Забытые компьютерные новости интернета

 

 

Трехмерная графика и виртуальная реальность всегда притягивали пользователей персональных компьютеров. Даже первые авиа-симуляторы, созданные с использованием простейшей векторной графики подстегивали нашу фантазию, в них мы имели возможность представить, что из рубки F-117 открывается вид не на трехгранные холмы среди бескрайней одноцветной равнины, а на реальные пейзажи неизвестных нам стран. И только несколько милитаристская окраска происходящего могла отвлечь от эстетического наслаждения полетом. Последнее время такие мечты оказываются все ближе к своему воплощению. Первые примеры применения новых аппаратных технологий и программных средств (DirectX для Windows 95, архитектура Intel Pentium MMX) демонстрируют нам впечатляющие результаты. Уже давно не секрет, что потребность во все возрастающей мощности персональных компьютеров диктуется не базами данных, электронными таблицами и текстовыми процессорами, а значительно более прозаической причиной - новыми играми. Известно, что производительность компьютера определяет самый медленный его компонент. Поэтому если обсуждать конфигурацию "компьютера мечты", то кроме Pentium MMX, соответствующего объема ОЗУ (минимум 32 Мбайт), быстрого винчестера и 8-скоростного дисковода CD-ROM (большая скорость является пока, на мой взгляд, излишней) остается как минимум три важных компонента. О первых двух догадаться легко - звуковая карта и графический адаптер. А вот соответствующие манипуляторы (джойстики, геймпады) многие считают недостойными упоминания... хотя зря. В первом номере Мир ПК за 1997 год мы рассказывали о новых звуковых платах, теперь пришел черед графических адаптеров.

 

Если вы вдруг сегодня захотите купить новый графический адаптер и посетите компьютерный магазин, то с удивлением обнаружите, что многое изменилось с тех пор, когда магических слов "SVGA 512 Кбайт" или "SVGA 1 Мбайт" было достаточно для принятия соответствующего решения. И первое, что вам бросится в глаза на красочных коробках новых графических плат - это неизменное упоминание "трехмерной" графики и символы "3D". Попробуем разобраться, для чего нам нужны трехмерные акселераторы, стоят ли они своих денег и какой из них все-таки стоит выбрать.

 

Первое, и самое главное, в чем необходимо определиться, это зачем мы покупаем новый графический акселератор. Если для домашней мультимедиа системы - то важны следующие критерии:

 

Скорость и качество работы в DOS и Windows 95

Поддерживаемые разрешения, цветовая палитра, частота регенерации изображения

Для DOS - 100% поддержка стандарта VESA (желательно VESA 2.0)

Для Windows 95 - совместимость и наличие драйверов, поддерживающих стандарт DirectX, качество воспроизведения AVI-видео и MPEG

Наличие аппаратных функций по ускорению трехмерной анимации: качество и скорость прорисовки текстур и трехмерных объектов.

На первый пункт довольно тяжело ответить категорично. Во-первых, до сих пор нет единого стандартизированного теста для графических адаптеров на производительность и функциональные особенности. Наибольшее распространение получила программа WinBench, ссылки на которую чаще всего приводятся в рекламных материалах и различных статьях. Но даже ей нельзя полностью доверять, т.к. существует несколько отличных друг от друга версий, выдающих различные показатели. К тому же многое зависит от конфигурации компьютера, операционной среды, самого графического адаптера (объем памяти, RAMDAC) и его драйверов. Оперируя этими переменными можно легко добиться ложных показателей. Поэтому имеет смысл просто внимательно рассмотреть технические спецификации на графическую плату, узнать в Internet от других пользователей их впечатления и проконсультироваться у специалистов. Здесь становится особенно важной репутация фирмы-изготовителя, поэтому применительно к графическим адаптерам наиболее оправданно покупать продукцию с утвердившимся brand-name. В 11-12 номере Мир ПК за 1996 год опубликован хороший обзор наиболее распространенных современных графических акселераторов, там вы сможете найти всю необходимую информацию.

