Placa gráfica - Placa de vídeo

Março 2017

O que são as placas gráficas aceleradoras 2D

A placa gráfica, em inglês graphic adapter, às vezes chamada de placa de vídeo ou acelerador gráfico, é o elemento do computador encarregado de converter os dados digitais a exibir em dados gráficos exploráveis por um periférico de exibição.

A função da placa gráfica era inicialmente o envio de pixels gráficos para uma tela, e algumas manipulação gráficas simples: deslocamento dos blocos (cursor do rato, por exemplo), traçar linhas, traçar polígonos entre outras figuras.

Como se apresentam as placas gráficas 3D

As placas gráficas recentes vem equipadas com processadores especializados para cálculo de quadros gráficos mais complexos em 3D. Os principais componentes de uma placa gráfica são:


Um Processador Gráfico (chamado GPU, para Graphical Processing Unit, constituindo o núcleo da placa gráfica e encarregado de tratar as imagens em função da resolução e da profundidade de codificação selecionada. O GPU é assim um processador especializado com instruções para o tratamento da imagem, principalmente em 3D. Devido à temperatura que pode atingir o processador gráfico, pode ter um radiador e um ventilador.
A memória vídeo encarregada de conservar as imagens tratadas pelo processador gráfico antes da exibição. Quanto maior é a quantidade da memória vídeo, melhor a placa gráfica poderá gerenciar as texturas durante a exibição de imagens em 3D. Fala-se geralmente de frame buffer, memória que armazena e transfere dados de um quadro de imagem para a tela do computador: ela designa a parte da memória de vídeo que serve para armazenar as imagens antes de exibição. As placas gráficas são tributárias do tipo de memória utilizada na placa, porque o seu tempo de resposta é determinante para a velocidade de exibição das imagens, bem como a quantidade de memória, jogando com o número e a resolução das imagens que podem ser armazenadas no frame proteção.
O RAMDAC - Random Access Memory Digital-Analog Converter - Conversor Digital-Analógico de Memória de Acesso Aleatório, permite converter as imagens digitais armazenadas no frame de proteção em sinais analógicos a enviar ao monitor. A frequência do RAMDAC determina as taxas de atualização (número de imagens por segundo, exprimido em Hertz - Hz) que a placa gráfica pode suportar.
O BIOS vídeos contém os parâmetros da placa gráfica, principalmente os modos gráficos que esta suporta.
A interface: trata-se do tipo de bus utilizado para conectar a placa gráfica à placa mãe. O canal AGP foi previsto para aceitar débitos consideráveis de dados, necessário para a exibição de sequências vídeo ou 3D. O bus PCI Expres possui com melhor desempenho do que o canal AGP, deve substituí-lo.

Quais são as interfaces

A interface VGA standard: as placas gráficas estão quase sempre equipadas com um conector VGA 15 pinos (Mini SubD, composto de 3 séries de 5 pinos), geralmente de cor azul, permitindo principalmente a conexão de um tela CRT. Este tipo de interface permite enviar à tela 3 sinais analógicos que correspondem aos componentes vermelhas, azuis e verdes da imagem.
A interface DVI - Digital VideA interface, presente em certas placas gráficas, permite enviar, para as telas, os dados digitais. Isto evita ter interfaces inúteis digitais-analógicos e vice-versa:
A interface S-Vídeo: cada vez mais placas estão equipadas com uma tomada S-Vídeo que permite exibir em uma televisão, é a razão pela qual ela é frequentemente chamada TV-out - Saída TV:

Como são as placas aceleradoras 3D

Como é feito o cálculo de uma imagem

O cálculo de uma cena em 3D é um processo com quatro etapas:

O certificado: aplicação dos elementos
A geometria: criação de objetos simples
O setup: corte em triângulos 2D
O rendering: renderização é o resultado, ou seja, o preenchimento das texturas

Assim, quanto mais a placa aceleradora 3D executa sozinha estas etapas, mais o processador central fica livre destas tarefas, oferecendo imediata exibição. Os primeiros chips efetuavam apenas o rendering (renderização), deixando o processador tratar do resto. Agora, as placas possuem um Setup engine (Mecanismo de configuração) uma técnica que executa as duas últimas etapas. Por exemplo, um Pentium II a 266 Mhz que executa as três primeiras etapas pode calcular 350.000 polígonos por segundos e quando calcula só dois, atinge 750.000 polígonos por segundo. Isto mostra até que ponto estas placas liberam o processador.

Como funciona o canal

O tipo de canal também é determinante. Enquanto que o canal AGP não traz nenhuma melhoria para a exibição em 2D, as placas que utilizam este canal ao invés do canal PCI são muito mais eficientes. Isto explica-se pelo fato do canal AGP estar conectado diretamente à memória viva, o que resulta em uma banda larga muito maior do que o canal PCI.

Estes produtos de alta tecnologia exigem a mesma qualidade de fabricação dos processadores, bem como as gravações que vão de 0.35 µm a 0.25 (µm = milímetro).

