Глоссарий современной 3D терминологии

Статьи и новости, посвящённые современной 3D графике, как ничто другое насыщены специальными терминами и определениями. Зачастую даже весьма опытный пользователь ПК с трудом может объяснить разницу между каким-нибудь блендингом и рендерингом. Не говоря уж о новичках, которые совершенно теряются в этой словесной неразберихе и поэтому практически всегда быстренько перематывают статьи на последнюю страницу, к графикам и выводам, совершенно не понимая физики описываемого процесса и причин преимущества или недостатка того или иного графического ускорителя.

Наш сегодняшний материал – Глоссарий по 3D графике, не стоит воспринимать как руководство к немедленному его изучению "от корки до корки", тем более что в короткие сроки это сделать просто нереально. Достаточно будет того, что, читая тот или иной новый материал по 3D графике и встретив слово с незнакомым смыслом, вы заглянете в этот краткий терминологический справочник. Предполагается, что этот своеобразный "помощник по 3D терминологии", постоянно находящийся под рукой, со временем займёт своё законное место среди других материалов в специальном справочном разделе.

Сказать, что этот глоссарий создаётся впервые и "на ровном месте", было бы ошибкой. По сути, это очередная версия глоссария, представленного нашим читателям ещё в 2001 году - теперь дополненная значительным объёмом информации и "почищенная" от неактуальных нынче терминов. Впрочем, даже в сегодняшнем виде 3D Глоссарий вряд ли можно назвать источником исчерпывающей информации о 3D терминах - столь велико их количество, да и представленные определения не всегда близки к идеальным. Поэтому глоссарий будет постоянно пополняться новыми словами и и более точными (а порой просто скорректированными) определениями, в том числе, не без помощи наших читателей. Мы с удовольствием и благодарностью примем любую критику, а также предложения, дополнения и уточнения терминологии нашего 3D глоссария. Также приветствуются любые пожелания по организации и удобствам пользования глоссарием.

3D Глоссарий

2D Graphics (2D графика) – Зрительное представление сцен и объектов, описываемых координатами по двум осям x и y, например, высотой и шириной

3D Graphics (3D графика) – Зрительное представление сцен и объектов, описываемых координатами 3-мерного пространства, по осям x, y и z, например, высотой, шириной и глубиной

3D Pipeline (3D конвейер) – последовательный процесс обработки 3D графики, условно разделяемый на три стадии – тесселяцию (tessellation), то есть, создание структурированной модели объекта, геометрическую стадию, и процесс рендеринга.

На стадии тесселяции создаётся описание модели объекта, которое затем конвертируется в определённый набор полигонов (polygons, то есть, многоугольников). Геометрическая стадия подразумевает многочисленные настройки, условия преобразования, освещения и пр. На стадии рендеринга – наиболее важного и критичного относительно качества финального результата, 3D изображение, сформированное из полигонов на геометрической стадии, преобразуется в двухмерное изображение для вывода экран дисплея.

AGP - Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт - специальная 32-битная шина, разработанная для подключения видеокарт. Современные видеокарты чаще всего выпускаются под слот PCI-Express, однако AGP-карты до сих пор широко распространены в силу огромного количества ранее выпущенных платформ под этот тип интерфейса. В своё время шина AGP заменила собой шину PCI, поскольку скорость обмена данными с центральным процессором по шине AGP (66 МГц) вдвое превышает PCI (33 МГц).

На практике версия шины AGP 1x быстро уступила место AGP 2x ввиду недостаточной пропускной способности; затем дебютировани версии AGP 4x и AGP 8x - с пропускной способностью до 2 Гб/с.В процессе совершенствования шины AGP 4x был изменён уровень напряжения питания - вместо 3,3 В начали появляться 1,5 В карты AGP 4x, а в последствии и AGP 8x.

Accelerator (Акселератор) - в общем случае карта или плата, расширяющая возможности компьютера, не обязательно графическая - бывают, например, акселлераторы криптообработки, звуковые, декодирующие. Обычно акселератор является аппаратным решением, самостоятельно обрабатывающим какую-либо информацию, что позволяет более оперативно обработать данные и разгрузить ресурсы центрального процессора. Наиболее популярными нынче можно считать 2D/3D видеоакселераторы, поэтому употребление термина "акселератор" в большинстве случаев по умолчанию подразумевает что речь идёт о видеокарте, если не оговорено что-то другое.

