Präsentation Grafikkarte

1. Präsentation Grafikkarte ATI MATROX ASUS 3Dfx NVIDEA Hercules Eine Präsentation von Dennis Kellner

2. Inhalt der Präsentation • Was ist eine Grafikkarte? • Verwendungszweck • Aufbau der Grafikkarte • Leistungsmerkmale • Hersteller • Grafikkarten Fachbegriffe • Texturen Fachbegriffe

3. Was ist eigentlich eine Grafikkarte? Eine Grafikkarte ist eine Erweiterung der Hauptplatine des Computers. Sie liefert die Signale zur Steuerung des Monitors, verwaltet den Bildschirmspeicher und bietet Möglichkeiten zur Manipulation von Text und Grafik. Gängige Standards sind z.B. VGA, SVGA, HighColor und TrueColor, die sich durch ihre maximale Auflösung, Zahl der darstellbaren Farben und ihre Geschwindigkeit unterscheiden.

4. Aufbau einer Grafikkarte Wichtiger Bestandteil einer Grafikkarte ist der RAM-DAC. Das ist die Ausgangsstufe, die die digitalen Informationen des Bildspeichers in ein Analogsignal umwandelt, das der Monitor darstellen kann. Die Leistungsfähigkeit des RAM-DAC wird durch seine Geschwindigkeit in MHz bestimmt. Je höher dieser Wert, desto höhere Auflösungen und Farbtiefen(Farbanzahl) sind möglich. Das Herz der Grafikkarte ist der Grafikchip selber, der die wesentlichen Leistungsmerkmale einer Grafikkarte bestimmt. Bei einer heute üblichen 3D-Grafikkarte ist dieser Chip auch für die 3D-Berechnungen zuständig.Für die enormen Datenmengen, die diese 3D-Chips verarbeiten müssen steht ein Bildspeicher zwischen 16 und 128 MByte zur Verfügung.

5. Aufbau einer Grafikkarte

6. Verwendungszweck einer Grafikkarte Der größte Verwendungszweck den Grafikkarten einnehmen ist der der Computerspiele. Durch neue Entwicklungsmethoden wird die Darstellung von Spielwelten immer realistischer, was sich auf die Technik der neuen Grafikkarten auswirkt. Auch werden sie bei Grafikprogrammen eingesetzt. Benchmark Test

7. Einige Grafikkartenprozessoren Hersteller ATI Technologies Inc. NVIDIA® Corporation MATROX Parhelia 3Dfx

8. Leistungsmerkmale von heutigen Karten

9. Grafikkarten Fachbegriffe • VGA • SVGA • XGA • Auflösungen • Pixel • Direct X • OpenGL • Framebuffer • Video RAM • S-Video Ausgang

10. VGA Der VGA-Standard ist praktisch immer noch ein aktueller Standard. Das bezieht sich zwar nur auf den reinen Textmodus, damit lässt sich aber z. B. das BIOS konfigurieren. Die Standard-VGA-Grafikkarten unterstützten eine Auflösung von: 640 x 480 Pixel mit 16 Farben Je nach dem, wie groß der Bildspeicher einer Grafikkarte war, sind z. B. auch 256 oder mehr Farben möglich gewesen.

11. SVGA • SVGA ist die Abkürzung für Super Video GraphicsArray. Eine Grafikkarte, die diesen Standard unterstützt, kann mindestens folgende Grafikauflösungen unterstützen: • 800 * 600 • 1024 * 768 • 1280 * 1024 • SVGA ist im Standard VESA 1.2 definiert.

12. XGA • XGA (EXtended Graphics Array) ist ein Standard für Grafikkarten. Er ist im Standard VESA 2.0 definiert. • Mit der Weiterentwicklung der Grafikstandards wurden auch schrittweise die Anzahl der Farben, pro Bildpunkt und die Bildwiederholrate erhöht. • XGA: 1024 × 768 mit 32 Bit Farben

13. Auflösungen von Grafikstandards • VGA 640 × 480 (Video Graphics Adapter) • SVGA 800 × 600 (Super VGA) • 8514 1024 × 768 (IBM-Standard) • XGA 1024 × 768 (Extended Graphics Array) • SXGA 1280 × 1024 (Super XGA) • UXGA 1600 × 1200 (Ultra XGA) • WUXGA 1920 × 1200 (Widescreen Ultra XGA) • SUXGA 2048 × 1536 (Super Ultra XGA)

14. Pixel Pixel ist ein Kunstwort von englisch: Picture Element; dt.: Bild-Element Ein Pixel ist ein Lichtpunkt, die kleinste Bild-Einheit auf dem Bildschirm. Pixel sind nicht gleichzusetzen mit dots per inch (dpi), die die Auflösung im Druck angeben.

