: архив : архив журнала "625" : 1993 : #4

Поговорим о трехмерной реальности
Владимир Усов, художник-дизайнер

Даже самая качественная система 3D-моделирования, снабженная передовыми технологиями построения фотореалистичной сцены, все равно отображает на Вашем мониторе двумерные проекции всей Вами созданной красоты. Самый высококачественный вариант можно оценить, лишь увидев его проекцию на плоский экран. Это неудобство воспроизведения давно препятствует точному "погружению" стороннего наблюдателя-зрителя в смоделированный мир.

К настоящему времени нет сколько-нибудь приемлемой теории, позволяющей не только смоделировать виртуальную реальность, но и отобразить ее для человека. Дело тут заключается в том, что зрение человека бинокулярно: центр одного глаза отстоит от другого примерно на 50-70 мм. Это означает, что в каждую минуту кора головного мозга воспринимает сразу две сферические проекции изображения (глазное дно тоже отличается от плоского экрана). По разнице этих проекций мозг судит о "глубине" самого объекта. Специалистами различных учреждений и фирм ведутся разработки систем, способных передавать зрительные образы виртуальной реальности непосредственно ориентируясь под бинокулярное зрение человека.

Если из рассмотрения исключить специальное зрительное оборудование - неудобные шлемы, надеваемые на голову, и дающие разные картинки для каждого глаза, специальные стерео-очки, то останется, по крайней мере, несколько моделей стереоскопических экранных мониторов, действительно дающих стереоизображение. Перспективные разработки в этой области ведет фирма MICRO FOCUS. Компьютеры снабжаются особо быстродействующей видеопамятью. Частота кадров напрямую зависит от быстродействия видеопамяти. Специальные программные системы следят за очень яркой электронно-лучевой трубкой. Экран монитора демонстрирует действительно стереоизображение. Можно вертеть головой, рассматривая демонстрируемые объекты с разных сторон. Частота смены кадров в такой модели дисплея, однако, не настолько велика, чтобы поспевать за человеческой (зрительной) реакцией. Из-за этого в моделях экранов САD (Саmbridge Autostereo Display) возникают как бы визуальные помехи.

Недостатком САD-систем остаются высокая стоимость самого монитора, большая аппаратная емкость (едва ли не полкомнаты приборов обслуживают один такой монитор) и заметные помехи визуализации. Как именно работает такая система - тщательно скрывается фирмой, однако специалистами отмечается большая вредность такого спецмонитора, работающего в высоких частотах и использующем сверхяркую электронно-лучевую трубку.

Самая последняя модель, правда, работает не в слишком высоком разрешении. Cambridge Autostereo Display демонстрирует шестнадцать планов в разрешении 320х200 или восемь планов (проекций) с разрешением 640х480. И в первом и во втором случае кадры-картинки сменяются с частотой реального времени - 30 кадров в секунду.

САD-система демонстрирует одновременно шестнадцать ракурсов сцены. Для каждого ракурса электронная система, управляющая монитором, выбирает свой угол проецирования. Чем и достигается видимость стереоизображений.

Специалисты, работающие в области трехмерного моделирования и визуализации, отмечают, что несмотря на все трудности и аппаратную емкость оборудования, качество стереопроецирования таково, что ощущаешь себя частью сцены, а экран стереомонитора воспринимаешь как окно в реальный мир.

Однако пройдет еще несколько лет прежде чем САD-мониторы заменят обычные дисплеи ваших настольных систем.

Что же из новинок техники предлагается ведущими компаниями мира для средств трехмерного моделирования и анимации? Так уж получилось, что в первых трех обзорах мы почти не затрагивали техническую, аппаратную часть сектора визуализации. А новостей очень много.

Компьютерные специалисты давно следят за деятельностью фирм, направивших свои усилия в аппаратную область. Так, например, фирма VIDEO LOGIC давно разрабатывает серию MEDIATOR - графических преобразователей в видео. Не так давно компьютерный мир с удивлением узнал о союзе VIDEO LOGIC и IBM на поприще совместной разработки новой версии этих плат. Итак, заявлен MEDIATOR LC - первая совместная плата, полностью совместимая со всеми изделиями IBM и VIDEO LOGIC. MEDIATOR LC в состоянии поддерживать сразу три формата - S-VHS, Composite и разумеется RGB. Вся серия адаптеров MEDIATOR отличается от аналогов тем, что помимо собственно преобразований в видео NTSC в состоянии поддерживать графические компьютерные VGA, SVGA или XGA. Серия MEDIATOR работает на частоте 60 Hz.

