کارت گرافیک

 

منبع: مجله رایانه شماره 140

کارت های گرافیک امروزی دائما در حال به روز شدن هستند و با برخورد داری از ویژگی های متنوع، گیج کننده به نظر می رسند. نگاهی دقیق تر خواهیم داشت بر آنچه که می خواهید بدانید.

اگر تابه حال درایور کارت گرافبک خود را باز کرده و تنظیمات آن را دستکاری کرده باشید،گیج شدن شما قابل بخشش است. فیلتر آنیزوتروپیک و هموار ساز تمام صفحه(FSAA) اصطلاحاتی است که احتمالا گیم بازان با آن آشنا هستند، اما این نام ها، مشکلی را حل نمی کند. این واقعیت که شرکت های ATI و NVIDIA دائما در حال افزودن ویژگی های جدید هستند هم هیچ دردی را دوا نمی کند. عملکرد کارت های گرافیک هر 6 ماه یکبار ارتقاء می یابد و مطلع ماندن از این تغییرات ماندن از این تغییرات دشوار است. با این همه نباید از تنظیمات مذکور غافل ماند چرا که اهمیت بسیاری دارند (تغییر هر یک از آنها می تواند به میزان قابل ملاحظه ای بر کیفیت تصویر سرعت بازی های کامپیوتر شما تاثیر بگذارد ). در این مقاله ، هدف ما راز گشایی عملکرد کارت های گرافیک است . تغییر کلیه تنظیمات روی درجه آخر(ماکزیمم)، بازی خوش منظره ای را در اختیار شما می گذارد اما احتمال پرش تصویر هم وجود دارد. تعداد فریم در ثانیه(fps) یکبازی نیز نیز به همان اندازه اهمیت دارد. معمولا سرغت فریم fps30 (fps 5 سریعتر از تلویزیون) بازی روان و راحتی را فراهم می آورد. برخی از ویژگی های جدید تازه ترین کارت های گرافیک ATI و Nvidia را هم توضیح داده ایم. بخش هایی از تصاویر را درشت تر کرده ایم تا مشاهده عملکرد تنظیمات راحت تر شود، اما تغییرات نمایشگر ممکن است ظریف تر باشد. بالاخره ، بخشی را هم به تشریح جنبه های فنی نسل بعدی رابط کارت گرافیک(PCI Express) اختصاص داده ایم که در حال تسخیر بازار است. این فن آوری جدید که سرعت انتقال آن سریعتر از AGP و داده های دوطرفه است، می تواند کیفیت بازی ها را اساسا بهبود ببخشد.

RESOLOTION
قدرت تفکیک یک بازی 3 بعدی اهمیتی معادل قدرت تفکیک یک کامپیوتر رومیزی 2بعدی دارد. اجرای بازی با قدرت تفکیک بالاتر، کیفیت بهتری دارد. به زبان ساده، قدرت تفکیک بالاتر به معنای تعداد پیکسل بیشتر است که به خود معنای جزئیات بیشتر و تصاویر شطرنجی کمتر می باشد. تصاویر نمونه ما بازی FarCray را در قدرت تفکیک 600×800 و1200×1600 نشان می دهند.همان طور که می بینید، تصویر قدرت تفکیک بالا(سمت چپ و بالا) جزئیات بیشتری از گیاهان را به نمایش می گذارد. با این همه، هر چقدر قدرت تفکیک بالاتر باشد، هر فریم حافظه بیشتری را اشغال می کند. بعلاوه، هر فریم به پردازش بیشتری نیز نیاز دارد که سرعت بازی را کند می کند.