 

По второму пункту есть несколько простейших правил. Практически все современные акселераторы поддерживают разрешение вплоть до 1600 x 1200 (что является излишним для мультимедиа, и требуется в основном профессионалам для работы с графикой). Цветовая палитра (разрядность цвета) и частота регенерации изображения (развертка) зависят в первую очередь от объема памяти, а так же от разрешения и возможностей RAMDAC. Рабочий минимум для современных условий: 2-Мбайт ОЗУ, но если вы хотите реально использовать функции трехмерного ускорения, то лучше сразу ориентироваться на 4 Мбайт, благо микросхемы памяти сейчас сильно упали в цене. Другое простое, но критичное правило заключается в том, что графическая плата должна работать с вашим монитором. Необходимо учитывать спецификации на поддерживаемое максимальное разрешение и частоту развертки. Не покупайте графический адаптер профессионального уровня, если ваш монитор не обеспечивает разрешение хотя бы 1280 x 1024 при 75 Гц. В наши дни задача несколько упростилась, т.к. введены новые спецификации DDC (VESA Display Data Channel), которые позволяют совместимым устройствам (монитор и графический адаптер) автоматически подстраиваться друг под друга и работать при лучших комбинациях по разрешению и частоте развертки. Но решение о подборе оптимальной пары все равно остается за вами. Современные мониторы могут держать до 85 Гц при разрешении 1600 x 1200. Для большинства пользователей 15" мониторов будет достаточно, если ваша система позволит использовать режимы 800x600 и 1024x768 при 24-битной глубине цвета (16 млн. цветов) с разверткой в 75-85 Гц. Это даст некоторую гарантию, что вы не испортите зрение проводя долгие часы перед компьютером. Безусловно, современный монитор просто обязан иметь цифровые настройки. И обратите внимание, чтобы дисплей соответствовал рекомендациям MPR-II, а лучше стандарту TCO-92.

 

Что касается поддержки графическим адаптером стандарта VESA, то здесь бывает несколько вариантов. Обычно VESA реализуется аппаратно и прошивается в BIOS графической платы, хотя, к сожалению, большинство производителей до сих пор используют версию 1.2 VESA-спецификаций, несмотря на то, что уже давно вышла версия 2.0, которая значительно быстрее и поддерживает больший выбор SVGA режимов. Правда, всегда остается возможность загрузить соответствующий программный драйвер (UniVBE), но это уже лишний повод для появления проблем с совместимостью. Поэтому выбирая графический акселератор, особенно если он использует какой-нибудь новый тип микросхем обязательно убедитесь, что в нем предусмотрена 100% аппаратная совместимость со спецификациями VESA. Простейший тест: запустите игру Quake из под DOS и в разделе Video Modes посмотрите, какие SVGA режимы у вас задействуются (попробуйте их все). Если ваш компьютер - Pentium, то посмотрите, имеются ли режимы 800x600, 1024x768 и 1280x1024? Их наличие во многом зависит от производительности графического адаптера.

 

Вряд ли у кого вызывает сомнение тот факт, что Windows 95 становится основной платформой для мультимедиа и игр. Поэтому любой современный графический акселератор должен быть оптимизирован для Windows 95. Не просто иметь в комплекте соответствующие драйверы, а гарантировать их высокую производительность при выполнении таких функций, как воспроизведение AVI- и MPEG-видео, прорисовка двухмерной и трехмерной анимации и графики, просчет 3D объектов и наложение на них текстур, совместимость со стандартом DirectX и ускорение его работы. Стоит иметь в виду, что большинство азиатских производителей используют со своими платами так называемые "generic", т.е. базовые драйверы, разработанные производителем графического процессора, на котором построен акселератор. Неудивительно, что в итоге графические платы, совершенно одинаковые по используемым компонентам сильно разнятся по производительности и стабильности работы драйверов (сравните китайский S3-Virge и, к примеру, графический акселератор miroCrystal 3D). К тому же, через год вам могут понадобиться драйверы для новой версии ОС Windows 95 или Windows NT, и не факт, что вы к тому времени найдете хотя бы самого производителя или его узел в Internet.

 

Наконец, последнее, и самое важное требование - наличие в графическом акселераторе аппаратных функций по ускорению трехмерной анимации. Прежде чем давать оценку, попытаемся разобраться, что же это такое - 3D-графика, и какие специализированные трехмерные функции нам необходимы.

 

Анатомия трехмерного мультимедиа акселератора

 

Что такое 3D?

