کارت گرافیک سه بعدی

صفحه نمایشگردر کامپیوتر مسئول نمایش اطلاعات است . در زمان مطالعه یک مقاله، صفحه نمایشگر، اطلاعات را دو بعدی ( طول و عرض) نمایش خواهد داد. زمانیکه با استفاده از کامپیوتر یک فیلم را تماشا کرده یا یک بازی کامپیوتری خاص را انجام می دهیم ، صفحه نمایشگر اطلاعات را در یک پنجره سه بعدی نمایش می دهد. دنیای سه بعدی که آن را از پشت کامپیوتر نگاه می کنیم ، تصویری واقعی از دنیائی است که در آن زندگی می کنیم و شاید همین موضوع باعث جذابیت بیش از اندازه دنیای سه بعدی در کامپیوتر باشد.
کامپیوتر برای نمایش اطلاعات بصورت سه بعدی بر روی یک صفحه نمایشگر تخت از چه ترفندهائی استفاده می نماید؟ بازیهای کامپیوتری به چه صورت طراحی و نوشته می گردند تا قادر به ایجاد یک فضای سه بعدی کاملا" ملموس باشند؟ در این بخش به بررسی ترفندهائی خواهیم پرداخت که توسط طراحان گرافیک سه بعدی استفاده شده و در ادامه به بررسی پتانسیل ها ی مورد نیاز در یک کارت گرافیک پرداخته و نحوه بالفعل نمودن پنانسیل ها ی فوق را آشنا خواهیم شد.
▪ چه چیزی یک تصویر سه بعدی را ایجاد می نماید ؟
تصویری که علاوه بر طول ( درازا ) و عرض ( پهنا ) دارای ارتفاع ( عمق ) باشد ، یک تصویر سه بعدی است .تصویری که دارای صرفا" طول و عرض باشد یک تصویر دو بعدی خواهد بود. برخی از تصاویر با توجه به اهداف خود بصورت دو بعدی هستند. مثلا" برخی از تصاویر بین المللی که می توان آنها را در فردوگاه یا سایر اماکن عمومی مشاهده نمود ( راهنمای رستوران ، راهنمای تلفن و ... ) بگونه ای طراحی شده اند که با مشاهده آنان بتوان سریعا" اقدامات مربوطه را انجام داد. بدین منظور در آفرینش تصاویر فوق از اشکال ساده و پایه استفاده بعمل می آید. تصاویر و گرافیک دو بعدی برای ایجاد ارتباط سر یع و ساده با مخاطب دارای جایگاهی خاص هستند . گرافیک های سه بعدی مفاهیم بیشتری را به مخاطب منتقل خواهند کرد و لازم است که این نوع تصاویر حامل اطلاعات بیشتری باشند.
به مثلث های فوق ، نگاه کنید .هر مثلث در سمت چپ دارای سه خط ( ضلع ) و سه زاویه است .این تمام اطلاعاتی است که توسط یک مثلث قابل بیان است . در سمت راست ، یک هرم مشاهده می گردد. هرم دارای یک ساختار سه بعدی است که از چهار مثلت تشکیل می گردد. هرم پنج خط و شش زاویه را برای بیان یک مفهوم در اختیار دارد. همانگونه که مشاهده می شود یک تصویر سه بعدی قادر به بیان مفاهیم و اطلاعات بمراتب بیشتری نسبت به تصاویر دو بعدی است .
▪ گرافیک سه بعدی چیست ؟
برای اغلب کاربران مشاهده یک بازی کامپیوتری متداولترین روش برای مشاهده گرافیک سه بعدی است . بازیهای کامپیوتری بر اساس تصاویری ایجاد می گردند که کامپیوتر در آفرینش آنها نقشی حیاتی دارد. تصاویر فوق می بایست مراحل تدوین زیر را سپری نمایند:
· ایجاد یک دنیای مجازی سه بعدی
· مشخص نمودن بخش هائی از دنیای مجازی که می بایست بر روی صفحه نمایش داده شوند.
· مشخص نمودن نحوه نمایش هر پیکسل بر روی صفحه تا از این طریق بتوان یک تصویر واقعی را نمایش داد.
▪ چگونه می توان یک تصویر را مشابه شکل واقعی آن ایجاد نمود؟
برای آفرینش تصاویر گرافیکی و انطباق آنها با شکل واقعی ، می بایست پیکسل ها را بر روی یک صفحه دو بعدی مستقر و با انجام عملیات متفاوت ، یک تصور سه بعدی از آنان را خلق تا هر بیننده در برخورد با تصویر خلق شده یک برداشت سه بعدی از تصویر را در ذهن خود ایجاد نماید. در این راستا از امکانات متعدد نظیر : Shapes ، Surface textures ، Lighting ,Perspective , Depth of field و Anti-aliasing استفاده می گردد. بررسی هر یک از موارد فوق خارج از حوصله این بخش بوده و کاربران می توانند از منابع ذیربط در رابطه با " گرافیک سه بعدی " استفاده نمایند.