ANTI-ALIASING
تصاویر صحفه نمایش، درست مثل رنگ آمیزی مربع ها در کاغذ شطرنجی ، با استفاده از پیکسل های مربع شکل ایجاد می شوند. این ویژگی در مورد لبه های افقی و عمودی عالی عمل می کند اما اشیاء زاویه دار، نمایی دندانه ای شکل دارند که به اختصار دندانه ها خوانده می شود. برای رفع این مشکل، کارت گرافیک از هموارساز تمام صفحه (FSAA) استفاده می کنند تا از شدت مشکل فوق بکاهند. عملیات هموارسازی شامل تحلیل این لبه های دندانه ای و احاطه کردن آنها با سایه روشن های بینابینی است تا حاصل کارملایم تر باشد. می توانید در درایور کارت گرافیک خود، FSAA را فعال کنید. بسته به مدل کارت، گزینه های مختلفی همچون 2x، 4x و8x وجود دارد. روش دقیق هر کارت گرافیک بسته به فروشنده آن متفاوت است اما معمولاFSAA 2x ، اکثر دندانه ها را از بین می برد، 4x تقریبا همه دندانه ها را برطرف می کند و همین طور الی آخر. هرمرحله مستلزم قدرت پردازشی بیشتر است و سرعت بازی را کند می کند. تصاویر ما، تفاوت میان FSAAغیر فعال و4xFASS را در بازی FarCry نشان می دهند.

TEXTURE QUALITY
برای آنکه مدل توپرهای 3 بعدی به معادل های خود در جهان واقعی شبیه تر باشند، بازی ها از بافت هایی(texture) استفاده می کنند که به دور اشیاء پیچیده می شود.
بافت ها فایل های تصویری هستند که مثلا نمای یک دیوار آجری را ایجاد می کنند. در اغلب بازی ها، گزینه هایی برای تغییر کیفیت این بافت ها وجود دارد. بافت های با کیفیت بالاتر، قدرت تفکیک بالاتری دارند و واقعی تر بنظر می رسند.
بافت های با کیفیت پایین تر قدرت تفکیک پایین تری دارند و تار بنظر میرسند. در نگاه نزدیک که جزئیات بیشتری دیده می شود، مشاهده تفاوت های این دو حالت راحت تر است. اشیاء دور چندان متفاوت بنظر نمی رسند. بافت های با کیفیت بالاتر حافظه بیشتری را اشغال می کنند وبرای نمایش به پردازش بیشتری نیاز دارند.بافت های با کیفیت پایین تر شاید چندان خوش منظره نباشد اما آنها به حافظه کمتری نیاز دارند و پردازش آنها بسیار ساده تر است.

FILTERING
همانطور که گفته شد ، بازی ها از بافت هایی استفاده می کنند که به مدل های 3 بعدی منظره ای واقعی می بخشد. دو نمای نزدیک این بافت ها کیفیت بالایی دارند . و بسیار خوش منظره هستند. اما اشیاء دور، هر چقدر به نقطه تلاقی (vanishing point) پرسپکتیو نزدیکتر باشند، پیکسل های کمتر و اعوجاج تصویر، اشیاء دور تارتر می شوند. و درست در همین لحظه است که کار فیلترینگ آغاز می شود. فیلترینگ دو خطی و سه خطی، بافت های فوق را تقویت می کند و اثر تارکنندگی آنها را می کاهد، فیلترینگ خطی است و بر لبه های مستقیم هر بافت عمل می کند. روش بهتر، روش آنیزوتروپیک است که اعوجاجات حاصل از انطباق بافت ها بر اشیاء سه بعدی را در نظر می گیرد. این روش نیز، سطوح متفاوتی(2x،4x وغیره) دارد که سطوح بالاتر، تصاویر بهتری ایجاد می کنند اما بار پردازش را افزایش می دهند.

