Vaizdo generavimo ir apdorojimo įranga

Kompiuterines daugialypės terpės sistemas (DTS) sudaro tekstinės, grafinės, garsinės informacijos, vaizdų ir animacijos rengimo, vaizdavimo ir perdavimo techninė bei programinė įranga. Šioje sistemoje kompiuteris yra informacijos apdorojimo ir kontrolės centras. Svarbus DTS elementas yra internetas, nes jame galima keistis visų rūšių informacija.

Visą kompiuterine DTS turėtų sudaryti: galingas kompiuteris, sparčiu ryšiu sujungtas su kompiuteriu tinklu, turintis talpų diskų įtaisą ir CD-ROM kaupiklį, grafikos plokštę vaizdui generuoti, specialias garso ir televizinio vaizdo įvesties bei išvesties plokštes; muzikinė klaviatūra; geras erdvinio garso stiprintuvas; akustinė sistema; mikrofonas; skaitytuvas; spalvinis spausdintuvas; vaizdo magnetofonas; vaizdo kamera; kompiuterinis vaizdo projektorius; specifinė programinė įranga. Tokia DTS sudaro sąlygas įvesti į kompiuterį informaciją iš įvairių šaltinių, ją apdoroti ir pateikti norima forma.

Kompiuterio vaizdo sistema susideda iš įrangos vaizdo signalams formuoti (specializuotos plokštės) ir vaizduoklio. Vaizdą formuojanti įranga siunčia vaizduokliui signalus, kuriuos jis paverčia vaizdu. Signalai priklauso nuo vaizduoklio tipo. Pavyzdžiui, vaizduokliui su kineskopu siunčiami analoginiai signalai, sinchronizuojantys elektronų spindulio skleidimą (vaizdo piešimą), ir spindulio intensyvumą valdantys signalai. Kuo intensyvesnis spindulys, tuo ryškiau švyti jo žadinamas ekrano liuminoforas. Plokščiajam matriciniam vaizduokliui valdyti siunčiami skaitmeniniai signalai, nurodantys piešiamo taško koordinatę ir jo švytėjimo intensyvumą.

Grafikos sistema apdoroja iš programų ir operacijų sistemos gaunamus duomenis bei komandas, rezultatus įrašo į vaizdo atmintinę (vRAM), paverčia juos analoginiais spalvų signalais ir kartu su valdymo signalais perduoda vaizduokliui. Pirmųjų grafikos sistemų paskirtis buvo iš pagrindinio procesoriaus gautus duomenis pritaikyti vaizduokliui valdyti. Didėjant ekrano taškų, spalvų skaičiui, buvo sukurti valdomi grafikos procesoriai (Graphics Processor), kurie atlieka daug skaičiavimų ir laiko reikalaujančias operacijas. Nuo grafikos sistemos ir vaizduoklio kokybės labai priklauso kompiuterio poveikis dirbančiojo sveikatai. Mirgantis ar neaiškus vaizdas ekrane labai kenkia akims ir vargina.

Grafikos sistemoje būna: mikroschema (lustas) su vaizdo sistemos BIOS; taktinių impulsų generatorius, kuris formuoja impulsus, reikalingus vaizdo sistemai valdyti ir sinchronizuoti; vaizdo atmintinė (vRAM – video RAM)); grafikos procesorius, generuojantis dvimačius (2D) ir trimačius (3D) vaizdus: televizinio signalo procesorius, kuris vaizduokliui valdyti skirtus signalus paverčia televiziniu videosignalu; MPEG dekoderis. Grafikos procesoriuje būna integruoti pagrindiniai programuojamieji vaizdo sistemos elementai, skaitmeninis-analoginis keitiklis (RAMDAC- Read Access Memory Digital to Analog Converter), paverčiantis iš vRAM ateinančius skaitmeninius signalus analoginiais signalais vaizduokliui su kineskopu valdyti.

Grafikos sistemos darbo sparta priklauso nuo grafikos procesoriaus, kurio darbo dažnis paprastai yra didesnis nei pagrindinio procesoriaus, vaizdo atmintinės talpos bei spartos, skaitmeninio-analoginio keitiklio veikimo spartos ir tvarkyklės (driver) tobulumo.

Informacijos perkėlimo į ekraną procesą supaprastintai galima įsivaizduoti taip:
1. Programa nurodo, ką vaizduoti.
2. Kompiuterio operacijų sistema “nusprendžia”, kokias operacijas gali atlikti grafikos sistema, o kokias turės atlikti pagrindinis procesorius. Grafikos sistemai perduodamos tos vaizdavimo operacijos, kurias ji sugeba atlikti, pavyzdžiui, vaizduoklio skleistinės valdymas, simbolių ir geometrinių figūrų generavimas, objektų transformavimas.

3. Parengta vaizdo informacija įrašoma į vRAM.
4. Grafikos sistemoje, kuri skirta vaizduokliams su kineskopu, iš vRAM gaunami skaitmeniniai vaizdo signalai paduodami į skaitmeninį-analoginį keitiklį (RAMDAC). Nuo keitiklio tikslumo priklauso maksimalus spalvų skaičius, kurį galima gauti ekrane, o nuo veikimo spartos (dažnio) – per sekunde, perduodamų vaizdo kadrų skaičius ir vaizdą sudarančių taškų skaičius. Plokštiesiems vaizduokliams valdyti RAMDAC nereikia.

Kuo talpesnė vRAM, tuo iš daugiau taškų sudarytą ir spalvingesni vaizdą galima maryti ekrane. Žinome, kad spalvoto vaizdo tašką ekrane sudaro trys įvairiais intensyvumais švytintys R, G ir B liuminoforų taškai (triados). Jeigu kiekvieno triados taško švytėjimas valdomas vienu bitu (švyti arba nešvyti), galima gauti 2 = 8 vaizdo taško atspalvius. Jeigu vaizdą sudaro 800 X 600 taškų, visam vaizdui įsiminti reikės 800 x 600 X 3 = 1440000 bitų arba 176 KB talpos vRAM. Jeigu ekrano skiriamąją gebą padidinsime iki 1 024 X 768 taškų, reikės 288 KB talpos vRAM.

Ne taip seniai pakako dvimatės (2D) grafikos. 3D grafika atsirado siekiant sukurti vis įtaigesnes, realiau apipavidalintas žaidimų programas. Realiam vaizdui generuoti ir animuoti reikia labai daug sudėtingų operacijų, kurias atlieka itin spartūs 3D grafikos procesoriai.

Trimačio vaizdo generavimą sudaro keturi etapai: transformavimo, apšvietimo, parengimo ir vaizdavimo. Transformuojant skaičiuojami objektu judesio, sukimo ir kitokie pokyčiai. Skaičiuojant apšvietimą randama, kaip atskiri šviesos šaltiniai apšviečia sceną ir objektus. Parengimo metu iš daugiakampių (dažniausiai trikampių) sukuriami objektų karkasai. Vaizduojant objektai padengiami reikiamomis dangomis, sukuriami visi objektų taškai ir šešėliai.

Atliekant šias operacijas tenka saugoti gana daug tarpinių duomenų, todėl sparčiųjų 3D sistemų atmintinės yra gerokai talpesnės negu reikėtų jau sugeneruotam vaizdui saugoti. Kuo daugiau išvardytų operacijų atlieka 3D procesorius, tuo daugiau laiko pagrindinis kompiuterio procesorius turi savo tiesioginėms funkcijoms vykdyti.