Povinný úvod
Grafická karta je hardware sloužící k vytváření výstupního obrazu na obrazovku či jiné výstupní zařízení. Je to samostatná část, která je připojena do slotu na základní desce. Některé grafické karty mohou mít přidáno zařízení či funkce, jako jsou možnost přijímat televizní signál, připojit joystick nebo připojit více monitorů najednou.
Grafické karty nejsou používány pouze u počítačových her, ale hrají důležitou úlohu i při přehrávání videa nebo pro vytváření 3D modelů či animací. První grafická karta se dostala na světlo světa již v roce 1981 a to v počítači od firmy IBM. Měla pouze 1 barvu a 4 KB paměti, pracovala v textovém režimu s 25 řádky a 80 sloupci na obrazovce.
Dnes jsou hlavními výrobci grafických karet společnost nVidia s jejich modely GeForce a ATI s Radeonem.
Části grafických karet
Každá grafická karta se skládá z několika částí, které jenom povrchově zmíníme, abychom se pak mohli zaměřit na jednotlivé techniky vylepšení vykreslování.
- GPU (graphics processing unit) je mikroprocesor, který se stará o převádění 3D obrazu reprezentovaného body a čárami na 2D obraz tvořeného jednotlivými pixely.
- Firmware obsahuje základní program pro obsluhu grafické karty a poskytuje jednotlivé instrukce pro práci hardwaru či softwaru s grafickou kartou.
- Paměť je používána pro ukládání informací při výpočtech. Pokud je grafická karta integrována na základní desce, pak využívá operační paměti počítače.
- RAMDAC převádí digitální signál na signál analogový pro obrazovky, které jej využívají (CRT).
- Chladící zařízení (většinou větráček) slouží k odvádění tepla, které by mohlo způsobit přehřátí grafické karty.
- Výstupy jsou pak ty zdířky, do kterých se připojuje další hardware (obrazovky, televize,...).
Co umožňují grafické karty?
Anti-aliasing
Je to proces, při kterém dochází k vyhlazení kostnatých hran či čar. Obraz pak vypadá mnohem méně deformovaný a tím pádem realističtější. Většina her, především pak střílečky z pohledu první osoby, umožňuje nastavit hned několik úrovní tohoto vyhlazování.
Aliasing se objevuje u obrázků či scén, kdy se snažíte něco ve větším rozlišení zobrazit v menším rozlišení. Můžeme jej vidět mnohem lépe u křivek či diagonálních čar než kolmic na rám obrazovky. Aliasing jako takový se podobá zubům či schodům, které jsou vytvořeny v důsledku snahy vykreslit čáru (křivku), která nesedí přesně na jednotlivé pixely obrazovky. Většina grafických karet podporuje tzv. FSAA (full-screen anti-aliasing = antialising celé obrazovky). Tato technika vytváří obraz mnohem realističtější a jemnější díky rozmazávání okrajů, které jsou zubaté, a to pomocí barevných odstínů.
Názorná ukázka anti-aliasingu. Pro oba obrázky platí: Vlevo vypnutý, vrapvo zapnutý.
Anisotropické filtrování (někdy též AF)
U grafických karet se této technice klade téměř stejné pozornosti jako anti-aliasingu. Zde se však nejedná o vylepšování vzhledu geometrických primitiv, ale textur.
AF je metoda zvětšování kvality zobrazování textur na povrchu, které jsou promítány pod šikmým úhlem pohledu. Anisotropické filtrování má své počátky v bilineárním a trilineárním filtrování, avšak při tomto vylepšování obrazu nedochází k takovému rozmazávání textur u extrémnějších úhlů pohledu a tím pádem je zachováno více detailů.
První obrázek: Vlevo vypnutý, vpravo zapnutý. Druhý obrázek: Postupné zvyšování filtrování.
High dynamic range rendering (HDRR nebo jen HDR)
HDRR je metoda renderování scény za použití výpočtů světla prováděných v mnohem větším dynamickém rozsahu. To vytváří realističtější scénu než při použití jednoduchých osvětlovacích modelů. Společnost nVidia shrnula techniku HDR do tří bodů:
- Světlé věci mohou být opravdu světlé.
- Tmavé věci mohou být opravdu tmavé.
- Detaily můžete vidět v obou z nich.
Laicky řečeno: HDR umožňuje jednoduše a realisticky přecházet z tmavých na světlé oblasti a naopak. Dříve byly tmavé oblasti vykresleny jako černé a oblasti, které byly přesvětlené, se vykreslovaly jako bílé. S HDR je osvětlování mnohem realističtější a dokáže zobrazit v osvětlených i tmavých oblastech detaily, které dříve zobrazovány nebyly, protože byly jednoduše překresleny bílou či černou barvou.
Vlevo opět vypnuté, vpravo zapnuté HDRR.
Texture mapping
Zjednodušeně je to metoda přidávání textur na povrch objektů ve scéně. Jelikož se nejdříve vykreslují jednotlivé objekty bez textur a až poté se na vytvořený povrch nanášejí textury, může být velmi složité vytvořit z rovného obrázku povrch různě tvarovaného objektu, na který se má daná textura nanést. Tato metoda však umožňuje nanášet textury do složité scény stejně rychle jako do jednoduché scény. Proces se podobá lepení předem připraveného nařezaného papíru na bílou krychli. Texture mapping tedy dovoluje vzít celý obrázek (texturu), ohnout ji v hranách tak, aby přesně obalovala objekt, a poté jej na objekt nanese.
Ukázka možnosti nanášení textury na objekt.
Efekty stínů (Shadow effects)
Shadow effects přidávají každému objektu ve scéně stín, který je závislý na světelných zdrojích okolní scény. Ve většině her se dají stíny buďto zcela vypnout, nebo jim můžete nastavit různé úrovně detailů. Vyšší úrovně stínů samozřejmě zaručují ostřejší vykreslení stínu a jeho přiléhavější chování při pohybu objektu ve scéně či změně pozice světelného zdroje. U nižších úrovní může docházet k vykreslení stínu mnohem méně podobného osvětlenému objektu. Taktéž může být stín mnohem statičtější při pohybu objektu ve scéně.
Ukázka stínů ve hrách.
Motion blur
Motion blur je proces vytváření domnělých pruhů za objekty, které se pohybují vysokou rychlostí ve scéně. Jako příklad si představte animaci či hru, která má asi 25 až 30 snímků za sekundu. Každý snímek je ostře vykreslená scéna. Při pohybu tak dochází k vykreslování pohybujícího se objektu vždy na novém místě bez jakéhokoliv vlivu na místo, na kterém byl minulý snímek. A to je přesně důvod toho, proč se bude animace jevit kaskádovaná, zatímco přirozený pohyb natočený při stejném počtu snímků za sekundu se bude zdát být více plynulý.
Motion blur vytváří tedy jistý druh klamného pohybu tím, že přidá do scény rozmazání či protažení pohybujících se objektů. Technika se používá především v závodních simulátorech.
Názorné ukázky motion blur. Vlevo reálná fotka, vpravo pak hra NFS.
Závěr
Úroveň využití těchto technik je závislá na výkonu vašeho počítače a především pak na grafické kartě, kterou máte ve svém PC nainstalovanou. Každá funkce či zvýšení její úrovně může mít za následek nechtěné zpomalení hry či animace. Proto je potřeba vždy vyzkoušet několik možností nastavení za účelem co nejlepších herních vlastností a zároveň zobrazování vykreslované scény.