BUMP MAPPING
در مورد بعضی اشیا، از قبیل آب و توپ های گلف، مدل سازی ،تک تک چین و شکن ها وقت گیر و دشوار است. روش ساده تر استفاده از چین و شکن ساز(Bump Mapping) است.
چین و شکن ساز با استفاده از جلوه های نور، توهم برآمدگی ها و فرو رفتگی های کوچک 3بعدی را بوجود می آورد. معمولا این تکنیک مورد استفاده طراحان بازی ها قرار می گیرد و شما هیچ کنترلی بر استفاده یا عدم استفاده آن ندارید. با این همه،دانستن تفاوت های آنها جالب است. تصاویر فوق نمایش بازی Tide Pool محصول Nvidia است.
NORMAL MAPS
اگر چه چین و شکن ساز معمولا مناظر جالبی ایجاد می کند اما در نمای نزدیک، حاصل کار بسیار صاف و هموار است. تکنیک بهتر برای اشیایی با جزئیات بسیار،استفاده از نقشه های طبیعی (normal maps) است.
این تکنیک می تواند مدلی را که فقط از تعداد کمی چند بهره می گیرد بگونه ای تغییر دهد که انگار از چند ضلعی های بیشتری استفاده کرده است . نقشه های طبیعی، بافت های خاصی هستند که چگونگی قرار گرفتن هر پیکسل را توصیف می کنند و اگر با مدل های نوری به کار روند، سطوح 3 بعدی واقعی تری را ایجاد می کنند . با عمال نقشه های طبیعی بر یک مدل، میزان جزئیات آن افزایش می یابد. نقشه های طبیعی، درست مثل بافت ها، برای پوشاندن یک مدل به کار می روند . اما نقه طبیعی در وهله اول اعمال می شود تا نورپردازی صحیح صورت پذیرد. پس از این کار، برای تکمیل فرآیند بافت خود داراست . نقشه های طبیعی در کارت گرافیک حافظه زیادی را اشغال می کنند.
حتی با حافضه درونی 256 مگا بایت هم طراحان بازی ها در بکارگیری نقشه های طبیعی با محدودیت مواجه هستند. این مساله، بکارگیری نقشه های طبیعی در بازی ها را دشوار می سازد. معمولا طراحان مشکل فوق را دور می زنند و نقشه های طبیعی را فقط بر شخصیت های اصلی ("قهرمان") اعمال می کنند که بیشتر از سایرین به نمایش در می آیند .

ATI 3Dc
همان طور که گفته شد نقشه های طبیعی به معنای استفاده از مدل هایی با چند ضلعی عای کمتر است اما آنها حافظه زیادی را اشغال می کنند که همین مسئله تعداد و کیفیت کاربرد آنها را محدود می سازد ATI برای حل این مشکل، فن آوری فشردگی 3بعدی(3Dc) را عرضه کرده است. این فن آوری، نقشه طبیعی را فشرده می کند یعنی نقشه هایی با کیفیت بالاتر، حافظه کمتری را اشغال می کنند. Direct X هم فن آوری فشرده سازی دارد که چندادن خوب عمل نمی کند و ممکن کیفیت تصویر را تغییردهد.
فن آوری ATI، کیفیت تصویر را به میزان زیادی بهبود می بخشد. اما فن آوری 3Dc در حال حاضر فقط در کارت های جدید ATI از قبیل X800 موجود است. بعلاوه باید بازی های مخصوص این فن آوری نوشته شود.

SHADER MODEL
در تمامی بازی ها از مدل سایه زن درون Direct X استفاده می شود. این مدل به طراحان اجازه می دهد روتین هایی بنویسند که مثلا جلوهای نوری را در بازی ها ایجاد کند. با پیشرفت Direct X، کیفیت مدل سایه زن نیز پیشرفت کرده است.
Nvidia نخستین شرکتی است که تاکنون از سایه زن مدل 3(SM3) پشتیبانی کرده است. نرم افزار پشتیبانی کننده این ویرایش جدید برای FarCry در راه است.
این مدل جدید نمایش تصاویر واقعی از جمله نقشه گسل ها را امکان پذیر می سازد که مشکل صاف بنظر رسیدن بعضی مدل های 3 بعدی در نمای نزدیک را حل می کند.

