Конспект лекций по компьютерной графике. Конспект лекций по дисциплине Компьютерная графика

• Название: Конспект лекций по дисциплине Компьютерная графика
• Анкор: Конспект лекций по компьютерной графике.doc
• Дата: 22.04.2017
• Размер: 16.3 Mb.
• Имя файла: Конспект лекций по компьютерной графике.doc
• Тип: Конспект лекций; #5372
• страница: 44 из 46

12.4 Мониторы

Монитор компьютера (рис. 12.11) предназначен для вывода на экран текстовой и гра­фической информации. Это практически единственный элемент компьютера, кото­рый нельзя в дальнейшем модернизировать. Он покупается для долговременного использования. От его качества и безопасности напрямую зависит ваше здоровье, прежде всего зрение. В то же время монитор — один из самых «консервативных» компонентов компьютерной системы. Производительность процессоров, емкость винчестеров и банков оперативной памяти увеличиваются в несколько раз в тече­ние года, но монитор практически не меняет своего облика, поэтому к покупке монитора для своего домашнего ПК следует подходить очень серьезно. Ибо, под­ключив к высокопроизводительной системе маленький и некачественный мони­тор, вы лишитесь всей радости от приобретения нового компьютера. Что должен уметь монитор?

Прежде всего он должен нормально работать на разрешении 1280 х 1024 при часто­те вертикальной развертки хотя бы 85 Гц. Хороший монитор должен поддерживать частоту обновления как минимум 85 Гц. Лучше, конечно, больше — 100-120 Гц, так как многие на частоте 85 Гц все еще ощущают мерцание. Кроме всего прочего, за­пас частоты говорит о классе монитора — у дорогих и качественных моделей час­тотные характеристики лучше.

Второй немаловажный фактор — это размер точки или ширина ячейки апертурной решетки. Он должен быть не более 0,24-0,25 мм.

Самый распространенный на сегодня тип дисплеев — это CRT (Cathode Ray Tube), или ЭЛТ-мониторы. Свое название они получили от их основного компонента — электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), которая может иметь различные варианты конструкции.



Рис. 12.11. Монитор SAMSUNG SyncMaster 700IFT

В некоторых моделях ЭЛТ используется апертурная решетка (aperture grill). Этот тип маски применяется в трубках Trinitron от Sony, Diamondtron от Mitsubishi и других. Существует также вариант ЭЛТ еще с одним типом маски — щелевой.

Практически в каждой развитой стране существует достаточное количество нацио­нальных стандартов, регламентирующих уровень излучений монитора. Но особую популярность во всем мире завоевали стандарты, разработанные в Швеции, — MPR II и TCO.

Характеристики мониторов

В настоящее время существует большое разнообразие типов мониторов. Их мож­но охарактеризовать следующими основными параметрами.

Тип экрана:

электронно-лучевая трубка или ЭЛТ (CRT);

жидкокристаллический дисплей (ЖКД);

плазменный дисплей.

Размер по диагонали (обычно от 14'до 2 Г).

Цветность (цветные или монохромные).

Размер зерна (обычно от 0,24 до 0,31 мм).

Частота кадров (обычно от 50 до 100 Гц),

Видеосигнал (цифровой или аналоговый).

Прочие характеристики (функции управления растром, система энергосбере­жения, защита от излучения, вес, габариты, потребляемая мощность).

Размер монитора связан с разрешением. Разрешение выражается в количестве точек (пикселов) по горизонтали и по вертикали отображаемого изображения. Например, если говорят, что монитор имеет разрешение 640 х 480 — это означает, что на экране можно целиком разместить изображение, состоящее из 640 х 480 - 307 200 точек. Возможность использования конкретного разрешения зависит от различных фак­торов, среди которых в первую очередь следует отметить размер по диагонали и размер точки самого монитора, характеристики видеокарты и объем доступной ви­деопамяти, которая ограничивает число отображаемых цветов. Максимальная раз­решающая способность — одна из основных характеристик монитора. Чем больше разрешение, тем больше информации умещается на экране.

