Sprzęt komputerowy 3 Autor prezentacji: 1 prof. dr hab. Maria Hilczer
monitor zapewnia natychmiastową wizualizację wyników pracy komputera Monitor LCD (Liquid Cristal Diplay) inaczej panel ciekłokrystaliczny 2
własności oka ludzkiego decydujące o możliwości wyświetlania obrazów przez monitory: ograniczona zdolność rozdzielcza oka oko jest w stanie odróżnić szczegóły obrazu tylko z bliska, z daleka plamki obrazu zlewają się jeśli sąsiednie plamki obrazu mają różne kolory, to do oka dociera kolor wypadkowy zdolność rozróżniania barw każdy kolor można otrzymać poprzez odpowiednie zmieszanie barw podstawowych RGB Red + Green + Blue czerwony + zielony + niebieski 3
Ciekłe kryształy (LC) - faza pośrednia między fazą ciekłą i krystaliczną Posiadają one zdolność do płynięcia, charakterystyczną dla cieczy daleko-zasięgowe uporządkowanie cząsteczek, podobnie jak w kryształach pewne ciekłe kryształy powodują skręcenie płaszczyzny polaryzacji przepuszczonego przez nie światła przy czym kąt o jaki ulega skręceniu ta płaszczyzna możemy regulować za pomocą zmian napięcia przyłożonego do ciekłego kryształu 4
Monitory LCD Filtr polaryzacyjny Ekran jest podświetlany od tyłu przy użyciu np. diod LED promień światła, przechodząc przez specjalny filtr polaryzacyjny ulega polaryzacji w ściśle określonym kierunku Spolaryzowane światło, trafiając następnie na drugi filtr, jest albo Filtr polaryzacyjny wytłumiane (gdy osie polaryzacji obu filtrów są skrzyżowane), albo przechodzi przez niego bez przeszkód (gdy osie polaryzacji obu filtrów są do siebie równolegle). 5
Monitory LCD Między filtrami polaryzacyjnymi znajduje się substancja ciekłokrystaliczna, która może skręcić początkową płaszczyznę polaryzacji światła zanim dotrze ono do drugiego filtra lub pozostawić ją bez zmian Zależy to od orientacji cząsteczek LC leżących na drodze światła. Orientacja ta wynika z przyłożonego napięcia. Zmieniając napięcie zmieniamy ilość światła, które może przedostać się przez dany punkt. 6
Monitory LCD Substancję ciekłokrystaliczną umieszcza się w kilku milionach pojedynczych, niezależnych komórek, tworzących łącznie matrycę pikseli np. o rozmiarach 1920 1080. te liczby określają ROZDZIELCZOŚĆ monitora czyli liczbę pikseli jakie zawiera on w poziomie i pionie Każdy piksel składa się z trzech subpikseli i każdy z nich posiada filtr odpowiedniego koloru (R, G lub B). Te triady RGB są sterowane przez napięcie tranzystora. Z ich pomocą można uzyskać dowolny kolor piksela.
Monitory LCD wybrane parametry Rodzaj matrycy (TN, VA, IPS) Wielkość ekranu - długość przekątnej ekranu wyrażona w calach, np. 19 itd. Rozdzielczość ekranu - ilość pikseli wyświetlanych na ekranie monitora w poziomie i pionie Czas reakcji piksela - czas jaki upływa od wygaszenia piksela do jego ponownego zapalenia. Decyduje o tym z jaką szybkością ekran monitora reaguje na zmiany obrazu i jest on liczony w milisekundach (ms) Kąt widzenia - określa, pod jakim kątem widzenia obraz nie zmienia swoich właściwości (brak zmiany kolorów i zanikania obrazu). Obecnie standardem jest wartość 160 stopni. Współczynnik kontrastu - (decyduje o ostrości obrazu ), określa różnicę pomiędzy jasnością bieli a ciemnością czerni. Modele ze średniej półki charakteryzują się kontrastem od 700:1 w górę 8
Monitory LCD Matryce VA zapewniają bardzo dobre odwzorowanie barw, szerokie kąty widzenia i wysoki kontrast. Wadą jest długi czas reakcji, więc nie jest to najlepsze rozwiązanie do gier. Matryce IPS mają skrócony czas reakcji, dzięki czemu lepiej wyświetlają ruchomą grafikę. Dzieje się to jednak kosztem kontrastu. Matryce TN są najszybsze, więc najlepiej nadają się do gier. Poza tym są tanie. Wadą jest ograniczona paleta barw, małe kąty widzenia, szczególnie z góry i z dołu, a także niewielki kontrast. popularne marki monitorów Samsung, LG, NEC, Benq, Eizo, Dell 9