VIDEO LOGIC поставляет еще один вид плат для компьютеров РС и Apple Mac - плата захвата кадров. Серия ACTIVATOR способна работать не только с видеокамерой, но и с видеомагнитофоном, и преобразовывать данные в формат VIDEO FOR WINDOWS. Этот формат в последнее время активно поддерживается MICROSOFT и INTEL.

С помощью ACTIVATOR можно захватывать полноформатное "живое" видео (или отдельные кадры) в реальном времени (до 30 кадров в секунду). К этой плате пользователь в состоянии подключать даже лазерные видеодиски. ACTIVATOR работает в 24-битном режиме кодирования цвета, что обеспечивает пользователю палитру реальных цветов в 16,7 миллионов оттенков. Разумеется, имеется возможность переключения платы в младшие режимы кодирования цвета (8-бит и 16-бит). Однако выключение платы в 8-битный режим не приводит к увеличению частоты смены кадров. ACTIVATOR во всех вариантах цветности демонстрирует 30 кадровый режим работы.

К настоящему времени самые лучшие показатели производительности в системах типа САD/САМ стабильно удерживают платы семейства RAPIER фирмы VIDEO LOGIC. Модель RAPIER 24 при 3,5 МБ видеопамяти и 1 МБ динамического ОЗУ использует 32 МГц процессор 34020, и стабильно обходит все результаты других разработчиков плат (сектора САD/САМ). Напомним, что по скорости работы в графических системах верстки стабильно находятся адаптеры семейства HERCULES CHROMA.

Всем известная компания, которую излишне представлять на российском рынке - ATI TECHNOLOGIES представляет семейство плат графических акселераторов для PCI-шины (PERIPHERAL COMPONENT INTERCONNECT). Шина PCI совсем недавно анонсирована фирмой INTEL как новый вариант быстродействующей локальной шины. PCI-стандарт в состоянии организовать пропускной режим в 132 МБ за секунду. К слову сказать, эта цифра находится совсем рядом с пропускной способностью знаменитых S-BUS в компьютерах SUN SРARC, и почти в сто раз превосходит стандарт IBM MICRO CHANNEL (16 МБ/с).

PСI LOCAL BUS - это 32-битный вариант шин для персональных компьютеров, далеко обогнавший традиционный ISA-вариант шины (5 МБ/с). PСI-вариант шины LOCAL BUS работает на частоте 33 МГц, и может взаимодействовать с любыми графическими системами, с видеокамерами, с жесткими дисками, с сетевыми протоколами и практически с любой периферией.

Так вот, новая модель ATI TECHNOLOGIES под названием MACН 32 AX может нести на себе до 2 МБ вместе с видеопамятью. MACH 32 AX комплектуется динамическим ОЗУ (вариант организации видеобуфера) и позволяет помимо обычных операций, масштабирование изображений. MACH 32 работает на частоте 72 Гц в режимах прямой обработки цвета. Специальный чип (микросхема) дает возможность включать интерпретатор цветности.

Нельзя не отметить новости от фирмы MATROX, за деятельностью которой весьма активно наблюдают не только специалисты в области компьютерной графики, но и фирмы-конкуренты. Дело в том, что в середине 1993 года MATROX анонсировала семейство графических адаптеров MGA (Multimedia Graphics Architecture). Новейшая архитектура этих плат позволяет работать с INTEL PCI, и базируется на 64-разрядном спецпроцессоре MATROX. Все эти новшества позволяют профессионально работать в WINDOWS и трехмерных системах (CAD/CAM). Для появившихся трехмерных систем под WINDOWS такой адаптер, в котором аппаратно ускорены некоторые функции, просто необходим.

MGA - практически первые адаптеры, которые на уровне плат используют 64-битную систему адресации. По заявлениям сотрудников фирмы MATROX их адаптеры, которые уже смело можно именовать графическими станциями, в состоянии обеспечить пользователю 70 миллионов единиц по шкале Win Marks. Этот качественный скачок особенно ощутим в варианте использования шины PСI.

