Bartosz Bazyluk WYŚWIETLANIE OBRAZU Techniki wyświetlania obrazu komputerowego. Grafika Komputerowa, Informatyka, I Rok

Podobne dokumenty
Grafika Komputerowa Wykład 3. Wyświetlanie. mgr inż. Michał Chwesiuk 1/24

Monitory LCD (ang. Liquid Crystal Display) (1)

Wyświetlanie obrazu Techniki wyświetlania obrazu komputerowego.

Zasada działania, porównanie

Plan wykładu. 1. Budowa monitora LCD 2. Zasada działania monitora LCD 3. Podział matryc ciekłokrystalicznych 4. Wady i zalety monitorów LCD

Wyświetlanie obrazu Techniki wyświetlania obrazu i ich zastosowanie w grach.

Monitory Opracował: Andrzej Nowak

Rodzaje monitorów. CRT kineskopowe. LCD ciekłokrystaliczne. PLASMA plazmowe OLED

Schemat blokowy monitora CRT

Radioodbiornik i odbiornik telewizyjny RADIOODBIORNIK

Plan wykładu. 1. Oznaczenia certyfikatów monitorów. 2. Porównanie monitorów CRT z LCD 3. Dobór parametrów monitorów

Monitory. Rys. 1 Monitor kineskopowy z działem elektronowym (CRT) Rys.2. Monitor ciekłokrystaliczny (LCD)

Technikalia multimedialne. R. Robert Gajewski omklnx.il.pw.edu.pl/~rgajewski

Bartosz Bazyluk WPROWADZENIE Wstęp do dwuwymiarowej grafiki komputerowej.

Plan wykładu. 1. Budowa monitora CRT 2. Zasada działania monitora CRT 3. Maski 4. Wady i zalety monitorów CRT 5. Testowanie monitora

Schemat blokowy monitora CRT

Wprowadzenie do grafiki komputerowej

MODULATOR CIEKŁOKRYSTALICZNY

Podział monitorów w zależności od sposobu generowania obrazu

Wyświetlacze ciekłokrystaliczne (LCD)

Wzmacniacz wizji. Kineskop. Trafopowielacz Działo elektronowe. Cewki

Wyświetlanie obrazu Techniki wyświetlania obrazu i ich zastosowanie w grach.

kod produktu: 1DD114 Monitor ViewSonic XG ,72 zł 850,99 zł netto

MONITOR CRT - działanie

Monitory LCD, OLED, PDP oraz technologia 3D

MONITOR CRT - działanie

określone położenie i orientacja cząstek

Wysoki kontrast i szeroki zakres dynamiki dzięki cechom panelu OLED takim, jak reprodukcja głębokiej czerni i wysoka jasność szczytowa

WYKŁAD 25 URZĄDZENIA WYŚWIETLAJĄCE SMK 2004 Na podstawie: K. Booth, S. Hill, Optoelektronika, WKŁ, Warszawa Uwagi ogólne A.

Turbo 240 Rozwiązanie problemu rozmyć w ruchomych obrazach

Zmiana rozdzielczości ekranu

Lekcja 80. Budowa oscyloskopu

@ʁ ud3 k0 Urządzenia Techniki Komputerowej

Gniazdo D-Sub. Istnieją takŝe monitory podłączane do gniazda cyfrowego, gdzie sygnał do monitora przesyłany jest w postaci cyfrowej przez gniazdo DVI.

Grafika Komputerowa. Wykład 8. Przygotowanie do egzaminu. mgr inż. Michał Chwesiuk 1/32

Wyświetlanie obrazu Bufor klatki, synchronizacja pionowa, pętla główna gry.

Bartosz Bazyluk OpenGL Deferred shading. Pętla główna i jej implementacje. Debugowanie i analiza wydajności.