Monitor LCD pracuje z maksymalną jakością tylko w rozdzielczości nominalnej (tzn. odpowiadającej rzeczywistej liczbie pikseli monitora LCD). Prezentacja obrazu z inną rozdzielczością jest możliwa, jednak wtedy mamy do wyboru dwa sposoby oglądania obrazu: na fragmencie matrycy odpowiadającym danej rozdzielczości (np. 1280x720 na panelu o rzeczywistej rozdzielczości 1920 1080 lub na całej powierzchni ekranu przy użyciu algorytmów skalowania obrazu 10
1. AOC I2481FXH, 600 zł 23,8, rozdzielczość 1920:1080, proporcja ekranu 16:9, czas reakcji 4 ms 2. Iiyama ProLite XB2483HSU-B2, 800 zł 23,8, rozdzielczość 1920:1080, proporcja ekranu 16:9, czas reakcji 4 ms 3. Samsung C24F390FHUX, 750-800 zł 24, rozdzielczość 1920:1080, proporcja ekranu 16:9, czas reakcji 4 ms 4. Philips 276E6ADSS, 920 zł 27, rozdzielczość 1920:1080, proporcja ekranu 16:9, czas reakcji 5 ms 5. Dell U2515H, 1500 zł 25, rozdzielczość 2560:1440, proporcja ekranu 16:9, czas reakcji 8 ms 6. Asus MX25AQ, 1620-1650 zł 25, rozdzielczość 2560:1440, proporcja ekranu 16:9, czas reakcji 5 ms 7. LG 34UM58, 1650-1700 zł 34, rozdzielczość 2560:1080, proporcja ekranu 21:9, czas reakcji 5 ms 8. Eizo FlexScan EV2455, 1900 zł 24,1, rozdzielczość 1920:1200, proporcja ekranu 16:9, czas reakcji 5 ms 9. Acer Predator XB271HU, 3500 zł 27, rozdzielczość 2560:1440, proporcja ekranu 16:9, czas reakcji 4 ms Monitory Top10 X.2016 10. Asus ROG PG38Q, 5350 zł 34, rozdzielczość 3440:1440, proporcja ekranu 21:9, czas reakcji 5 ms 11
Przyszłość Ekrany LED i ekrany OLED do generowania obrazu wykorzystują zjawisko elektroluminescencji Elektroluminescencja to zdolność niektórych materiałów do emitowania światła w chwili gdy przepływa przez nie prąd elektryczny. Jeżeli tym wykorzystanym do świecenia materiałem jest półprzewodnik (np. krzem lub german), wówczas mamy do czynienia z diodą LED. Jeżeli zamiast tego użyjemy materiału organicznego (głównie emitujące światło polimery) to otrzymamy diodę OLED. Łącząc teraz ze sobą tego typu świecące elektroluminescencyjne diody organiczne w jedną, większą matrycę, otrzymujemy panel OLED. 12
Ekrany LED i ekrany OLED pozbawione są szeregu wad paneli LCD świecą "same z siebie" i nie wymagają dodatkowego podświetlenia, przez co są bardzo energooszczędne i dysponują wysokim kontrastem. pozbawione są efektu tzw. "świecącej czerni, będącej największą bolączką monitorów LCD czas reakcji matrycy OLED wynosi kilka mikrosekund, co jest wartością tysiąc razy mniejszą niż w monitorach LCD. Nie ma więc żadnego efektu smużenia przeszkadzającego w grach odwzorowanie barw paneli OLED jest znacznie lepsze niż wszystkich produkowanych obecnie typów monitorów. Kolory są nasycone i bardzo naturalne bez problemu mogą więc znaleźć zastosowanie przy obróbce zdjęć i grafiki nie męczą wzroku, a kąt widzenia wynosi pełne 180 stopni 13
karty graficzne to układy elektroniczne, które przetwarzają informacje zapisane w pamięci wideo na sygnały wizyjne przesyłane do monitora 14
Karty graficzne zawierają Procesor graficzny (GPU) - generuje obraz w pamięci obrazu Pamięć obrazu - przechowuje informacje o obrazie, który ma być wyświetlony na ekranie monitora minimalna pojemność pamięci = rozdzielczość pozioma rozdzielczość pionowa liczba bitów określająca piksel / 8 4 bity to 2 4 = 16 kolorów 8 bitów to 2 8 = 256 kolorów 16 bitów to 2 16 = 65,536 kolorów (high color) 24 bity to 2 24 = 16,777,216 kolorów (true color) jeśli kolor + jasność piksela określają 32 bity 1920 1080 32 / 8 = 8,294,400 B ~8 MB 15
Połączenia: Interfejs do podłączenia z płytą główną umożliwia wymianę danych i sterowanie kartą graficzną zazwyczaj PCI, AGP, PCI-Express Interfejs do podłączenia z monitorem (obecnie DVI Digital Visual Interface, HDMI High Definition Multimedia Interface, DisplayPort) 16