Algorithmic Procedure Texturing (Алгоритмическое процедурное текстурирование) - способ рендеринга изображений с виртуально бесконечной детализацией. Слово "процедурное" означает последовательность действий; текстурирование - это в общем смысле создание изображения с многочисленными свойствами.

Alpha-Blending (Альфа-смешение) - технология создания прозрачных или полупрозрачных объектов или слоёв изображения, что на практике оздачает придание изображению или отдельному пикселю специального атрибута, определяющего его финальный вид: сплошной (не пропускающий свет), невидимый (прозрачный) или полупрозрачный. Текстура, наносимая на объект, может содержать помимо информации о цвете (Red,Green,Blue), информацию о прозрачности (Alpha). В зависимости от величины коэффициента Alpha разные части объекта приобретают различную степень прозрачности, что на практике означает различную степень смешения цвета переднего плана с цветом фона. Добавление информации альфа-смешения в характеристики подготовленных к рендерингу полигонов позволяет создавать такие интересные эффекты и поверхности как стекло, вода и другие виртуально прозрачные элементы. Как правило смешивание цветов перекрываемого объекта и полупрозрачного объекта (с альфа прозрачностью) происходит по формуле (alpha) * (значение цвета объекта с прозрачностью) + (alpha-1) * (значение цвета покрываемого объекта) при 0<=alpha<=1.

Alpha Buffer, Alpha Channel, Alpha Plane – альфа-буфер, альфа-канал, альфа-плоскость: дополнительный цветовой канал для хранения информации о прозрачности объекта; таким образом пиксели обладают четырьмя численными характеристиками (RGBA), и 32-битный буфер кадра описывает 24-битный цвет, по восемь бит на цветовой канал, плюс 8-битный альфа-канал

Ambient Light (Рассеянный свет) – общий уровень искусственного освещения, обеспечивающий видимость всех поверхностей, даже без прямого освещения, этакая функция представления бесконечно безгранично рассеянных отражений всех поверхностей в пределах видимой сцены

Animation (Анимация) - технология создания иллюзии движения с использованием последовательности (рендеринга) статических изображений

Anisotrophic Filtering (Анизотропная фильтрация) - процесс фильтрации (или смешения) текстуры, при котором усреднение параметров объекта осуществляется с учётом данных каждого конкретного полигона, с учётом всех трёх измерений объекта. Остальные способы фильтрации как правило усредняют цвет выводимого пикселя, принимая во внимание цвет исходных пикселей, что зачастую делает картинку чрезмерно размытой или резкой.

Anti-aliasing (Антиалиасинг, буквально "анти-ступенчатость") - технология сглаживания путём интерполяции на субпиксельном уровне, позволяющая избавиться от характерных "угловых ступенек" и представить изображение в более высоком разрешении. При аппаратной прорисовке 3D сцены сглаживание может замещаться или дополняться билинейной и трилинейной фильтрацией, поскольку эти технологии реализуют подобие сглаживания.

API, Application Programming Interface - стандартизированный программный интерфейс приложения, позволяющий разработчикам писать приложения без специфических знаний аппаратной реализации платформы. API присутствует в любой операционной системе и применяется как типичный код, чтобы не дублировать каждый раз стандартные процедуры. Применительно к 3D это означает, что игру, написанную для какой-то одной видеокарты со специфическим аппаратным исполнением уже не запустить на других акселераторах, в то время как используя API, производители игр и оборудования могут быть уверены, что игра и ускоритель будут общаться "на одинаковом языке". Самые популярные современные 3D API - OpenGL и Direct3D.

Aspect Ratio - формат экрана, соотношение его ширины к высоте. Например, разрешения 1920 х 1200, 1680 х 1050, 1280 х 800, 1152 х 720, 1024 х 640 имеют соотношение 16:10; разрешение 1280 х 1024 имеет соотношение 5:4; разрешения 1024 х 768, 800 х 600, 640 х 480 имеют соотношение 4:3; разрешение 720 х 480 имеет соотношение 3:2.