Przetworniki obrazu. Opracował: dr inż. Piotr Suchomski

MGR INŻ. DAWID WEBER 1

Nowy projektor Epson w D35

kod produktu: 1DD042 Monitor ViewSonic VG2235m 779,76 zł 633,95 zł netto

PROJEKTORY DO KINA DOMOWEGO

Pojęcie Barwy. Grafika Komputerowa modele kolorów. Terminologia BARWY W GRAFICE KOMPUTEROWEJ. Marek Pudełko

1 LEKCJA. Definicja grafiki. Główne działy grafiki komputerowej. Programy graficzne: Grafika rastrowa. Grafika wektorowa. Grafika trójwymiarowa

Problem nr 1: Podświetlenie LED przyczyną męczącego wzrok migotania

kod produktu: 1DD111 Monitor ViewSonic VP ,77 zł 1 616,89 zł netto

Krótki wstęp historyczny:

Zmiana rozdzielczości ekranu

STEREOSKOPIA. Stereoskopia. Synteza i obróbka obrazu

Monitory i system graficzny

kod produktu: 1DD090 Monitor ViewSonic VG2239SMH 715,77 zł 581,93 zł netto

Istnieje podział na: Monitory CRT Monitory LCD Monitory LED

Podstawy grafiki komputerowej

Podwójne buforowanie i animacje

Plan wykładu. Akcelerator 3D Potok graficzny

O grafice i monitorach. R. Robert Gajewski omklnx.il.pw.edu.pl/~rgajewski

PRZEDSTAWIAMY TECHNOLOGIĘ AMD FREESYNC

Uniwersalne monitory kolorowe LCD

Typy wyświetlaczy. Wyświetlacze. Schemat ekranu plazmowego (a) i elektroluminecencyjnego (b). Ekrany (c) i (d) są typu CRT. Świecący gaz.

Rys. 1. Przykładowe karty graficzne. 1 - ASUS GeForce 400 MX, 2 - ATI Radeon HD 4770, 3 - ASUS GeForce GTX 780

Stereoskopia i holografia

POLARYZACJA ŚWIATŁA. Uporządkowanie kierunku drgań pola elektrycznego E w poprzecznej fali elektromagnetycznej (E B). światło niespolaryzowane

Karta graficzna i monitor

BADANIA WYŚWIETLACZY TELEFONÓW

Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

GRAFIKA RASTROWA. WYKŁAD 1 Wprowadzenie do grafiki rastrowej. Jacek Wiślicki Katedra Informatyki Stosowanej

DOSTĘPNOŚĆ JAKOŚĆ CENA

INSTRUKCJA OBSŁUGI KOLORYMETRU

Grafika komputerowa. Dla DSI II

Wyświetlacze PDP i LCD. na potrzeby seminarium ECS opracował: Michał Ryms

Budowa i zasada działania skanera

SPECYFIKACJA: Kod Producenta Typ matrycy W1934S-BN. Format obrazu 16:10 Przekątna ekranu Nominalna rozdzielczość Jasność

Grafika Komputerowa Wybrane definicje. Katedra Informatyki i Metod Komputerowych Uniwersytet Pedagogiczny im. KEN w Krakowie apw@up.krakow.

Stereoskopia i holografia

T2210HD/T2210HDA Szerokoekranowy monitor LCD 21,5 Podręcznik użytkownika

URZĄDZENIA ZEWNĘTRZNE

T2200HD/T2200HDA Szerokoekranowy monitor LCD 21,5 Podręcznik użytkownika

Monitory CRT. Budowa monitora CRT. Zasada działania monitora

Projektor multimedialny, karta telewizyjna, sprzętowy dekoder DVD, karta wideo

Grafika rastrowa (bitmapa)-

T201W/T201WA Szerokoekranowy monitor LCD 20 Podręcznik użytkownika

Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych

Monitor Dell U2518D 25'' QHD HDMI mdp DP USB 3YPPG

Interferencja jest to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla

G-MASTER GB2788HS-B2. Red Eagle Twój partner w najcięższych bitwach. 144Hz

dr inż. Piotr Odya dr inż. Piotr Suchomski

GALICJA S.C. ul. Pękowicka Kraków tel / fax:

SZCZEGÓŁOWY OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

Detekcja twarzy w obrazie

... Załącznik nr 2 Pieczęć Wykonawcy i nr tel/fax. FORMULARZ CENOWY Parametry oferowane (proszę wypełnić dokładnie wszystkie wiersze)** (2)

Elektryczna maszyna do pisania Dalekopis

Adam Korzeniewski p Katedra Systemów Multimedialnych

Mitsubishi Electric MEGA MUSIC. Projektory rozdzielczości SVGA. Projektory rozdzielczości XGA. EX240U Projektor przenośny

CENTRALNY SYSTEM ZARZĄDZANIA

SZCZEGÓŁOWY OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

SRX-T420. Projektor Sony o bardzo wysokiej rozdzielczości 4K i jasności lumenów. Omówienie

Podstawy grafiki komputerowej. Teoria obrazu.