Wtyczka DVI -D standard złącza pomiędzy kartą graficzną a monitorem komputera DVI-I przesyła zarówno dane analogowe jak i cyfrowe DVI-D przesyła tylko dane cyfrowe Wtyczka HDMI HDMI to interfejs służący do przesyłania cyfrowego nieskompresowanego sygnału audio i wideo HDMI pozwala łączyć ze sobą urządzenia audio/wideo takie jak odtwarzacze DVD, Blu-ray, konsole gier, komputery, monitory i telewizory cyfrowe 17
DisplayPort to uniwersalny interfejs cyfrowy (zatwierdzony w maju 2006) którego głównym celem jest połączenie komputer-monitor lub komputer-system kina domowego (w tym projektory, wielkoformatowe wyświetlacze, telewizory itp.) 18
Karta graficzna cena ~3500 zł MSI GeForce GTX 1080 Gaming X 8G Ranking kart graficznych: http://www.benchmark.pl top-10 karty graficzne 19
Karta graficzna Gigabyte GeForce GT 730 cena ~230 zł 20
Karta GPGPU Tesla firmy Nvidia General-Purpose computing on Graphics Processing Units to technika, dzięki której GPU (zwykle zajmujący się tylko obliczeniami związanymi z grafiką komputerową) umożliwia wykonywanie obliczeń ogólnego przeznaczenia, tak jak CPU. Dzięki temu wiele obliczeń można przeprowadzić znacznie szybciej. cena > 15 000 zł 21
22
Standardowe rozdzielczości ekranowe 23
Grafika 3D wyświetlanie trójwymiarowych obiektów Szkielet obiektu tworzony jest z figur geometrycznych 24
Tekstura powierzchnia obiektu, tj. dwuwymiarowa bitmapa nałożona na trójwymiarowy szkielet obiektu. Zawiera informacje o kolorze, jasności, stopniu przezroczystości, cieniowaniu, zasłanianiu przez inne obiekty, itd. Oświetlenie obiektu może być więcej niż jedno źródło światła. Powstaje cień obiektu 25
Perspektywa tzw. z-bufor zawiera informację jak daleko od powierzchni ekranu znajduje się przedmiot Głębia ostrości dalekie przedmioty widzimy nieostro 26
Anti-alising filtrowanie obrazu, rozmycie krawędzi obiektu w celu uniknięcia efektu schodkowej krzywej Efekty specjalne (np. dym, mgła, przezroczystość) dodawane wtedy gdy są potrzebne 27
Terminy graficzne - dodatek grafika rastrowa (grafika bitmapowa) Obraz jest reprezentowany przez zbiór punktów o indywidualnie określonych cechach (kolor, natężenie) grafika wektorowa Poszczególne elementy obrazu są reprezentowane przez wyrażenia matematyczne opisujące położenie punktów tworzących te elementy 28
Cechy grafiki rastrowej można uzyskać bardzo realistyczną kolorystykę poprzez indywidualne określanie barwy każdego elementu na elementach składowych obrazu nie można przeprowadzać transformacji geometrycznych wielkość plików szybko rośnie wraz z liczbą pikseli obrazu gdzie stosujemy grafikę rastrową grafika fotorealistyczna ( tworzenie obrazów o skomplikowanych kolorach, przejściach tonalnych, cieniach, gradacjach barw, itp. ) składanie ilustracji obróbka zdjęć, np. retuszowanie zniszczonych fotografii tworzenie grafiki ekranowej dla aplikacji multimedialnych przygotowanie statycznych efektów specjalnych w filmie kreowanie prostych animacji GIF 29
grafika rastrowa grafika bitmapowa przedstawiona w powiększeniu ujawnia raster 30
Cechy grafiki wektorowej jest zorientowana obiektowo można przeprowadzać płynne transformacje zarówno całego obrazu jak i elementów obrazu bez utraty jakości prezentacji wielkość plików mało zależy od rozdzielczości obrazu, zależy zaś od ilości i złożoności opisu jego elementów składowych gdzie stosujemy grafikę wektorową rysunek techniczny projektowanie wspomagane komputerowo CAD niektóre animacje internetowe w programach rysujących wykresy 31
Powiększenie 7-krotne grafika wektorowa grafika rastrowa 32
grafika wektorowa 33
