Ekran Kartı Nedir(Nasıl Çalışır?)

Konu: Ekran Kartı Nedir(Nasıl Çalışır?) Salı Tem. 05, 2011 11:35 am

Hemen hepimizin bilgisayar almaya kalktığımızda ilk seçtğimiz
parçalardan biri de ekran kartıdır ama sadece işlemci, bellek ve sabit
diske bakarak bilgisayar seçtiğimiz günlerin üzerinden o kadar da uzun
yıllar geçmedi. Şimdi yeri geldiğinde bir bilgisayar parası
verebildiğimiz ekran kartlarına biraz yakından bakalım.

Ekrandaki Görüntü Nasıl Oluşur?

Monitörünüze yeteri kadar yakından bakarsanız görüntünün çok küçük
noktalardan oluştuğunu görürsünüz. İşte bu noktlara görüntünün en küçük
birimi olan piksel diyoruz. Her pikselin kendine ait renk ve yoğunluk
bilgileri vardır. Daha genel bir tanımla piksel için ekranın bağımsız
olarak kontrol edilebilir en küçük parçası olduğunu söyleyebiliriz. İşte
bu piksellerden binlercesi bir araya gelerek ekrandaki görüntüyü
oluşturuyor.

Çözünürlük

Çözünürlüğün görüntü kalitesini belirleyen en önemli faktör olduğunu
söyleyebiliriz. Çözünürlük, ekrandaki görüntünün kaç pikselden
oluşacağını belirler ve yatay ve dikey piksel cinsinden belirtilir
(800×600,1024×768 gibi). Çözünürlük arttıkça görüntü birbirinden
bağımsız olarak kontrol edilebilen daha çok pikselden oluşur ve görüntü
kalitesi de yükselir.

Windows 95 ile hayatımıza giren "scaleable screen objects" teknolojisi
sayesinde çözünürlük arttıkça ekrandaki kullanılabilir alan da artar.
Windows ekranında çözünürlük ne olursa ekrandaki nesneleri oluşturan
piksel sayısı değişmez. Çözünürlük arttıkça pikseller de küçüleceği için
nesneler daha az yer kaplar ve masaüstündeki kullanılabilir alan
çözünürlükle doğru orantılı olarak artar.

Çözünürlük arttıkça yükselen görüntü kalitesinin de bir bedeli var tabi
ki: Çözünürlük yüseldikçe kontrol edilmesi gereken piksel sayısı ve
dolayısıyla da gerekli işlem gücü, ayrıca bu piksellerin bilgilerini
tutmak için gerekli bellek miktarıyla onların transferi için gereken
bellek bant genişliği artar. Bu yüzden de performans düşer. Kullanmak
istediğiniz çözünürlüğü hem ekran kartınız desteklemeli, hem de
monitörünüz fiziksel olarak gerekli sayıda pikseli ekranda
oluşturabilmeli.

Renk Derinliği

Piksellerin kendilerine ait renklerinden bahsetmiştik, piksellerin
alabileceği renkler kırmızı, yeşil ve maviden türetilir. İşte renk
derinliği bu renklerin miktarını belirler. Renk derinliği ne kadar
artarsa her pikselin alabileceği renk sayısı artar, renkler gerçeğe daha
yakın olur.

Renk derinliği bit cinsinden belirtilir, işlemcilerle ilgili yazımızda
bitlere kısaca değinmiştik. Her bit 1 ve 0 olarak iki değer alabilir. 8
bit kullanıldığında bu bitlerden 28 = 256 kombinasyon üretilir. Aynı
şekilde 8 bit renk derinliğinde de her piksel için 256 renk
kullanılabilir.

İnsan gözünü aldatıp ekrandaki görüntüyü gerçek gibi göstermek için
kullanılan üç rengin de (kırmızı, yeşil ve mavi) 256`şar tonu
gereklidir, bu da renk başına 8 bitten 24 bit yapar. Bu moda True Colour
(Gerçek Renk) adı verilir. Fakat çoğu güncel ekran kartı görüntü
belleğini kullanma yöntemleri yüzünden pikselleri bu modda göstermek
için 32 bite ihtiyaç duyarlar. Kalan 8 bit alpha kanalı (piksellerin
saydamlık bilgisini tutar) için kullanılır.

High Colour (16 bit) modunda ise yeşil için altı ve maviyle kırmızı için
de beşer bit kullanılır. Yeşil için 64, maviyle kırmızı için de renk
başına 32 farklı yoğunluk vardır bu modda. Renk kalitesinde 32 bite göre
çok az fark olsa da piksel başına 4 yerine 2 byte (8 bit = 1 byte)
hafıza gerekeceğinden 32 bite göre performans avantajı sağlar.