Artifact - артефактом называют результаты некачественной или низкокачественной компрессии текстур, при этом наблюдаются "смазанные" фрагменты изображения. На двумерных и трехмерных изображениях артефакты могут образовываться на стыке цветов.

Atmospheric Effect - атмосферные эффекты вроде тумана, придающие сцене дополнительную реалистичность

Bilinear Filtering - билинейная фильтрация, метод текстурирования с антиалиазингом, при этом получается графика с менее заметной пикселизацией и менее блочной структурой. Применяется для получения более сглаженных текстур.

В процессе билинейной фильтрации производится обработка четырёх соседних пикселей (текселя), в результате чего получается пиксель с усредненным путём апроксимации цветом. Применение билинейной фильтрации может привести к потере объектом "виртуальной" глубины и даже естественного вида, особенно в процессе медленного вращения или передвижения полигонов. На помощь может придти другие виды фильтрации - трилинейной или ещё более продвинутой анизотропной.

Bitmap - битовое изображение, битовая (растровая) карта, практически любое изображение, видимое на экране, состоящее из массива точек, упорядоченных в вертикальные и горизонтальные ряды. Каждая точка (пиксель) имеет цветовой атрибут, совокупность точек формирует изображение. Чем больше битов выделяется под атрибут цвета, тем больше глубина цвета, тем более естественно будет выглядеть изображение.

Buffer – буфер, память, выделенная для специфической функции или набора функций

Bump-Mapping - визуальный приём, используемый для придания поверхностям объекта характерных специфических неровностей. Для этого разработчики привязывают по две текстуры к каждому полигону, одна из которых обычная, базовая, вторая - текстура смещения, описывающая неровности объекта.

В случае применения bump-mapping отражение света от неровностей меняется в зависимости от угла зрения, как в реальном мире.

Chroma Keying - управление цветом, при котором удаляется цвет объекта и "проявляется" цвет другого, расположенного "позади", а удалённый цвет как бы становится прозрачным

Clock Cycle, такт микропроцессора. Современные процессоры, (в том числе и графические, выполняют несколько сотен или тысяч миллионов тактов в секунду.

Clock Frequency - тактовая частота, параметр, показывающий скорость выполнения целочисленных операций. Тактовая частота графических процессоров выражается в МГц (млн. тактов в секунду).

Collision Detection - обнаружение "столкновений". Возможность 3D объектов взаимодействовать с другими 3D объектами естественным образом. Когда вы в 3D игре видите коробку на полу, то коробка "знает", что ей не следует проваливаться сквозь пол. Эти "знания" являются результатом работы по обнаружению столкновений. Процесс обнаружения столкновений постоянно совершенствуется.

Colored Lighting - цветное освещение. Для отбрасывания теней может использоваться не только белый свет, но и цветной

Compression - сжатие, возможность уменьшения размера файла без потери значительных графических деталей. 3D ускоритель быстрее работает со сжатыми текстурами.

DDR-SDRAM ( Double Data Rate SDRAM) - память SDRAM с двойной скоростью передачи данных, способна передавать сигнал по обоим фронтам тактового импульса.

Dedicated Frame Buffer - выделенный кадровый буфер, некоторое количество памяти, используемое для хранения данных кадрового и/или Z-буфера. Такая архитектура памяти называется раздельной (split memory architecture). .

Direct3D - графическая часть Microsoft DirectX API.

Displacement Mapping - структурирование смещением, вторая текстурная карта, используемая при отображении шероховатостей поверхности (см. Bump-Mapping). Карта показывает, каким образом на оригинальной текстуре отбрасываются тени от неровностей.

Dithering - сглаживание переходов между цветами, зрительный артефакт, сопровождающий уменьшение количества используемых цветов (уменьшение глубины цвета). К примеру, в результате сглаживания переходов текстура теряет свою чёткость, на ней будет заметна пикселизация

Driver - драйвер, программа-посредник между различными аппаратными устройствами, операционной системой и другими программами. Без драйверов оборудование использовать невозможно.

D3D (Direct3D) - см. Microsoft Direct3D API.