Важной характеристикой также является частота регенерации экрана. Этот пара­метр определяет частоту обновления (перерисовывания) изображения на экране. Частота регенерации измеряется в Гц (Герцах, Hz). У мониторов на основе ЭЛТ время свечения люминофорных элементов очень мало, поэтому электронный луч дол­жен проходить через каждый элемент люминофорного слоя достаточно часто, что­бы не было заметно мерцания изображения. Если частота такого обхода экрана становится меньше 70 Гц, то инерционности зрения будет недостаточно для того, чтобы изображение не мерцало. Чем выше частота регенерации, тем более устойчи­вым выглядит изображение на экране. Мерцание изображения приводит к утомле­нию глаз, головным болям и даже к ухудшению зрения. Заметим, что чем больше экран монитора, тем более заметно мерцание, особенно периферийным зрением, так как угол обзора изображения увеличивается. Значение частоты регенерации зави­сит от используемого разрешения, от электрических параметров монитора и от воз­можностей видеоадаптера. Минимально безопасной частотой кадров считается 75 Гц. Мониторы бывают с чересстрочной разверткой и построчной разверткой. Черес­строчные и построчные развертки — два способа регенерации изображения на эк­ране монитора. Монитор с чересстрочной разверткой регенерирует изображение на экране за два прохода электронного луча. Первый проход воспроизводит нечет­ные строки, а второй — четные. Монитор с построчной разверткой воспроизводит полное изображение на экране за один проход электронного луча. Мониторы с построчной разверткой обладают лучшими характеристиками, так как они воспро­изводят изображение на экране быстрее и без мерцания. Они также имеют более резкие и четкие изображения. Все мониторы высокого качества отображают изоб­ражения во всех режимах разрешения с построчной разверткой, Мониторы, имею­щие «штатные» режимы с чересстрочной разверткой, ни одной из ведущих фирм-производителей не выпускаются.

Рекомендация: в первом приближении для графических работ подойдет монитор с размером экрана от 17" и выше, частотой кадров 85 Гц, разрешением не ниже 1024x768 dpi.

Аналоговые мониторы

Электронно-лучевая трубка мониторов данного типа управляется аналоговыми сиг­налами, поступающими от видеоадаптера. Принцип работы электронно-лучевой трубки монитора такой же, как у телевизионной трубки. Аналоговые мониторы спо­собны поддерживать разрешение стандарта VGA (640 х 480 пикселов) и выше.

Все современные аналоговые мониторы условно можно разделить на следующие типы:

традиционные с фиксированной частотой развертки,

с несколькими фиксированными частотами и многочастотные (мулътичастотные).

Эти мониторы обладают способностью настраиваться на произвольные значения частот синхронизации из некоторого заданного диапазона, например30-64 кГц для строчной и 50-100 Гц для кадровой развертки. Разработчиком
мониторов данного типа является фирма NEC. В названии таких мониторов при­сутствует слово Multisync. Эти мониторы относятся к наиболее распространен­ному типу мониторов с электронно-лучевой трубкой (CRT).

Жидкокристаллические дисплеи

Экран жидкокристаллического дисплея (ЖКД) состоит из двух стеклянных плас­тин, между которыми находится масса, содержащая жидкие кристаллы. Кристал­лы изменяют свои оптические свойства в зависимости от прилагаемого электри­ческого заряда. Жидкие кристаллы сами не светятся, поэтому ЖКД нуждаются в подсветке или во внешнем освещении. Основным достоинством ЖКД являются их габариты (экран плоский, толщиной 5-6 см). К недостаткам можно отнести низ­кое быстродействие при изменении изображения на экране, что особенно заметно при перемещении курсора мыши, а также зависимость резкости и яркости изобра­жения от угла зрения.

Газоплазменные мониторы

Газоплазменные мониторы состоят из двух пластин, между которыми находится газовая смесь, светящаяся под воздействием электрических импульсов. Такие мо­ниторы не имеют недостатков, присущих ЖКД, однако их нельзя использовать в переносных компьютерах с аккумуляторным и батарейным питанием, так как они потребляют большой ток.