256 renk (8 bit) modu ilk duyuşta size renk fakiri izlenimi verebilir
fakat renk paleti denen bir yöntemle bu 8 bit olabilecek en verimli
şekilde kullanılarak renk kalitesi biraz arttırılır. Renk paletinin
mantığı söyledir: Kullanılacak 256 renk gerçek renk modundaki 3 bytelık
renklerden seçilir ve bu renklerden bir renk paleti oluşturulur. Her
program ilgili paletteki 256 renkten istediğini seçip kullanabilir.
Böylece örneğin kırmızı için iki, mavi ve yeşil için de üçer bit
kullanılarak elde edilen renklerden daha canlı renkler elde edilebilir
ve elimizdeki 8 bit en verimli şekilde kullanılmış olur.

En çok kullanılan üç renk modunu tanıdık, peki ekran kartımız
üretemediği renklere ne yapıyor? Sistemimizin 256 renge ayarlı olduğunu
fakat 16 bitlik bir resim dosyası açtığımızı varsayalım. Bu durumda
hazırdaki renklerin değişik kombinasyonları kullanılarak üretilemeyen
renge yakın bir renk oluşturulur ve bu renk üretilmesi gereken rengin
yerine gösterilir. Buna dithering denir. Tabi ki dithering yöntemiyle
elde edilmiş bir resmin kalitesi orjinal resme göre göre çok daha
düşüktür.

Görüntü Arayüzleri

Önceleri ekrandaki piksellerin adreslenmesi için bir standart
olmadığından üreticiler de programcılar da (dolayısıyla son kullanıcılar
da) sorun yaşıyorlardı. Bu sorunu çözmek için üreticiler VESA (Video
Electronics Standarts Association) adında video protokollerini
standartlaştırmayı amaçlayan bir konsorsiyum oluşturdular. VGA ile
beraber geriye uyumluluk da sağlanarak çözünürlük sürekli arttı. VGA
öncesindekiler de dahil standartlara kısaca bir göz atalım:

