Часть II / Лекция 08. Организация ресурсов памяти в компьютерной графике

Наступила пора поговорить о технической организации средств компьютерной графики. На протяжении нескольких лекций мы познакомимся с оборудуванием, необходимым для работы с компьютерной графикой, и узнаем основные характеристики и принципы действия этого оборудувания. Разумеется, технический прогресс не стоит на месте, и некоторые сведения в этой части учебника могут показаться (или оказаться) слегка устаревшими. Но, тем не менее, основные принципы работы большинства устройств остаются почти неизменными, поэтому мы надеемся, что информация, представленная здесь, будет полезна для читателя.

Память

Монитор — это аналоговое устройство, а память — дискретное (цифровое). Чтобы «цифра» была «понятна» монитору, нужно использовать цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Вывод изображения производится на растровый дисплей. Наименьшая адресуемая часть экрана — один пиксел (точка на экране дисплея), на который должен приходиться один или более битов для кодирования цвета. Каждому пикселу соответствует отдельная ячейка памяти в специальном буфере кадров (битовой плоскости). Чем больше битовых плоскостей приходится на один пиксел, тем больше цветов можно отобразить на экране монитора. Если, скажем, отвести под ячейку один бит (что будет соответствовать черно-белому изображению без полутонов), то 0 будет соответствовать черному цвету пиксела, а 1 — белому, и тогда на экране размером 512 * 512 пикселов для кодирования рисунка понадобится 512 * 512 = 262144 бита памяти.

Формирование цвета. Электронно-лучевая трубка

Градации серого цвета для черно-белой электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) можно получить, если число видовых плоскостей в буфере кадра увеличить, к примеру, до трех. При этом мы получим 2³ = 8 уровней черно-белого сигнала:

Если в предыдущем случае вместо черно-белой ЭЛТ поставить цветную, имеющую три пушки (см. рис. 8.3) — для красного, зеленого и синего цветов (RGB — red, green, blue), — то получим восемь различных цветов, вот они:

В ряде случаев при жесткой экономии памяти можно использовать механизм палитр, задаваемых несколькими матрицами цветов, загружаемых по отдельности по мере необходимости. После загрузки соответствующей матрицы можно использовать цвета одних, обычно близких по тону, оттенков, после загрузки другой матрицы — цвета других оттенков. При быстрой перезагрузке палитр и искусном подборе рисунков у зрителя создается иллюзия существования на экране большего, чем позволяет память, числа оттенков.

Современный дисплей. Миллионы цветов (True Color)

Попробуем увеличить число видовых плоскостей для красного, синего и зеленого цветов до восьми (см. рис. 8.4). Тогда мы получим по 256 градаций для каждого из RGB-цветов. Таким образом, на один пиксел экрана может приходиться один из 256 уровней яркости красного цвета, один из 256 уровней яркости зеленого цвета и, наконец, один из 256 уровней яркости синего цвета, поэтому этот пиксел может быть окрашен в один из 2⁸ * 2⁸ * 2⁸ = 256 * 256 * 256 = 16 777 216 цветов! Такая схема получения огромного количества цветов по-праву носит название «True Color» — «истинный цвет».

Заметим, что глаз человека различает гораздо меньше цветовых оттенков, нежели 16 777 216, поэтому с точки зрения цветности режим True Color удовлетворяет любым потребностям для формирования реалистичных миров, картин, изображений.