Как работает видеоадаптер

Первые видеоадаптеры были простейшими преобразователями сигнала. Минуло несколько десятилетий, и видеоадаптер, обретя огромное число разных функций, эволюционировал в высокопроизводительное устройство.

Вам понадобится

• Современная видеокарта и исправный компьютер.

Инструкция

1. Принцип работы видеоадаптера легко понять, проследив историю появления этого устройства. Изобретение мониторов существенно упростило жизнь пользователям персональных компьютеров. Но для совместной работы монитора и системного блока нужен был прибор, преобразующий данные из памяти компьютера в видеосигнал для дисплея. Таким устройством стала графическая плата (видеокарта, видеоадаптер). Первые видеоадаптеры не производили никаких вычислений, и цвет каждого пикселя в кадре рассчитывался центральным процессором.
2. Однако требования к реалистичности, четкости и цветности изображения росли, что создавало увеличенную нагрузку на центральный процессор. Решением проблемы разгрузки процессора стало изобретение графических ускорителей — новой разновидности видеокарт, которые могли обеспечивать определенные графические функции на аппаратном уровне. То есть они могли производить расчеты цвета пикселей при отображении курсора, при перемещении окон или заливке выделенной площади изображения. Таким образом, видеоадаптер отвечал уже за процесс создания изображения. В 90-х годах прошлого века появилась новая проблема, связанная с ускорением игровых 3D-движков. Для решения этого вопроса были изобретены 3D-ускорители. Эти устройства функционировали только совместно с видеоадаптером. При запуске трехмерных приложений 3D-ускорители производили расчеты 3D моделей изображения и конвертировали их в двумерные. Данные вычислений отправлялись видеоадаптеру, который «доукомплектовывал» кадр интерфейсом и передавал на дисплей. В недавнем прошлом видеоадаптеры и 3D-ускорители соединились в одно устройство. Собственно, это и есть сегодняшний видеоадаптер.
3. То, как работает видеоадаптер удобно проиллюстрировать на примере построения кадра трехмерного приложения. В компьютерном моделировании любой 3D-объект есть множество треугольников — граней, или «полигонов». Разнообразные модели кустарников, зданий, оружия и движущихся существ — это всего лишь искусно сопряженные друг с другом грани с растянутыми на них текстурами. При расчете изображения центральный процессор передает в память видеокарты координаты точек - вершин графического объекта и текстуры. Текстура будет покрывать каркас расчетной 3D-модели. Остальное - за видеоадаптером.
4. Трехмерная модель — всего лишь монотонная совокупность однородно закрашенных граней. Процесс оформления каркаса вершин и текстур в результирующую картинку кадра называется графическим конвейером. Сначала вершины попадают в вершинный процессор, который занимается их вращением, переносом, масштабированием и определением цвета каждой вершины с учетом освещения (Transforming & Lighting). Затем идет проецирование — конвертирование координат 3D-среды в двумерную систему координат дисплея. Далее идет растеризация. Это множество операций с пикселями изображения. Удаляются невидимые поверхности, например, обратные стороны объектов изображения. Для каждой точки кадра рассчитывается её виртуальная удаленность от плоскости дисплея и осуществляется соответствующая закраска. На этой стадии осуществляются отбор текстур и сглаживание.
5. Современные видеоадаптеры — это электронные устройства с грандиозной вычислительной производительностью. В этой связи существует много идей альтернативного использования видеоадаптеров в медицине и метеорологическом прогнозировании.