Engine - "движок", комплекс функций по выполнению определённого задания. Применительно к играм, движок - рабочая основа игры, создаваемая программистами. В зависимости от качества программирования и используемых возможностей, движок может реализовывать различные эффекты и графику

Environment-mapping - текстутирование окружающей среды

Fill Rate - скорость заполнения, .скорость прорисовки пикселей на экране монитора.

Filtering - фильтрация, с помощью которой видеокарта сглаживает текстуры, усредняя цвет пикселя с окружающими пикселями. Бывает билинейной, трилинейной, анизотропной.

Floating-Point (FP) - десятичные дроби, числа с плавающей запятой (по-русски - именно с плавающей запятой, поскольку в России традиционно мантисса отделяется от целого запятой; в англоязычных странах - точкой). Процессор, хорошо выполняющий операции с плавающей точкой, сможет обеспечить лучшую игровую производительность.

Fog, Fogging - создание тумана. Разработчики игр могут помещать туман для усиления других эффектов, например, кипящей воды.

FPS (Frames per Second) - количество кадров, прорисовываемых за одну секунду.Чем производительнее видеокарта, тем быстрее она отрисовывает каждый кадр и переходит к следующему. Как правило, чем выше установлено разрешение монитора, тем меньше количество кадров в секунду успевает обработать видеокарта.

Game Engine, см. Engine

Gamma Correction, гамма-коррекция. Возможность управлять красной, зеленой или синей цветовой составляющей пикселя или текстуры для определения требуемой яркости

Gouraud Shading - алгоритм затенения, названный по имени его изобретателя, француза Генри Гуро (Henri Gouraud). Метод Гуро, или цветовая интерполяция, Позволяет получить на поверхности объекта плавное затенение. При этом во всех вершинах объекта строятся векторы нормалей; и, в зависимости от угла между нормалями и направлением на источник света, определяется цвет пикселей, соответствующих вершинам полигонов; цвета пикселей интерполируются (между вершинами) по поверхностям полигонов. Блики выглядят не очень реалистично

Graphics Controller, Graphics Processor, Graphics Processing Unit (GPU) - 2D и/или 3D процессор, объединяющий в себе все функции графического конвейера. Изначально разработанный для разгрузки центрального процессора, современный GPU превратился в мощнейший компонент ПК, объединяющий в себе, помимо обработки 2D/3D видео, ряд смежных функций, например, декодирование DVD и/или HD видео, ввод/вывод видеосигнала и пр.

Integer - целый, целочисленный. Целыми числами называется ряд 0, 1, 2..., а также их отрицательные значения.

Internal Rendering - внутренний рендеринг, глубина цвета при внутренней обработке изображения видеокартой

Interpolation – интерполяция, математический способ восстановления потерянной или отсутствующей информации. К примеру, при масштабировании 100х100 пиксельного растра в 200х200 пиксельный необходимые пиксели интерполируются как среднее значение соседних пикселей.

Jaggies – "ступеньки" (лесенки), слэнговое обозначение ступенчатого растрового эффекта, заметного на растровой графике, при увеличении кривых или растрового текста. Частично или полностью сглаживается с помощью антиалиазинга

Layer – слой, уровень изображения, который может быть отредактирован и изменён независимо и без изменения остальных параметров суммарного изображения.

Level of Detail - уровень детализации. Зависит от размера текстуры. Например, 256x256 и т.д. Низкий уровень детализации означает маленький размер текстур, а не визуальное качество картинки. Зато при низком уровне детализации частота смены кадров увеличивается.

Lighting Effects - эффекты освещения, симулирующие свет в 3D графике. Реализуется с помощью подсветки текстур и пикселей вблизи виртуального источника света. Освещение является одной из самых красивых возможностей видеокарты, значительно улучшая восприятие графики

Mip-Mapping (лат. "Multum In Parvum") - мип-текстурирование, или мип-мэппинг. В соответствии с определением Multum In Parvum - "многое в одном", процесс представляет собой преобразование изображения или текстуры в меньшие по размеру изображения. Алгоритм использует текстуру с различным разрешением (256x256,128x128,64x64 и т.д.) для разных частей обьекта, в зависимости от расстояния между наблюдателем и поверхностью и от угла под которым находится поверхность. Побочный негативный эффект мип-текстурирования - так называемый бэндинг (banding) - разрывы между mip-уровнями, то есть, текстурами с различным разрешением, а также в некоторых случаях - снижение резкости текстур

Multitexturing - мультитекстурирование, процесс добавления множества текстур к объекту при программировании 3D игры. Мультитекстуры могут накладываться друг на друга для отображения шероховатостей поверхности (см. Bump-Mapping) или использоваться друг с другом для создания одной большой 3D модели. При этом цвета текселей этих текстур смешиваются по определенному закону: add (сложение), modulate (умножение), substractive (вычитание) и др.