Glossário das funções aceleradoras 3D e 2D

TermoDefinição
2D Graphics - GrádicosMostra a representação de uma cena de acordo com 2 eixos de referência (x e y)
3D GraphicsMostra a representação de uma cena de acordo com 3 eixos de referência (x, y e z)
Alpha blendingO mundo é composto de objetos opacos, translúcidos e transparentes. O alfa blending é uma maneira de acrescentar informações de transparência a objetos translúcidos. Isto é, efetuando uma devolução dos polígonos através de máscaras cuja densidade é proporcional à transparência dos objetos. A cor do pixel que resulta é uma combinação da cor de primeiro plano e a cor de fundo. O alfa tem geralmente um valor compreendido entre 0 e 1 calculado como desta forma: novo pixel= (alfa) (cor do primeiro pixel) + (1-alfa) (cor do segundo pixel)
Alpha buffer - Misturador AlphaÉ um canal complementar para armazenar a informação de transparência (Vermelho-Verde-Azul-Transparente).
Anti-aliasing chamado também anti serrilhaTécnica permitindo fazer aparecer os pixels com menos recortes.
Bitmap - mapa e bitsImagem pixel por pixel
Bilinear filtering - Filtragem bilinearPermite fluidificar a passagem de um pixel de uma lugar para outro (durante uma rotação, por exemplo)
BitBLTÉ uma das funções de aceleração mais importantes, permite simplificar o deslocamento de um bloco de dados, considerando as particularidades da memória vídeo. Por exemplo, é utilizada durante o deslocamento de uma janela
Blending - misturaCombinação de duas imagens acrescentando-as bit-a-bit
Bus MasteringUma função do canal PCI que permite receber diretamente informações da memória sem transitar pelo processador
Correção da perspectivaUm método para fazer o mapeamento (envolvimento) com texturas (texture mapping). Considera o valor de Z para mapear os polígonos. Quando um objeto se afasta da objetiva, aparece mais pequeno em altura e em amplitude, a correção de perspectiva consiste em dizer que a taxa de mudança nos pixels da textura é proporcional à profundidade.
Depth Cueing Profundidade Baixa a intensidade dos objetos que se afastam da objetiva
DitheringPermite arquivar imagens de qualidade 24-bit em tampões menores (8 ou 16 bits). O dithering utiliza duas cores para criar uma só
Double buffering - Buffer duploUm método que utiliza dois tampões, um para a exibição, o outro para o cálculo do retorno, assim, quando o retorno é feito, os dois tampões são trocados.
Flat shading ou Constant shading - Sombreamento plano ou Sombreamento constanteAtribui uma cor uniforme a um polígono. O objeto assim tornado aparece com facetas.
Fog - névoa, esfumaçadoUtiliza a função blending (mistura) para um objeto com uma cor fixa (quanto mais se afasta da objetiva, mais esta função é utilizada)
Gamma - gamaAs características de uma exibição que utiliza fósforos são não lineares: uma pequena mudança da tensão em baixa tensão cria uma mudança na exibição do brilho, esta mesma mudança a mais elevada tensão não dará a mesma magnitude de brilho. A diferença entre o que é esperada e que é medido chama-se Gama
Gama Correção Antes de serem exibidos, os dados devem ser corrigidos para compensar a Gama
Gouraud Shading - sombreamento GouraudAlgoritmo (levando o nome do matemático francês que o inventou) permite um alisamento das cores por interpolação. Atribui uma cor a cada pixel de um polígono baseando-se numa interpolação das suas espinhas, ele simula a aparência de superfícies plásticas ou metálicas.
InterpolaçãoManeira matemática de regenerar informações em falta ou danificadas. Quando se aumenta uma imagem, por exemplo, os pixels em falta são regenerados por interpolação.
Line Buffer TampãoÉ um tampão feito para memorizar uma linha vídeo
Lissage Phong - alisamentoAlgoritmo (levando o nome de Phong Bui-Tong) permitindo o alisamento das cores calculando a taxa de luz em numerosos pontos de uma superfície, e alterando a cor dos pixels em função do valor. É mais ávido em recursos do que o alisamento Gouraud
MIP Mapping - texturas borradasÉ uma palavra que provém do latim Multum in Parvum que significa vários num só. Este método permite aplicar texturas de diferentes resoluções para objetos de uma mesma imagem, de acordo com a sua dimensão e a sua distância. Isto permite pôr texturas com resolução mais elevada quando mais se aproxima de um objeto.
ProjeçãoÉ o facto de transformar (reduzindo-o) um espaço em 3 dimensões em um espaço em 2 dimensões
Rasterisation converter uma imagem vetorial em rasterização Transforma uma imagem em pixels
Resultado (Rendering)É o facto de criar imagens realistas em uma tela utilizando modelos matemáticos para alisamento, cores…
Rendering engine - softwareParte material ou software encarregado de calcular os primeiros 3D (geralmente, triângulos)
Tesselation ou facettisation - aumento do número de picos de um objetoO facto de calcular gráficos 3D pode ser dividido em 3 partes: a facettisation, a geometria e retorno. A facettisation é a parte que consiste em recortar uma superfície em formas menores, recortando-a (frequentemente em triângulos ou quadriláteros)
Texture Mapping Mapa de texturaConsiste em armazenar imagens constituídas por pixels (texels), em seguida envolver objetos 3D desta textura para obter uma representação mais realista dos objetos
Tri-linear filtering - É uma extensão do método de filtragem de textura bilinear,Baseada no princípio da filtragem bilinear, a filtragem trilinear consiste em fazer uma média de dois níveis de filtragem bilinear.
Z-buffer tampãoParte da memória que armazena a distância de cada pixel à objetiva. Quando os objetos são enviados para a tela, o rendering engine deve suprimir as superfícies escondidas.
Z-bufferingÉ o fato de suprimir as faces escondidas utilizando os valores armazenados no Z-buffer

Veja também


Graphics cards - Video cards
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Tarjetas gráficas: Tarjetas de video
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Carte graphique
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Scheda video
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