LCD. wyświetlacze ciekłokrystaliczne. Izabela Joskowska Informatyka Stosowana VI

Charakterystyka urządzeń zewnętrznych

- jasność świecenia L > 7100 cd/m 2 przy jasności pojedynczej diody 1,5 cd,

Transkrypt:

Techniki wyświetlania obrazu komputerowego. http://bazyluk.net/zpsb Grafika Komputerowa, Informatyka, I Rok

Techniki wyświetlania obrazu Wyświetlacze CRT Wyświetlacze LCD Wyświetlacze PDP Wyświetlacze OLED Projektory DLP Inne: wyświetlacze laserowe, wyświetlacze LED, e-ink... Źródła obrazów: http://trustedreviews.com/ http://accad.osu.edu/~elaine/ http://phonearena.com/ 2

Wyświetlacze CRT (kineskopowe) Działa elektronowe emitują wiązki elektronów, które pobudzają warstwę luminoforu Pobudzony luminofor emituje światło Cewki elektryczne zmieniając pole magnetyczne odchylają wiązkę elektronów, by trafiała w różne części ekranu Źródła obrazów: http://brainbell.com/ http://obsoletetellyemuseum.blogspot.com/ 3

WYŚWIETLACZE KINESKOPOWE Wyświetlacze CRT (kineskopowe) Szczególny przypadek: oscyloskop Strumień elektronów jest sterowany wyświetlanym sygnałem, zamiast przechodzenia całego rastra przy pomocy cewek odchylania pionowego i poziomego Dawne ekrany radarowe wykorzystywały ograniczony czas emisji światła przez pobudzony luminofor w celu podtrzymywania wizualizacji chwilowej sytuacji, gdy antena radaru dokonywała obrotu. Źródło obrazów: Wikipedia 4

WYŚWIETLACZE WEKTOROWE Korzystając z możliwości odchylania wiązki elektronów, możliwe jest utworzenie na warstwie luminoforu dowolnego kształtu. W latach 80 wiele automatów do gier oferowało ten sposób wyświetlania. Atari Przykład: Battlezone (1980), uznawana za pierwszą grę oferującą środowisko 3D. 5

WYŚWIETLACZE RASTROWE CRT Z uwagi na własności luminoforu, emituje on światło jedynie przez krótką chwilę. Każdy punkt obrazu musi więc być cyklicznie pobudzany. Od momentu pobudzenia będzie stopniowo wygasać. Wyświetlacze CRT (kineskopowe) Sposób odświeżania całego rastra: odchylanie pionowe (m. cz.) służące do przechodzenia kolejnych wierszy i odchylanie poziomie (w. cz.) do przechodzenia kolumn w obrębie każdego z wierszy Zdjęcie obrazu wyświetlanego na ekranie CRT, wykonane z bardzo krótkim czasem otwarcia migawki: Źródła obrazów: http://what-when-how.com/ Wikipedia 6

Wyświetlacze CRT (kineskopowe) Kolorowy obraz powstaje dzięki użyciu rodzajów luminoforu emitującego różnokolorowe światło, najczęściej RGB Wiązka elektronów trafia w odpowiednią komórkę z luminoforem po przejściu przez perforowaną maskę Przykład perforowanej maski pozwalającej na kontrolowanie trafienia w odpowiednie komórki filtra barwnego. Źródła obrazów: http://sarcasmeur.free.fr/ http://ttlg.com/ 7

Wyświetlacze CRT (kineskopowe) Zalety ekranów CRT: Dobra reprodukcja kolorów Duży kontrast Dobre kąty widzenia Jakość niezależna od rozdzielczości Bardzo duża szybkość Główne wady: Gabaryty Migotanie obrazu Zużycie energii Problemy z ostrością obrazu Szkodliwość dla zdrowia http://www.jestineyong.com 8