MDA (Hercules):
Monochrome Display Adapter, 1981 yılındaki ilk IBM PC`deki ekran kartı.
Ekranda yerleri önceden belirlenmiş olan 256 özel karakteri
gösterebilyordu sadece. 80 kolona 25 satırlık bir ekranda gösterebildiği
yazı karakterlerinin boyutları da önceden belirlenmişti ve grafik
görüntülemek mümkün değildi. IBM, bu kartlara ekstra slot masrafından
kurtulmak için bir de yazıcı bağlantı noktası eklemişti.
CGA:
Bu arayüzde ekran kartları RGB monitörlerle çalışıp ekranı piksel
piksel kontrol edebiliyorlardı. 320×240 çözünürlüğündeki bir ekranda 16
renk üretilebiliyor fakat aynı anda bunlardan sadece 4 tanesi
kullanılabiliyordu. 640×200`lük bir yüksek çözünürlük modu vardır ama bu
modda sadece 2 renk gösterilebiliyordu. Görüntü kalitesi kötü olsa bile
en azından grafik çizilebiliyordu. Zaman zaman piksellerin gidip
gelmesi ve ekranda rastgele noktalar oluşmasına rağmen bu standart çok
uzun bir süre kullanıldı
EGA: CGA`dan birkaç yıl sonra sırada
Enhanced Graphics Adapter vardı. CGA ile VGA arasındaki bu kartlar
1984`ten IBM`in ilk PS/2 sistemlerini ürettiği 1987`ye kadar kullanıldı.
EGA monitörle kullanıldığında üretilen 64 renkten aynı anda 16 tanesi
kullanılabiliyordu. Yüksek çözünürlük ve monochrome modları da vardı
,ayrıca eski CGA ve monochrome monitörlerle de uyumluydu. Bu kartlardaki
bir yenilik de bellek genişletme kartlarıydı. 64K bellekle satılan bu
kartları bellek genişletme kartıyla 128K`ya upgrade etmek mümkündü. Ek
olarak satılan IBM bellek kitiyle bir 128K daha eklemek de mümkündü.
Sonraları bu kartlar standart olarak 256K bellekle üretilmeye başlandı.
PGA:
IBM`in 1984`te piyasaya sürdüğü Professional Graphics Array adını hitap
ettiği pazardan alıyordu. 5000 dolara satılıyor ve entegre 8088
işlemcisiyle mühendislik ugulamarıyla diğer alanlardaki bilimsel
çalışmalar için 640×480 çözünürlükte 256 renkte saniyede 60 kare hızla 3
boyutlu animasyonları çalıştırabiliyordu. Fiyatı yayılmasını engelledi
ve fazla kullanılamadan piyasadan kalktı.
MCGA: 1987`de
piyasaya sürülen MultiColor Graphics Array standardındaki ekran kartları
teknolojide büyük bir sıçrama yaparak VGA ve SVGA`ya kadar gelen bir
gelişimi başlattı. IBM`in Model 25 ve Model 30 PS/2 PC`lerinde anakarta
entegre halde geliyordu. Uygun bir IBM monitörle kullanıldığında bütün
CGA modlarını da destekliyordu fakat TTL yerine analog sinyallerle
çalıştığından daha önceki standartlarla uyumlu değildi. TTL (Transistor –
to –Transistor Logic) mantığında voltaj seviyesine göre transistörler
açılıp kapanır ve sadece 1 ve 0 değerleri oluşur bunu sonucunda. Analog
sinyallerdeyse bu kısıtlama yoktur. Analog sinyalleşmenin de sağladığı
avantajla MCGA arayüzüyle 256 renk üretilebiliyordu. Bu arayüzle beraber
9 pinlik monitör bağlantısından halen kullanılmakta olan 15 pinlik
bağlantıya geçildi.
8514/A: IBM`in MCA veriyoluyla kullanmak
için ortaya attığı bu arayüz zamanla yüksek tazeleme hızlarına çıktı.
VGA ile aynı monitörü kullanmasına rağmen VGA`dan farklı çalışıyordu.
Bilgisayar ekran kartına ne yapması gerektiğini söylüyordu ama ama ekran
kartı onu nasıl yapacağını kendisi ayarlıyordu. Örneğin ekrana bir
çember çizileceği zaman VGA`daki gibi işlemci görüntüyü piksel piksel
hesaplayıp ekran kartına yollamıyordu. Bunun yerine ekran kartına çember
çizileceğini söylüyordu ve ekran kartı da çemberi çizmek için piksel
hesaplarını kendisi yapabiliyordu. Bu yüksek seviyeli komutlar standart
VGA ile komutlarından çok farklıydı. Bu standart çıktığı zamanın daha
ilerisindeydi ve VGA`dan daha kaliteli görüntü sonuyordu ama fazla
destek bulamadığı için yayılma imkanı bulamadan piyasan kalktı. IBM
üretimi durdurup aynı daha daha fazla renk gösterebilen XGA üzerine
yoğunlaştı. XGA 1990`da piyasaya çıktıktan sınra
MicroChannelplatformları için standart oldu.
VGA: 2 Nisan
1987`de, MCGA ve 8514/A ile aynı günde IBM tarafından tanıtılan Video
Graphics Array aradan sıyrılarak masaüstü için standart olmayı başardı.
IBM yeni bilgisayarlarında bu chipleri anakarta entegre ederken eski
bilgisayarlarda da kullanılabilmeleri için 8 bitlik bir arayüzle
anakarta bağlanabilen bir ayrı bir kart halinde de geliştirdi. IBM
üretimi durdurduktan sonra bile değişik firmalar üretime devam ettiler.
VGA ile 262144 renklik bir paletten seçilen 256 renk aynı anda
kullanılabiliyordu. 640×480`lik standart çözünürlükte aynı anda 16 renk
gösterilebiliyordu. Ayrıca 64 renk gri tonlama ile siyah beyaz
monitörlerde renk siğmilasyonu yapabiliyordu.
SVGA: Super VGA
ilk SVGA kartlardan güncel kartlara kadar çok fazla kartı kapsayan
geniş bir standart. SVGA ile birlikte ekran kartları için aygıt sürücüsü
kavramı ortaya çıktı. Kartların yanında verilen sürücülerle ilşetim
sistemleri kartların tüm özelliklerini kullanabiliyorlardı. SVGA ile
milyonlarca renk değişik çözünürlüklerde gösterilebiliyor fakat bunun
sınırları karta ve üreticiye bağlı. SVGA değişik şirketler tarafından
kullanılan ortak bir kavram olduğundan başlarda eski standartlar gibi
çok katı sınırları yoktu. Bunun üzerine VESA bir SVGA standardı
belirledi. VESA BIOS Extension adında standart bir arayüz belirlendi ve
bu sayede programcılar her kart için ayrı kod yazma zahmetinden
kurtuldular. Üreticiler bu arayüzü benimsemek istemediler ve başlarda
kartların yanında verilen ve her boot işleminden sonra çalıştırılan bir
programla kartlarını bu BIOS uzantılarıyla uyumlu hale getirdiler fakat
sonunda bunu kartların BIOS`larına entegre ettiler. SVGA ile 800×600
çözünürlüğe çıkıldı.

SVGA'dan
sonra IBM XGA ile 1024×768 çözünürlüğe geçerken sonraki basamak olan
1280×1024`e de bir VESA standardı olan SXGA ile geçildi. Sonra da UXGA
ile de 1600×1200 çöznürlüğe geçildi. Çözünürlükteki 4:3 oranı sadece
SXGA ile bozuldu, bu standartta oran 5:4`tür.

