Принцип действия видеосистемы ПК

Принципы формирования изображений в ПК

Различают векторный и растровый способы формирования изображения.

При векторном способе электронный луч совершает обход контура воспроизводимой фигуры, перемещаясь на каждом шаге из одной точки координатной сетки в другую. В этом случае последовательность элементов матрицы состояния отображаемой фигуры генерируется программно в порядке обхода точек контура, а положение очередной точки может задаваться как в абсолютных координатах, так и в приращениях. Для прорисовки фигуры может понадобиться достаточно много таких элементарных перемещений.

При растровом способе электронный луч движется по экрану дисплея по фиксированной траектории - растру (электронный луч передвигается по горизонталям, последовательно перемещаясь с одной на другую,). В этом случае матрица состояний узлов координатной сетки формируется последовательно - по строкам, а затем в таком же порядке электронный луч воспроизводит состояние каждого пиксела (элемент изображения).

Различают графические и растровыедисплеи в зависимости от используемого способа формирования изображения: векторный или растровый.

Дисплеи обладают богатыми возможностями. Это управление цветом и яркостью изображения, быстрая смена отображаемых кадров, комбинирование графических элементов с алфавитно-цифровой информацией. Все это позволяет строить на экране динамические рисунки, моделирующие поведение отображаемого объекта, создавать изображения объемных тел, менять их положение в пространстве. Изображения формируются при помощи электронного луча, направляемого в заданные точки люминофора на экране.

Наибольшее распространение получили растровые дисплеи, поскольку они более дешевые по сравнению с графическими. Графические дисплеи применяются в дорогих графических системах.

В растровых дисплеях электронный луч на экране перемещается в некоторой прямоугольной области. Эта область называется рабочим полем. Минимально допустимые перемещения луча в рабочем поле по каждой из координат определяют на дисплее прямоугольную сетку. Узлами координатной сетки на рабочем поле являются точки растра.

В соответствующие вершины пикселя направляются лучи от 3-х электронных пушек, каждая из которых управляет интенсивностью своего луча. Смешение красного, зеленого и синего цветов в разной пропорции позволяют получать достаточно богатую палитру, насчитывающую от несколько десятков до несколько миллионов оттенков. Статическое изображение на рабочем поле может быть описано с помощью матрицы состояний, элементы которой соответствуют узлам координатной сетки. Значение каждого элемента определяет атрибуты соответствующего пиксела (цвет, яркость).

Видеосистема компьютера

Схема подключения видеосистемы в современном компьютере изображена на рисунке. Для повышения операций обмена с памятью используется шина AGP, к которой подключается плата видеоадаптера компьютера.

На рисунке изображена структура типичного современного видеоадаптера. Он состоит из следующих основных частей:

1. Видеопамять (буфер кадра, Z-буфер, буфер текстур).

2. RAMDAC (RAM+DAC) – устройство, состоящее из RAM (память) DAC (ЦАП – преобразователь цифрового сигнала в аналоговый).

3. 2D- и 3D-акселераторы (процессоры: растеризации, генерирующий треугольники, рендеринга (прорисовки), геометрических преобразований).

4. TV-тюнер (на плате или отдельно).

Основные устройства – буфер кадра и RAMDAC.

Буфер кадра – память, где размещаются видеоданные, готовые к выводу на экран. Различают Frontbuffer – из него данные непосредственно выводятся на экран, и Backbuffer - в котором производится расчет следующего кадра. Это позволяет улучшить плавность вывода изображения на экран. Иногда используется и Framebuffer – где хранится несколько кадров, готовых к выводу на экран.

Сформированное изображение попиксельно поступает в RAMDAC, где цветовой код преобразуется в аналоговые сигналы трех основных цветов (R, G, B – красного, зеленого и синего). RGB-сигнал подается в монитор для отображения.

Рассмотрим работу видеоадаптера на примере создания объемного изображения. Формирование объемного изображения можно разделить на 2 этапа: построение каркаса и рендеринг – процесс закраски каркасной модели объекта.

Каркас – геометрическая модель поверхности объекта, состоящая из треугольников. Вершины треугольников – основная информация об объекте. Эта информация обрабатывается процессором при перемещении объекта. Количество треугольников определяют степень детализации поверхности. При увеличении детализации объекта (количества треугольников) увеличивается качество отображения и требования к производительности видеосистемы. Данные о координатах треугольников поступают в 2D ускоритель, где превращаются в растровое изображение (процесс генерации треугольников). При этом скорость генерации треугольников составляет несколько единиц до несколько десятков млн/с.

При обработке каркасной модели учитываются тип и расположение источника света, текстура, вид проектирования (перспективное). Процессор выполняет необходимые вычисления и определяет цвет и интенсивность окраски растрового представления треугольника. В последнее время выпускаются видеоакселераторы, оснащенных процессорами геометрических преобразований и динамического освещения (T&L). При рендеринге учитывают:

- Глубину объекта (удаленность по координате Z);

- Материал объекта, форму, тип поверхности;

- Источники освещения;

- Видимость треугольников.

Основная характеристика рендеринга – скорость заполнения. Она составляет несколько сотен млн. pixel/с. Кроме того, следует отметить, что под буфер текстур видеосистемы отводится больше памяти (примерно в два раза), чем под буфер кадра и Z–буфер. В качестве параметров видеосистемы приводят значения fps- flip per second, т.е. количество анимированных кадров в секунду (скорость с которой видеосистема может обрабатывать кадры анимации). Этот параметр не следует путать с частотой кадра (f_k=85-120 Гц, a f_v=60 fps – частота обновления кадра в видеобуфере).

Для ускорения обработки в видеосистеме используется различные виды распараллеливания вычислений, аппаратная поддержка функций API (Application Programming Interface – интерфейс программирования приложений). На сегодняшний день стандартами стали два основных API – DirectX от Microsoft и OpenGL от Silicon Graphics. Исключением стало создание компанией 3Dfx программного продукта Glide OGL, выполняющего те же функции.

Дата добавления: 2014-12-08