Rojstvo grafičnega pospeševanja

Ob prelestni flori tropskih otokov Far Cry-a in realnosti enakopravnem Los Santosu iz GTA V si je težko predstavljati grafiko včerajšnjika, ko so bili svetovi sestavljeni iz nekaj neuglednih črt in je igralska izkušnja zahtevala veliko dela vglavnega žganca. Le tako si si lahko prestavljal pokrajino pri prvih letalskih simulacijah, iz nekaj pikslov izluščil osebo ali navaden pravokotnik zamenjal za mogočno vesoljsko plovilo. V treh desetletjih smo prišli do iger, katerih posnetkov včasih ne moreš ločiti od fotografije pravega sveta in za to se imamo v veliki meri zahvaliti prav razvoju grafičnih kartic.

Začetki hitrega risanja črt

Prve namenske kartice za maličenje in izrisovanje grafike so se pojavile v igralskih avtomatih v sedemdesetih letih. Najprej so prinesle višjo ločljivost, podporo barvam, zmožnost prikazovanja sličic, prva prelomnica pa je bila zmožnost gladkega premikanja ozadja, ki ga je prinesel Defender. Na osebne računalnike ga je šele deset let kasneje, z visoko optimizacijo svojega pogona, prinesel John Carmack v Commander Keenu. Pred tem so bili večji svetovi sestavljeni iz niza ločenih zaslonov ob katerih smo bentili, ko nas je ob zamenjavi slike zadela neizogibna ognjena krogla ali kaka druga neprilika.

Commodore je leta 1985 izdal domači računalnik Amiga, ki je imel za tiste čase zelo zmogljiv namenski grafični čip. Glede na uboge PC-je je Amiga omogočala visoko ločljivost in s triki dosegla do 4096 hkratnih barv na zaslonu. S podporo hitri strojni manipulaciji in kombiniranja grafičnih elementov je risala podobe, ki jih PC ni bil zmožen prikazati še mnogo let.

Defender of the crown
Primerjava izgleda Defender of the Crown na Amigi 500 (zgoraj), Atari ST in PC s kartico CGA.

Naslednji veliki premik se je ponovno zgodil na igralnih avtomatih. Tedaj je bila strojna oprema v avtomatih daleč pred vsem, kar si lahko kupil za domačo rabo. Namco je leta 1988 za nekaj mesecev prehitel Atari in izdal prvo sistemsko ploščo, ki je omogočala hitro izrisovanje 3D poligonske grafike. Avtomat je bil zmožen gnati okoli 60.000 poligonov na sekundo in je prvič igralce postavil v barvit 3-dimenzionalni svet v dirkačini Winning Run. S podrobno grafiko, gladkim premikanjem, 3D podobo in stereo sistemom, je igra dobivala odlične ocene in avtomati so se, kljub tedaj vratolomni ceni 10.000 funtov, dobro prodajali.

WinningRun
Winning Run iz leta 1988 je bila prva igra z bogato in predvsem noro hitro 3D grafiko.

Maličenje poligonov na osebnih računalnikih

V začetku devetdesetih je bilo dogajanje na področju grafičnih kartic zelo pestro. Ker je bilo področje še v povojih, je veliko podjetij primaknilo svoj lonček ter preizkušalo takšne in drugačne rešitve. Prvi poizkus grafičnega pospeševalnika za mase lačnih PCjašev so bile kartice S3 ViRGE, ATI Rage in Matrox Mystique. Vsi ti čipi so bili v osnovi stari 2D pospeševalniki, katerim so prilotali nekaj funkcij za poligonsko grafiko. Kot je pogosto za prve inkarnacije, je bil učinek teh kartic popolnoma nezavidljiv. S3 ViRGE ni mogel konkurirati niti programskemu izrisu grafike na boljših procesorjih in se ga je zato prijel vzdevek »graphic decelerator«. Združek 2D in 3D funkcionalnosti se je izkazal za trd oreh in prvi dve res odlični 3D kartici, PowerVR in Voodoo, sta 2D podporo ovrgli. 3Dfx Voodoo je bila prva kartica mnogih zagretih PC igralcev in še po dveh dekadah uživa kultni status. Voodoo je bila prva prelomnica na področju grafičnega pospeševanja na osebnih računalnikih, kar se je odražalo tudi na  prodajnih policah. Zaradi dobre prodaje, je veliko naslovov direktno podpiralo 3Dfx-ov Glide API, preko katerega so lahko iz kartice iztisnili maksimum. Čez dve leti je izšla Voodoo2, ki je prav tako demantirala konkurenco. Že tedaj so se na kartici potili kar trije čipi, kot prva pa je omogočala tudi povezovanje dveh kartic (SLI), kjer sta
kartici izmenjaje izrisovali vsako drugo vrstico slike. Čeprav je kombinacija delovala dobro, je cena poskrbela, da naslednje generacije kartic niso podpirale povezovanja. Prvič smo lahko kartice spet povezali šele leta 2004 preko Nvidia SLI.