بهینه سازی بازی ها
بسیاری از ویژگی هایی را که در صفحات گذشته توصیف شدند می توان تنظیمات درایور کارت گرافیک یا در داخل خود بازی تغییر داد. بسختی می توان گفت که کدام تنظیمات به سرعت فریم مناسب منجر می شود. در این بخش درباره پیکربندی صحیح بازی ها و کسب بهترین تجربه ها از آنها سخنی خواهیم گفت. در ابتدا به درون درایور کارت گرافیک یا در داخل خود بازی را تغییر داد. بسختی می توان گفت که کدام تنظیمات به سرعت فریم مناسب منجر می شود . در این بخش ، درباره پیکربندی صحیح بازی ها و کسب بهترین تجربه ها از آنها سخنی خواهیم گفت .
در ابتدا به درون درایو کارت گرافیک می رویم . در دسک تاپ کلیک راست کرده وProperties را انتخاب نمایید بر روی نمایش اولیه خود دو بار کلیک کرده و بعد از کلید Monitor را کلیک کنید . مطمئن شوید که سرعت نوسازی مناسب راانتخاب کرده اید (60 هرتز و یا بالاتر) . نمایشگرها وسایل اسکن لحظه به لحظه هستند و در هرتز(HZ) کل صفحه را بازسازی می کنند. اگر درایور شما، همزمان با سرعت نوسازی و نمایشگر،تنظیم شده باشد(تنظیم درایوری که به Vertical Sync یا Vsync معروف است)، تعداد فریم در ثانیه(‌fps) بازی از سرعت نوسازی تجاوز نخواهد کرد. اگر سرعت فریم با سرعت نوسازی هماهنگ نباشد، پرش مزاحمی به وجود می آید، س برای رفع این مشکل سرعت نوسازی خود را در بالاترین حد ممکن تنظیم کنید. Vsunc را تنها در صورتی باید غیر فعال نمود که قصد اجرای برنامه های آزمون کارایی داشته باشد.
برای سنجش سرعت فریم یک بازی می توانیداز Fraps(www.fraps.com ) در حدود 30 فریم در ثانیه مطلوب است و هرچه سرعت بالاتر باشد بهتر است. خیلی هول نشوید و سرعت را بالا و بالاتر نبرید چرا که بالای 60 فریم در ثانیه، اصلا متوجه تفاوت نمی شوید .
سرعت های فریم بالاتر به این معناست که کامپیوتر شما زحمت اجرای آن بازی خاص را به خود هموار نمی کند و انرژی بسیاری باید صرف مناظر پیچیده تر شود.
توصیه زیر کاملا راه گشاست چرا که موازنه میان عملکرد و کیفیت ، گزینه ای بسیار سلیقه ای است. در نظر داشته باشید که یک کامپیوتر پیشرفته با جدیدترین کارت گرافیک، بهتر از کامپیوترهای قدیمی از عهده مشکلات بر می آید. ور رفتن با این تنظیمات و آشنایی با طرز کار آنها بهترین توصیه است و این موضوع واقعا آزمون خطاست . بیاد داشته باشید که بعضی از بازی ها یک تنظیم عیب دارند که برحسب ویژگی های کامپیوتر شما بهترین تنظیمات را به طور خودکار انجام خواهد داد .

درایورها
اینترنت آکنده از بحث های مربوط به درایورهای کارت گرافیک است که به بررسی تغییرات ویرایش های جدیدتر در راستای سرعت های فریم بالاتر در ازای افت کیفیت می پردازند. بحث های فوق از حوصله این مقاله خارج است. اما، به عنوان یک قانون کلی بعید نیست که هر چند ماه یکبار درایورها ی خود را به روز کنید تا به بهترین نتایج دست یابید. در ایورها می توانند تا ثیر زیادی بر عملکرد بازی ها داشته باشند.

قدرت تفکیک
قدرت تفکیک عاملی مهم در هر بازی است و مساله اصلی برقراری موازنه میان قدرت تفکیک و فعال کردن تنظیمات کیفیتی از قبیل هموارساز است. در ابتدای کار، بازی را در قدرت تفکیک 768×1024 اجرا کنید و هیچ ویژگی دیگری را فعال نکنید. Fraps را کنترل کنید و از سرعت فریم با خبر شوید. اگر این سرعت در حول و حوش 30 فریم در ثانیه است، قدرت تفکیک را تا 600×800 پایین بیاورید تا سرعت زیاد شود. اگر سرعت در حدود 80 فریم در ثانیه است، سرعت مناسبی است تا بعضی ویژگی های پیشرفته را فعال کنید . اگر سرعت از این حد بالاتر است و نمایشگر شما هم از قدرت تفکیک های بالاتر پشتیبانی می کند، سعی کنید قدرت تفکیک را بالاتر ببرید.

