguava primjenama Direct3D da iskoritavaju osobine hardvera bez
potrebe autorizacije za te posebne uredjaje.
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
21/38
18
Direct3D se obino smatra manje fleksibilnim od OpenGL, uprkos tome to nudi reim
programiranja na niskom nivou (poznatom kao Intermediate Mode), koji namijenjen da
bi ga uinio vie odgovarajuim njegovom rivalu.
U protonoj obradi za realistian prikaz Direct3D, geometriju 3D objekata obradjuje
centralna procesorska jedinica glavnog raunara, pre nego to 3D akcelerator pone da
prikazuje scenu na ekranu. Tokom 1998. godine kada su se proizvodjai ipova
sumanuto utrkivali za pravo da se mogu pohvaliti da imaju najbri 3D akcelerator
DirectX 5 brzo postao usko grlo u procesu 3D realistinog prikaza. Kako je situacija
postala jo gora sa pojavom 3D ipova tree generacije, Microsoft je paljivo preispitao
API u DirectX za transformaciju i osvjetljavanje, da bi poboljao efikasnost
geometrijske obrade i uravnoteio arhitekturu sistema.esta verzija komponente Direct3D podrava mogunost novijih grafikih kartica da
izvode renderovanje sa vie tekstura u jednom prolazu, to dramatino smanjuje vrijeme
potrebno da bi se primjenile mape tekstura. Ona takodje ukljuuje novije tehnike za
dodavanje realnosti 3D scenama, kao to su anizotropno filtriranje, koje dodaje element
dubine trilinearnom filtriranju, i bump preslikavanje, koje stvara iluziju realnih
tekstura i izvora svjetlosti na ravnim povrinama. Trend za objedinjavanje osobina
OpenGL nastavio se sa operacijama postavljanja slika na 3D scenu, a ne tekstura na
pojedinane 3D objekte.
Pored toga to je bio optimizovan da radi 20% bre od svog prethodnika, V7.0 je
ukljuio i izvjestan broj novih osobina. Najvanija medju njima je podrka za hardverski
ubrzanu transformaciju i osvetljavanje (T&L) koji su podrani od veine 3D kartica
najnovije generacije - a posebno one zasnovane na skupovima ipova GeForce 256
firme nVidia i S3 firme Savage. Obzirom da transformacija i osvjetljavanje predstavljaju
zadatke u savremenim raunarskim igrama koji zahtevaju najvie rada centralne
procesorske jedinice, preusmeravanje tog posla na namjenski 3D akcelerator oslobadja
znaajnu koliinu procesorovog kapaciteta za druge zadatke - to dozvoljava da se u
razvoju da ugradi vie detalja u realistino prikazivanje i vie specijalnih efekata koji
traeintenzivno angaovanje procesora.
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
22/38
19
12.Talisman
Talisman je inicijativa firme Microsoft za poboljanje kvaliteta i performanse i za
integraciju audio i video medijskih tehnologija na PC raunarima. Krajnji cilj jejedinstvena PCI ploa za proirenje koja integrie audio, video, dvodimenzionalnu i
trodimenzionalnu grafiku i dekodovanje MPEG-2. Radije nego da bude samo
preiavanje postojeih tehnologija, Talisman-ov grafiki element predstavlja pokuaj
da se definie nova, fundamentalno razliita arhitektura, koja rjeava probleme
ogranienja propusnog opsega, malih brzina kadrova i velikih kanjenja/male interakcije
koji su ranije koili trodimenzionalnu grafiku zasnovanu na PC raunarima.
Microsoft ga opisuje kao zamjenu "sinteze slike" sa "obradom slike", zasnovanom naspecijalizovanim digitalnim procesorima signala. Umjesto uobiajene grafike protone
obrade, sa slikama napravljenim od primitiva, rasterizovanim i poslatim u bafer kadra
kao cjelina, arhitektura Talisman stvara seriju odvojenih slojeva slike koji mogu da se
realistino prikazuju i kojima se manipulie nezavisno. Umjesto auriranja cijele slike za
svaki kadar, svaki sloj se aurira po potrebi, na osnovu prioriteta koje postavlja softver.
Na primjer, zamagljeni objekt u pozadini trodimenzionalne scene treba da se aurira
manje esto i tano od jasno vidljivih objekata u prvom planu. Kako svi slojevi slike ne
moraju da se auriraju i istom trenutku, postoji znaajna uteda u vremenu obrade i
propusnom opsegu. Realistino prikazivanje objekata u slojevima dozvoljava da se
trodimenzionalne transformacije zamene dvodimenzionalnim operacijama nad slikama,
sve dok nema dovoljno velikih izoblienja koja zahtevaju kompletno ponovno
realistino prikazivanje.
Talisman isto tako koristi i proces u kome se slike razlau na dijelove od po 32x32
piksela. Sva geometrija u jednom takvom dijelu se realistino prikazuje prije nego to se
predje na sledei. Kako Z-bafer radi samo sa jednim takvim dijelom istovremeno, ontreba da bude njegove veliine i, kao rezultat, dovoljno je mali da moe da se
implementira na ipu. Ovaj proces omoguava kompresiju slike orijentisanu na blokove:
jednom realistino prikazan i sa uklonjenom nazubljenou, svaki takav deo moe da
bude komprimovan i sauvan za buduu upotrebu.
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
23/38
20
Slika 1. Dijagram predstavlja odnos razliitih grafikih kartica u pogledu
karakteristika:
Primjer jedne grafike kartice je MSI nVidia NX7950GX2, njene karakteristike su:
512-bitni memorijski interfejs NVIDIA SLI tehnologija MSI Vivid Video tehnologija Dual 400MHz RAMDAC 90nm proces. tehnologija Dual Dual-Link DVI podrska
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
24/38
21
Microsoft DirectX 9.0 Shader Model 3.0, High Dynamic-Range (HDR)Rendering, NVIDIA UltraShadow II
NVIDIA CineFX 4.0 Engine, ForceWare, High-Definition H.264, MPEG-2,WMV hardverska akceleracija, ...
Integrisani HDTV Encoder
13.Literatura
1.www.pcpress.com.2.www.microsoft.co.
3.www.mikroknjiga.co.
5.www.krstarica.com
6.www.goggle.com
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
25/38
22
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
26/38
23
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
27/38
24
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
28/38
25
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
29/38
26
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
30/38
27
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
31/38
28
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
32/38
29
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
33/38
30
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
34/38
31
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
35/38
32
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
36/38
33
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
37/38
34
-
7/31/2019 Studij Slucaja Arhitektura Racunara
38/38
top related