Графический контроллер семейства MATROX IMPRESSION (MGA) несет на себе 3 МБ видеопамяти (VRAM), организованной таким образом, чтобы загружать "внутрь себя" двойные порции машинных "слов" - блоков пересылки. Специальная архитектура контролирует работу DRAM-системы (динамическое ОЗУ), где работают функции ускорения.

MGA-семейство адаптеров аппаратно выполняет декомпрессию данных в формате VIDEO FOR WINDOWS. Анонсирована возможность работы в любом WINDOWS (так же в NT). В контроллерах аппаратно поддерживается работа с 3-х мерами. Имеется возможность наращивания семи буферов. При наличии специальных драйверов вся система в состоянии организовать двойную буферизацию вашего видео, подающегося на экран. Это обеспечивает многократное увеличение производительности всей системы. Речь идет о новейшей системе драйверов MATROX, получивших название HOOPS 3D Заявлено, что они работают с любыми MGA-контроллерами. Фирма MATROX специально для этого заключила соглашение с независимой компьютерной фирмой ITHACA SOFTWARE.

Уже и без HOOPS 3D почти все MGA (которые в литературе именуют графическими ускорителями) содержат аппаратное ускорение многих функций переработки 3-х мерных изображений. Например, аппаратно ускоряется заливку по методу Гуро - самому, пожалуй, распространенному.

Cами HOOPS 3D характеризуются высокопроизводительной объектной структурой. Например, в специальном меню пользователь может указать, какие функции графики нужно ускорять в конкретный момент. Уже сейчас HOOPS доступны в WINDOWS 3.1, WINDOWS NT, и MS DOS.

Фирмой MATROX заявлено, что только адаптеры MGA с помощью драйверной среды, работающей с модулем CLEAR TYPE, способны демонстрировать на экране шрифты с качеством лазерных принтеров. Пользователь в состоянии видеть на экране гарнитуры в четыре пункта без дополнительного увеличения рисунка!

А с помощью программной системы DYNAVIEW пользователям доступен 3D-RENDER в режиме реального времени, например, в 3D STUDIO. Это не так мало, если сравнить с возможностями специализированных плат фирмы TRUEVISION.

Нельзя не отметить и еще одну приятную особенность MGA - стоимость. Многих можно удивить, сказав, что самый мощный MGA-адаптер стоит 1499$ - всего половину от стоимости некоторых плат TRUEVISION.

MGA демонстрируют разрешение 1024х768 в полном 24-хбитовом варианте кодирования цвета. Возможно включение системы в режиме 1600х1200 в 8-и битовом варианте кодирования цвета.

Обобщая сказанное, отметим, что MGA примерно в два раза (по шкале WIN MARKS) производительнее систем ATI MACH 32. Имеется ввиду MGA в варианте PСI.

Компанией HERCULES заявлен новый (на лето 93) адаптер с аппаратными функциями ускорения WINDOWS, который работает быстрее, чем ATI MACH 32. HERCULES GRAPHITE функционирует на спецпроцессоре SUPER STABLE на частоте 90 Гц, обеспечивая разрешение в 1280х1024 с 65 тысячами цветов в WINDOWS и с 16,7 миллионами в DOS.

GRAPHITE работает в 32-х разрядном режиме, и уже появился его аналог для LOCAL BUS. GRAPHITE - неплохой выбор для тех, кто не в состоянии позволить себе HERCULES GRAPHICS STATION GOLD.

Адаптер, выполненный с аппаратным акселератором - традиционен для HERCULES. Модель GOLD 16 имеет максимально до 2 МБ своей видеопамяти и использует акселератор TMS 34010 (TIGA). Модель GOLD 24 работает с 16,7 миллионами цветов и поставляется с многочисленными драйверами для WINDOWS и AUTODESK.

Серия адаптеров HERCULES CHROME - это полноценные 24-х битовые системы, базирующиеся на TMA 34020-микросхеме. CHROME несет на себе 3 МБ (стандарт) видеопамяти и 1 МБ динамической памяти (DRAM). Модель С531 работает на внешней частоте 32 МГц, а вариант CHROME С631 - на 40 МГц.

