ГРАФИЧЕСКИЕ АДАПТЕРЫ (ВИДЕОКАРТЫ)

Для получения реалистичной картинки в играх видеоадаптерам приходится работать с новейшими 3D-технологиями. ComputerBild расскажет о том, какие еще козыри есть «в рукаве» у производителей современных видеокарт.
Стремительные сражения, детализированные ландша­фты, идеально четкая проработка черт лица... Чтобы современная компьютерная игра выглядела как настоящий фильм, видеоадаптеру приходится выкладываться на полную катушку. О том, как он с этим справляется, а также о том, как устроена современная видеокарта, вы узнаете из данной статьи.
Задачи для видеокарт
Графические адаптеры стандарта VGA из далеких 80-х полностью «подчинялись» центральному процессору ПК. Они были способны отображать лишь примитивную пиксельную графику с крайне узким спектром цветов. Современные модели с легкостью воспроизводят видео высокой четкости. При этом ЦП лишь предоставляет доступ к необходимым данным, в то время как ресурсоемкие операции декодирования и собственно отображения видео берет на себя сама плата.
Вот уже несколько лет видеокарты передают сигнал по цифровому интерфейсу DVI, который пришел на смену аналоговому VGA. Кроме того, многие современные модели оснащены многофункцио­нальными разъемами HDMI, по которым может передаваться не только видео-, но и аудиосигнал. Поэтому все чаще видеокарты оснащаются дополнительным аудиоконтроллером.
Современные графические адаптеры без проблем выполняют конвертирование видео, однако их специализация – сложные компьютерные трехмерные игры. Это совершенно другой объем работы. Если с воспроизведением видео графическая плата справляется на лету, то в трехмерных играх ей приходится формировать и отрисовывать целые сцены. Для этого видеокарта выполняет детальную проработку трехмерных моделей и обеспечивает правильное освещение игрового мира. В результате центральный процессор получает возможность переключаться на другие задачи, например просчет поведения игровых персонажей или моделирование физиче­ских явлений. Впрочем, современные видеокарты и здесь уменьшают нагрузку на процессор, взяв на себя просчет физических процессов, например взрывов или разрушений зданий.



 Создание виртуального мира
Чтобы игровое 3D-изображение появилось на экране монитора, помимо центрального процессора и самой видеокарты в процессе его формирования, должны принимать участие и программные компоненты системы. Расскажем об основных.
Библиотека Microsoft DirectX. Выполняет роль промежуточного звена между компьютерной игрой и драйвером видеокарты. Основная функция DirectX заключает­ся в отображении 2D- и 3D-графики. Библиотека DirectX версии 9 штатно присутствует в Microsoft Windows XP, в Windows Vista используется DirectX 10, а в Win­dows 7 – самая новая 11-я версия.
Драйвер видеокарты. Осуще­ствляет перевод управляющих команд DirectX на язык, «понятный» видеоплате. Переведенные таким образом инструкции драйвер посылает графическому процессору (GPU – Graphics Processing Unit). Каждой модели видеоадаптера для работы необходим свой соб­ственный графический драйвер в операционной системе. Производители GPU (ATI и NVIDIA) предлагают пользователям скачать с веб-сайтов универсальные па­кеты драйверов для своей про­дукции.
Шейдеры. Служат для выполнения графическим процессором команд, поданных ему драйвером. Каждый из шейдеров представляет собой программу, которая выполняется внутри GPU. Любая современная видеокарта поддерживает несколько типов шейдеров. Например, вершинный шейдер оперирует расположением узлов пространственной сетки, которая формирует каркас 3D-модели. Путем программирования вершинных шейдеров можно изменять расположение объекта в простран­стве и рассчитывать эффекты его освещения.
Пиксельные шейдеры позволяют изменить текстуру виртуальной кожи объекта, придавая ей соответствующую фактуру и цвет. При быстром приближении объекта к зрителю активируются геометрические шейдеры, которые добавляют изображению необходимые элементы. Ведь пока объект находится вдали и размеры его невелики, для создания очертаний будет вполне достаточно и нескольких линий. Однако по мере его приближения и увеличения в размерах для получения реалистичного изображения требуется прорисовка большого количества деталей.
После того как шейдеры выполнят свою работу, осуществляется наложение текстур, то есть цвета и фактуры, на поверх­ность объекта. Текстуры графический процессор загружает в память видеокарты еще в самом начале отрисовки игровой сцены – по возможности в полном объеме, чтобы не пришлось досылать информацию в процессе.



