AK vaizdo sistema

PK VAIZDO SISTEMOS STRUKTŪRA

IBM PK vaizdo sistema susideda iš displėjaus, kuriame atvaizduojama informacija ir vaizdą formuojančios grafinės plokštės.
Grafinėje plokštėje visuomet yra ROM mikroschema su vaizdo sistemos BIOS (Basic Input Output System), taktinių impulsų generatorius, kuris formuoja vaizdo sistemai valdyti ir sinchronizuoti reikalingus impulsus, vaizdo atmintis (vRAM), sauganti atvaizduoti skirtus duomenis, displėjaus procesorius, kuriame integruoti pagrindiniai programuojamieji vaizdo sistemos elementai, grafikos procesorius, generuojantis dvimačius (2D) ir trimačius (3D) vaizdus ir kodinis analoginis keitiklis, paverčiantis iš vRAM ateinančius skaitmeninius signalus analoginiais, kuurie valdo displėjaus ekraną. 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 monitoriui su kineskopu valdyti.
Displėjaus procesorius yra vaizdo plokštės „nervinis centras“. Jį sudaro: skleistinės valdiklis generuoja signalus, valdančius displėjaus eilučių ir kadrų skleistinę ekrane, informacijos perdavimą iš vRAM, ir atlieka kitas funkcijas. Požymių dekoderis iššifruoja vRAM ląstelėse esančią informaciją apie vaizdo taško arba simbolio papildomas savybes, pvz., jo irr fono spalvą. Vaizdo režimo kontrolės blokas perjungia vaizdo sistemą darbui EGA, VGA ar kitu režimu. Vaizdo signalų (video signalų) generatorius formuoja displėjui vaizdo signalą.

Displėjus – pagrindinis kompiuterio informacijos išvesties įtaisas, skirtas tekstinei ir grafinei informacijai išvesti į ekraną. Būna dviejų ti

ipų displėjai –su kineskopu ir plokštieji (dažniausiai skystųjų kristalų).

DISPLĖJŲ RŪŠYS

Su IBM PK tipo kompiuteriais naudojami šių rūšių displėjai: spalvotieji ir monochrominiai. Spalvotuose displėjuose vaizdas yra formuojamas iš raudono, žalio ir mėlyno liuminoforo šviečiančių taškų, o monochrominiuose – iš vienos spalvos (dažniausiai baltos, žalios arba rudos) liuminoforo šviečiančių taškų. Monochrominiai displėjai dabar naudojami retai ir tik su specialios paskirties kompiuteriais (tarkime, aptarnaujančiais kasos aparatus). Labiausiai paplitę yra spalvotieji displėjai:
· Su įvairaus dydžio ekranais. Dažniausiai naudojami displėjai, kurių ekrano įstrižainė siekia nuo 14 iki 21 colio. Reikia turėti galvoje ir tai, kad matomo vaizdo įstrižainė yra 5 – 10 procentų mažesnė. Šiuo metu labai populiarūs ir dažai naudojami yra 15 colių įstrižainės ekraną turintys displėjai. Jeigu gi vartotojas prie ekrano praleidžia itin daug laiko, jo kompiuteriui labai tiktų 17 colių įstrižainės diisplėjus. 20 – 21 colio įstrižainės displėjai yra daugiau naudojami leidyboje ir kompiuterinio projektavimo sistemose.
· Su skirtingais atstumais tarp vienos spalvos liuminoforo (šviečiančios medžiagos) taškų centrų. Šis atstumas tiesiogiai apibūdina vaizdo ryškumą, taip pat ir displėjaus kokybę. Kokybiškų displėjų ekranuose šis atstumas yra 0,25 – 0,26 mm, „vidutinės klasės“ 0,28 mm, o žemiausios kokybės displėjų ekranuose 0,31 0,39 mm (ir net daugiau).

VAIZDO SUDARYMAS

Displėjuose su kineskopu vaizdą piešia trys elektronų spinduliai, nuosekliai žadindami ekrano vidinę pusę dengiančius liuminoforus, kurie skleidžia raudoną, žalią ir mėlyną šviesą. Spinduliais piešiamo vaizdo kiekvieno taško atspalvis pr

riklauso nuo spindulių intensyvumo, keičiamo kompiuterio grafinės plokštės siunčiamu signalu. Piešti kadrą spinduliai pradeda iš kairiojo viršutinio ekrano kampo. Piešdami vaizdo eilutę, jie vienodu greičiu perbėga ekraną iki dešiniojo krašto ir truputį žemiau piešia kitą eilutę. Taip eilutė po eilutės nupiešiamas vienas kadras ir pradedamas piešti naujas.

Plokščiuosiuose ekranuose, kuriuos sudaro diskretinių indikatorių matrica, taškas yra valdomas koordinatiniu būdu, paduodant signalus į stulpelių ir eilučių elektrodus. Taško šviesumas priklauso nuo indikatoriaus žadinimo trukmės.

PK ekrane vaizdas beveik visuomet piešiamas kadrais, o ne puskadriais kaip televizoriuje. Kadrų skleidimo dažnis svyruoja nuo 60 iki 150 Hz. Kuo jis didesnis, tuo mažiau vargina akis. Šiuolaikiniai displėjai gali dirbti su keliais labiausiai paplitusiais grafinio informacijos atvaizdavimo standartais. Dauguma jų automatiškai prisitaiko prie standartų, naudojančių skirtingus eilučių ir kadrų skleidimo dažnius.