Самый усиленный вариант CHROME C638 тоже работает при 40 МГц, но имеет уже 8 МБ видеопамяти. Платы CHROME показывают по всем тестам максимальную производительность. В модели C638 память вставляется модулями SIMM прямо в отведенное место на видеоадаптере. Аппаратная адресация CHROME позволяет обращаться к видеопамяти размером 40 МБ. За счет DRAM аппаратно реализуются многие функции WINDOWS и WINDOWS NT.

На аппаратуре CHROME можно иметь максимальное разрешение экрана от 1024х768 до 1280х1024 в 24-битовом режиме. Безусловно, что в наличии полный комплект драйверов для всех продуктов AUTODESK и драйверы для DOS.

Все графические системы HERCULES имеют минимум две маркировки - штамп MICROSOFT WINDOWS COMPATIBLE и AUTODESK REGISTERED DEVELOPER.

Минимальный режим, с которого адаптеры HERCULES начинают демонстрировать TRUE COLOR (16,7 миллионов цветов) - это режим 1152х900. Чем всегда выделялась компания HERCULES - это нестандартными цифрами в режимах. Но, как бы там не было, а семейство CHROME работает в двухстраничном режиме с 24-битовой графикой и со скоростью многих быстродействующих 8-битовых систем.

Адаптеры HERCULES - заметная альтернатива системам TRUEVISION, особенно если учесть их цену. К сожалению, в России нет официальных дистрибьюторов HERCULES и приобретение этих систем затруднено.

Теперь о собственно компьютерных системах. Наконец-то свершилось! Долго, долго фирмы-разработчики компьютеров предлагали в качестве PENTIUM-машин только PENTIUM-cерверы. NEC, первая из компаний, сумела быстро построить производительную графическую станцию на процессоре PENTIUM, известном в компьютерном мире под номером 586.

NEC TECHNOLOGY INC. заявила сразу целое семейство графических станций PENTIUM. Это две линии машин NEC Image P60 и NEC Express /II. Первая из них - развитие традиционного для компании варианта графических станций на 486-м процессоре. Пользователи активно работали на компьютерах Image 466, 433, 425, высоко оценивая их производительность и некоторые технические усовершенствования. Например, все компьютеры NEC всегда комплектовались шикарными мониторами этой же компании.

К слову, именно NEC впервые ввела в обиход понятие MultiSync-технологии. С тех пор каждый монитор NEC - многорежимный. Не стоит описывать очевидных преимуществ "многорежимника", отметим только, что каждый второй дизайнер мечтает работать с монитором класса MultiSync, а каждый третий - работает с ним или аналогичным. Поскольку само название - зарегистрированная марка, фирмы-конкуренты заполонили рынок своими моделями с названиями, созвучными этому яркому слову: PanaSync, SuperSync, ImageSync, ColorSync и т.п. Но начало было положено именно японской компанией NEC.

Чем же привлекательна линия графических станций NEC Image? В первую очередь, общей технологией Image Video, характеризующейся наличием быстрой Local Bus-шины. Во вторую, наличием True Color - технологии, отражающей на экране монитора истинные цвета. В-третьих, использование гнезда OverDrive для подключения второго процессора, параллельно первому, наличие высокопроизводительного интерфейса ввода/вывода SCSI-II для любой периферии. Ну и конечно OptiBus - достоинство машин NEC. Это оригинальная технология компании по взаимодействию "центральных" систем (процессоры + ОЗУ) с периферией, благодаря которой все устройства работают на 30% производительнее, чем в компьютерах с точно таким же системным набором, но не имеющих подобной шины.

Все компьютеры Image P60 снабжены оптическим дисководом компакт-дисков NEC. Эта фирма доминирует в производстве устройств CD-ROM.

Использование PCI-шины обеспечивает 64-битный обмен данными между процессором и памятью. 238-контактный OverDrive позволит установить второй Pentium процессор, если необходимо ускорить вычисления.

Вся система Image P60 при тактовой частоте 60 МГц расширяет память до 128 МБ, имеет усиленную систему ввода/вывода за счет применения OptiBus. Image P60 оснащен аудиосистемой. Память в компьютере наращивается за счет 70-наносекундных SIMM-модулей.

