کارت گرافيک سه بعدی

صفحه نمايشگردر کامپيوتر مسئول نمايش اطلاعات است . در زمان مطالعه يک مقاله، صفحه نمايشگر، اطلاعات را دو بعدی ( طول و عرض) نمايش خواهد داد. زمانيکه با استفاده از کامپيوتر يک فيلم را تماشا کرده و يا يک بازی کامپيوتری خاص را انجام می دهيم ، صفحه نمايشگر اطلاعات را در يک پنجره سه بعدی نمايش می دهد. دنيای سه بعدی که آن را از پشت کامپيوتر نگاه می کنيم ، تصويری واقعی از دنيائی است که در آن زندگی می کنيم و شايد همين موضوع باعث جذابيت بيش از اندازه دنيای سه بعدی در کامپيوتر باشد. کامپيوتر برای نمايش اطلاعات بصورت سه بعدی بر روی يک صفحه نمايشگر تخت از چه ترفندهائی استفاده می نمايد؟ بازيهای کامپيوتری به چه صورت طراحی و نوشته می گردند تا قادر به ايجاد يک فضای سه بعدی کاملا" ملموس باشند؟ در اين بخش به بررسی ترفندهائی خواهيم پرداخت که توسط طراحان گرافيک سه بعدی استفاده شده و در ادامه به بررسی پتانسيل ها ی مورد نياز در يک کارت گرافيک پرداخته و نحوه بالفعل نمودن پنانسيل ها ی فوق را آشنا خواهيم شد.

چه چيزی يک تصوير سه بعدی را ايجاد می نمايد ؟

تصويری که علاوه بر طول ( درازا ) و عرض ( پهنا ) دارای ارتفاع ( عمق ) باشد ، يک تصوير سه بعدی است .تصويری که دارای صرفا" طول و عرص باشد يک تصوير دو بعدی خواهد بود. برخی از تصاوير با توجه به اهداف خود بصورت دو بعدی هستند. مثلا" برخی از تصاوير بين المللی که می توان آنها را در فردوگاه و يا ساير اماکن عمومی مشاهده نمود ( راهنمای رستوران ، راهنمای تلفن و ... ) بگونه ای طراحی شده اند که با مشاهده آنان بتوان سريعا" اقدامات مربوطه را انجام داد. بدين منظور در آفرينش تصاوير فوق از اشکال ساده و پايه استفاده بعمل می آيد. تصاوير و گرافيک دو بعدی برای ايجاد ارتباط سر يع و ساده با مخاطب دارای جايگاهی خاص هستند . گرافيک های سه بعدی مفاهيم بيشتری را به مخاطب منتقل خواهند کرد و لازم است که اين نوع تصاوير حامل اطلاعات بيشتری باشند.

به مثلث های فوق ، نگاه کنيد .هر مثلث در سمت چپ دارای سه خط ( ضلع ) و سه زاويه است .اين تمام اطلاعاتی است که توسط يک مثلث قابل بيان است . در سمت راست ، يک هرم مشاهده می گردد. هرم دارای يک ساختار سه بعدی است که از چهار مثلت تشکيل می گردد. هرم پنج خط و شش زاويه را برای بيان يک مفهوم در اختيار دارد. همانگونه که مشاهده می شود يک تصوير سه بعدی قادر به بيان مفاهيم و اطلاعات بمراتب بيشتری نسبت به تصاوير دو بعدی است .

گرافيک سه بعدی چيست ؟

برای اغلب کاربران مشاهده يک بازی کامپيوتری متداولترين روش برای مشاهده گرافيک سه بعدی است . بازيهای کامپيوتری بر اساس تصاويری ايجاد می گردند که کامپيوتر در آفرينش آنها نقشی حياتی دارد. تصاوير فوق می بايست مراحل تدوين زير را سپری نمايند:
• ايجاد يک دنيای مجازی سه بعدی
• مشخص نمودن بخش هائی از دنيای مجازی که می بايست بر روی صفحه نمايش داده شوند.
• مشخص نمودن نحوه نمايش هر پيکسل بر روی صفحه تا از اين طريق بتوان يک تصوير واقعی را نمايش داد.

چگونه می توان يک تصوير را مشابه شکل واقعی آن ايجاد نمود؟

برای آفرينش تصاوير گرافيکی و انطباق آنها با شکل واقعی ، می بايست پيکسل ها را بر روی يک صفحه دو بعدی مستقر و با انجام عمليات متفاوت ، يک تصور سه بعدی از آنان را خلق تا هر بيننده در برخورد با تصوير خلق شده يک برداشت سه بعدی از تصوير را در ذهن خود ايجاد نمايد. در اين راستا از امکانات متعدد نظير : Shapes ، Surface textures ، Lighting ,Perspective , Depth of field و Anti-aliasing استفاده می گردد. بررسی هر يک از موارد فوق خارج از حوصله اين بخش بوده و کاربران می توانند از منابع ذيربط در رابطه با " گرافيک سه بعدی " استفاده نمايند.