En Temel Bileşenleriyle Bir Ekran Kartı

Bir ekran kartı temel olarak 3 bileşenden oluşur: Grafik işlemcisi, bellek ve RAMDAC.

Grafik İşlemcisi:
Güncel kartlar için grafik işlemcisi görüntü hesaplamalarını yapmak
için ekran kartının üzerine oturtulmuş bir CPU`dur dersek yanlış olmaz.
Son zamanlarda grafik işlemcileri yapı ve karmaşıklık bakımından
CPU`ları solladılar ve işlev bakımından da görüntü üzerine yoğunlaşmış
bir CPU niteliğine kavuştular. CPU`ya neredeyse hiç yük bindirmeden üç
boyutlu işlemcleri tek başlarına tamamlayabiliyorlar artık. Bu yüzden de
güncel grafik işlemcileri GPU (Graphics Processing Unit - Grafik
İşlemci Birimi) adıyla anılıyorlar.
Görüntü Belleği: Ekran
kartının üzerinde bulunur ve görüntü hesaplamalarıyla ilgili veriler
burada saklanır. Sisteminizdeki ana bellek gibi çalışır, yalnız burada
bu belleğin muhattabı CPU değil görüntü işlemcisidir. Önceleri ekran
kartlarının ayrı bellekleri yoktu fakat görüntü işlemcileri hızlanıp
geliştikçe ekran kartları sistemden yavaş yavaş bağımsızlıklarını ilan
etmeye başladılar. Bellek miktarı kadar ekran kartının sıkıştırma
algoritmalarıyla bu belleği ne kadar verimli kullanabildiği de
önemlidir.
RAMDAC: Monitörlerdeki analog sinyallerden
bahsetmiştik, işte RAMDAC (RAM Dijital-to-Analog Converter) görüntü
belleğindeki verileri analog RGB (Red Green Blue, monitörde renklerin bu
üç renkten türetildiğini yazmıştık) sinyallerine çevirerek monitör
çıkışına verir. Monitörde kullanılan üç ana renk için de birer RAMDAC
ünitesi vardır ve bunlar her saniye belirli bir sayıda görüntü belleğini
tarayıp oradaki verileri analog sinyallere dönüştürürler. RAMDAC`in bu
işlemi ne kadar hızlı yapabildiği ekran tazeleme hızını belirler. Bu hız
Hz cinsinden belirtilir ve ekrandaki görüntünün saniyede kaç kere
yenilendiğini gösterir. Örneğin monitörünüz 60 Hz`te çalışıyorsa
gördüğünüz görüntü saniyede 60 kere yenilenir. Ekran tazeleme hızını
mümkün olduğu kadar 85 Hz`in altına çekmemenizi öneririm, daha düşük
tazeleme hızları göz sağlığınız için zararlı olabilir. Tabi bu gözünüzün
ne kadar hassas olduğuna da bağlı, bazı gözler 75 ve 85 Hz arasındaki
farkı hissedemezken bazıları ilk bakışta bunu anlayabilir. RAMDAC`in iç
yapısı ve özellikleri hangi çözünürlükte ne kadar rengin
gösterilebileceğini de belirler.
LCD ekranlar yapıları gereği dijtal olduklarından RAMDAC`ten değil de
direk görüntü belleğinden görüntü bilgisini alıp kullanabilirler. Bunun
için DVI (Digital Video Interface) adında özel bir bağlantı kullanırlar.
Bu konuya ileride "Monitörler Nasıl Çalışır?" yazısında detaylı olarak
değineceğiz.
BIOS: Ekran kartlarının da birer BIOS'ları
vardır. Burada ekran kartının çalışma parametreleri, temel sistem
fontları kayıtlıdır. Ayrıca bu BIOS sistem açılırken ekran kartına ve
onun belleğine de küçük bir test yapar.

3. Boyuta Geçiyoruz…

Bazılarımız 3B uygulamalar için ekran kartlarına tomarla para döküyoruz. 3B bir görüntü 3 temel adımda oluşturulur:

1. Sanal bir 3B ortam yaratılır.
2. Ekranda bu ortamın hangi bölümünün gösterileceğine karar verilir.
3. Görüntüyü mümkün olduğu kadar gerçeğe yakın gösterebilmek için her pikselin nasıl görüneceği belirlenir.

Sanal bir 3B ortamı o sadece o ortamın bir resmi belirleyemez. Gerçek
dünyadan küçük parçayı alarak konuyu açalım. Elimizi ve onun altında
duran bir masayı düşünelim, bu bizim 3B ortamımız olsun. Elimizle
dokunduğumuzda masanın sert olduğunu anlayabiliriz. Masaya elimizle
vurduğumuz zaman da masa kırlımaz ya da elimiz masanın içinden geçemez.
Bu ortamın ne kadar çok resmine bakarsak bakalım masanın sertliğini ve
elimize vereceği tepkiyi sadece o resimlerle anlayamayız. Sanal 3B
ortamlar da böyledir. Bu ortamlardaki nesneler sentetiktir, bütün
özellikleri onlara yazılım yoluyla verilir. Programcılar sanal bir 3B
dünya tasarlarken büyük bir özenle bütün bu detaylara dikkat ederler ve
bu işler için özel araçlar kullanırlar.