Пример. Модель монитора SAMSUNG SyncMaster 700IFT

Модель SyncMaster 700IFT предназначена для решения профессиональных задач. В ней используется ЭЛТ DynaFlat с абсолютно плоским экраном. Эта модель от­вечает требованиям стандарта безопасности ТСО 99. Ее электроника обеспечива­ет работу монитора с максимальным экранным разрешением 1600 х 1200. Помимо стандартного 15-штырькового VGA-входа имеются разъемы BNC. Дизайн дисплея, в общем, классический, со скругленными углами сзади корпуса. Элементы управления представлены квадратной кнопкой включения, двумя ко­лесиками под нижним торцом спереди для настройки яркости и контрастности и выезжающей панелью с клавишами для операций с экранным меню. Одна из семи кнопок на панели служит для получения информации о рабочем режиме. Четыре клавиши предназначены для навигации по экранному меню. Последние две кноп­ки — для вызова меню и выхода из него. Среди функций экранного меню можно отметить регулирование линейности, фокусировку и муар по горизонтали-верти­кали. Среди возможных языков экранного меню есть русский. В комплекте с мо­нитором поставляется компакт-диск с программой Colorific.

LCD-панель (жидкокристаллическая индикаторная панель), как правило, работа­ет во взаимодействии с эпидиаскопическим проектором или диапроектором. Па­нель помещается поверх проектора, который проецирует компьютерное изобра­жение на экран. В последние годы качество изображения LCD-панелей значительно улучшилось. Панели более старых моделей не могли обеспечить резкое и чистое цветное изображение. Среди наиболее известных производителей жидкокристал­лических панелей можно выделить компании ЗМ и Polaroid.

Проектор, Если вы создаете мультимедиа-презентацию и не хотите быть связан­ным возможностями эпидиаскопического проектора, то есть вариант с использо­ванием проектора на жидких кристаллах (ЖК-проектор). Это самодостаточное устройство, способное проецировать не только видео-, но и аудиоданные из ком­пьютера. ЖК-проекторы обычно стоят от 3000 до 8000$. Производителями таких проекторов являются фирмы Focus Systems и Proxima.

Внешний декодер. Если вам необходимо провести презентацию на телевизионном мониторе, то стоимость подключения будет намного ниже, чем покупка LCD-па­нели или проектора. Целый ряд фирм-производителей изготавливают декодиру­ющие сканирующие преобразователи (encoding scan converters), которые преоб­разуют сигнал вашего компьютера в сигнал, подходящий для чтения обычным телевизором. Более подробную информацию можно найти в рекламных каталогах торгующих компьютерным оборудованием фирм.

Видеокарта

Видеокарта (графическая карта, видеоадаптер) реализует вывод информации на монитор. От ее качества зависят:

скорость обработки информации;

четкость изображения и размеры;

цветность (количество воспроизводимых цветов) рабочего поля экрана.

В зависимости от количества поддерживаемых цветовых оттенков различают сле­дующие режимы работы видеоадаптеров:

16 цветов;

256 цветов;

High Color (16 бит);

True Color (24 бит);

True Color (32 бит).

Основными параметрами видеоадаптеров являются величина разрешения экрана и тип развертки монитора, которые они способны поддерживать. В настоящее время преимущественно используются видеоадаптеры стандарта SVGA и другие более современные, предложенные фирмой IBM (включая Enhanced VGA, XGA и VESA 1.2).

По выполняемым функциям видеокарта представляет собой небольшой компью­тер, собранный на одной плате (рис. 12.12). У него, как и у основного компьютера, есть свой кварцевый генератор рабочей частоты, собственный BIOS (в последних моделях — чаще всего перепрограммируемый), центральный процессор, или чип­сет, составляющий основу видеокарты, память и RAMDAC — конвертер цифрово­го сигнала, вырабатываемого картой, в аналоговый сигнал, подаваемый на мони­тор. На многих видеокартах имеются дополнительные разъемы, которые используются для размещения дополнительной памяти, тюнера, MPEG- или 3D-ускорителя или еще какого-нибудь прибора.

