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L'alimentation La carte graphique Une carte graphique ou carte vidéo anciennement par abus de langage une carte VGA , ou encore un adaptateur graphique, est une carte d'extension d'ordinateur dont le rôle est de produire une image affichable sur un écran. La carte graphique envoie à l'écran des images stockées dans sa mémoire, à une fréquence et dans un format qui dépendent d'une part de l'écran branché et du port sur lequel il est branché grâce au Plug and Play et de sa configuration interne d'autre part. Les cartes graphiques 2D-3D Les premières cartes graphiques ne permettaient, au début de l'ère informatique, qu'un affichage en 2D et se connectaient sur un port Industry standard architecture ISA 8 bits ; ce sont les cartes Monochrome Display Adapter MDA. Les premières cartes graphique pouvant adresser un point individuel de l'affichage n'apparaissent qu'en pour le grand public, avec les cartes CGA, ou Color Graphic Adapter, qui permettaient un adressage de points dans une résolution de colonnes sur lignes en 4 couleurs différentes. Suivent alors une succession de cartes dédiées au graphisme sur ordinateur poussant de plus en plus loin le nombre de lignes et de colonnes adressables, ainsi que de le nombre de couleurs simultanées pouvant être affichées ; ce sont les modes graphiques utilisables. De plus en plus de fonctions assurées par le processeur sont petit à petit gérées par le contrôleur graphique des cartes.

Nom:carte video acceleratrice
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Système d’exploitation:Windows, Mac, Android, iOS
Licence:Usage Personnel Seulement
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Concepts de base du rendu 3D[ modifier modifier le wikicode ] Une scène 3D est composée d'un espace en trois dimensions, dans laquelle le moteur physique du jeu vidéo place des objets et les fait bouger. Cette scène est, en première approche, un simple parallélogramme. Les objets seront placés à des coordonnées bien précises dans ce parallélogramme. Dans toute scène 3D, on trouve une caméra, qui représente les yeux du joueur.

Ces autres objets sont composés de formes de base, combinées les unes aux autres pour former des objets complexes. Ces formes géométriques peuvent être des triangles, des carrés, des courbes de Béziers, etc. Dans la majorité des jeux vidéos actuels, nos objets sont modélisés par un assemblage de triangles collés les uns aux autres. Ces triangles sont définis par leurs sommets, qui sont appelés des vertices. Illustration des vertices pour un modèle 3D complexe. Pour rajouter de la couleur, ces objets sont recouverts par des textures, des images qui servent de papier peint à un objet.

Un objet géométrique est recouvert par une ou plusieurs textures, qui permettent de le colorier ou de lui appliquer du relief. Celle-ci calcule une scène 3D intégralement, avant de faire des transformations pour n'afficher que ce qu'il faut à l'écran.

Le calcul de l'image finale passe par diverses étapes bien séparées, l'ensemble étant appelé le pipeline graphique. Dans certains cas, des traitements supplémentaires sont ajoutés. Cela permet de déformer les objets ou d'augmenter leur réalisme. Traitement des vertices[ modifier modifier le wikicode ] La première étape place les objets au bon endroit dans la scène 3D. Ensuite, les vertices sont éclairées dans une phase de lightning.

Vient ensuite une phase de traitement de la géométrie, où les vertices sont assemblées en triangles, points, ou lignes, voire en polygones. Ces formes géométriques de base sont ensuite traitées telles quelles par la carte graphique. Rasterization[ modifier modifier le wikicode ] Vient ensuite la traduction des formes triangles rendues dans une scène 3D en un affichage à l'écran. Cette étape de rasterization va projeter l'image visible sur notre caméra.

Et cela nécessite de faire quelques calculs. Ensuite, ils passent par une phase de culling, qui élimine les pixels cachés par un objet géométrique. Enfin, chaque pixel de l'écran se voit attribuer un ou plusieurs triangle s. Cela signifie que sur le pixel en question, c'est le triangle attribué au pixel qui s'affichera. C'est lors de cette phase de rasterisation que la perspective est gérée, en fonction de la position de la caméra.

Pixels et textures[ modifier modifier le wikicode ] À la suite de cela, les textures sont appliquées sur la géométrie. La carte graphique sait à quel triangle correspond chaque pixel et peut donc colorier le pixel en question en fonction de la couleur de la texture appliquée sur la géométrie.

C'est la phase de Texturing. En plus de cela, les pixels de l'écran peuvent subir des traitements divers et variés avant d'être enregistrés et affichés à l'écran. Un effet de brouillard peut être ajouté, des tests de visibilité sont effectués, l'antialiasing est ajouté, etc. Au fil du temps, de nombreux circuits furent ajoutés, afin de déporter un maximum de calculs vers la carte vidéo.

Pour déléguer ses calculs à la carte 3D, les applications pourraient communiquer directement avec la carte graphique, sans prendre en compte toute contrainte de compatibilité. Pour éviter cela, les concepteurs de systèmes d'exploitations et de cartes graphiques ont inventé des API 3D, des bibliothèques qui fournissent des fonctions que l'application pourra exécuter au besoin.