Belirli bir zamanda oluşturulan bu 3B dünyanın ancak belirli bir bölümü
ekranda gösterilir. Ekrandaki görüntü dünyanın nasıl tanımlandığına,
sizin nereye gitmek istediğinize ve nereye baktığınıza göre değişir.
Hangi yöne hareket ederseniz edin etrafınızdaki sanal dünya o an
bulunduğunuz pozisyonu ve nereye baktığınızı değerlendirerek ekranda ne
görmeniz gerektiğine karar verir. Bu farklı sahneler de kendi içlerinde
tutarlı olmalıdır,örneğin bir nesne ona baktığınız her açıdan ve
uzaklıktan aynı yükseklikteymiş hissi vermelidir. 3. adıma geçmeden önce
sabit bir görüntünün nasıl oluşturulduğuna bakıp sonra da bir 3B
görüntünün nasıl hareket kazandığına bakacağız.

Şekiller

3B nesneler ilk başta wireframe denen bir yapı ile oluşturulurlar.
Şeklin iskeleti de diyebilceğimiz bu tel örgü en basit haliyle nesnenin
şeklini belirler. Wireframe denen bu yapı için bir yüzey tanımlanması
şarttır.

Yüzey Kaplamaları

Sanal bir 3B ortamda nesneleri elleme şansımız olmadığından onların
hakkında sadece onlara bakarak fikir edinebiliriz. Bu yüzden sanal 3B
ortamlarda nesnelerin dış görünüşleri çok önemlidir. Dış görünüşü şunlar
belirler:

Renk: Nesnenin rengi.
Kaplama: Tel örgünün üzerine yapılan kaplamayla nesnenin yüzeyi düz, çizgili veya girintili çıkıntılı görünebilir.
Yansıma: Nesneye etkiyen ışığa ve etrafındaki diğer nesnelere göre cismin üzerinde yansımalar oluşturulur.

Bir nesneyi gerçek gibi göstermek için bu üç özellik de dengeli bir
biçimde nesnenin değişik yüzeylerine uygulanmalıdır. Örneğin bir 3B
ortamda bir klavyeyle bir masa ışığı aynı oranda yansıtmaz. Bu üç
parametreyi değiştirerek nesnelere sert veya yumuşak hissi verilebilir.

Lighting (Işıklandırma)

Karanlık bir odaya girdiğimizde ışığı açarız ve ışık kaynağından her
yöne doğru yayılan ışık sayesinde odadaki bütün nesnelerin görüntüsü
değişir. Bu ışığın odaya nasıl yayıldığını düşünmeyiz ama 3B grafiklerle
uğraşanlar bunu düşünmek zorundalar. Tel örgüleri kaplayan kaplamalar
(texturelar) bir yerden aydınlatılmalıdırlar. Ray tracing denilen bir
yöntemle ışık ışınlarının alacağı yol çizilir ve bu ışınlar çarptıkları
nesnelerden farklı yoğunluk ve açılarla yansır. Çoklu ışık kaynaklarını
düşündüğünüzde bu hesaplamar oldukça karışık bir hal alabilir.

Işıklandırma cisme ağırlık ve katılık etkisi veririken en çok kullanılan
iki efektte önemli rol oynar: Shading ve gölgeler. Shading, bir nesne
üzerindeki parlayan ışığın bir tarafında diğer tarafından daha güçlü
olmasıdır. Ancak shading sayesinde bir top yuvarlak veya buruşmuş bir
battaniye yumuşak görünebilir. Parlaklıktaki bu fark nesnelere derinlik,
uzunluk ve genişlik kazandırır.

Katı
nesneler üzerlerinden ışık parladığında gölgeler yaratırlar. Gözlerimiz
gerçek nesneleri görmeye alışık olduğundan ekranda gölge gördüğümüz
zaman matematiksel olarak üretilmiş şekillere değil de bir pencereden
gerçek bir dünyaya bakıyormuş gibi hissederiz.

Perspektif

Perspektif kulağa biraz teknik gelebilir ama günlük yaşamımızda çok sık
gördüğümüz bir etkidir. Bir yolun kenarında durup ufuk çizgisine doğru
baktığınızda yolun iki kenarı da birleşiyormuş gibi görünür. Yol
kenarında ağaçlar varsa da bu ağaçlar birleşme noktasına yaklaştıkça da
daha küçük görünür. Nesnelerin bir noktada birleşiyormuş gibi
görünmesini sağlayan bu efekt perspektiftir. Değişik çeşitleri vardır
fakat 3B çizimlerde genelde tek noktalı perspektif kullanılır.