NEC также представляет систему Express/II на основе 60 МГц Pentium-процессора. В этих машинах кэш-память относится к системе второго поколения. Собственная память в состоянии расширяться до 384 МБ. Все вышеперечисленные технологические особенности относятся и к системе Express/II.

Теперь об изюминке компьютерной техники для трехмерного моделирования и анимации. Фирма INTERGRAPH, уже попадавшая в наши обзоры, выпустила новейшую компьютерную систему - MICROSTATION Version 5.

Этот компьютер демонстрирует открытую аппаратную стратегию фирмы. На этой уникальной чудо-машине пользователи могут стартовать MS DOS, Mac OS 7.0, WINDOWS, WINDOWS NT или UNIX! Ни с чем не сравнимое разнообразие. Чувствуете, что это дает в руки пользователя? Система моделирования нового уровня. Кроме чисто экспериментального интереса можно запускать анимационные программы для Mac OS - тот же SWIVEL 3D и MacTopas, а затем дорабатывать текстуры в развитом 3D Studio 3.0 под MS DOS 6.0. В Version 5 работает и свое программное обеспечение - MICROSTATION GRAPHICS - глубоко развитая система трехмерного моделирования, выполненная в интерфейсе WINDOWS.

INTERGRAPH стала первой фирмой, заявившей свою систему под WINDOWS NT. Внутри машины под управлением этой популярной оболочки работает вышеупомянутое программное обеспечение MICROSTATION GRAPHICS, система моделирования которого полностью совместима с AUTOCAD (пишет и читает из трехмерного формата DWG). В традиционных окнах WINDOWS функционирует мощный манипулятор изображений. Модели можно воспринимать практически из любой системы.

MICROSTATION GRAPHICS работает с шрифтовыми форматами POSTSCRIPT, TRUETYPE, AUTOCAD SHX, но возможна также работа со своим форматом MICROSTATION. В отношении шрифтов система довольно развита - позволяет загружать тексты в ASCII- формате, а также предоставляет возможности экспорта файлов.

Коротко перечислить особенности MICROSTATION Version 5 очень сложно. Компания пока умалчивает на основе каких процессоров собрана сама машина. Но судя по общей производительности всей системы она лишь немного уступит HP APOLLO 700 на процессоре PA-RISC. Оригинальный дизайн машины тоже выигрывает по сравнению с унылым видом "стоек", и светлых системных блоков, лежащих на ваших столах.

Дочерним предприятием IBM осенью этого года было впервые заявлено семейство компьютеров AMBRA. Младшая модель AMBRA использует совершенно оригинальный процессор BLUE LIGHTING, производительность которого заметно опережает 66 МГц 486-й процессор. При 8 МБ ОЗУ компьютер полностью совместим с системой команд процессоров INTEL и поставляется с MS DOS 6.0 и WINDOWS 3.1.

AMBRA PENTIUM - вторая модель этой компании, активно встающей на рельсы производства графических станций на RISC-процессорах. Это уже второй PENTIUM в нашем обзоре. Однако поддержка PCI-шины не заявлена. Зато некоторые аппаратные особенности все же заинтересуют потенциальных пользователей. Например, SCSI-2 интерфейс выполнен на материнской плате. Используемая шина - EISA. Оперативная память машины в стандартной конфигурации - 8 МБ, расширяется до 32. По желанию пользователя система может комплектоваться специальным WINDOWS-акселератором с 1 МБ видеопамяти. Но эти дешевые акселераторы - почти ничто по сравнению с самыми мощными видеосистемами, описанными выше.

Компьютерная периодика приносит новости из лагеря Apple. Однако, следует сразу предупредить, что самые мощные компьютеры Apple Mac показывают далеко не лучшие результаты в тестах по производительности на системах трехмерного моделирования и анимации. Несмотря на изобилие анимационного программного обеспечения для Apple Mac, встроенный 32- разрядный QuickDraw и прочие графические "фокусы" не сильно помогают - результаты тестов на производительность не спрячешь. При прочих равных условиях (кроме цены, которая у Мас всегда выше), 50 МГц 486-й компьютер почти всегда опередит легендарные Apple Mac Quadra именно в режимах моделирования или трассировки лучей. Вся общая организация Apple, структурно почти не менявшаяся со времен работы Стивена Джобса, по-прежнему остается в разряде "плоских" графических систем.