Liniowa polaryzacja światła Światło jest falą poprzeczną W fali niespolaryzowanej oscylacje odbywają się z jednakową amplitudą w różnych kierunkach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali Po przejściu przez polaryzator oscylacje odbywają się tylko w jednej płaszczyźnie http://bigshotcamera.com/ 9

Ciekłe kryształy (ang. Liquid Crystals) Warstwa ciekłokrystaliczna po przyłożeniu napięcia skręca płaszczyznę polaryzacji http://www.wikipedia.org http://www.wikipedia.org 10

Działanie panelu LCD (ang. Liquid Crystal Display) Matryca pasywna schemat wyświetlanego obrazu nie zależy od stanu elektrycznego Źródło światła Polaryzator Ujemna elektroda Komórki z ciekłymi kryształami Dodatnia elektroda Kształt elektrod decyduje o kształtach możliwych do wyświetlenia. Analizator http://www.directindustry.com 11

Działanie panelu LCD (ang. Liquid Crystal Display) Drugi polaryzator, zwany często analizatorem, ma na celu nie przepuścić lub ograniczyć przepuszczenie światła dla komórek warstwy ciekłokrystalicznej które odpowiadają ciemnym obszarom wyświetlanego obrazu. http://www.olympusmicro.com 12

Działanie kolorowego panelu LCD Matryca pasywna schemat wyświetlanego obrazu nie zależy od stanu elektrycznego Źródło światła Polaryzator Ujemna elektroda Komórki z ciekłymi kryształami Dodatnia elektroda Filtr barwny jest dopasowany do kształtu elektrod. Wciąż nie ma możliwości wyświetlenia dowolnego obrazu. Filtr kolorowy Analizator http://www.tradekorea.com 13

Działanie panelu AMLCD (ang. Active Matrix LCD) Komórkami LC steruje aktywna matryca TFT (ang. Thin Film Transistor) Filtr kolorowy jest elementem pasywnym Źródło światła Polaryzator Matryca TFT Komórki z ciekłymi kryształami Filtr kolorowy Tranzystory matrycy TFT przysłaniają źródło światła, są widoczne dla użytkownika. Analizator http://www.wikipedia.org 14

Przykład działania technologii Quartz http://www.wikipedia.org 15

Technologie budowy i działania paneli AMLCD Panele TN (ang. twisted nematic) Panele IPS (ang. in-plane switching) Ogólne zalety ekranów LCD: Małe gabaryty Brak migotania obrazu Ostrość (w rozdzielczości natywnej ) Tanie, szybkie, małe kąty widzenia S-IPS, E-IPS, *-IPS... Dwa tranzystory na każdy piksel, odwzorowanie kolorów dobre kąty widzenia, większe straty światła, powolne, droższe Panele VA (ang. vertical alignment) Główne wady: MVA, PVA, *VA... Większy kontrast, dobre kąty widzenia, powolne Ograniczone kąty widzenia Wymagane podświetlenie Świecąca czerń http://www.flatscreenexpert.com 16

Działanie panelu AMOLED (ang. Active Matrix Organic LED) Zbudowane w oparciu o warstwę emisyjną zbudowaną z komórek LED LEDy złożone z polimerów przewodzących Stanem komórek steruje aktywna matryca TFT Matryca TFT Warstwa OLED AMOLED AMLCD http://www.stuff-review.com 17

Działanie panelu AMOLED (ang. Active Matrix Organic LED) Zalety względem LCD: Kąty widzenia Jasność i kontrast Odwzorowanie barw Giętkie wyświetlacze Prosta budowa Niski koszt Główne wady: Pobór prądu dla jasnych obrazów Ograniczenia patentowe http://www.digitalversus.com 18

Zalety względem LCD: Działanie panelu PDP (plazmowego) Emitują wówczas światło ultrafioletowe Pobudzany nim luminofor emituje światło widzialne Wyższy kontrast Głębsza czerń Lepsze kąty widzenia Duże rozmiary ekranu Przyłożenie napięcia do komórek zawierających mieszaninę gazów powoduje doprowadzenie ich do stanu plazmy Zróżnicowanie poziomów jasności uzyskuje się poprzez modulację impulsową PWM (ang. pulse-width modulation) Główne wady: Pobór prądu Wydzielanie ciepła Wypalanie luminoforu Migotanie obrazu Wikipedia 19