تنظیمات پیشرفته
با این فرض که قدرت تفکیک را قبت کرده ایم و بازی با سرعتی در حدود70-80 فریم در ثانیه اجرا می شود، حالا نوبت تنظیمات پیشرفته موجود در درایور کارت گرافیک است.
مهمترین تنظیمات فوق، تنظیمات فیلترینگ و هموارساز تمام صفحه هستند(FSAA) .
فیلترینگ سه خطی و 2Xfsaa بازی خوش منظره ای را در اختیار شما قرار می دهند.
این تنظیمات را تغییر دهید و بازی خود را دوباره اجرا کنید. اگر سرعت فریم به کمتر از 30 فریم در ثانیه رسید باید قدرت تفکیک را یک درجه پایین تر بیاورید. اگر تصویر همچنان پرش دارد باید هموار ساز را غیرفعال کنید.
اگر این تنظیمات سرعت فریم را چندان کاهش نمی دهد، فیلترینگ آنیزوتروپیک را به 2x و هموارساز را به 4x افزایش دهید. قاعده اینست که تنظیمات را پله پله افزایش دهید تا زمانی که بازی غیر قابل اجرا شود.
با این همه ، می گویند که به منظور دستیابی به یک بازی خوش منظره، آنیزوتروپیک 4x و4xFSAA کافی است.

تنظیمات کیفیت
درون خود بازی هم، تنظیمات کیفیت از قبیل بافت وجود دارد. اگر بازی شما به خوبی اجرا می شود، می توانید برخی از تنظیمات کیفیت را بالاتر ببرید و تاثیر آنها بر بازی را مشاهده کنید. توصیه کردن در این مرحله بسیار دشوار است چرا که تنظیمات بازی ها با یکدیگر متفاوت است.

بازی های جدید قدیمی
احتمالا در می یابید که تنظیمات را باید برحسب نوع بازی تغییر دهید. بازی های قدیمی برای کامپیوترهای ابتدایی نوشته می شدند پس باید بتوانید آنها را با تنظیمات دقیق تر اجرا کنید . بازی های جدید برای بهره گیری از آخرین نرم افزار ها نوشته می شدند و هوش مصنوعی پیچیده تری دارند. احتمالا در می یابید که باید تنظیمات دقیق را چند درجه کاهش دهید تا به عملکرد مطلوب آنها دست یابید .

PCI Express
PCI Express ، پروت گرافیک AGP و جایگاه PCI را از مادر بردها جدا می کند . در مورد کارت های گرافیک هیچ گزینه ای وجود ندارد : مادر بوردهای آتی اینتل که از مجموعه تراش های 915 و925X استفاده می کنند، جایگه APG نخواهد داشت . بدون کارت گرافیک مناسب PCI Express، جهان سه بعدی رنگی را باید فراموش کرد. وضعیت دیگر کارت های گسترش از جمله کارت های شبکه و صدا، اضطرار کمتری دارد.
در عوض، همانند موقعیت گذار از ISA به PCI، مادربردهای جدید( دست کم در چند سال آینده ) هم جایگاه PCI Express و هم جایگاه قراردادی PCI خواهند داشت.
مزیت PCI Express در گذار از فن آوری اتصال موازی به اتصال سری نهفته است. با این کار از سرعت های بالاتر داده ها، آرایش ساده تر و ارزان تر تخته مدار پشتیبانی می شود و این اتصال قابل اعتمادتر هم هست . عملکرد رابط PCI Express هم چندین درجه دارد و درجات 1x،2x،4x و 16x در این استاندارد تعریف شده است. این ضرایب، تعداد پیوندهای PCI Express را نشان می دهد که برای ساختن پهنای باند مدرج رابط فوق بکار می رود.
انواع PCI Express را بر حسب طول مختلف اتصال دهنده های مادربرد می توانید تشخیص دهید. ساده ترین ویرایش یعنی 1x PCI Express سرعت داده های 23/0 گیگا بایت در ثانیه دارد که دو برابر سرعت PCI است و برای اکثر کارت های گسترش کاملا مناسب است. PCI Express 16x پهنای باندی بالغ بر 7/3 گیگا بایت در ثانیه را ممکن می سازد.