Nespalvotuose kineskopuose naudojami liuminoforai, švytintys balta spalva. Spalvotuosiuose – raudonai, žaliai ir mėlynai švytinčių liuminoforų triados RGB (Red, Green, Blue). Šios spalvos parinktos todėl, kad tamsiame fone (ekrano fonas yra juodas) jas maišant (spalvas sumuojant) galima gauti beveik visus akimi matomus atspalvius. Norint geriau atskirti spindulius, kurių kiekvienas turi žadinti tik vienos spalvos liuminoforą, prie ekrano yra skylėtieji (dažniau) arba plyšėtieji tinkleliai. Elektronų spindulius triadoms žadinti formuoja trigubos elektronų patrankos, kurių kiekviena žadina savo spalvos liuminoforą.

PLOKŠTIEJI EKRANAI

Skystųjų kr

ristalų plokštieji ekranai

Kišeniniams ir nešiojamiesiems PK naudojami plokštieji nespalvotieji ir spalvotieji, daugiausia skystųjų kristalų, ekranai. Skystųjų kristalų ekranuose, angliškai vadinamuosiuose LCD (Liquid Cristal Display) panaudojama kai kurių skystųjų kristalų ilgų molekulių savybė orientuotis išilgai jas veikiančio elektrinio lauko. Tai vadinamasis TN (Twisted Nematics) efektas. Kadangi skystieji kristalai patys šviesos neskleidžia, dažnai už ekrano įrengiamas dienos šviesos šaltinis. Geriausi ir brangiausi yra TFT (Thin Film Transistor) tipo skystųjų kristalų displėjai, kurių kiekvieną ekrano ląstelę valdo atskiras tranzistorius. Tokie displėjai brangūs, nes, pavyzdžiui, 1024 x 768 x 3 = 2359296 ląstelės su tranzistoriais.

Liuminescensinio šaltinio skleidžiama baltoji šviesa, prieš patekdama į skystųjų kristalų sluoksnį, yra išskaidoma ir poliarizuojama. Šviesa, perėjusi per spalvų filtrą, išeina per viršutinį poliarizatorių tik ties sužadintais tranzistoriais. Triadoje galimos visos RGB spalvų kombinacijos, tai yra 8 spalvos. Daugiau atspalvių gaunama keičiant triados tranzistorių žadinimo trukmę. Pavyzdžiui, ilgiau žadinant raudoną spalvą valdantį tranzistorių, ši spalva bus intensyvesnė. Tokie displėjai gali atvaizduoti daugiau negu 256 spalvas. (yra plokščiųjų ekranų, galinčių atvaizduoti net 16000000 atspalvių).

Peršviečiamieji ekranai yra kontrastingesni, tačiau suvartoja daugiau energijos už atspindinčiuosius, kurie gali būti naudojami tik esant geram išoriniam apšvietimui. Naudojant peršviečiamąjį ekraną kaip skaidrę projektoriuje, galima PK sukurtą vaizdą projektuoti į didesnį ekraną.

Plazminiai ekranai (mažai naudojami)

Plazminiuose ekranuose daugiausiai naudojamos neono dujos arba argono ir neono du

ujų mišinys, todėl jie švyti rausvai oranžine spalva. Yra ekranų, maitinamų nuolatine įtampa, ir ekranų, maitinamų kintamąja įtampa. Abiem atvejais ekranas yra sudarytas iš dujų pripildytų ląstelių, turinčių du elektrodus. Vienas elektrodas turi būti skaidrus. Valdymo signalai paduodami ekrano eilutėms ir stulpeliams. Nuolatinės įtampos ekranai neturi vidinės atminties, kintamosios gali ją turėti. Plazminiams ekranams reikia palyginti aukštos įtampos – apie 200 V.

SKIRIAMOSIOS GEBOS IR EKRANO DIDUMO ASPEKTAI

Taškų skaičius, kuris paprastai rašomas kaip taškų skaičiaus horizontalia kryptimi (eilutėje) ir taškų skaičiaus vertikalia kryptimi (stulpelyje) sandauga, yra vadinamas displėjaus skiriamąja geba. Pavyzdžiui, skiriamoji geba 640´480 reiškia, kad vaizdas ekrane yra formuojamas iš 640 tašų horizontalia kryptimi ir 480 taškų vertikalia kryptimi (viso yra 307200 taškų). Kuo didesnė ekrano skiriamoji geba, tuo ryškesnis ir detalesnis vaizdas.
Kineskopų skiriamąją gebą nusako atstumas tarp artimiausių vaizdo taškų, spalvotajame kineskope – tarp triadų centrų, milimetrais. Angliškai jie vadinami Pitch, Dot-Pitch, Tri-Dot-Pitch. Pvz., VGA displėjuose jis yra 0,25 – 0,31 mm eilutėje (1 lentelė).
Vaizdo kokybė priklauso nuo ekrano skiriamosios gebos (eilučių ir stulpelių skaičiaus ekrane), spalvingumo (atspalvių skaičiaus) ir kadrų dažnio (per sekundę parodomų kadrų skaičiaus): kai šis dažnis yra mažas, žmogaus akis mato vaizdo mirgėjimą ir drebėjimą, kuris visiškai išnyksta, kai kadrų skleidimo dažnis yra ne mažesnis nei 75 – 80 Hz.