Однако, отметим также, что нигде не опубликованы тесты на производительность этих двух семейств компьютеров на поприще издательского программного обеспечения. Думается та же Quadra оставила бы далеко позади 486-е компьютеры именно на системах верстки. В настоящее время ситуация такова, что стандартную конфигурацию 486 еще нужно усилить хотя бы вышеописанными графическими системами, чтобы он сравнялся по производительности в графике со стандартной Quadra.

Компания INTEL однако тоже не дремлет. Уже анонсирован новый процессор. В литературе он носит название 486 DX4. При стоимости как у обычного 486 процессора, новый работает на тактовой частоте 100 МГц и ишь немногим не дотягивает в производительности до уровня Pentium. Система DX4 должна занять нишу между RISC-системами и дешевыми ПК.

Компании IBM и Motorola объявили о начале серийного производства процессоров POWER PC. Появились уже модели Power PC 603. Ориентировочно в начале следующего года появятся первые графические станции на этом процессоре. Этот образец демонстрирует достойные качества - цена ниже чем у Pentium, а производительность почти как у DEC Alpha APX- систем.

Учитывая тот факт, что в альянсе IBM и Motorola участвует еще и Apple, можно представить, что Мac Quadra вскоре отойдут немного в сторону, уступая дорогу более производительному компьютеру Power PC, стоимость которого не будет превышать цены на Quadra у московских дилеров.

В компьютере Power PC можно будет стартовать и Aрple System 7.0, и IBM OS/2, а также AIX (IBM-вариант UNIX), и WINDOWS NT. Тройственный союз этих компаний-производителей заявил и о поддержке OS SOlaris. Некая общая оболочка Power Open будет обеспечивать это сопряжение.

Поскольку кристаллы Power PC выполняют больше машинных инструкций за цикл и имеют вчетверо больший кэш-буфер, чем у кристаллов Intel, то ожидается, что их производительность будет заметно обходить Pentium.

И, наконец, о новой появившейся машине сообщают бюллетени MIPS. Тем, кто следит за деятельностью этой компании известно, что именно ей обязан выходом своей продукции небезызвестный Silicon Graphics. Именно в семействе этих машин появились процессоры R3000, R4000 и, наконец, R4400. Но речь пойдет не о Silicon Graphics. Компанией DESKSTATION TECHNOLOGY заявлена рабочая станция большой мощности на основе R4400, работающая под WINDOWS NT. Полноценный RISC- процессор архитектуры MIPS!

Станция называется DeskStation Evolution RISC PC - несколько длинное название, чем могло бы быть. Станция сертифицирована "Intel Inside" (TM) - штампом на внешней панели и фирмой Microsoft (Windows compatible).

Конструктивно, оформленный корпус типа Tower, имеет светлый дизайн и несет в себе 64-разрядный MIPS R4400-процессор. Работает машина с частотой 50 МГц. Это довольно необычный процессор для обычного РС. R4400 работает в специальном обрамлении интегральных схем, получившим название HAL (Hardware Abstraction Layers), что полностью совмещает RISC c PC. Кроме этого поддерживается технология ARC (Advanced RISC-Computing). Компьютер поддерживает EISA-шину и 500 МБ-й жесткий диск и в минимальной конфигурации обладает 64 МБ ОЗУ. DeskStation комплектуется оптическим дисководом CD-ROM и 1,44-дюймовым обычным дисководом. А по мнению специалистов, операционная система WINDOWS NT в нем используется как на 100 МГц машине, то есть почти как на DEC Alpha APX.

Под эмуляцией Intel DeskStation Evolution работает по тестам производительности на 85% лучше, чем 486 33 МГц-й процессор. Система Evolution комплектуется только 21-дюймовым монитором с разрешением 1024х768 и специальным видеоакселератором S3.

Пользователям трехмерных систем моделирования и анимации есть из чего выбирать. Можно значительно улучшить свои технические возможности. Есть и возможность увеличения производительности. И средства обеспечения технического задела на будущее. Ведь достаточно учесть динамику обновления программного обеспечения для WINDOWS, чтобы понять, на какой вычислительной платформе строить свою модель творческого процесса. Осталось - начать!