Voodoo2 SLI
Dve Voodoo2 sparjeni v SLI. Ena od kartic je povezana še z 2D kartico, saj je sta prva Voodooja prebavljala izključno 3D grafiko.

3Dfx seveda ni bil edini izdelovalec grafičnih čipov. Poleg njega so kartice kovali še vsaj Matrox, S3, Nvidia, ATI in Rendition. Nvidia je oktobra 1999 izdala GeForce 256, kateri je strojno poganjal T&L. V igrah, ki so požegnale novo tehnologijo, je precej prehitela konkurenco, katera je to delo še vedno prepuščala centralnemu procesorju. Kartico je promovirala kot prvi GPU (Graphic

Processing Unit) in tako uveljavila kratico, katero še danes uporabljamo kot oznako za čipe grafičnih kartic. ATI je GeForcu konkuriral s kartico Rage Fury MAXX, na katero so navesili dva čipa, ki sta izmenjaje obdelovala vsako drugo sličico. Kartica je bila primerljiva v naslovih, kjer T&L še ni bil podprt, sicer pa je bila precej počasnejša. Vseeno ni bila za odmet in je svoj zaostanek v hitrosti delno nadomeščala z dobro podporo 32-bitni barvni globini. T&L je ATI podprl v naslednji seriji kartic, poimenovani Radeon. Tako smo prišli do vsem znanih znamk, Radeon in GeForce. Kmalu bosta stari 15 let.

half life
Grafika se je v sedemnajstih letih grdo postarala, Half Life pa še vedno ostaja odličen predstavnik zvrsti.

Zrela leta

Grafične kartice so postajale vse bolj kompleksne in narava načrtovanja in izdelave čipov ne dopušča veliko napak. Rendition je po nekaj ukinjenih projektih, ki so sicer kazali dobršen nivo vizionarstva a so bili vedno realizirani kanček prepozno, podlegel in kupil ga je Micron Technologies. 3Dfx je po seriji slabih odločitev v dobrih dveh letih od izdaje voodoo2 začel postopek bankrota in ga je z osebjem in tehnologijami vred kupila Nvidia. S3 ni mogel zadosti konkurirati ostalim in se je usmeril v mobilne trge, Matrox pa je svoj tržni delež začel iskati na nišnih trgih. ATI Technologies je leta 2006 kupil AMD in od tedaj naprej na področju igričarskih grafičnih kartic za ostala le AMD in Nvidia.

Comanche 4
Comanche 4 je bila ena prvih iger, ki je izkoriščala pixel in vertex shaderje. Če si imel kartico s podporo DirectX 8, se je voda ob bližini helikopterja penila in trava je prijetno valovala. S solzami v očeh smo ure lebdeli nad morsko gladino.

Kyro 1
PowerVR Kyro je kljub zanikrni strojni moči zaradi drugačnih postopkov računanja in risanja grafike dostojno konkuriral veliko močnejšima primerkoma s strani Nvidie in ATI-ja. Glede na današnje grafične kartice, ki so ogromne s hladilniki ovešene beštije, izgleda precej skromen.

Danes je dogajanje precej bolj umirjeno. Že nekaj let se za prostor v naših ohišjih bojujeta le AMD in Nvidia, slednja v zadnjem času veliko bolj uspešno. Upajmo, da bo AMD-ju z novo serijo uspelo uravnovesiti razmerje moči in prodajnega uspeha, saj bi v nasprotnem primeru Nvidia kaj lahko ostala brez konkurence. Tega pa si bržda ne želi nihče.

