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, составляющих эти изображения. До недавнего времени для преобразования этих абстрактных элементов в "живые" образы, помимо программ создания трехмерной графики, требовались специальные приложения. Они сильно загружали процессор, память, системный интерфейс , и, как следствие, замедлялась работа всех остальных приложений. Однако новое поколение микросхем графических акселераторов, установленных на большинстве современных видеоадаптеров, успешно решает эту проблему, беря на себя всю работу по расшифровке и формированию на экране изображений трехмерных объектов. Процессор теперь менее загружен, и общая производительность системы повысилась.
Акселераторы трехмерной графики постоянно совершенствовались, догоняя запросы современных мультимедийных систем и профессиональных графических станций. Кроме того, игровые программы рядовых пользователей и графические приложения массового использования, требовали разработки высокопроизводительных и доступных по цене 3D-акселераторов. Создание трехмерных изображений требует большой работы. Простые акселераторы должны только рисовать многоугольники и планировать текстуры. Более сложные акселераторы могут частично выполнять функции предшествующих этапов, например, позволяя блоку вычисления вершин передавать на следующий этап координаты в виде десятичных чисел, что уменьшает загрузку процессора.
1. Геометрическая обработка. Программа хранит местоположение объектов в мировых координатах, упрощая связи между различными объектами. Большинство вычислений происходит в процессоре.
2. Преобразование и отображение. Программа преобразует трехмерные координаты в пространстве (3D-координаты) в координаты на плоскости (2D-координаты) и использует текстуры. Работа в основном выполняется аппаратурой.
• Вычисление координат вершин. Процессор вычисляет позицию каждой вершины для каждого 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 устройство, наподобие куска стекла, через которое вы смотрите на трехмерную сцену. Чтобы промоделировать это в компьютере, нам нужно пересчитать координаты проекций вершин каждого многоугольника из системы координат в пространстве в систему координат на плоскости (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, которые 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 переходами между объектами.
• Образование текстуры. Наложение на примитивы двухмерных изображений и поверхностей.
• Определение видимости поверхностей. Определение пикселей, покрываемых ближайшими к зрителю объектами.
• Анимация. Быстрое и четкое переключение между последовательными кадрами движущегося изображения.
В наиболее совершенных 3D-акселераторах могут быть использованы геометрические процессоры, которые ускоряют всю стадию геометрической обработки, в том числе трансформацию (если 3D-акселератор поддерживает операции с матрицами) и освещение.
Версия сайта для слабовидящих