OpenGL (Open Graphics Library) - графический API , первоначально созданный и поддерживаемый Silicon Graphics для профессиональной графики рабочих станций

OpenGL ICD (installable client driver) - устанавливаемый клиентский драйвер OpenGL

Overclocking - оверклокинг, или просто "разгон" штатной тактовой частоты графического процессора видеокарты и/или тактовой частоты графической видеопамяти выше паспортных значений. Сейчас производители видеокарт встраивают возможность разгона прямо в драйверы, традиционно оверклокинг производился путём изменения параметров BIOS видеокарты, ещё раньше - перемычками на плате

PCI (Peripheral Component Interface) - шина периферийных компонентов, промышленный стандарт шины расширения компьютера для подключения различных устройства - сетевых карт, контроллеров и т.д.; ранее - даже видеокарт

PCI Express (PCI-E) – новое поколение компьютерных шин с последовательной архитектурой, обеспечивающее в первом поколении производительность более 4 Гб/с в обоих направлениях. Последовательная архитектура шины PCI Express позволяет объединять так называемые PCI Express "линии" (lanes) для увеличения максимальной производительности суммарной шины. В отличие от шины AGP, стандарт PCI Express не предусматривает эксклюзивного использования PCI-E для работы с 3D графикой, хотя, слоты PCI Express x16 в подавляющем большинстве случаев используются совместно с графическими ускорителями

Per-Pixel Mip-Mapping, - попиксельное MIP-текстурирование, наиболее точная версия MIP-текстурирования. Для увеличения производительности, мип-мэппинг может применяться не только к пикселю, но и к полигону, но только при попиксельном MIP-текстурировании тени получаются такими же детальными, как и отбрасывающие их объекты

Perspective Correction - исправление перспективы, заключается в возможности правильно отображать текстуру под любым углом

Phong shading - Затенение Фонга, один из наиболее качественных типов затенения, отличающийся от алгоритма затенения по методу Гуро (Gouraud Shading) тем, что векторы нормалей строятся для каждой точки изображения, и, соответственно, требуется множество вычислений.

Pixel - пиксель, минимальный объект на экране монитора (см. Bitmap).

Pixelation - пикселизация, визуально заметный растр текстуры в игре при близком приближении или при игре на мониторе с большим разрешением с установками порядка 640x480.

Polygon - полигон, многоугольник, замкнутая двумерная фигура. Полигоны комбинируются с сотнями других для создания цельной модели в 3D движках (см Engine)

Projection – проекция, процесс преобразования трёхмерного изображения в двухмерную картинку для вывода на дисплей

Raytrace - метод лучевой трассировки, или "бегущего луча". При этом методе просчитывается виртуальный луч света от источника через все отражающие поверхности до того объекта, на который падает свет. Метод создает очень реалистичные эффекты, а также прозрачные поверхности.

Realtime - в реальном времени. Действие, производимое компьютером с той же самой скоростью, что и в реальной жизни.

Reflective Mapping - отображение отражающих поверхностей, позволяет создавать текстуры с правдоподобным реалистичным отражением окружающих объектов.

Refresh Rate - частота обновления. Частота, с которой монитор выводит последовательность статических изображений. Измеряется в Герцах (Гц), например, частота обновления 100 Гц означает смену кадра 100 раз в секунду.