1 lentelė. Maksimalus priimtinas atstumas (mm) tarp taškų įvairios skiriamosios gebos displėjų ekranuose.
Skiriamoji geba Ekrano įstrižainė coliais

14 15 17 19 21
640×480 0,44 0,48 0,54 0,60 0,67
800×600 0,36 0,38 0,43 0,48 0,53
1024×786 0,28 0,30 0,34 0,38 0,42
1280×1024 0,22 0,24 0,27 0,30 0,33
1600×1200 0,18 0,19 0,22 0,24 0,27

Su IBM PK tipo kompiuteriais yra naudojami displėjai, kurių skiriamoji geba, dažniausiai, yra 640×480, 800×600, 1024×1024, 1280×1024 ir 1600×1200 (arba 1600×1280) taškų. 800×600 ar 1024×768 taškų skiriamoji geba yra pakankama daugeliui užduočių. Tačiau redaguojant tekstus, leidybinėje veikloje, dirbant su grafinėmis programomis ir brėžiniais yra patogiau dirbti su 1280×1024 ar 1600×1200 (1280) taškų skiriamosios gebos displėjais.
Pasirenkant displėjaus didumą, reikia atsižvelgti į skiriamąją gebą ir atstumą tarp vienos spalvos liuminoforo taškų centrų. Juk jeigu vienos spalvos liuminoforo skaičius yra mažesnis už tą, kurį bando išvesti programa, tai ekranas neturi pakankamai taškų vaizdui suformuoti. Tokiu atveju vaizdas bus neryškus, o mažų jo detalių nebus matyti.

2 lentelė. Displėjų, turinčių tam tikrą skiriamąją gebą, duomenys.
Skiriamoji geba Displėjus
800×600 14 colių įstrižainės displėjus.
1024×768 15 colių įstrižainės displėjus, kurio ekrane atstumas tarp vienos spalvos liuminoforo taškų yra ne mažesnis negu 0,28mm arba praktiškai kiekvienas 17 colių įstrižainės displėjus.
1280×1024 17 colių įstrižainės displėjus, kurio ekrane atstumas tarp vienos spalvos liuminoforo taškų yra 0,25-0,26 mm arba kiekvienas didesnės negu 17 colių įstrižainės displėjus.
1600×1200 21 colio įstrižainės displėjus.

Žinodami, kokia skiriamoji geba reikalinga, iš šios lentelės galite sužinoti, koks gi turėtų būti displėjus.

DISPLĖJŲ KALIBRAVIMAS

Kai kuriais atvejais displėjai turi ne tik išvesti į ekraną įvairias spalvas, bet ir labai tiksliai atkurti jas. Dėl šios priežasties tokie displėjai privalo turėti spalvų atkūrimo tikslumo reguliavimo, tai yra kalibravimo priemones. Displėjų kalibravimui yra naudojamos atitinkamos programos. Kartais yra naudojamas ir specialus prietaisas – kalibratorius, kuris matuoja displėjaus ekrane matomų spalvų intensyvumą. Jį naudojant spalvų atkūrimo tikslumas reguliuojamas labai paprastai, nes vartotojui tereikia nurodyti kalibravimo tikslumą.

VAIZDO PLOKŠTĖS (VALDIKLIAI)

Elektroninės schemos, formuojančios vaizdo signalą, o kartu ir ekrane matomą vaizdą, yra sumontuotos ant vienos plokštės, kuri vadinama vaizdo plokšte arba vaizdo valdikliu. Paprastai ši plokštė yra įstatoma į atitinkamą kompiuterio sisteminės magistralės jungtį, tačiau kai kuriuose kompiuteriuose šis valdiklis tiesiog įeina į sisteminės plokštės sudėtį. Vaizdo valdiklis iš kompiuterio mikroprocesoriaus gauna vaizdo formavimo komandas, formuoja vaizdą savo tarnybinėje atmintyje, kuri vadinama vaizdo atmintimi, ir tuo pat metu vaizdo atminties turinį paverčia vaizdo signalu, kurį siunčia į displėjų.

· Kai kurie vaizdo valdikliai gali išvesti į displėjaus ekraną judančius vaizdus. Tokių valdiklių pavadinime paprastai yra anglų kalbos žodis „video“. Kiti valdikliai leidžia dirbti su trimačiais vaizdais (jų pavadinimuose yra indeksas 3D).
· Yra valdiklių, kurie leidžia išvesti televizinį vaizdą į langą displėjaus ekrane, išvesti kompiuterinį vaizdą į televizoriaus ekraną. Taip pat leidžia kurti atskirų vaizdo signalo kadrų (perduodamų iš vaizdo kameros, vaizdo magnetofono ir t.t.) skaitmeninius modelius ir juos užrašyti į diskinį kaupiklį.

VAIZDO REŽIMAI

Displėjų dokumentuose būna nurodyta, kokiais vaizdo išvedimo režimais jie dirba. Kiekvieną vaizdo režimą apibūdina vaizdo skleidimo dažnis ir taškų, iš kurių formuojamas vaizdas, skaičius.