Основные компоненты видеокарты изображены на рис. 12.12. Цифрами обозначе­ны: 1 — видеопроцессор. Он настолько интенсивно и жарко работает, что закрыт радиатором для охлаждения. А на самых современных графических ускорителях приходится использовать даже вентиляторы; 2 — набор микросхем видеопамяти; 3 — микросхема ПЗУ, в котором зашита программа управления видеопроцессо­ром; 4 — специальный разъем для передачи информации из ОЗУ в видеопамять; 5 — разъем для передачи информации из процессора в монитор.



Рис.12.12. Внешний вид и основные компоненты видеокарты

При комплектовании компьютера в первую очередь следует обратить внимание на следующие важные характеристики видеокарты:

чипсет;

RAMDAC;

частота регенерации;

разрешение экрана;

память видеокарты.

Чипсет (chipset) — набор микросхем, фактически главный компонент видеокарты и от того, насколько хорошо он реализован, зависят и ценность, и возможности вашей карты. Одной из главных характеристик чипсета является его пропускная способность (bandwidth). Сегодня на рынке комплектующих можно встретить 64-битные и 128-битные видеокарты. Естественно, что последние более быстрые и более дорогие.

RAMDAC(Random Access Memory Digital to Analog Converter) — частота преоб­разования цифровых данных в аналоговые. Нормальной частотой сегодня следует считать 250 МГц, то есть произведение системой 250 миллионов операций в се­кунду. Что это означает на практике? Каждый раз, когда генерируется картинка, она обрабатывается RAMDAC и выводится на монитор. Даже если картинка не меняется, все равно изображение на мониторе нужно постоянно и с очень боль­шой скоростью обновлять. Поэтому чем выше частота RAMDAC, тем изображе­ние качественнее, то есть более четкое и устойчивое, а производительность систе­мы в целом — более высокая. От значения частоты RAMDAC зависит также частота регенерации. Нужную частоту RAMDAC можно вычислить по следующей фор­муле:

Частота = вертикальное разрешение х горизонтальное разрешение х частоту ре­генерации х 1,32 (коэффициент, связанный с той временной задержкой, с кото­рой лучи доходят от катода до поверхности люминофора).

Например, чтобы получить разрешение 1600 х 1200 с частотой регенерации экра­на 85 МГц, нам потребуется RAMDAC с частотой 215424 000 Гц, или 215,4 МГц.

Частота регенерации (refresh rate) показывает, сколько раз в секунду будет обнов­ляться картинка на экране дисплея. Чем выше его значение — тем лучше. От него зависит, как сильно будет мерцать монитор и, соответственно, насколько будут уста­вать ваши глаза при длительном сидении за компьютером. Минимальная приемле­мая частота для 14"-15" монитора при максимально возможном разрешении 75 Гц. Лучше, если монитор способен работать при частоте 80-85 Гц. Видеокарта долж­на давать солидный запас прочности, то есть при разрешении 1024 х 768 она долж­на обеспечивать 120 Гц (если вы не собираетесь использовать при этом монитор размером больше 21 дюйма по диагонали). Но лучше еще больше — 150-170 Гц.

Разрешение экрана (resolution) выше 1024 х 768 используют сегодня только про­фессионалы, занимающиеся графикой, и владельцы больших мониторов. Тем не менее хорошо, если видеокарта в силах выдерживать разрешение 1600 х 1200 при нормальной (75 Гц) частоте регенерации. Правило: больше — лучше.

Для обычной, двухмерной графики достаточно памяти видеокарты 8 Мбайт. Это позволит обеспечить максимально возможное разрешение 1600 х 1200 при 24-бито­вой глубине (16,7 млн. цветов). Однако в последних моделях видеокарт со встро­енными 3D-ускорителями используется дополнительная память — как минимум еще 8 Мбайт. На картах следующего поколения установлены уже 32 Мбайт памяти, и это, видимо, не предел целесообразности. Память на современных видеокартах встречается в основном двух видов — SDRAM и SGRAM, из которых последняя выполнена по более сложной технологии и поэтому стоит дороже, хотя характери­стики и быстродействие у них очень схожие.