Działanie panelu PDP (plazmowego) Problem wypalania się luminoforu Wynik działania wysokiej temperatury przez długi czas Powoduje powstanie obrazu-ducha (ang. ghost image) Aby go uniknąć, stosuje się techniki mikroprzesunięć obrazu (ang. pixel orbiting) Wikipedia 20

Działanie projektora DLP (ang. Digital Light Processing) Światło emitowane przez silne, wymienne źródło światła, jest odbijane przez matrycę luster DMD (ang. Digital Micromirror Device) w kierunku obiektywu Każdemu pikselowi odpowiada jedno, ruchome lustro Zależnie od położenia lustra, światło jest albo kierowane w stronę obiektywu (jasny piksel), albo na radiator (ciemny) Światło może uprzednio przejść przez obracający się filtr barwny, kolejno barwiący światło na kolory R, G, B Wycinek matrycy DMD złożonej z mikroluster Niektóre projektory wykrozystują inne technologie, np. matryce LCD, trójkolorowe diody LED itp. Po przejściu przez obiektyw światło jest rzucane na ekran, tworząc na nim finalny obraz Źródła obrazów: http://electronicdesign.com http://kubevent.fr 21

Działanie projektora DLP Efekt tęczy Artefakt związany ze sposobem uzyskiwania koloru, opartym na mechanicznie poruszającym się filtrze barwnym Oko poruszając się płynnie podczas śledzenia ruchomego obrazu, zauważa stany pośrednie złożone ze składowych kolorystycznych Przy szybkim ruchu wyświetlanej kuli, śledzące ją oko zauważy pośrednie klatki wyświetlane tylko w jednym z kolorów: R, G, B. Wikipedia 22

Działanie projektora DLP Efekt tęczy Jeżeli obraz jest wyświetlany przez projektor DLP wyposażony w mechaniczny filtr barwny, wówczas szybko przemieszczając punkt skupienia wzroku ponad czarnym kwadratem powinno się dać zauważyć kolorowe duchy przy jego krawędziach. Wikipedia 23

Różnice w sposobie wyświetlania klatki koloru białego w czasie, korzystając z różnych technik Kolor biały Kolor szary (255/255) (10/255) Wikipedia 24

Współczesne wyświetlacze komputerowe traktują obraz jako raster Wyświetlacze działają ze stałą częstotliwością odświeżania (dawniej odchylania pionowego) Najczęściej spotykaną częstotliwością odświeżania jest obecnie 60Hz Dla obrazu stereoskopowego, będzie to dwa razy więcej Progresywne wyświetlanie klatki: 1/60s http://www.wikipedia.org 25

Karta graficzna odpowiada za stworzenie zawartości obrazu monitora, przechowywanie jej i wysłanie do monitora gdy ten będzie gotowy narysować kolejną klatkę Obraz do wyświetlenia przechowywany jest w buforze klatki (ang. framebuffer) w pamięci graficznej (współcześnie np. GDDR) Bufor klatki posiada takie same cechy, jak zwyczajny obraz: wymiary, liczbę kanałów i rozmiar piksela Obraz Program Obraz (bufor klatki) 26

Komponowanie zawartości bufora klatki nie jest natychmiastowe. W grafice czasu rzeczywistego elementy sceny renderowane są jeden po drugim. Zatem dopóki nie zakończy się renderowanie wszystkich elementów sceny, bufor klatki może zawierać nieukończony obraz. Aby uniknąć migotania obrazu podczas jego przerysowywania gdy występuje konieczność jego akutalizacji, stosuje się technikę podwójnego buforowania (ang. double buffering) Mamy wówczas dwa bufory klatki: Bufor "przedni" (ang. front buffer) Bufor "tylny" (ang. back buffer) Jest wyświetlany Jest aktualizowany Gdy zakończy się aktualizacja back buffera, zamieniane są one miejscami (ang. buffer swap) Użycie podwójnego buforowania rozwiązuje ten problem. Dopóki nowa klatka nie zostanie ukończona, wyświetlana będzie poprzednia klatka. Front Front Back 27