Tekstiniai ir grafiniai režimai

IBM PK tipo kompiuterių vaizdo valdikliai gali dirbti įvairiais režimais. Šie režimai gali būti dviejų rūšių: tekstiniai ir grafiniai.
Grafiniame režime vaizdo valdiklis vaizdą formuoja kaip stačiakampį tinklelį iš taškų, kurių kiekvieno spalvą galima nurodyti atskirai. Tokiu būdu į ekraną galima išvesti tekstus, grafikus, piešinius ir pan., o išvedant tekstus, galima naudoti įvairiausius šriftus, spalvas, įvairaus dydžio raides ir kitus simbolius, įvairiai tas raides ir simbolius išdėstyti.
Dirbant tekstiniu režimu, displėjaus ekranas sąlyginai padalinamas į tam tikrus sektorius – simbolių vietas. Dažniausiai ekraną sudaro 25 tokių sektorių eilutės po 80 simbolių vietų kiekvienoje. Į kiekvieną tokį sektorių gali būti išvestas vienas iš 256 galimų simbolių. Šie simboliai – tai raidės, skaitmenys, skyrybos ženklai ir įvairūs specialūs simboliai. Vienam tokiam sektoriui apibūdinti pakanka dviejų baitų informacijos: baito su simbolio kodu ir baito su simbolio ir fono spalvų kodais.
Tekstiniu režimu galima sparčiai dirbti net su pačiais lėčiausiais kompiuteriais, nes jį naudojant, vaizdo valdikliui reikia perduoti šimtus ir net tūkstančius kartų mažiau informacijos, negu dirbant grafiniu režimu. Tačiau šio režimo vaizduojamosios galimybės yra itin ribotos: tik 256 simboliai, ne daugiau nei 16 spalvų tiek simboliams, tiek fonui, ir jokių grafikų ar paveikslėlių. Todėl šiandien tekstiniu režimu gali dirbti tik DOS operacinė sistema ir kai kurios darbui jos terpėje pritaikytos programos.

Teksto ir specialiųjų simbolių atvaizdavimas

Tekstui ir simboliams atvaizduoti ekranas yra suskirstomas laukeliais.
Raidėms skiriama ne mažiau kaip 5×7 rastro elementų. Tuomet vienai raidei (įskaitant tarpelius tarp raidžių) pakanka 6×8 rastro elementų langelio arba 6 baitų atminties. Ekrane, turinčiame 640×200 elementų, galima pavaizduoti 25 tokio teksto eilutes po 106 simbolius. Kai simboliui skiriama 8×8 taškų, į eilutę telpa 80 simbolių. Dažniausiai ekrane būna 25 eilutės ir 80 stulpelių.
Simbolių rinkinys priklauso nuo programos galimybių. Jame yra grafiniai (|/), matematiniai (+-<>=), užsienio kalbų (ÊËÇœŵ) ir kiti simboliai. Simbolius formuoja ROM arba RAM esantis simbolių generatorius. Jį sudaro simbolių etalonai. Etalono stulpelio kodas yra lygus eilučių, kuriose yra ‘1’, kodų sumai. AK pradėjus veikti, etalonai dažniausiai perrašomi į vRAM, kur juos, reikalui esant, galima programiškai modifikuoti. Ekrane vaizduojamų simbolių ASCII kodai yra vaizdo atmintyje, kurios ląstelės numeris atitinka simbolio eilės numerį ekrane.

Keičiant ekrano skiriamąją gebą, keičiasi ir būtinoji vRAM talpa. Didinant skiriamąją gebą, dažniausiai didinamas simbolio aukštis, pvz., VGA sistemoje simboliui skiriama 16×8 rastro elementų. Teksto ekranui nereikia didelės vRAM, nes simboliai vaizduojami iš anksto fiksuotuose laukeliuose ir įsimenami tik jų ASCII kodai.
Nespalvotam teksto ekranui, sudarytam iš 25 eilučių ir 80 stulpelių, kai galimi 256 skirtingi 8×8 simboliai, reikia 256×8=2048 baitų vRAM simbolių etalonams įsiminti, nes kiekvienas jų, koduojant kiekvieną stulpelį, aprašomas 8 baitais, ir mažiausiai 25×80=2000 baitų – simbolių kodams ir koordinatėms ekrane įsiminti, kai simboliui yra skirtas tik vienas baitas. Dažniausiai simboliui skiriami du baitai. Pirmajame saugomas simbolio kodas, antrajame – jo požymiai, pvz., fono ir simbolio spalva.
Spalvotojo vaizdo sudarymas

Kaip ir televizoriuje, jis sudaromas iš trijų signalų R, G, B atitinkančių raudoną, žalią ir mėlyną spalvas. Iš kompiuterio išeina atskiri spalvų, kadrų ir eilučių sinchronizavimo signalai arba vaizdo signalas. Spalvų signalai gali būti analoginiai (kaip ir televizijoje) arba diskretiniai, kai spalvos intensyvumas yra koduotas dvejetainiu kodu.
Atspalvių skaičius ekrane priklauso nuo R, G, B signalų lygių skaičiaus, tai yra nuo to, keliais bitais aprašoma kiekviena pagrindinė spalva. Pvz., aprašę kiekvieną jų 1 bitu, gausime 2x2x2 atspalvių, o aprašę kiekvieną spalvą baitu, gautume 256x256x256=16777216 atspalvių.

Grafinės informacijos atvaizdavimas

Grafiniuose displėjuose vaizduojami grafiniai simboliai, brėžiniai, diagramos, paveikslai, statiški ir judantys objektai. Jie yra sudaryti iš taškų. Šiuolaikinio PK displėjuje galima matyti ne tik daugiaspalvius erdvinius vaizdus, bet ir animacinius filmus. Vaizdavimo kokybę lemia displėjaus skiriamoji geba, spalvingumas, vRAM talpa, PK gebėjimas greitai apdoroti vaizdus ir programinė įranga.