ویدئو، تنها برنده است.
بخاطر رابط PCI Express ، کارت های سه بعدی آتی عملکرد سریعتری نخواهند داشت. تغییر AGP 4x به AGP 8x سرعت را فقط اندکی افزایش می دهد. کارت های گرافیک جدید حافظه محلی فراوانی بالغ بر 256 مگابایت دارند و حتی وقتی از بافت گسترده و داده های هندسی استفاده می کنند به ندرت مجبور می شوند که داده ها را از طریق باس گرافیک به حافظه سیستم انتقال دهند. به عبارت دیگر، پهنای باند باس، نسبتا بی اهمیت است.
PCI Express در صورتی آشکار می شود که که این کارت را در مورد ویرایش ویدئویی به کار ببرید. در این حالت، داده ها از سیستم به کارت گرافیک و بالعکس جریان می یابد. مثلا در یک کارت تلویزیونی، تراشه گرافیک در ابتدا سیگنال تلویزیونی را به جریان mpeg تبدیل می کند و آن را برای ذخیره شدن دیسک سخت، ارسال می نماید.
کارت های گرافیک AGP،در این نقطه ضعفی دارد: باس AGP یکطرفه است و به درد انتقال یکسویه داده ها می خورد: بالغ بر 2 گیگا بایت در ثانیه را می توان از سیستم به کارت گرافیک انتقال داد اما سرعت انتقال در جهت معکوس به 266 مگابایت در ثانیه محدود می شود. داده ها در هر زمان فقط در یک جهت انتقال می یابد. اما در PCI Express 16x ، انتقال ،7/3 گیگابایت داده در ثانیه در هر دو جهت بطور همزمان امکان پذیر است. این کارت گرافیک می تواند بدون افت عملکرد، یک سیگنال ویدئویی با قدرت تفکیک بالا، پهنای باند بسیار اهمیت دارد: مثلا HDTV برای انتقال یک جریان ویدئویی منفرد در قدرت تفکیک 1080×1920 پیکسل به سرعت 250 مگابایت در ثانیه نیاز دارد که بسیار بیشتر از سرعت جریان مخالف AGP است.

اولین کارت ها
سازنده تراشه گرافیک یعنی Nvidia تصمیم گرفته است که گذار بهPCI Express را ساده سازد . در ابتدا کارت های جدید از تراشه های موجود استفاده می کنند اما در کنار آن از یک تراشه پل مانند مکمل استفاده می شود تا به عنوان مترجم میان رابط AGP تراشه گرافیک و رابطPCI Express کارت قرار گیرد. اتصال AGP برای همراهی با پهنای باند بیشتر PCI Express ، در فرکانسی مضاعف یعنی معادل 16xAGP اجرا می شود.
Nvidia سرگرم ساخت ویرایش های PCI Express از اتمام کارت های موجود است. معماری سه بعدی و مشخصات عملکردی آن بی تغییر می ماند. مثلا کارت GeForce FX-5950 AGP در ویرایش PCI Express به صورت GeForce PCX 5950 موجود خواد بود .
GeForce PCX 5750 و5300، منهای تفاوت هایی جزئی در فرکانس ، تفاوت چندانی با کارت های 5200 AGP و FX 5700 ندارند. با نگاهی به آینده، شایان ذکر است که تراشه پل مانند، رابط سرعت بالا مناسب(HIS) به شکل دیگری نیز عمل می نماید و از PCI Express به AGP ترجمه می کند. چنانچه Nividia در نیمه دوم امسال بطور کامل به فن آوری PCI Express روی آورد، همچنان می توانید برای نسخه های جدید کارت های AGP را با HIS بکارببرید. ATI خیلی زود تصمیم گرفت که به تراشه هایی با رابط خالص PCI Express از Radeon X800 درجه اول، عرضه شدند، تراشه های جدید هم آماده شده بود .

آزمون و خطا
تلاش کردیم تا در این راهنمای فشرده، مبانی اصلی را پوشش دهیم، اما عوامل بسیاری دربازی ها داخل هستند . تنها کاری کا می توانید انجام دهید، تغییر تنظیمات است تا زمانی که دیگر قابل بازی کردن نباشد. اگر تصویر پرش داشت احتمالا خود را روی درجات بالا تنظیم کرده اید. این کار یک فرایند آزمون و خطاست، اما هرچقدر تنظیمات را بیشتر تغییر می دهید، پیکربندی بازی راحت تر می شود.