programy grafiki rastrowej Adobe Photoshop Picture Publisher, Photostyler Corel Photo-Paint IrfanView freeware programy grafiki wektorowej Adobe Illustrator CorelDRAW Serif DrawPlus Inkscape free SketchUp grafika 3D Corel Trace (składnik pakietu CorelDRAW) wektoryzacja (trasowanie) grafiki rastrowej 34
Podstawowe formaty grafiki rastrowej BMP mapa bitowa o różnej palecie barw, standard Windows, brak kompresji, używany np. do tła TIFF - Tagged Image File Format, standardowy format stosowany w poligrafii, różne warianty, kompresja bez strat GIF - Graphics Image Format, popularny, dobra kompresja dla koloru 1, 2, 4, 8-bitowego JPG (lub JPEG)- Joint Photographic Experts Group, bardzo dobra kompresja (stratna) dla wiernego koloru PNG Portable Network Graphics ulepszony GIF z lepszą kompresją i pełną paletą barw, używany do WWW Kompresja stratna metoda zmniejszania liczby bitów potrzebnych do wyrażenia danej informacji, które nie dają gwarancji, że odtworzona informacja będzie 35 identyczna z oryginałem
Podstawowe formaty grafiki wektorowej EPS, PS - Encapsulated PostScript (opracowany przez firmę Adobe), stosowany w zapisie dla celów poligraficznych WMF Windows MetaFile, standard Windows CDR format zapisu plików programu CorelDraw DXF format zapisu plików programu AutoCAD SWF Adobe Flash, format popularny w Internecie. Umożliwia tworzenie animacji STL STereoLithography format pliku stworzony przez 3D Systems na potrzeby drukowania przestrzennego (używany do przekazywania instrukcji drukarkom przestrzennym) 36
Grafika 3D (grafika trójwymiarowa) rodzaj grafiki komputerowej, zajmującej się głównie wizualizacją obiektów trójwymiarowych Drukowanie 3D (lub Rapid Prototyping) wykonanie fizycznych obiektów na bazie modeli 3D, opracowanych w dowolnym systemie do projektowania przestrzennego lub płaskiego (np. CAD) 37
Drukowanie 3D polega na tworzeniu produktu od dołu do góry, poprzez nakładanie jednej na drugą cieniutkich warstw materiału, aż uzyska się pożądany, trójwymiarowy kształt. SLS (ang. Selective Laser Sintering) Proces technologiczny polega na spajaniu wiązką lasera proszków tworzyw sztucznych (najczęściej za bazie poliamidów) lub metali. FDM (ang. Fused Deposition Modeling) Proces technologiczny polega na wytwarzaniu modeli z tworzyw sztucznych (najczęściej termoplastów na bazie ABS u lub poliwęglanu PC) poprzez osadzanie topionego materiału przy pomocy cienkiej dyszy modelującej. 38
POLYJET Proces technologiczny polega na nanoszeniu kolejnych warstw fotopolimeru (najczęściej na bazie żywic akrylowych) za pomocą wielu dysz a następnie na jego utwardzeniu za pomocą światła UV. DMLS (Direct Metal Laser Sintering) Proces technologiczny polega na spajaniu ze sobą kolejnych warstw budowanego modelu za pomocą lasera. Stosuje się proszki metali (stal narzędziowa, stal nierdzewna, tytan, brąz, aluminium). 39
Niektóre tworzywa do drukowania 3D Resin ma długi okres trwałości; jest bezpieczna dla środowiska; twardnieje pod wpływem światła ultrafioletowego kwas polimlekowy polimer biodegradowalny wytwarzany z kwasu mlekowego; może być pozyskiwany w fermentacji roślin (np. z kukurydzy) Akrylonitryl-butadienstyren jak lekki i może być formowany zarówno wtryskowo jak i być poddawany wytłaczaniu; jest mniej kruchy niż PLA 40
Za pomocą różnego rodzaju drukarek 3D można wytworzyć: gotowe produkty z tworzywa sztucznego produkty wymagające obróbki przedmioty z topliwych materiałów, w tym z czekolady czy metalu elementy innych przedmiotów prototypy i inne produkty koncepcyjne formy do wykonania właściwych elementów lub prototypów różnego rodzaju tkanki (w ograniczonej formie ) 41
Model kostki Mengera wykonany za pomocą techniki drukowania przestrzennego To bryła fraktalna o wymiarze log 3 20 2,73. Jej konstrukcja została podana przez austriackiego matematyka Karla Mengera w 1927 r. 42