▪ کارت گرافیک سه بعدی
در ابتدای مطرح شدن کامپیوترهای شخصی ، رفتار کارت های گرافیک مشابه یک مترجم بود. در چنین مواردی تصاویر ایجاد شده توسط پردازشگر به کمک کارتهای گرافیک به پالس های الکتریکی مورد نیاز درایور مانیتور کامپیوتر، تبدیل می گردیدند. با اینکه روش فوق بدرستی کار می کرد ولی سهم پردازنده برای انجام عملیات (پردازش) بسیار بالا بود . در این راستا تمام عملیات مربوط به پردازش تصویر توسط پردازنده صورت می گرفت . وضعیت فوق صرفا" مختص کارت گرافیک نبود و اغلب کارت ها دارای عملکردی مشابه کارت گرافیک با توجه به حوزه عملکرد خود بودند.
پس از مطرح شدن بازیهای مدرن سه بعدی و نمایش های چند رسانه ای ، نیاز به یک پردازنده با سرعت بالا احساس گردید. با قرار گرفتن پردازنده با سرعت بالا در کنار کارت گرافیک ، عملیات پردازش با سهم متفاوت بین پردازنده اصلی سیستم و پردازنده کارت گرافیک تقسیم گردید.
اولین مرحله در ساخت یک تصویر دیجیتال سه بعدی ، ایجاد دنیائی مملو از اضلاع و زاویه است . دنیای فوق از یک مدل سه بعدی مبتنی بر ریاضیات به مجموعه ای از الگوها ی دو بعدی به منظور نمایش بر روی نمایشگر ، تبدیل می شدند. تصاویر انتقال یافته در ادامه با افزودن مجموعه امکاناتی نظیر : Surface ، بگونه ای تبدیل می گردیدند تا بتوان آنها را بر روی یک مانیتور مشاهده کرد. پردازنده اختصاصی کارت گرافیک مسئولیت عملیات rendering را برعهده می گرفت ( پردازنده اصلی سیستم درگیر قضیه فوق نمی گردید ) . کارت های گرافیک TNT۲ و VooDoo۳ دارای پردازنده های اختصاصی مربوط به خود می باشند. یکی دیگر از تحولات بسیار مهم در رابطه با کارت ها ی گرافیک سه بعدی که مسئولیت پردازنده اصلی در عملیات پردازش را کاهش می داد ، توسط GeForce ۲۵۶ از شرکت Nvida ارائه گردید. همانگونه که اشاره شد ، کارت های گرافیک قبلی با هدف کاهش حجم عملیات پردازنده اصلی و افزایش سرعت محاسبات پردازش ، پردازنده خود رامکلف به انجام rendering تصویر نموده بودند. در کارت GeForce ۲۵۶ علاوه بر این ، امکان انتقال مدل مورد نظر از فضای سه بعدی محاسباتی به یک فضای دو بعدی نیز فراهم گردید. با توجه به اینکه در تبدیل فوق از معادلات پیچیده ریاضی بهمراه اعداد اعشاری استفاده می گردد ، با قبول مسئولیت عملیات فوق توسط پردازنده اختصاصی کارت گرافیک ، حجم عملیات مربوط به پردازنده اصلی بطرز چشمگیری کاهش و زمان لازم برای پرداختن به سایر موضوعات مورد علاقه و در عین حال مهم برای پردازنده اصلی فراهم می گردید! .
کارت گرافیک Voodoo ۵ از شرکت ۳dfx ، عملیات دیگری را از دوش پردازنده اصلی برداشت . شرکت فوق این تکنولوژی را T-buffer نامگذاری کرد. تکنولوژی فوق فرآیند Rendering را بهبود بخشیده است . در این تغییر و تحول از بعد Rendering ، پردازنده اصلی سیستم عملا" درگیر نخواهد گردید.
کارت های گرافیک طی سالیان اخیر نسبت به زمانیکه صرفا" بصورت متن ( ۲۵ سطرو ۸۰ ستون ) و تک رنگ بودند، سریعا" رشده نموده و همچنان این روند ادامه خواهد یافت . امروزه میلیون ها کاربر از بازیهای مدرن کامپیوتری و برنامه شبیه ساز گرافیکی به لطف پیشرفت های بدست آمده در صنعت کارت های گرافیک ، استفاده و از آنها لذت می برند.ما می خواهیم بر صفحه نمایشگر خود یک دنیای واقعی از آنچه در هستی است را مشاهده نمائیم ، بدون شک کارت های گرافیک در این راستا دارای نقش انکار ناپذیری خواهند بود.

منبع : تبیان