3D акселераторы

В последнее время все большее и большее количество игр требуют наличия аппаратных ускорителей 3D графики. В играх создаются настолько сложные виртуальные миры, что центральный процессор просто не справляется с задачей его построения. Поэтому на настоящее время большинство видеоадаптеров имеют встроенные 3D акселераторы, которые специально предназначены для обработки трехмерной графики. Эти акселераторы различаются как по скорости работы, так и по качеству создаваемого изображения и реализованным в них функциях. С терминологией 3D графики можно ознакомиться в специальном приложении к данной статье. Разница в качестве изображения, созданного акселератором и рассчитанного процессором настолько велика, что поиграв в игру на компьютере с видеоадаптером с использованием аппаратной трехмерной акселерации, без нее уже играть просто не хочется.

    В тестовой лаборатории “Свега+” были протестированы несколько видеоадаптеров с поддержкой 3D. Среди протестированных акселераторов 5 являются полноценными видеокартами, а Helios 3D – это чисто 3D акселератор, который включается последовательно с видеокартой. Он использовался в связке с Matrox Mystique 220.

Тестирование проводилось на компьютере следующей конфигурации:

MB: ASUS TX97 i430TX
RAM: 64Mb SDRAM (2xDIMM)
CPU: Intel P225MMX (3x75MHz)
HDD: Quantum Fireball ST 4.3Gb
OS: Win’95 OSR2 PE 

В таблице 1 представлены технические характеристики тестируемых видеокарт:

Для тестирования производительности видеокарт при работе с Direct3D использовались следующие тесты:

Ziff-Davis Labs: 3D WinBench 98.

При выполнении WinMark тестов определяется скорость вывода изображения на экран (число кадров в секунду). Показатель WinMark98 является суммой всех этих значений. Если тест не может пройти из-за того, что необходимая функция не поддерживается акселератором, то к результату добавляется 0. Чем больше это значение, тем лучше. Полученные результаты представлены в таблице 2 и на рисунках 1 и 2.

VNU Labs: Final Reality Demo.

Это сложный тест, который включает в себя множество различных измерений. У каждого теста есть свой “вес”, согласно которому получается окончательный результат. Для тестирования 3D производительности используется 4 теста:

Результаты тестирования представлены в таблице 3 и на рисунке 3.

По полученным данным можно сделать вывод, что достигнут некоторый равновесный уровень производительности 2D графики. При работе же с 3D графикой есть свои лидеры и свои проигравшие. Также можно заметить, что центральный процессор абсолютно не справляется с задачей обработки 3D.

 Для тестирования производительности при работе с OpenGL использовались игры Quake II и GLQuake. Результатом тестирования является скорость вывода изображения на экран (число кадров в секунду). Из всех протестированных видеокарт аппаратная поддержка OpenGL есть только у 3D акселератора Helios3D и Diamond Viper 330. Для сравнения все тесты были дополнительно выполнены без использования аппаратной 3D акселерации.

 Результаты представлены в таблице 4 и на рисунке 4.

Теперь несколько слов о каждом из протестированных акселераторов:

Терминология 3D графики:

Alpha pixel blending – аппаратная поддержка прозрачности и просвечивания путем смешивания значений цветов исходного и результирующего пикселей. С такой поддержкой удается добиться очень реалистичных изображений, особенно при расчете световых эффектов.

Ambient – световой источник, который светит одинаково во всех направлениях. Все объекты освещаются с равной интенсивностью.

Back buffer – скрытая область экрана, на которой рассчитываются объекты трехмерной сцены. Вывод же осуществляется в Front Buffer.

Bilinear filtering – техника текстурирования, которая для определения цвета текстуры усредняет значения цветов соседних элементов текстуры (texels). В результате этого процесса уменьшается блочность текстуры при ее увеличении.

Directional – световой источник, который освещает одинаково все объекты сцены, как бы из бесконечности в определенном направлении. Обычно используется для создания удаленных световых источников (таких как Солнце).

Dithering – процесс варьирования расположения цветовых пикселей чтобы создать впечатление нового цвета.

Flat – наиболее простая техника затенения, в которой весь треугольник заполняется одним цветом. Может вызвать блочность изображения из-за отсутствия смешивания цветов.

Front buffer – область отображения кадра (расчет идет в back buffer).

Gouraud – процесс затенения, в котором рассчитывается цвет треугольника и потом интерполируется по всей текстуре.

Linear – другое название Bilinear filtering.

Mipmap – процесс, в результате которого в памяти хранятся несколько копий текстурированного изображения в различных разрешениях. В результате этого изображение остается качественным при приближении к объекту и при удалении от него. Вы увидите изображение в высоком разрешении близко к объекту и изображение в низком разрешении при удалении от объекта.

Parallel point – световой источник, который освещает равномерно все объекты параллельным пучком света.

Perspective correction – процесс трансформации текстурных треугольников, чтобы создать впечатление, что треугольники имеют перспективу (расположены на разных расстояниях до плоскости наблюдения).

Pipeline – серия шагов по созданию и отображению трехмерного изображения. Первый шаг – трансформация – создается трехмерный объект и отображается на плоскость. Второй шаг – добавление освещенности объекту. Третий шаг – рендеринг цветов и теней многоугольников для соответствующих текстур.

Pixel blending – метод смешивания цветов текущего пикселя и пикселя, находящегося уже в буфере кадра, для получения выходного пикселя. Введем следующие обозначения: R1, G1, B1, A1 – представляют красную, зеленую, синюю и альфа компоненты текущего пикселя. R2, G2, B2, A2 – аналогично для пикселя, уже находящегося в буфере.

Source Alpha Pixel Blending (добавление прозрачности) – (R1*A1+R2*(1-A1), G1*A1+G2*(1-A1), B1*A1+B2*(1-A1))

Add Pixel Blending (суммирование цветов) – (R1+R2, G1+G2, B1+B2)

Modulate Pixel Blending (модуляция цветов) – (R1*R2, G1*G2, B1*B2)

Point – световой источник, который светит одинаково во всех направлениях из одной точки (например лампочка в комнате).

Specular highlights – световая характеристика, которая определяет то, как свет будет отражаться от объектов.

Spot -световой источник, похожий на точечный. Он светит не во всех направлениях, а в пределах некого конуса. Освещаются только объекты, попадающие в этот конус.

Texel – элемент текстуры – определенный пиксель в текстуре.

Texture mapping – покрытие некого трехмерного объекта текстурой, чтобы придать ему большую реалистичность.

Trilinear filtering – усреднение двух результатов bilinear filtering.

Vertex – точка в трехмерном пространстве, где соединяются 2 линии.

Z-buffer – область памяти, в которой хранится 3-я координата всех пикселей. Z-buffer определяет, какой из многих перекрывающихся треугольников наиболее близок к плоскости наблюдения.