Resolution - разрешение, представляется в виде количества пикселей по горизонтальной оси на количество пикселей по вертикальной оси, например 1920 х 1200 - этакое произведение, дающее в результате суммарное число пикселей , отображаемых монитором

ROP (Raster Operation) – параметр функции BitBlt, точно определяющий комбинацию (взаимосвязь) исходных битов и финальных битов. Поскольку растр – это всего лишь массив параметров битов, ROP представляет собой тривиальное логическое уравнение, оперирующее битами

SIMD (Single Instruction Multiple Data) - один поток команд и много потоков данных. Упрощенно говоря, SIMD-инструкция позволяет процессору выполнять одинаковую операцию над несколькими потоками данных, что освобождает процессор от повторного ввода одинаковых инструкций для увеличения производительности

Software Rendering - реликтовый способ программного рендеринга, не задействующий 3D видеокарту, медленный и не очень красивый, главная причина изобретения 3D видеокарт

Specular highlight - блики (отражающая подсветка), имитация прямого отражения источника света.

Sprite - спрайт. двумерное графическое изображение. Например, прицел в Quake2 или Half-Life

Stencil buffer – Stencil-буфер, буфер шаблона, раздел графической памяти, имеющий размер выводимого кадра и хранящий шаблонные данные, которые могут использоваться для скрытия или отображения того или иного пикселя в самых различных случаях, например, для "штриховки" линий, создания простых теней, отражений, плавных переходов и пр.

T&L, Transform and Lighting – Трансформирование и Освещение. Два отдельных аппаратных модуля-движка контроллера дисплея, ответственных за процесс рендеринга. Производительность модуля Transform определяет степень сложности выводимых объектов без снижения частоты кадров; модуль Lighting отвечает за придание сцене реализма за счёт изменения параметров источников освещения

Texel (TEXture ELement) - тексель, элемент текстуры. Обычно текселем называют пиксель применительно к 3D.

Texture - текстура, графическая картинка (растр), "натягиваемый" на полигональные каркасы в 3D. С помощью текстур мы получаем тот самый прекрасный трехмерный мир, который мы наблюдаем в играх.

Texture Compression - сжатие текстур, функция видеокарты для уменьшения размеров изображения путём сжатия повторяющихся строк и уменьшая глубины цветовой палитры текстуры. Сжатие текстур может радикально повысить частоту смены кадров, однако качество при этом может снизиться

Texture Mapping - текстурирование, текстурное отображение: процесс "натягивания" текстуры (растра) на полигональный 3D скелет

Transparency - прозрачность, свойства объектов, через которые можно полностью или частично видеть другие объекты

Triangles per second – треугольников в секунду, скорость обработки треугольников графическим контроллером, стандартный общепринятый индустриальный показатель, описывающий производительность. Чем больше число треугольников, обрабатываемых за секунду, тем выше производительность

Trilinear Filtering, - трилинейная фильтрация, процесс применения билинейной фильтрации к каждой стороне текстуры. Улучшает четкость изображения и убирает пикселизацию. При этом типе фильтрации фильтруются не только текселы, но и MIP-уровни, т.е. сначала вычисляются цвета двух пикселей в двух (соседних) MIP-уровнях, затем эти два значения смешиваются. Единственный недостаток трилинейной фильтрации - потеря резкости текстур.

Tweak - твик, настройка (реже в смысле "разгон"), оптимизация параметров приложения или аппаратного решения для увеличения производительности, повышения стабильности и пр.

Vertex – вершина, точка в 3D пространстве с определёнными координатами; обычно описывается координатами x, y и z. Вершина - одна из фундаментальных структур в полигональном моделировании: две вершины могут быть использованы для определения линии; три – для определения треугольника и т.д.

Volumetric Lighting - пространственное освещение, эффект прохождения света через трехмерную преграду, например туман, облако пыли, дым, пар и т.д.

Volumetric Fogging - пространственный, или "виртуальный" туман, скрывающий непрорисованные текстуры на некотором расстоянии для увеличения производительности.

Z-Buffer - Z-буфер, часть памяти 3D ускорителя, выделенная под хранение координаты Z точек в 3-мерном пространстве с осями X, Y и Z. Использование Z-буфера позволяет видеокарте не прорисовывать текстуры, заведомо скрытые позади других текстур. Например, если вы заходите в игре за стену, то за ней вы не можете видеть другие объекты, а с помощью Z-буфера карта не будет их отрисовывать лишний раз. Z-буфер позволяет значительно увеличивать производительность. Также при его использовании точность позиционирования по оси Z улучшается.