Все видеоданные должны быть доставлены к месту назначения по широкой (64-128-разрядной) и быстрой магистрали. За пропускную способность шин, на кото­рых работают видеокарты, отвечают спецификации ISA, PCI, AGP.

Функции графического ускорителя

Графический ускоритель нужен для ускорения прорисовки экрана. Это связано с тем, что при работе с изображениями (особенно в векторной графике) перерисовка занимает значительную часть ресурсов компьютера. Когда речь идет о работе с двух­мерной графикой, то практически любые графические карты последнего поколения, а также и многие карты, созданные уже довольно давно, демонстрируют превосход­ные эксплуатационные показатели и прекрасную работу. Карты типа ATI Rage Pro, Intel i740 и nVidia Riva 128 — это вполне приемлемый выбор для тех, кто планиру­ет пользоваться Adobe Photoshop или CorelDRAW. Данный вывод обусловлен тем, что все эти карты имеют 8-32 Мбайт оперативной видеопамяти, которой вполне достаточно для обработки большого количества цветов с высокой разрешающей способностью. Можно посоветовать самое последнее поколение графических карт и ускорителей, которое включает 3Dfx Voodoo Banshee и VoodooS, nVidia Riva TNT и TNT2, ATI Rage 128, Matrox G200 и G400 или S3 Savage и Savage 4. Они будут также нуждаться по крайней мере в 16 Мбайт оперативной видеопамяти, чтобы обрабатывать текстурные файлы с нормальным уровнем качества и достаточно бы­стро. У каждого компьютерного фотохудожника могут быть свои собственные пред­почтения. Например, чип SDfx's 3-D-only Voodoo2 имеет ярко выраженную специа­лизацию для работы с трехмерной графикой высокого уровня. Поэтому его могут использовать те пользователи, которые работают с AutoCAD 2000 и 3D-MAX.

Выбор видеокарты под монитор

Для нового поколения игр необходимы видеокарты, чипы которых поддерживают стандарты ЗD-ускорения, На данный момент с этой задачей лучше других, на наш взгляд, справляются видеокарты на чипах RivaTNT/TNT2/TNT2 Vanta. Для сис­тем средней производительности они имеют оптимальный объем видеопамяти — 16 Мбайт. Кроме того, упомянутые карты прекрасно справляются с профессио­нальной 20-графикой и являются идеальным решением для офисных и домаш­них систем. Если вы купите такую видеокарту сейчас, вам еще очень долго не при­дется задумываться об очередной модернизации.

Для профессионалов компьютерной графики, дизайнеров и художников лучшим выбором может стать только Matrox — модели G200 или более новые — G400.

Пользователям, не нуждающимся в мощных игровых SD-ускорителях и сверхка­чественной обработке двухмерной графики, можно порекомендовать поставить ви­деокарту Intel 740/752 или одну из дешевых моделей ATI.

Абсолютное большинство современных видеоадаптеров выполняется для AGP-слота. Поэтому, покупая PCI-видеокарту, убедитесь, что в вашем компьютере есть свободное гнездо шины PCJ.

Сегодня практически все видеокарты выпускаются с 4 Мбайт (и более) видеопамя­ти. Они поддерживают миллионы цветов почти для всех размеров мониторов. Тем не менее надо быть готовым, что вам может попасться видеокарта с меньшим объ­емом видеопамяти. В этом случае полезно иметь представление о количестве цве­тов, обеспечиваемых такими видеокартами для различных мониторов:

• 1 Мбайт видеопамяти предоставляет миллионы цветов на 14-дюймовом мони­торе и тысячи — на 15-дюймовом;

• 2 Мбайт видеопамяти дают миллионы цветов на 14- и 17-дюймовых монито­рах, тысячи цветов — на 19-дюймовом мониторе или на мониторе размером в 21 дюйм.