15. Direct X Direct X bezeichnet eine Sammlung von Bibliotheken der Firma Microsoft, die direkte Zugriffe auf die Hardware des Systems ermöglichen, ohne Programme von der Hardware abhängig zu machen. Dies ermöglicht unabhängige Entwicklung von Hardware-Treiber und Computerspielen. So wird Spiele-Entwicklern eine Hardware-Abstraktions-Schicht (HAL von engl. Hardware Abstraction Layer) für die Spielprogrammierung zur Verfügung gestellt, mit der das (langsame) Win GDI umgangen wird. Nächste Seite Direct X Bestandteile 

16. Direct X Bestandteile • DirectXGraphics:Ist für die Steuerung der Grafikausgabe zuständig • DirectX Input:Ist für die Verarbeitung von Steuerungseingaben zuständig • DirectPlay:Ist für die Steuerung der Kommunikation zwischen Spielen zuständig, sowie für die Koordination von Multiplayerspielen • DirectX Music:Ist für die Steuerung der Tonausgabe zuständig • DirectShow:Ist für das Abspielen aller möglicher Typen von Multimedia-Dateien,von der MP3 Datei bis zum MPEG Video zuständig • DirectSetup:Ist für das Erzeugen von DirectX Installationen zuständig

17. OpenGL Die "Open Graphics Library" (OpenGL) ist die standardisierte Softwareschnittstelle der Software-Industrie zur Erzeugung von 2D und 3D Grafiken. Mit OpenGL kann eine Anwendung unter jedem Betriebssystem mit Hilfe jeder OpenGL-fähigen Grafikkarte die gleichen Effekte erzielen. OpenGL besitzt eine ganze Reihe integrierter Funktionen, beispielsweise das Entfernen verdeckter Flächen, Antialiasing, Texture Mapping, Pixelbearbeitung, sowie atmosphärische Effekte wie Schleier, Rauch oder Nebel. Die Entwicklung von OpenGL wurde von der Firma Silicon Graphics initiiert.

18. Framebuffer Unter Framebuffer versteht man das Video-RAM, das für die Bildschirmdarstellung beim PC benötigt wird. Im Textmodus (z.B. beim Booten eines Computers oder im Konsolen-Modus unter Linux) muss jedes Zeichen im Video-RAM abgespeichert sein. DoublebufferWenn in Spielen Bewegung angezeigt werden soll, dann benötigt man zwei Framebuffer: Während der eine im Hintergrund aufgebaut wird, wird der andere angezeigt.

19. Video RAM Video-RAM bezeichnet in der EDV Speicher, der von einer Grafikkarte benötigt wird. Die ersten Grafikkarten beim PC hatten noch kein eigenes Video-RAM auf der Karte. Sie benutzten den Hauptspeicher des PCs mit. Das nennt man Shared Memory und dies wird heute noch bei Grafikchips in Notebooks z.T. so praktiziert.

20. Video RAM für Framebuffer In der 1. Generation benötigten die Grafikkarten das Video-RAM nur zum Abspeichern des Framebuffers. Die einfachsten "Grafikkarten" sind im Jahr 2004 eingebaute Chips. Sie haben mindestens 8 MB und bieten daher für die verwendbare Auflösung bei statischer Darstellung (keine Filme oder Spiele) praktisch keine Beschränkung.

21. S-Video Ausgang Über den S-Video-Anschluss werden Farb- und Helligkeitsinformationen eines Bildes getrennt voneinander übertragen. Dadurch soll die Bildqualität besser als beim normalen Videosignal (Composite) sein, das die Informationen zusammen übermittelt.

22. Texturen Fachbegriffe • Polygon & Textur • Anti-Aliasing • Anisotrope Filterung • Bewegungsschärfe • Bones • Bump-Mapping • Mip-Mapping • Pixel Shader • Physik Engine • Video Crytek Engine

23. Polygon & Textur Eine Spielwelt setzt sich aus vielen Drei- und Rechtecken zusammen, man nennt sie auch Polygone Um die Oberflächen von Polygonen oder 3D Objekten zu gestalten, tapeziert man sie mit Texturen, herkömmlichen, zweidimensionalen Bilddateien. Nur Polygone im Drahtgitternetz Polygone mit Texturen

24. Anti-Aliasing Ein Bild auf dem Monitor ist in lauter kleinen Bildpunkten (Pixel) zusammengesetzt. Besonders bei Linien und 3D-Objekten, die nicht waagerecht oder senkrecht im Bild verlaufen, entstehen dadurch unschöne „Treppenstufen“. Man nennt sie auch „Aliasing“ (Bildfehler). An den Tragflächen im unteren Bild erkennt man sie gut. Mit Anti-Aliasing (Kantenglättung) versucht die GPU, die Fehler auszubügeln. Im Treiber kann man einstellen, wie genau die GPU rechnen soll. Im Bild unten sind es 16x Anti-Aliasing. Ohne Mit

25. Anisotrope Filterung Die anisotrope Filterung ist ein Verfahren, um Texturen auf 3D-Objekten zu schärfen. Zusätzlich entfernt sie die oft sichtbaren Übergänge des Mip-Mapping. Es lässt sich zu jedem Computerspiel zuschalten.