VAIZDO GENERAVIMO IR APDOROJIMO ĮRANGA

Grafikos sistema

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 monitoriui.
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.

Grafinis procesorius

Grafiniai, arba vaizdo, procesoriai (GP) naudojami įvairiose kompiuterinėse vaizdavimo ir vaizdų apdorojimo sistemose, taip pat ir PK. Šiuolaikinis GP yra specializuota mikroschema. Joje gali būti grafinis (Graphics) ir atvaizdavimo (Display) procesoriai, vRAM valdiklis, magistralė, įvairūs interfeisai ir kt. Jis yra tarp CP ir vRAM.
GP pavaduoja CP vaizduojant ekrane įvairius objektus, valdant „langus“, ir taip labai paspartina PK veikimą. GP greitis I lankstumas priklauso nuo jo programuojamumo. Programuojamasis GP paprastai yra lankstesnis, jo paprasčiau galima nupiešti standartines figūras. Neprogramuojamasis GP sparčiai piešia standartines figūras. Priklausomai nuo paskirties GP gali valdyti mažesnes ar didesnes vRAM, t.y. skirtingos skiriamosios gebos ir spalvingumo ekranus. GP bendrauja su CP per vidinius registrus. Įrašant į juos tam tikrus kodus, galima keisti ekrano skiriamąją gebą, formuoti teksto ar grafinį ekraną, piešti standartines figūras, jas spalvinti, perkelti atskiras vaizdo dalis ir kt. Gavęs komandą GP ją vykdo savarankiškai.
Grafiniame procesoriuje yra simbolių, vektorių ir standartinių figūrų generatoriai, jie generuoja vaizdus.
Simbolių generatorių sudaro ROM, kurioje saugoma programa ir standartinių simbolių matricos. Simbolių didumas, spalva ir orientacija yra programuojami.
Vektorių generatorius paspartina grafinio vaizdo piešimą ekrane. Įvairaus ilgio vektoriams piešti gali būti naudojamos skirtingos procedūros.
Kurią figūrą – tiesę, stačiakampį, apskritimą ar kt. – generuoti, standartinių figūrų generatoriui nurodo CP, atsiųsdamas trumpą kodą. Neprogramuojamieji GP turi didelį standartinių figūrų rinkinį ir greitai jas piešia. Tačiau nestandartines jie piešia iš standartinių figūrų, valdomi CP. Programuojamuosiuose GP sudėtinga figūra yra aprašoma programiškai palyginti ilgu kodu, tačiau jį gavęs GP, figūrą piešia savarankiškai.
Atvaizdavimo procesorius formuoja displėjaus valdymo signalus.
Grafikos sistemos darbas

Informacijos perkėlimo į ekraną procesą supaprastintai galima įsivaizduoti taip:
· Programa nurodo, ką vaizduoti.
· 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, monitoriaus skleistinės valdymas, simbolių ir geometrinių figūrų generavimas, objektų transformavimas.
· Parengta vaizdo informacija įrašoma į vRAM.
· Grafikos sistemoje, kuri skirta monitoriams 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 sekundę perduodamų vaizdo kadrų skaičius ir vaizdą sudarančių taškų skaičius. Plokštiesiems monitoriams valdyti RAMDAC nereikia.

Kuo talpesnė vRAM, tuo iš daugiau taškų sudarytą ir spalvingesnį vaizdą galima matyti ekrane. Spalvoto vaizdo ekraną sudaro trys įvairiais intensyvumais švytintys R, G ir B liuminoforų taškai (triados). Jei kiekvieno triados taško švytėjimas valdomas vienu bitu (švyti arba nešvyti), galima gauti 2³=8 vaizdo taško atspalvius. Jeigu vaizdą sudaro 800×600 taškų, visam vaizdui įsiminti reikės 800x600x3=1440000 bitų arba 176 KB talpos vRAM.
Vaizdo priklausomybė nuo vRAM talpos parodyta 3 lentelėje.

Skiriamoji geba vRAM talpa ir spalvų skaičius

512 KB 1 MB 2 MB 4 MB 6 MB
640×480 256 16700000 16700000 16700000 16700000
800×600 256 65536 16700000 16700000 16700000
1024×768 16 256 65536 16700000 16700000
1280×1024 2 16 256 16700000 16700000

Trimatės (3D) grafikos ypatybės

Ne taip senai 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 objektų 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 gan 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.