Titan supercomputer
Sodobne grafične kartice so sestavljene iz stotin majhnih neodvisnih programabilnih enot (CUDA, GCN) in z njimi je moč početi mnogo več od premetavanja grafike. Na sliki je trenutno drugi najmočnejši super računalnik na svetu, sestavljen iz 18.688 kartic Nvidia Tesla.

 

 

Dodatek:


Grafični API-ji

Na začetku divjega razvoja grafičnih kartic, ni bilo nekih smernic in pravil. Vsako podjetje je samo delalo tisto, kar se mu je v danem trenutku zdelo najbolje. Enako je bilo tudi na programskem področju. Ker ni bilo nobenih standardov, je imela vsaka kartica ali pa vsaj vsak proizvajalec lasten API. To pomeni, da si moral vsako kartico podpreti posebej. Nemogoče je, da bi neka igra podpirala vso obstoječo strojno opremo, da o prihajajoči sploh ne govorimo. Očitno je bilo, da je potrebno vzpostaviti nek standardiziran univerzalen API.

GLquake
Na levi programsko gnani Quake in na desni GLQuake, ki je strojno pospešen preko OpenGL.

Leta 1992 je izšla prva verzija OpenGL. Že samo ime pove, da gre za odprto grafično knjižnico. Začetne verzije so imelo veliko težav in hitrost je bila mizerna. Spričo teh pomanjkljivosti in nadvlade 3Dfxa v tedanjih PCjih, so proizvajalci masovno podpirali njihov Glide API. Glide je bil enostaven za uporabo in je širok nabor OpenGL ukazov zreduciral na neko uporabno podmnožico. Sčasoma se je OpenGL otresel začetnih nerodnosti in vedno več izdelovalcev kartic ga je podprlo v svojih produktih. Kmalu se je z DirectX-om priključil še Microsoft in nekaj časa so morale razvijalske hiše podpirati tri standarde. Skupaj z zatonom 3Dfx-a in napredkom tako DirectX-a in OpenGL-a je Glide zamrl.

V Windows okoljih najpogosteje poganjamo igre v DirectX načinu, vendar OpenGL niti zdaleč ni mrtev. Uporablja se namreč v Linux distribucijah, Apple OS, v profesionalnih okoljih ter v ES različicah na mobilnih napravah. Oba API-ja se aktivno razvijata.

Nedolgo nazaj je gladino razburkal AMD-jev Mantle, ki je prinesel veliko izboljšav in pohitritev, vendar je bila prva misel v glavah stroke redundanca, saj bi morali razvijalci ločeno podpirati še en API. Kmalu je Microsoft najavil DirectX 12, katerega funkcionalnosti bodo zelo podobne Mantlovim. AMD se je odločil podpreti DirectX12, vso tehnologijo Mantla pa je prevzel Khronos Group in na njegovi osnovi izdeluje Vulkan API. Valve je že najavil, da bo njihov Source2 podpiral Vulkan. Kaj se bo izcimilo iz vsega tega, bo pokazal čas.

T&L – transform, clipping and lightning

T&L zajema transformacijo 3D sveta v 2D sliko na zaslonu, upoštevanje vidnega polja in osvetljevanje. Brez, da bi grafične kartice upoštevale vidno polje kamere, bi bilo nemogoče narediti grafično tako bogate igre. V tem koraku se določi, kaj bo vidno na ekranu in se izračuna in izriše zgolj te elemente. Ignorira se vse elemente, ki so izven vidnega polja kamere ter tiste, ki so skriti za elementi bližje kameri. V koraku osvetljevanja se prilagodi barve in teksture glede na svetlobo, ki pada na grafične elemente. Senčenje je bistveno za verodostojno predstavitev 3D prostora, je pa tudi računsko zelo požrešno. Predno so grafični čipi strojno podprli ta proces, se je le ta programsko izvajal na osrednjih procesorjih.

Vaša reakcija na članek?

Sveže objave

PUSTI ODGOVOR

Prosimo, vnesite vaš komentar!
Prosimo, vnesite vaše ime

Sveže novice na email!