26. Bewegungsschärfe Bewegte Objekte erscheinen auf Film- und Fotoaufnahmen verwischt und das um so stärker, je länger der Film belichtet wird. Um diese Bewegungsunschärfe nachzubilden, überlagert gängige 3D-Software mehrere zeitlich aufeinander folgende Bilder. Ohne Bewegungsunschärfe entsteht im Film bei schnellen Bewegungen ein Stroboskopeffet: Die Objekte blitzen an einigen Stellen auf dem Bildschirm auf, das Auge erkennt keine zusammenhängende Bewegung mehr.

27. Bones Aufwendige Modelle von Menschen, Tieren und Außerirdischen animiert man mit Hilfe eines einfachen Skeletts aus Bones (Knochen). Am Skelett lassen sich die gewünschten Posen wie an einer Gliederpuppe einstellen, typischerweise mit Inverser Kinematik. Die 3D Objekte folgen den Bones, genau so wie auch in der Wirklichkeit die Knochen die Körperhaltung bestimmen.

28. Bump-Mapping Auch mit extrem aufwendigen 3D-Modellen lassen sich kaum die Poren einer Orange oder die Krater eines Mondes nachbilden. Ein sinnvoller Ausweg besteht im Bump-Mapping: kleine Abweichungen von der idealen Oberfläche werden mit Hilfe einer Art Textur als Höhenkarte beschrieben. Die Bump- Map schlägt sich in der Schattierung der Oberfläche nieder, nicht aber in den Umrissen der 3D Modelle: Ein Mond mit Kratern die per Bump-Map erzeugt wurden, bleibt im Profil kreisrund.

29. Mip-Mapping Um den Rechenaufwand klein zu halten, sind weit entfernte Objekte mit kleineren Texturen überzogen. Man nennt sie Mip-Maps. Zoomst man dagegen ganz nah heran, kommt die beste Textur zum Einsatz. Je größer die Entfernung, desto kleiner die Texturen.

30. Pixel Shader Pixel Shader verändern Beleuchtungs- und Oberflächeneffekte, so dass künstliche, computergefertigte Ansichten durch Materialien und Oberflächen ersetzt werden, die der Wirklichkeit nahe kommen. Das heißt eine Wasseroberfläche sieht wie eine Wasseroberfläche aus. Die Spiegelungen und Wellenbewegungen können vom Chip simuliert werden und sehen realistischer aus,eben weg von der Pixelgrafik und hin zum Fotorealismus. Erst Grafikkarten ab der Geforce 3 unterstützen dieses Feature. Ohne Mit

31. Physik Engine Sind von den 3D-Objekten Masse, Reibung und andere physikalische Größen bekannt, lässt sich der Verlauf einer Bewegung automatisch simulieren, statt mühsam per Hand zu programmieren. So springt ein Ball eine Treppe herab, oder ein Partikelsystem aus Meteoriten prallt von einem Raumschiff ab.

32. Die neue Cry Engine Grafik Engine des PC Spiels „FarCry“

33. ENDE

34. Speicherbedarf an VideoRAM verschiedener Auflösungen

35. ATI Technologies Inc. ATI Technologies Inc., der weltweit größte Zulieferer von 3D-Grafik- und Multimedia-Technologie, entwickelt, produziert und vermarktet innovative und preisgekrönte Multimedia-Lösungen und Grafikkomponenten für PCs. ATI ist ein ISO 9002-zertifiziertes Unternehmen und der führende Zulieferer für Video- und 2D/3D-Grafikbeschleuniger an Groß- und Einzelhandelskunden. ATI wurde 1985 gegründet und beschäftigt über 1800 Personen an seinem Hauptsitz in Thornhill, Ontario (Kanada) sowie in weiteren Geschäftsstellen in den USA, Deutschland usw.

36. NVIDIA® Corporation (Nasdaq: NVDA) Die NVIDIA® Corporation (Nasdaq: NVDA) ist weltweit der Marktführer im Bereich von Grafikprozessoren und Media Kommunikationsgeräten. Die ungeschlagene Breite der NVIDIA Produktreihe bereichert den 3D-, 2D-, Video-, Audio- und Kommunikationssektor und den Bereich der Breitband Connectivity; sie bietet hochwertiges digitales Video und Fernsehen - für jedes Publikum und alle Preisbereiche – angefangen bei Workstations bis hin zu Computern mit Interneteinrichtung, Apple Macintosh und mobilen Computern.

37. Fotorealistische Spielwelt