Komponowanie zawartości bufora klatki nie jest natychmiastowe. W grafice czasu rzeczywistego elementy sceny renderowane są jeden po drugim. Zatem dopóki nie zakończy się renderowanie wszystkich elementów sceny, bufor klatki może zawierać nieukończony obraz. Aby uniknąć migotania obrazu podczas jego przerysowywania gdy występuje konieczność jego akutalizacji, stosuje się technikę podwójnego buforowania (ang. double buffering) Mamy wówczas dwa bufory klatki: Bufor "przedni" (ang. front buffer) Bufor "tylny" (ang. back buffer) Jest wyświetlany Jest aktualizowany Gdy zakończy się aktualizacja back buffera, zamieniane są one miejscami (ang. buffer swap) Użycie podwójnego buforowania rozwiązuje ten problem. Dopóki nowa klatka nie zostanie ukończona, wyświetlana będzie poprzednia klatka. Back Front Front 28

Dla zachowania wrażenia płynności wyświetlanego ruchomego obrazu, należy upewnić się że kolejne klatki animacji będą docierać do monitora, gdy ten będzie gotowy je wyświetlić W tym celu stosuje się tzw. synchronizację pionową (ang. vertical synchronisation / VSync) Sterownik karty graficznej lub program czeka z zamianą buforów, aż monitor będzie gotowy wyświetlić kolejną klatkę W innym wypadku pomimo sprzętowej możliwości wygenerowania nawet większej liczby klatek na sekundę niż wyświetla monitor, obraz nie będzie płynny Artefakt nazywany tearing, wyświetlany obraz składający się z więcej niż jednej klatki 29

Synchronizacja pionowa wyłączona Synchronizacja pionowa włączona Artefakt tego rodzaju nazywa się często ang. słowem tearing. 30

Dla wyświetlaczy oferujących wyższą częstotliwość odświeżania ekranu niż 60Hz, czas cyklu będzie krótszy niż 1/60s. czas renderowania jednej klatki cykl odświeżenia obrazu na wyświetlaczu VSync Off max FPS swap interval = 0 Procesor graficzny czekając na gotowość wyświetlacza nie musi wykonywać operacji, podczas gdy bez użycia synchronizacji od razu zaczynałby renderować kolejną klatkę. VSync On swap interval = 1 VSync On swap interval = 2 (sleep) (sleep) (sleep) 1/60s Użycie synchronizacji pionowej może więc też prowadzić do zmniejszenia zużycia energii. (sleep) 60 FPS (sleep) 30 FPS 1/60s czas 31

Technologia NVIDIA G-Sync Synchronizacja wyświetlacza z kartą graficzną czyli podejście odwrotne Wyświetlacz ma adaptacyjną częstotliwość odświeżania, dostosowującą się do aktualnej liczby klatek na sekundę Zakres 30-144 Hz, zależnie od sprzętu Podejście wbrew pozorom nie jest nowe, podobne rozwiązanie Adaptive Sync jest częścią standardu DisplayPort 1.2a zaimplementowane choćby przez AMD w ich FreeSync; różnice: G-Sync duplikuje klatki gdy ich częstotliwość poniżej minimum G-Sync zapobiega nadpisywaniu klatek NVIDIA 32

Subpiksele mogą być wykorzystane dla poprawienia jakości wyświetlanego tekstu Wiedząc jak rozłożone są subpiksele w danym wyświetlaczu, można wyświetlać czarny tekst na białym tle (lub biały na czarnym), ustawiając wartość pikseli na inne kolory niż tylko szarości. Np. technologia Microsoft ClearType, Quartz dla MacOS, FreeType Sztuczne zwiększenie rozdzielczości obrazu poprzez takie użycie kolorowych subpikseli, by osiągnąć postrzegalne poziomy luminancji odpowiadające poziomom szarości W ten sposób możliwe jest poprawienie postrzeganej rozdzielczości glifów (znaków liter), udając że mamy do dyspozycji większą rozdzielczość ekranu (bo na poziomie subpikseli). http://www.wikipedia.org 33

Przykład działania technologii Quartz http://www.wikipedia.org 34

Techniki wyświetlania obrazu komputerowego. http://bazyluk.net/zpsb Grafika Komputerowa, Informatyka, I Rok