کارت گرافيک سه بعدی

در ابتدای مطرح شدن کامپيوترهای شخصی ، رفتار کارت های گرافيک مشابه يک مترجم بود. در چنين مواردی تصاوير ايجاد شده توسط پردازشگر بکمک کارتهای گرافيک به پالس های الکتريکی مورد نياز درايور مانيتور کامپيوتر، تبديل می گرديدند. با اينکه روش فوق بدرستی کار می کرد ولی سهم پردازنده برای انجام عمليات (پردازش) بسيار بالا بود . در اين راستا تمام عمليات مربوط به پردازش تصوير توسط پردازنده صورت می گرفت . وضعيت فوق صرفا" مختص کارت گرافيک نبود و اغلب کارت ها دارای عملکردی مشابه کارت گرافيک با توجه به حوزه عملکرد خود بودند.
پس از مطرح شدن بازيهای مدرن سه بعدی و نمايش های چند رسانه ای ، نياز به يک پردازنده با سرعت بالا احساس گرديد. با قرار گرفتن پردازنده با سرعت بالا در کنار کارت گرافيک ، عمليات پردازش با سهم متفاوت بين پردازنده اصلی سيستم و پردازنده کارت گرافيک تقسيم گرديد.
اولين مرحله در ساخت يک تصوير ديجيتال سه بعدی ، ايجاد دنيائی مملو از اضلاع و زاويه است . دنيای فوق از يک مدل سه بعدی مبتنی بر رياضيات به مجموعه ای از الگوها ی دو بعدی به منظور نمايش بر روی نمايشگر ، تبديل می شدند. تصاوير انتقال يافته در ادامه با افزودن مجموعه امکاناتی نظير : Surface ، بگونه ای تبديل می گرديدند تا بتوان آنها را بر روی يک مانيتور مشاهده کرد. پردازنده اختصاصی کارت گرافيک مسئوليت عمليات rendering را برعهده می گرفت ( پردازنده اصلی سيستم درگير قضيه فوق نمی گرديد ) . کارت های گرافيک TNT2 و VooDoo3 دارای پردازنده های اهتصاصی مربوط به خود می باشند. يکی ديگر از تحولات بسيار مهم در رابطه با کارت ها ی گرافيک سه بعدی که مسئوليت پردازنده اصلی در عمليات پردازش را کاهش می داد ، توسط GeForce 256 از شرکت Nvida ارائه گرديد. همانگونه که اشاره شد ، کارت های گرافيک قبلی با هدف کاهش حجم عمليات پردازنده اصلی و افزايش سرعت محاسبات پردازش ، پردازنده خود رامکلف به انجام rendering تصوير نموده بودند. در کارت GeForce 256 علاو ه بر اين ، امکان انتقال مدل مورد نظر از فضای سه بعدی محاسباتی به يک فضای دو بعدی نيز فراهم گرديد. با توجه به اينکه در تبديل فوق از معادلات پيچيده رياضی بهمراه اعداد اعشاری استفاده می گردد ، با قبول مسئوليت عمليات فوق توسط پردازنده اختصاصی کارت گرافيک ، حجم عمليات مربوط به پردازنده اصلی بطرز چشمگيری کاهش و زمان لازم برای پرداختن به ساير موضوعات مورد علاقه و در عين حال مهم برای پردازنده اصلی فراهم می گرديد! .
کارت گرافيک Voodoo 5 از شرکت 3dfx ، عمليات ديگری را از دوش پردازنده اصلی برداشت . شرکت فوق اين تکنولوژی را T-buffer نامگذاری کرد. تکنولوژی فوق فرآيند Rendering را بهبود بخشيده است . در اين تغيير و تحول از بعد Rendering ، پردازنده اصلی سيستم عملا" درگير نخواهد گرديد.
کارت های گرافيک طی ساليان اخير نسبت به زمانيکه صرفا" بصورت متن ( 25 سطرو 80 ستون ) و تک رنگ بودند، سريعا" رشده نموده و همچنان اين روند ادامه خواهد يافت . امروزه ميليون ها کاربر از بازيهای مدرن کامپيوتری و برنامه شبيه ساز گرافيکی به لطف پيشرفت های بدست آمده در صنعت کارت های گرافيک ، استفاده و از آنها لذت می برند.ما می خواهيم بر صفحه نمايشگر خود يک دنيای واقعی از آنچه در هستی است را مشاهده نمائيم ، بدون شک کارت های گرافيک در اين راستا دارای نقش انکار ناپذيری خواهند بود.