Şekildeki
eller ayrı duruyor fakat çoğu sahnede nesneler birbirlerinin önünde
dururlar ve birbirlerini kısmen kapatırlar. Bu durumda bunların
büyüklüklerinin hesaplanması dışında hangisinin önde olduğu da
bilinmelidir. Bunun için Z Buffering denilen teknik kullanılır. Z
buffera her poligon için bir sayı atanır ve bu sayı o poligona sahip
nesnenin sahnenin ön tarafına yakınlığını belirler. Öneğin 16 bitlik bir
Z bufferekrana en yakın poligon için -32768 ve en uzak poligon için de
32767 değerlerini atar.

Gerçekte bir nesnenin arkasındaki diğer nesneleri göremediğimiz için ne
görüyor olmamız gerektiğini düşünmeyiz. Sanal 3B ortamlarda da bu sıkça
olur ve çok düz bi mantıkla çözülür. Nesneler yaratıldıkça x ve y
ekseninde aynı değere sahip olanlarının Z bufferdaki değerleri
karşılaştırılır ve en düşük Z değerine sahip nesne tamamen görüntülenir.
Daha yüksek Z değerindekilerinse tamamı görüntülenen nesneyle kesişen
bölgeleri görüntülenmez. Nesneler tamamen oluşturulmadan önce Z
değerleri belirlendiği için görünmeyecek bölgeler tamamen hesaplanmaz ve
bu da performansı arttırır.

Derinlik (Depth of Field)

Yol ve ağaçlar örneğimizi hatırlayalım ve o örnekte oluşabilecek başka
bir ilginç olayı düşünelim. Yakınınızdaki bir ağaca bakarsanız uzaktaki
ağaçların netliklerini kaybettiklerini görürsünüz.

Filmlerde ve bilgisayar ortamında sık kullanılan bu efekt iki amaca
hizmet eder. İlki sahnedeki derinlik hissini güçlendirmektir. İkincisi
ise dikkatinizi bir nesneye çekmektir.

Anti-aliasing

Bu teknik de gözü aldatarak görüntünün doğal görünmesini amaçlar.
Dijital görüntü sistemleri aşağıya ve yukarıya doğru düz çizgiler
çizmekte son derece başarılıdırlar fakat iş eğrilere ve çapraz çizgileri
çizmeye gelince basamak efekti oluşur ve çizgilerin kenarları yumuşak
değil de daha çok bir merdiven gibi gözükür. İşte bu nokada devreye
anti-aliasing girer ve çizginin kenarlarındaki piksellere onlara yakın
gir tonlardaki renklerle shading uygulayarak kenarları biraz
bulanıklaştırır. Bu sayede basamak efekti ortadan kaybolmuş gibi
gözükür. Anti-aliasingde doğru pikselelleri çin doğru renkleri seçmek de
başka bir karmaşık işlemdir ve sisteme oldukça yük bindirir.

Görüntüleri Hareketlendirme Zamanı

Durağan 3B sahnelerin nasıl yaratıldığını gördükten sonra bunların nasıl
hareket kazandığını öğrenebiliriz. Şu ana kadar anlattığımız işlemlerin
hiçbiri donanımı yaratılan bu durağan görütülere hareket kazandırmaktan
daha fazla zorlayamaz. Üçgenlerden ve poligonlardan olşuan tel
örgülerimizi hareket ettirmek için ekrandaki her piksel saniyede belirli
sayıda hesaplama yapılmalıdır.

Yüksek çöznürlük denince aklımıza en az 1024×768 gelir, daha düşük
çözünürlükleri adam yerine koymayız pek. Bu çözünürlükte 786.432 adet
piksel kulllanır, her piksel için 32 bit renk kullanıldığında 25.165.824
bit sadece durağan görüntü için gereklidir. Görüntünün 60 FPS hızda
çalışması için her saniye 1.509.949.440 bit veri aktarılmalıdır ve bu
sadece görüntüyü ekrana yansıtmak için yeterlidir. Bunun yanında
bilgisayar görüntü içeriğini, renkleri, şekilleri, ışıkları ve diğer
efektleri de hesaplamak zorundadır. Bütün bunlar görüntü işlemcilerinin
çok hızlı gelişmesine sebep oluyor çünkü CPU`nun alabileceği her türlü
yardıma ihtiyacı var.