VAIZDO ATMINČIŲ STRUKTŪROS

Jos priklauso nuo vaizdo sistemos paskirties ir grafiškai dažniausiai vaizduojamos bitinėmis plokštumomis.
Įrašius vaizdą į keturias plokštumas, kiekvieną jo tašką nusako 4 bitų kodas, kuris gali būti atvaizduotas 16 spalvų. Norint nepadidinus atminties gauti 64 spalvas, galima panaudoti spalvų lentelę, sudarytą iš 16 registrų po 6 skiltis kiekviename. Spalvotajam displėjui valyti reikia trijų lygiagrečių R, G ir B signalų. Juos galima gauti, pvz., suskirsčius lentelės registrus dalimis po dvi skiltis ir prie jų prijungus skaitmeninius analoginius keitiklius, kurių išėjimuose ir bus reikalingi R, G, B signalai. Kiekviename kanale bus keturių intensyvumų signalai, kurių pakaks 64 spalvoms gauti. Taip sudarytose vaizdo sistemose labai paprastai ir greitai galima keisti vaizdo spalvinę gamą, nes tam pakanka pakeisti tik spalvų lentelių turinį. Ši galimybė panaudoja grafinių programų paketuose įvairiems efektams gauti, pvz., judesiui imituoti. Spalvų lentelės naudojamos tol, kol vienu metu vaizduojamų spalvų skaičius prašoka 256.
Kai reikia tuo pat metu atvaizduoti daugiau negu 256 spalvas, patogiau naudoti po vieną atskirą plokštumą R, G ir B spalvoms. Tuomet kiekvienos tašką sudarančios spalvos intensyvumas koduojamas keliais bitais. Pavyzdžiui, aprašant kiekvieną vaizdo tašką baitu, raudoną spalvą galima koduoti trimis, žalią irgi trimis, o mėlyną spalvą – likusiais dviem bitais. Tuomet ekrane bus galima gauti 8*8*4, tai yra 256 spalvas.
Aprašytieji vRAM valdymo būdai yra patogūs, kai vaizdas perdažomas stambiais elementais. Atskirų vaizdo taškų spalvą greičiausiai galima keisti kai visi tašką aprašantys bitai yra vienoje plokštumoje greta vienas kito.

Kompiuterinė grafika, animacija ir programinė vaizdo įranga.

1. Grafiniai redaktoriai

Grafiniai redaktoriai leidžia kurti ir redaguoti piešinius. Sąlyginai juos galima suskirstyti į tokias rūšis:
· Paprasčiausi redaktoriai – juos naudojant, galima piešti linijas, kreives, nuspalvinti ekrano dalis, sukurti įvairius užrašus nestandartiniais šriftais ir t.t. Tokie redaktoriai yra Windows (Paintbrush arba Paint).
· Redaktoriai, skirti fotografinių, pieštų ir skeneriu įvestų vaizdų apdorojimui (pavyzdžiui Aldus Photostyler). Skirtingai negu paprasti redaktoriai, jie gali apdoroti didelių išmatavimų vaizdus (kartais sudarytus iš tūkstančių taškų horizontaliai ir vertikaliai), ir, kartu su paprasčiausių redaktorių galimybėmis, turi daug įvairių vaizdo arba atskirų jo dalių transformavimo, ryškumo ir kontrasto nustatymo priemonių, leidžia naudoti nesudėtingus spalvinius efektus ir taip toliau.
· Redaktoriai, skirti rastrinių meninių ir kitokių vaizdų kūrimui. Kartu su fotografinių vaizdų apdorojimui skirtų redaktorių galimybėmis, šie redaktoriai suteikia bene plačiausias piešimo ir įvairių efektų naudojimo galimybes. Daugelis tokių redaktorių leidžia piešti grafinėje lentoje, atkurti įvairią piešimo techniką (aliejus, guašas, pastelė.) ir taip toliau. Šiam darbui skirtos programos – Adobe Photoshop (bene geriausia), Fractal Design Painter, Fauve Matisse ir kitos.
· Objektinės (vektorinės) grafikos procesoriai, skirti darbui su vaizdu, sudarytu ne iš spalvotų taškų, bet iš įvairių objektų – linijų, raidžių ir taip toliau. Kiekvienas objektas turi tam tikras savybes – išdėstymą, linijų ilgį, storį ir spalvą, kaip ir kokia spalva yra užtušuoti. Tokie redaktoriai (pirmiausiai Corel Draw, o taip pat Adobe Illustrator, Micrografix Designer ir kitos) yra labai populiarūs, nes jais naudojantis galima pakankamai paprastai ir patogiai kurti gana sudėtingus ir gražius vaizdus.
· Redaktoriai trimačių vaizdų kūrimui (Autodesk 3D Studio, Corel Dream 3D, Ray Dream Designer ir kiti) leidžia vaizduoti trimačius objektus, juos nuspalvinti, nurodyti šviesos šaltinių išdėstymą, tokiu būdu sukuriant pakankamai tikrovišką trimatį vaizdą. Teoriškai yra įmanoma sukurti vaizdą savo kokybe prilygstantį fotografijai, tačiau tam tikslui reikia sukurti ypatingai tikslų objekto matematinį modelį, o tai yra labai daug darbo reikalaujantis uždavinys.

Paprastai, kuriant ir apdorojant įvairius vaizdus, rastrinės, objektinės ir trimatės grafikos redaktoriai dažnai naudojami juos derinant. Pavyzdžiui objektų (žmonių, gyvūnų ir taip toliau) nuotraukos yra apdorojamos su Adobe Photoshop, o po to ant jų uždedami užrašai ir kiti piešiniai, sukurti naudojantis Corel Draw ar trimačių objektų vaizdi, sukurti naudojantis Autodesk 3D Studio.

2. Programos kompiuterinei animacijai

Kompiuterinei animacijai kurti skirtos programos leidžia kurti dvimačius ir trimačius judančius objektų modelius ir, juos valdant ir derinant, kurti nesudėtingus animacinius filmukus. Tokių programų pavyzdžiai yra firmos „Autodesk“ programa 3D Studio, firmos „CrystalGraphics“ programa Crystal Topas Prof, programos Lightwawe 3D, Elastis Reality ir kitos. Vėlgi teoriškai, naudojant tokias programas galima kurti labai tikroviškus ir išraiškingus efektus ir pasiekti vaizdo kamera filmuoto vaizdo kokybę. Tačiau tam tikslui reikia sukurti labai tikslius ir sudėtingus modelius, kuriems atkurti reikia itin daug laiko, naudojant net ir pačius galingiausius IBM tipo personalinius kompiuterius. Todėl tokiems darbams yra naudojami kitokie kompiuteriai (pirmiausiai firmos Silicon Graphics kompiuteriai). Naudojantis jais ir analogiškomis, tik tobulesnėmis programomis, yra kuriami dinozaurai, kosminiai laivai, ateiviai, ir kiti netikėčiausi triukai, be kurių šiandieninė filmų industrija atrodytų visai kitaip.