Répartition du travail entre processeur et GPU, sur les cartes graphiques récentes. On voit que le GPU s'occupe des traitements liés au moteur graphique, tandis que les autres traitements son, physique sont pris en charge par le processeur. La mémoire vidéo est nécessaire pour stocker l'image à afficher à l'écran, mais aussi pour mémoriser temporairement des informations importantes.

Au fil du temps, elle s'est vu ajouter d'autres fonctions, comme stocker les textures et les vertices de l'image à calculer, ainsi que divers résultats temporaires. Elle est très proche des mémoires RAM qu'on trouve sous forme de barrettes dans nos PC, à quelques différences près. En premier lieu, la mémoire vidéo peut supporter un grand nombre d'accès mémoire simultanés. Ensuite, elle est optimisée pour accéder à des données proches en mémoire. La carte graphique communique via un bus, un vulgaire tas de fils qui connectent la carte graphique à la carte mère.

Les premières cartes graphiques utilisaient un bus nommé ISA, qui fût rapidement remplacé par le bus PCI, plus rapide. Ce bus est géré par un contrôleur de bus, un circuit qui se charge d'envoyer ou de réceptionner les données sur le bus. Enfin, on trouve naturellement des circuits qui s'occupent des rendus 2D et 3D proprement dit. Les circuits qui font les calculs de rendu sont regroupés dans un ensemble hétérogène de circuits aux fonctions forts différentes, nommé le pipeline graphique.

Il est composé de circuits non-programmables dits fixes et de circuits programmables. Conceptuellement, on sépare les circuits fixes et programmables dans deux sous-pipelines séparés, ce qui permet de faire la distinction entre pipeline programmable qui regroupe les circuits programmables et le pipeline fixe pour le reste. Mais cette distinction est purement conceptuelle et ne correspond pas vraiment à la manière dont les circuits sont organisés réellement.

Ces deux circuits portent le nom d'unité de texture et d'input assembler. Architecture de base d'une carte 3D - 1 Les circuits du pipeline fixe[ modifier modifier le wikicode ] Toute carte graphique contient des circuits, aussi appelés unités, qui prennent en charge une étape du pipeline graphique.

Entre les différentes unités, on trouve souvent des mémoires pour mettre en attente les vertices ou les pixels, au cas où une unité est trop occupée. Pour plus d'efficacité, ces cartes graphiques possédaient parfois plusieurs unités de traitement des vertices et des pixels, ou plusieurs ROP.

Dans ce cas, ces unités multiples sont précédées par un circuit qui se charge de répartir les vertex ou pixels sur chaque unités. Tout les traitements que la carte graphique doit effectuer, qu'il s'agisse de rendu 2D, de calculs 2D, du décodage matérielle d'un flux vidéo, ou de calculs généralistes, sont envoyés par le pilote de la carte graphique, sous la forme de commandes.

Il faut alors faire patienter les données tant que la carte graphique est occupée. Celui-ci est chargé de piloter les circuits de la carte graphique. Les toutes premières cartes graphiques contenaient simplement des circuits pour gérer les textures, en plus de la mémoire RAM vidéo. Seules l'étape de texturing, quelques effets graphiques brouillard et l'étape d'enregistrement des pixels en mémoire étaient prises en charge par la carte graphique.

Les cartes graphiques construites sur cette architecture sont très anciennes. Carte 3D sans rasterization matérielle.

Les cartes suivantes ajoutèrent une gestion des étapes de rasterization directement en matériel. Les cartes ATI rage 2, les Invention de chez Rendition, et d'autres cartes graphiques supportaient ces étapes en hardware. De nos jours, ce genre d'architecture est commune chez certaines cartes graphiques intégrées dans les processeurs ou les cartes mères.

Carte 3D avec gestion de la géométrie. La première carte graphique capable de gérer la géométrie fût la Geforce , la toute première Geforce. Elle implémentait des algorithmes simples, comme un éclairage de Phong, qui étaient directement câblés dans ses circuits. Nous étudierons d'ailleurs cette unité et les algorithmes qu'elle utilise dans quelques chapitres.

Cela permet une grande flexibilité, à savoir que changer le comportement ne nécessite pas de re-câbler tout le circuit. Par la suite, l'étape de traitement des pixels est elle aussi devenue programmable. Des programmes capables de traiter des pixels, les pixels shaders ont fait leur apparition. Vertex shader. Geometry shader. Generic shader. Ces shaders sont écrits dans un langage de haut-niveau, le HLSL ou le GLSL, et sont traduits compilés par les pilotes de la carte graphique avant leur exécution.

Au fil du temps, les spécifications de ces langages sont devenues de plus en plus riches et le matériel en a fait autant.

Les premières cartes graphiques avaient des jeux d'instructions séparés pour les unités de vertex shader et les unités de pixel shader, et les processeurs étaient séparés.

Pour donner un exemple, c'était le cas de la Geforce Carte 3D avec pixels et vertex shaders non-unifiés. Carte 3D avec pixels et vertex shaders unfifiés.

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