Transform (Dönüşüm) İşlemleri

Durağan görüntüler dönüşüm denen matematiksel bir işlem sonucunda
hareket kazanırlar. Bakış açımızı her değiştirdiğmizde bir dönüşüm olur.
Bir arabanın bize yaklaştıkça daha büyük görünmesi gibi, büyüklüğün her
değişiminde bir dönüşüm olur. Bir 3B oyunun her karesinde kullanılan
dönüşüm işlemine matematiksel olarak şu şekildedir:

Dönüşümde ilk etapta sanal dünyamızı tanımlayan önemli değişkenler kullanılır:

X = 758 – baktığımız sana dünyanın yüksekliği
Y = 1024 – bu sanal dünyanın genişliği
Z = 2 – bu da sanal dünyamızın derinliği
Sx - sanal dünyaya baktığımız pencerenin yüksekliği
Sy – pencerenin genişliği
Sz = hangi nesnelerin diğerleinin önünde göründüğünü belirten derinlik değişkeni
D = .75 – gözümüzle sanal dünyamıza açılan pencere arasındaki uzaklık

Öncelikle sanal 3B dünyamıza açılan pencerelerimizin genişliği hesaplanır:

Daha sonra perspektif dönüşümü yapılır, bu aşamada yeni değişkenler de işin içine girer:

Sonunda (X, Y, Z, 1.0) noktası aşağıdaki işlemcler sonucunda (X', Y', Z', W') noktasına dönüşür:

Görüntü
ekrana yansıtılmadan önce son bir dönüşüm daha yapılmalıdır, bu kadarı
bile bu işlemin karmaşıklığı hakkında size fikir vermiştir. Üstelik
bütün bu işlemler tek bir vektör, yani basit bir çizgi için. Aynı
işlemlerin görüntüyü olşturan bütün nesnelere saniyede 60 kere
uygulandığını düşünün…

Ekran Kartları Bu İşlemlere Ne kadar Yardım Edebiliyor?

Önceleri ekran kartları sadece işlemciden gelen sinyalleri monitörün
anlayabileceği şekle çeviriyorlardı ve bundan başka bir görevleri yoktu.
Görüntü kalitesi yükseldikçe ve işlemcinin sırtına binen diğer yükler
de arttıkça bu yöntem zamanla geçerliliğini yitirdi.

Gördüğümüz gibi öncelikle üçgenlerden ve poligonlardan tel örgü denilen
iskelet oluşturuluyor ve bu yapı 2 boyutlu bir ekranda gösterilmek için
dönüşüme uğruyor. Dönüşen nesneler kaplanıp aydınlatılıyor ve sonunda da
monitöre aktarılıyor. GeForce öncesi TNT 2 ve Vodoo 3 gibi ekran
kartları dönüşüm işleminden sonra devreye girip kalan işlemleri CPU'nun
üzerinden alıyorlardı ve CPU`yu bir miktar rahatlatıyorlardı.

GeForce ile hayatımıza GPU kavramı girdi. T&L (Transform &
Lighting) destekli bu kartlar dönüşüm ve ışıklandırma işlemlerini de
CPU`nun üzerinden alarak sistemi önemli ölçüde rahatlattılar. Bu iki
işlemde aynı hesaplamalar üst üste defalarca yapıldığından bunlar
donanımsal hızlandırma için çok uygundu. Her iki işlemde de kayar nokta
hesapları yapıldığından bunlar CPU`nun üzerinde çok ağır bir yük
oluşturuyorlardı. Bu sayede CPU da başka işlere yoğunlaşabilecekti
(yapay zeka gibi).

AGP

VLB, ISA, PCI erken sonunda ekran kartlarının da işlemciyle direk
haberleşmek için kullanabilecekleri yüksek bant genişliğine sahip
slotları oldu. PCI 2.1 spesifikasynlarıyla belirlenen AGP, PCI gibi 33
değil daha yüksek bant genişliği için 66 MHz`te çalışır.

AGP
de tıkpkı PCI gibi 32 bit genişliğindedir ama 66 MHz`te çalıştığı için
en en düşük hız modunda bile 254.3 MB/s bant genişliğine sahiptir. Bunun
dışında kendine özel bir sinyalleşmeye 2X, 4X ve 8X hızlarında bu bant
genişliği 2`ye, 4`e ve 8`e katlanır. Bu slotun başka bir avantaji da PCI
veriyolundaki gibi bant genişliğinin paylaşılmaması, AGP`nin bütün
bantgenişliği ekran kartına aittir.

Bu
değerler kulağa hoş gelebilir ama uygulamalarda CPU, ekran kartı
dışında pekçok parçaya daha ulaşmak zorundadır. AGP bantgenişliği yüksek
olsa bile pratikte değişik AGP modları arasında sistemdeki diğer
darboğazlar yüzünden beklenilen performans farkı olmaz çoğu zaman.