 

Трехмерная графика - это графическое представление сцены или объекта относительно трех осей (высота, ширина и глубина) в соответствующей системе координат. Подобная техника позволяет передать трехмерное изображение на плоском дисплее, внося дополнительный реализм и интерактивность в графические приложения. Для отображения трехмерной анимации объект сперва очередь моделируется на основе векторных линий и опорных точек в трехмерной системе координат (по осям x, y и z). Векторный остов объекта - это может быть машина, самолет или целый виртуальный мир - хранится в системной памяти. Затем объект "просчитывается" (rendering), т.е. определяется физическое состояние каждого пикселя относительно избранной точки зрения, учитывается освещение, и уже в рамках видимых границ прорисовывается изображение, состоящее из закрашенных полигонов с наложенными тенями.

 

Рассмотрим теперь три наиболее важных параметра современной графической подсистемы: производительность, качество изображения и цена. Действительно, хороший трехмерный акселератор, ориентированный на домашний и мультимедиа-рынок должен в первую очередь обеспечивать большую скорость (или, как это принято для подобных приложений - большую частоту кадров / frame rate) и значительно повышать качество и реалистичность визуальных сцен по сравнению с обычными SVGA-платами. Не секрет, что пользователю это требуется в основном для современных компьютерных игр, поэтому здесь вряд ли напрямую применимы технологии, используемые в профессиональных 3D системах. Еще бы, кто захочет даже ради новой версии игры Quake с поддержкой стандарта Open-GL выложить 2-3 тыс. долл. за соответствующий графический процессор, геометрический сопроцессор и большой объем ОЗУ (8-32 Мбайт) для хранения текстур, осуществления Z-буферизации, фильтрации и сглаживания. Поэтому основной задачей, стоящей перед всеми разработчиками трехмерных мультимедиа акселераторов является интеграция в них как можно большего количества трехмерных функций при использовании минимального объема дорогостоящих ресурсов (ОЗУ, специализированные сопроцессоры). Вот основные функции, которые необходимы для современных трехмерных приложениях.

 

Управление шиной (Bus mastering)

 

Эта функция необходима для достижения высокой частоты кадров. Может быть два режима управления шиной: в отношении текстурных выборок и применительно к командным листам. В первом случае графический процессор получает возможность запрашивать текстурные карты напрямую из системной памяти, не обращаясь к центральному процессору (CPU). Второй режим позволяет графическому процессору обрабатывать команды синхронно с центральным процессором. К примеру, информация о полигонах, из которых состоит объект может быть просчитана центральным процессором и передана на обработку графическому процессору, а тем временем центральный процессор начнет просчет уже нового кадра.

 

Наложение текстур с коррекцией перспективы (Perspective-correct texture mapping)

 

Трехмерные объекты строятся на основе полигонов, и чтобы придать им реалистичность, необходимо накладывать на них текстуры - двумерные графические фрагменты, имитирующие сложную структуру поверхности. Благодаря этой технологии можно создать не только каменные лабиринты замка, мраморные покои дворца или фактуру висящих на стенах гобеленов, но даже полностью "оживить" полигональную модель человека (как это сделано в игре Virtual Fighter). В реальном мире наша перспектива или точка зрения в отношении конкретных объектов постоянно изменяется по мере того, как мы двигаемся. Для того, чтобы успешно имитировать этот процесс в трехмерном игровом мире, необходимо все время "корректировать" расположение текстур на объектах относительно меняющегося поля зрения игрока. В противном случае текстуры будут постоянно "сползать" или прорисовываться под неправильным углом, нарушая целостность изображения.

 

Освещение (lighting), затенение (shading)

 

Освещение играет очень большую роль в визуальном восприятии игроком трехмерного мира. Умело пользуясь светом и тенями, можно оптически сгладить угловатость трехмерных моделей, акцентировать внимание на определенных деталях и спрятать ненужные фрагменты. Поэтому аппаратная реализация функций освещения и затенения позволяет добиться более высокого качества изображения не загружая при этом центральный процессор.

 

Прозрачность текстур (Texture transparency)

 

Эта функция во многом похожа на технологию "Chroma Key", применяемую в видео. Представим себе, что в нашем трехмерном мире выросло дерево. Оно состоит из множества векторных полигонов с наложенными текстурами (ствол, ветви, листья). Чтобы это дерево смотрелось реалистично, мы должны иметь возможность видеть сквозь его крону фрагменты заднего плана. Поэтому акселератору приходится просчитывать, какой элемент текстуры несет на себе рисунок, а какой остается прозрачным.