Методы улучшения изображения
Есть два способа, с помощью которых видеоплаты могут значительно повысить качество выводимого на экран изображения.
Анизотропная фильтрация. На объектах, расположенных под наклоном, текстуры выглядят нечеткими и плоскими. Анизотропная фильтрация повышает четкость изображения.
Сглаживание (Anti-aliasing). При активированном сглаживании графический процессор просчитывает все изображение с более высоким разрешением, а затем уменьшает его до физи­че­ского разрешения монитора. На данную операцию GPU тратит внушительную долю своих вычислительных ресурсов, зато границы кривых линий получаются более гладкими, без «зубцов».
Инновации в современных видеокартах
К выходу ОС Windows 7 компания ATI подготовила новое поколение видеоплат – ATI Radeon серии 5ххх, NVIDIA ответила на это разработкой GeForce GTX 4xx. Применение новых технологий позволило обоим производителям добиться улучшения качества изображения.
Тесселяция. Эта важная фун­кция была введена с появлением библиотеки DirectX 11. Она способна в значительной степени повысить уровень детализации. Пространство между точками каркасной модели силами видео­карты заполняется новыми, просчитанными графическим процессором точками. Это позволяет моделировать объекты с более сложной структурой, чем была задана изначально. В выполнении данной операции центральный процессор компьютера не участвует.
Универсальные шейдеры. Если в видеокартах ранних серий вершинные, пиксельные и геометрические шейдеры выполнялись в отдельных функциональных блоках, то в современных видеоадаптерах присутствуют сотни универсальных блоков, называемых также процессорными. Они могут брать на себя функции любых шейдеров. Например, GPU Radeon HD 5870 имеет 1600 универсальных ядер, в NVIDIA GeForce GTX 480 их количество равно 480.
Большой объем памяти для хранения текстур. В памяти видеокарт, помимо текущего изо­бражения 3D-сцены, временно хра­нится довольно много дополнительной информации. Наи­боль­шую часть памяти занимают текстуры. Современная компью­терная игра требует наличия от 512 Мб до 1 Гб видеопамяти для временного хранения текстур. Если объема не хватает, графиче­скому процессору постоянно приходится подгружать данные с медленного (по сравнению с памятью) жесткого диска. Это снижает производительность видеокарты почти на 10%. Однако более неприятна прерывистость изображения, которая появляется при осуществлении доступа к жесткому диску. Чтобы избежать этого, новые модели видеоадаптеров могут использовать до 3 Гб оперативной памяти ПК.

Производительность видеокарт
Видеоадаптеры с различной производительностью (в частности, с разной тактовой частотой GPU или количеством функциональных блоков) и стоят по-разному. Чем более технологически совершенна видеокарта, тем она дороже. При этом платы одного семейства зачастую оснащены графическими процессорами, произведенными на одной и той же технологической линии, но в недорогих моделях видеокарт отключена часть функциональных блоков GPU.
Основное (хотя и далеко не единственное) правило: чем больше числовое значение в названии видеокарты, тем большую производительность она способна обеспечить.
До 1, 5 тыс.руб. К данному ценовому диапазону относятся уже устаревшие видеоплаты, например ATI Radeon 3ххх или NVIDIA GeForce 8400, а также некоторые современные бюджетные модели, например ATI Radeon 4350 или NVIDIA GeForce GT 210. Такие адаптеры подойдут для простых 2D-игр, а в графически сложных трехмерных они способны выдать не более 10 FPS. Сглаживание и анизотропная фильтрация для таких карт – непосильная задача.
До 4 тыс.руб. За такую сумму можно приобрести NVIDIA Ge­Force GT 240, GTS 250 или ATI Radeon HD 4650, а также видео­платы с поддержкой DirectX 11 на базе графического процессора ATI Radeon HD 5670. Данные модели способны обеспечить комфортное быстродействие в большин­стве приложений. Однако в сложных 3D-играх придется отказаться от максимального уровня детализации, а также понизить каче­ство освещения и теней. Возможности использования сглаживания и анизотропной фильтрации ограниченны.
До 8 тыс.руб. К этому классу относятся такие видеокарты, как NVIDIA GeForce GTX 240, ATI Radeon HD 4890 и модели с поддержкой DirectX 11 на базе GPU Radeon HD 5770 (цена около 6 тыс. руб). Видеокарты данного уровня производительности подойдут для решения практически любых игровых задач: 40–50 кадр./с при разрешении 1650х1050 точек и максимальном уровне детализации для них – не проблема. При разрешении 1920x1080 точек они также обеспечивают вполне достойные 30–35 FPS.
Более 8 тыс.руб. Модели данной ценовой категории в любой 3D-игре могут гарантировать более чем достаточную производительность. Так, даже при разрешении 1920х1080 точек на выходе будет от 60 до 70 кадр./с. Однако подобные сверхбыстродейству­ющие модели на процессорах NVIDIA GeForce GTX 285/295/470/ 480 или ATI Radeon HD 5870/5970 стоимостью 16–25 тыс. руб. имеет смысл приобретать только самым требовательным геймерам. Такие адаптеры, равно как и модели стоимостью от 4 до 8 тыс. руб., можно объединить в единую видеоподсистему.
SLI и CrossFireX
Технологии NVIDIA SLI (Scalable Link Interface) и ATI CrossFireX позволяют организовать совместную работу двух или более видеоплат, что значительно повысит производительность. Так, одна обычная видеокарта NVIDIA GeForce GTX 260 при очень высоком разрешении обеспечивает быстродейст­вие 44 кадр./с. После подключения второй такой же видеокарты в режиме SLI производительность увеличится до 61 кадр./с, то есть почти на 40%.
Обычному геймеру нет смысла приобретать SLI или CrossFireX, поскольку возможность использования данных технологий сопряжена с большими затратами.