AGP, pipeliningi(İş bölümü) de desteklediği için sistem kaynaklarını
daha verimli kullanabilir, pipeliningin ne olduğunu merak edenler
İşlemcilerle ilgili yazımıza göz atabilirler. AGP'nin bir diğeravantajı
da ana belleği görüntü belleğiyle paylaşabilmesidir. Bu sayede çok
yüksek miktarda görüntü belleğine ihtiyaç duyulmadan gerektiğinde ana
bellek görüntü belleği olarak kullanılabilir.

API Kavramı

Ekran kartları büyük bir hızla gelişiyor ve hemen her kartın farklı
özellikleri var. Programcıların da her kart için ayrı kod yazmaları
mümkün olmadığına göre bütün kartların ve yazılımın anlaşabileceği ortak
bir platforma ihtiyaç var.

İşte bu boşluğu API (Application Programming Interface, Uygulama
Programlama Arayüzü) dolduruyor. API, uygulamalarla onları çalıştıran
donanımın anlaşmasını sağlıyor. Programlar kodlarını direk donanıma
aktarmadan standart biçimde API`ye aktarıyorlar. Ekran kartının sürücü
yazılımı da API`den aldığı bu standart kodları kartın kullanabilceği
şekle çevirip karta ulaştırıyor. Oyunlarda en sık kullanılan iki API
OpenGL ve Direct3D`dir.

OpenGL

1992`de Unix tabanlı X terminaller için genel bir CAD ve 3B API`si
olarak Silicon Graphics`in IrisGL kütüphanesinden türettiği OpenGL
önceleri sadece iş uygulamalarıyla kıstılanmıştı (mekanik tasarım ve
bilimsel analiz gibi). 1996`da Windows versiyonunun geliştirlimesinden
sonra oyun yapımcıları tarafından çok tutuldu ve halen yaygın olarak
kullanılıyor.

OpenGL gelişmiş pekçok tekniği destekler, texture mapping (yüzeyleri bir
grafik dosyasıyla kaplamaya yarar), antialiasing, saydamlık, sis,
ışıklandırma, smooth shading (bir yüzeyden yansıyan ışık yüzey boyunca
farklı etkilerde bulunsa bile shading yapılabilmesini sağlar), motion
blur (hareket eden görüntü arkasında iz bırakır) ve modelling
transformation (nesnelerin sanal uzaydaki büyüklüklerini, yer ve
perspektiflerini değiştirmeye yarar) gibi.

Özellikleri bakımından Direct3D`ye benzese de 3B bir sahnenin basit
elemanları ve bunlara uygulanacak efekler üzerinde çok etkili bir
kontrol sağlar.

OpenGL, donanım tarafından iki seviyede desteklenebilir. ICD
(installable client drivers) ışıklandırma, dönüşüm ve rasterizationı
(bakış açımıdaki pikselleri tanımayı sağlayan bir algoritma)
desteklerken MCD (mini client drivers) sadece rasterization desteği
vardır. MCD sürücüleri yazmak daha kolaydır ama performans konusunda ICD
çok daha üstündür.

Direct 3D

Direct3D`nin donanımdan bağımsız yazılım geliştirilmesine izin veren
kısmı HAL`dır (Hardware Abstraction Layer). HAL, genel olarak
desteklenen özellikler için bir arayüz oluşturur ve sürücülerin kendisi
üzerinden donanıma erişmesinze izin verir.

Direct3D,
OpenGL`e denk sayılabilecek bir düşük seviye moduna sahip olmasına
rağmen çoğu zaman OpenGL kadar esnek olmamakla eleştirilir.

Direct3D işhattında ekran kartı devreye girmeden önce geometri
hesaplamalarını işlemci yapar. DirectX 6.0`da birlikte rendering
işlemleri iyileştirildi multitexturing (bu özelliğe sahip kartlar tek
geçişte birden çok dokuyu işleyeiblirler) desteği eklendi. Ayrıca
görüntü kalitesini arttıran anisotropic filtering (nesneler uzaklaştıkça
düşen görüntü kalitesini iyileştirir) ve bump mapping (düz yüzeyler
üzerinde gerçek kaplama ve ışık efekti yapılmasını sağlar).

DirectX 7.0 bize donanımsal T&L hızlandırması desteğini getirdi,8.0
versiyonuyla ise hayatımıza hem piksel hem de geometri seviyesinde
programlanabilir shaderlar girdi. Bu programlanabilir shaderlar
sayesinde görüntüler gerçeğe daha da yaklaştı. DirectX 9.0 ile bu
shaderlar daha da geliştirildi.

» Rep nedir Nasıl verilir..
» Font Nedir Ve Nasıl Kullanılır
» Hangi ekran kartını almalıyım?
» PM Nedir ? PM Nasıl Atılır ? Cevabı Burda
» Pes 2014 Ara Pası Nasıl Verilir? – Şut Nasıl Çekilir?