 

Аппаратный Z-буфер

 

Использование Z-буфера необходимо, когда два объекта в трехмерном мире пересекаются относительно вашей точки зрения. Эта функция позволяет определить, какая часть одного объекта заслоняется другим, и, соответственно, в какой степени необходимо прорисовывать изображение. Для Z-буфера требуется определенный объем памяти в кадровом буфере, поэтому его применение даже при базовых разрешениях (320 x 240, 640 x 480) возможно только при наличии минимум 4-Мбайт ОЗУ. Однако это оправдывает себя, так как все больше игр используют Z-буфер (например Quake, US Navy Fighters'97), и без него наблюдается существенная потеря производительности (весь просчет осуществляется программно через центральный процессор).

 

Оптимизированные текстуры (Palletized textures)

 

Каждый раз, когда прорисовывается новая сцена, все необходимые для нее текстуры загружаются из системной памяти в кадровый буфер для последующего их использования графическим процессором. Этот процесс предъявляет наибольшие требования к системным ресурсам компьютера и графического акселератора. Разработчикам игр для достижения приемлемого результата обычно приходится ориентироваться на минимальную возможную пользовательскую конфигурацию. Сегодня стандартный графический адаптер имеет 2-Мбайт ОЗУ. Исходя из этого рассчитывается объем используемых текстур, что приводит к снижению детализации и качества изображения. Однако есть метод оптимизации текстур, когда для каждой их них определяется специальная таблица преобразований цветовой палитры (Color Look-Up Table - CLUT). Эта технология позволяет разработчику использовать меньшее количество цветов вместо обычного 16-разрядного представления, благодаря чему экономится место и время, необходимое на их загрузку. Различаются следующие режимы: CLUT-4 (16 цветов) - применяется для простейших текстур, таких как кирпичи или камни; CLUT-8 (256 цветов) - используется для более комплексных текстур. На сегодняшний день только графический акселератор Mistique компании Matrox (графический процессор MGA-1064SG) поддерживает оба формата и может хранить уникальные параметры CLUT для каждой текстуры.

 

Многоуровневые текстуры (MIP mapping)

 

При нанесении текстур на полигоны их часто приходится растягивать или наоборот, сжимать в зависимости от приближения и удаления объекта. Чтобы улучшить детализацию и качество изображения подобных масштабируемых объектов, используется метод создания многоуровневых текстур - MIP mapping. В этом случае каждая текстура состоит из трех фрагментов (или MIP-уровней) различного размера. И в зависимости от размера полигона подбирается соответствующий MIP-уровень текстуры. Эта функция может быть реализована программно или аппаратно, причем второй вариант в зависимости от применяемого алгоритма требует очень высокой производительности от графической подсистемы, что сильно сказывается на цене.

 

Использование тумана (Fogging)

 

Для того, чтобы сохранить ресурсы процессора, разработчики часто применяют некоторые уловки с целью снизить объем данных, необходимых для просчета в конкретных сценах. Один из наиболее распространенных приемов - это "напустить туману", т.е. "спрятать" часть изображения за слоем тумана (и, естественно, не прорисовывать его), смешивая цветовые значения текстур с белым цветом. Такой трюк чаще всего используется при построении ландшафтов в авиа-симуляторах. Аппаратная реализация этой функции может сэкономить до 10-15% ресурсов системы.

 

Смешивание текстур (Blending)

 

Blending - это визуальный эффект, который позволяет разработчику "смешивать" текстуры вместе перед нанесением их на объект, благодаря чему можно добиться очень интересных результатов и спец. эффектов. Наиболее простой способ реализации данной функции заключается в том, что задается степень прозрачности верхней текстуры, и прорисовывается только часть пикселей, составляющих ее изображение. Такой метод обычно используется в недорогих графических акселераторах. В профессиональных системах применяется процесс под названием "alpha blending", при котором считываются значения обеих исходных текстур и они просчитываются с учетом перспективы, что требует очень высокой производительности от графической подсистемы.