3. Programos dinaminio vaizdo kūrimui

Kompiuterinio dinaminio vaizdo kūrimui skirtos programos (žinoma jei yra atitinkama įranga) leidžia tiesiškai ir netiesiškai sumontuoti vaizdo kamera filmuotus vaizdus. Tiesinis montavimas yra filmuotos medžiagos fragmentų sujungimas, naudojant įvairius nesudėtingus efektus. Dažnai kompiuteriu yra atliekamas tik montavimo „juodraštis“, tai yra sudaromas tik montavimo scenarijus, o galutinai montuojama, naudojant aukštos klasės studijinę įrangą. Tiesinio montavimo atveju yra naudojamos įvairios montavimo scenarijų sudarymo, titrų kūrimo ir kitos panašios programos. Netiesinis filmuotos medžiagos fragmentų montavimas yra paties filmuoto vaizdo apdorojimas kompiuteriu. Jis leidžia sukurti žymiai didesnę vaizdo efektų įvairovę ir naudoti žymiai daugiau įvairių išraiškos priemonių, tačiau reikalauja galingesnio kompiuterio. Netiesiniam montavimui yra naudojama Adobe Premiere ir kitos programos bei specialios plokštės.

VAIZDO ĮRANGA

Animacinius vaizdus (Mortion Video) į kompiuterį reikia įvesti iš vaizdo kameros ar vaizdo magnetofono, o vaizdus iš kompiuterio reikia išvesti į televizorių ar vaizdo magnetofoną. Kai kada tam skirta palyginti prastos kokybės įranga būna grafikos sistemoje.
Televizinį signalą pritaikyti kompiuteriui ir atvirkščiai gana sudėtinga, kadangi televizinis vaizdas skiriasi eilučių, jas sudarančių taškų skaičiumi, kadrų piešimo būdu (piešiama puskadriais kas antra eilutė) ir per sekundę nupiešiamų vaizdų skaičiumi (kadrų dažniu). Televizinio vaizdo kadrų dažnis yra 25 Hz, o kompiuterio generuojamas kadrų dažnis būna 70 ir daugiau hercų. Televizinis signalas yra analoginis, o kompiuteris naudoja tik skaitmeninius signalus. Taip pat skiriasi signalai, piešiantys vaizdą televizoriaus ir monitoriaus ekrane. Dėl to, kad televizoriaus ekrane vaizdas piešiamas puskadriais, kad televizoriaus ekrano skiriamoji geba mažesnė ir kad kompiuterio siunčiami R, G, B signalai verčiami video signalu, kompiuteriu kuriamas vaizdas televizoriuje dažniausiai būna blogesnis už matomą monitoriaus ekrane.

Kaip veikia vaizdo sistema?

Įvedant vaizdą, analoginis video signalas iš vaizdo kameros ar magnetofono perduodamas į video keitiklį (dekoderį), kuris video signalą paverčia spalvų (R, G, B) signalais. Spalvų signalai patenka į analoginį – skaitmeninį keitiklį, kuris analoginius signalus paverčia skaitmeniniais. Jie magistrale perduodami į kompiuterio RAM ir diskinį kaupiklį bei grafikos sistemą, kuri rodo vaizdą monitoriaus ekrane.
Įvestą į kompiuterį vaizdą galima tam skirtomis programomis apdoroti ir vėl išsaugoti diske.
Išvedant vaizdą, skaitmeninis vaizdo signalas iš diskinio kaupiklio per kompiuterio RAM patenka į grafikos sistemą, magistrale – į vaizdo sistemą, kur skaitmeninis-analoginis keitiklis skaitmeninius spalvų signalus paverčia į analoginius, o video keitiklis (koderis) – video signalu.
Jeigu vaizdo sistema turi garso kanalą, panašiai įvedamas, apdorojamas ir išvedamas garso signalas.
Skaitmeninis vaizdo (pvz., filmo) signalas, kurį reikia išsaugoti diske arba įrašyti į CD-ROM, programiškai arba aparatūriškai suglaudinamas, pavyzdžiui, MJPEG procesoriumi. Išvedant suglaudintą vaizdą (pvz., žiūrint CD-ROM diske įrašytą filmą), jis „išskleidžiamas“ ir tik tada keičiamas į video signalą.

VAIZDO KAMEROS IR SKAITMENINIAI FOTOAPARATAI

Į kompiuterį perkeliamus įrašus galima nufilmuoti vaizdo kamera, o statinius vaizdus patogiausia nufotografuoti skaitmeniniu fotoaparatu.