 

Можно еще долго перечислять разнообразные трехмерные функции и технологии, но большинство их них встречаются только в профессиональных графических системах, поэтому применительно к нашей теме они мало интересны. В приведенной Таблице перечислены практически все последние разработки в области трехмерных графических мультимедиа-процессоров и новые продукты на их основе. Уверен, что часть из них вы видите впервые, некоторые еще не вышли в свет. Однако в ближайший год многие их этих акселераторов появятся на Российском рынке, поэтому выбирать стоит уже сегодня. Попытаюсь дать короткие резюме по наиболее распространенным и интересным моделям. Имеет смысл разделить предлагаемые акселераторы на две группы: а). использующие собственные оригинальные технологии ускорения трехмерной графики и б). оптимизированные под стандартные программные интерфейсы (API). Такая ситуация сложилась из-за отсутствия единого унифицированного стандарта, и если в Windows 95 доминирующее положение теперь занимает Microsoft Direct3D, то в DOS эта проблема до сих пор не решена. Каждый производитель пишет собственные программные интерфейсы для реализации возможностей своего акселератора. Это значит, что если игра не написана специально для данного графического процессора, то она не сможет использовать встроенные в нем специальные функции. Наибольшую поддержку со стороны создателей программного обеспечения получили следующие графические процессоры: 3Dfx Voodoo (3Dfx Interactive), 3D Rage II (ATI Technologies), MGA-1064SG (Matrox), Verite (Rendition) и семейство Virge (S3 Inc.). Имеется примерно два десятка игр под DOS, которые используют возможности данных акселераторов (специальные версии Mech Warrior II, Descent II, Quake, Destruction Derby II, Tomb Rider и др.). Но скорей всего поддержка трехмерной акселерации в DOS так и не получит широкого распространения, потому что большинству разработчиков легче делать свои программные продукты для Windows, ориентируясь на утвердившийся стандарт Direct3D и совместимое с ним оборудование. В таком случае акселераторы, использующие нестандартные трехмерные функции (такие как Nvidia NV1 и NV3, NEC PowerVR) вряд ли смогут реализовать их в Direct3D-играх. Поэтому обращу ваше внимание на следующие платы:

 

Matrox Mistique - прекрасно сбалансированный и продуманный акселератор. Одинаково быстро работает и в Windows и в DOS. Сделан на основе технологии своего знаменитого предшественника - MGA Millenium, поддерживает практически все из перечисленных нами трехмерных функций, оптимизирован для DirectX. Отличные драйверы. Использует быструю SGRAM память (2-4 Мбайт). Одно из лучших соотношений цена/качество.

ATI 3D Pro Turbo PC2TV - наиболее сильный конкурент Matrox. По нашим тестам* имеет лучшую оценку за качество воспроизведения видео и MPEG. Поставляется с 4- или 8-Мбайт ОЗУ (SGRAM). Поддерживает самый полный набор трехмерных функций из всех протестированных акселераторов, оптимизирован для DirectX. Отдельно хочется отметить наличие встроенного видео выхода (S-Video/VHS), позволяющего демонстрировать компьютерное изображение (с разрешением вплоть до 1600 x 1200) на телевизоре или записывать на магнитофон.

MIRO Crystal 3D (Media 3D) и MIRO Crystal VR4000. Crystal 3D, сделан на основе S3-Virge, поставляется с 2-Мбайт ОЗУ и является одним из самых доступных по цене трехмерных акселераторов. При этом он продемонстрировал достаточно высокую производительность и стабильную работу драйверов. Crystal VR4000 использует более мощный процессор S3-Virge/VX и 4-Мбайт EDO VRAM. Функционально практически во всем похож на Diamond Stealth 3D 3000 и STB Velocity 3D, но вдобавок, аналогично ATI 3D Pro Turbo PC2TV имеет встроенный преобразователь VGA сигнала в телевизионный.

Diamond Monster 3D. Использует графический процессор 3Dfx Voodoo Graphics. 4-Мбайт ОЗУ. Интересен в первую очередь тем, что не является самостоятельным графическим акселератором, а устанавливается рядом с уже имеющимся. Оптимизирован специально для трехмерных игр, поэтому по некоторым показателям существенно опережает своих "универсальных" коллег. В первую очередь это заслуга технологии 3Dfx Voodoo, которая является одной из наиболее перспективных и широко поддерживается игровыми компаниями.