Vaizdo kameros

Vaizdo kameros yra analoginės ir skaitmeninės.
Analoginės kameros turi videosignalo išvesties jungtį, kurią sujungus su televizoriaus videosignalo įvesties jungtimi vaizdas matomas televizoriaus ekrane. Iš tokios kameros vaizdą į kompiuterį galima įvesti tik tada, kai kompiuteryje yra įranga televiziniam vaizdui apdoroti. Analogine vaizdo kamera nufilmuotos medžiagos kopija kitoje vaizdajuostėje yra prastesnė už originalą. Gaminamos VHS, Video 8, Hi-8 ir S-VHS tipų mėgėjiškos analoginės vaizdo kameros. Nuo kameros tipo priklauso vaizdajuostės konstrukcija ir kokybė.
Skaitmeninės kameros vaizdo signalą į vaizdajuostę įrašo skaitmenine forma, todėl jį kopijuojant signalo kokybė nekinta. Jų skiriamoji geba yra apie 500 eilučių kadre. Signalas įrašomas kompiuteriui suprantamu skaitmeniniu DV (Digital Video) formatu. Skaitmeninės vaizdo kameros gali turėti analoginio ir skaitmeninio videosignalų įvesties ir išvesties jungtis. Gaminamos kameros dirbti su specialiomis „midi-DV“ vaizdajuostėmis ir su analoginių kamerų 8 mm vaizdajuostėmis.
Vaizdo kameroje vaizdas per objektyvą yra projektuojamas į raudonai, žaliai ir mėlynai šviesai jautrių fotoelementų (dažniausiai CCD) matricas. Geriausiose kamerose kiekvienos spalvos šviesa yra projektuojama į atskirą matricą. Kuo daugiau matricoje elementų, tuo didesnė kameros skiriamoji geba. Pavyzdžiui, kameros, turinčios 300000 fotoelementų matricą ir gerą objektyvą, maksimali skiriamoji geba gali būti 365×273 taškų. Fotoelementų sukurti elektriniai signalai apdorojami ir atitinkamu formatu įrašomi į magnetinę juostą.
Vaizdo įrašymo ir skaitymo mechanizmas analoginėje kameroje yra toks pat kaip vaizdo magnetofone. Vaizdo įraše yra kur kas daugiau informacijos negu garso įraše, todėl ir juostelėje jis užima daugiau vietos. Gerų vaizdo magnetofonų būgne būna keturios galvutės: dvi vaizdui įrašyti ir skaityti normaliu greičiu, o kitos dvi – vaizdui skaityti sukant juostelę didesniu greičiu arba ją sustabdžius. Garsas į juostelę įrašomas viename juostelės pakraštyje arba tarp vaizdo įrašų. Kitame juostelės pakraštyje įrašomi valdymo signalai.
Skaitmeninės vaizdo kameros yra brangesnės už analogines. Skaitmeninį signalą iš vaizdo kameros ar vaizdajuostės į kompiuterį galima įvesti tik tada, jei jame įrengta IEEE 1394 ar kita tokios paskirties sąsaja.
Filmuojamam vaizdui stebėti kamerose yra maži ekranai arba akutės. Vaizdo kameros stabilizuoja vaizdą, kad įraše nesijaustų nevalingų rankos judesių, turi keičiamo židinio objektyvą filmuojamam objektui „pritraukti“ 10 – 22 kartus, baltos spalvos balansavimo įrangą, keičiamą diafragmą ir išlaikymą, gali sukurti įvairius vaizdo efektus. Daugumą minėtų operacijų jos gali atlikti automatiškai.

Skaitmeniniai fotoaparatai

Skaitmeniniame fotoaparate vaizdas projektuojamas ne į fotojuostą, o į fotoelementų matricą, kuri jį paverčia elektriniu signalu. Elektrinis signalas apdorojamas ir skaitmenine forma įrašomas į atmintinę. Aparatai labai patogūs, nes nuotrauka gaunama iš karto, ją galima įvesti į kompiuterį ir perduoti ryšio kanalais. Skaitmeniniai fotoaparatai gali registruoti 1536×1024 ir daugiau taškų bei kelių milijonų atspalvių vaizdus.
Skaitmeniniams fotoaparatams naudojamos CMOS (pigesniems) ir CCD (brangesniems) tipo fotoelementų matricos. Nufotografuotą vaizdą fotoaparatas saugo „flash“ tipo vidinėje atmintyje, diskelyje arba diskiniame kaupiklyje. Fotoaparatuose su diskiniu kaupikliu galima išsaugoti daugiau nuotraukų, bet jie naudoja gerokai daugiau elektros energijos ir yra kur kas jautresni sutrenkimams nei aparatai su puslaidininkinėmis atmintinėmis. Dažniausiai nufotografuoti vaizdai išsaugomi JPEG arba „FlashPIX“ formatų bylose, kai kada – fotoaparato gamintojo formatu. Daugumai fotoaparatų galima nurodyti vaizdo suglaudimo koeficientą. Informacija iš fotoaparato į kompiuterį dažniausiai perkeliama per nuosekliąsias RS 232, USB sąsajas. Iš kai kurių fotoaparatų galima fotografiją išvesti į televizoriaus ekraną arba perrašyti į vaizdo magnetofoną.
Daugelyje fotoaparatų yra ekranas fotografuojamam objektui stebėti. Ekranas padeda tiksliau nustatyti aparato parametrus, leidžia peržiūrėti nuotraukas, nepatikusias ištrinti iš atminties. Kai kurie fotoaparatai turi mikrofoną komentarams įrašyti.

Literatūra:
Kompiuterija. Kaunas 2000.
Vadovas kompiuterio vartotojui. Vilnius 1995.
Bangimantas Starkus „Personalinis kompiuteris“. Kaunas 1996.
V.E.Figurnovas „IBM PK vartotojui“. 1998.

Leave a Comment