Dispositivos de Vídeo

Dispositivos de Vídeo
Prof. Rafael Sandim
Roteiro
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Conceitos Básicos
Adaptadores de Vídeo
Placas de Vídeo
Tipos de Monitores
Frequência Vertical e Frequência Horizontal
Conceitos Básicos
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Pixel
Resolução
Intensidade de Cores
Dot Pitch
Memória de Vídeo
Entrelaçamento
Pixel
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Combinação das palavras Picture e Element;
Menor elemento em um dispositivo de exibição ao qual
pode-se atribuir uma cor;
Menor ponto de uma imagem, o conjunto de Pixels
compõem uma imagem;
É formado por três cores: vermelho, verde e azul.
Cada uma dessas podem ser representadas por 8bits
16777216 cores podem ser representadas
O Pixel não necessita ser quadrado.
Pixel
Resolução
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É o nível de detalhe que a imagem comporta;
Quanto mais resolução, mais detalhes é possível ter.
A resolução pode estar ligadas a tamanhos físicos (ex:
linhas por milímetro);
Porém, mais comum a contagem de pixels
Uma imagem com mesma dimensão física pode ter
resoluções diferentes: Devemos analisar a densidade de
pixels pela área.
Intensidade de Cores
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Matiz – é a característica que distingue uma cor
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Tom/Brilho – maior ou menor quantidade de luz presente
na cor
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São matizes: vermelho, verde e azul;
Para mudar um matiz acrescenta-se outro;
Quando se adiciona preto a determinado matiz, este se torna
gradualmente mais escuro, essas gradações são chamadas
escalas tonais;
Saturação – pureza espectral relativa da luz
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Alta saturação  cor bem definida dentro da estreita faixa
espectral
Baixa Saturação  com indefinida tendendo ao branco;
Dot Pitch
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É uma especificação da telas de computador (ou qualquer
dispositivo baseado em pixels) que descreve a distância
entre pontos;
Dot Pitch é medido em milímetros;
Para uma imagem de qualidade, o mínimo recomendado é
um dot pitch igual ou menor que 0,28 mm;
Memória de Vídeo
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Aonde ficam os dados armazenados que serão exibidos
na tela do monitor;
↑ resolução gráfica  ↑ número de cores  ↑
quantidade de memória de vídeo;
Memória localizada na placa de vídeo;
Em placas de vídeo moderna, a memória pode armazenar
dados tridimensionais de informação, texturas, buffers,
camadas de vídeo etc;
Entrelaçamento
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Técnica utilizada para montar o conteúdo da tela;
Progressivo – varre a tela uma única passada, transmitindo
e exibindo todas as linhas da tela a cada atualização;
Entrelaçado – monta metade das linhas da tela, pares ou
impares, formando a ilusão de uma resolução maior e
transmitindo apenas metade da imagem formada;
É uma ilusão de ótica, para aumentar a resolução;
Adaptadores de Vídeo
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MDA
CGA
EGA
VGA
SVGA
S-VIDEO
DVI
HDMI
MDA
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Monocrome Display Adapter
Mais primitivo
Resolução 25x80
2000 caracteres por tela
Duas Cores!
CGA
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Color Graphics Adapter; 1981; IBM
Primeiro padrão colorido;
Palheta de 16 cores
Resolução até 640x200 com 2 cores ou 320x200 com 4
cores;
16 kbytes de memória de vídeo;
Bug da “Neve” – não era dual-ported (originalmente);
EGA
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Enhanced Graphics Adapter; 1984; IBM
Resolução até 640x350 com 16 cores simultâneas, de
uma palheta de 64 cores;
Total compatibilidade com CGA;
Requisito mínimo para rodar:
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Windows 3.11
VGA
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Video Graphics Array; 1987; IBM
Resolução:
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Modo: 640 x 480 com 256 cores simultâneas;
Modo: 800 x 600 com 16 cores simultâneas;
Palheta de cores de 6 bits para R, 6 bits para G e 6 bits
para o B = total de 2^18 cores = 262144 cores;
256 Kbytes de memória de vídeo;
Compatibilidade com CGA e EGA
SVGA
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Super Video Graphics Array; 1989; Video Electronics
Standards Association;
Evolução do VGA
Paleta de cores de 8 bits para R, 8 bits para G e 8 bits
para o B = total de 2^24 cores = 16777216 cores;
True-Color
Resolução pode ser alterada no sistema operacional!
Diversas resoluções
S-VIDEO
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Cabos de vídeo analógicos geralmente têm 2 fios:
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Um para os sinais de dados
Um para o terra
Todas as informações (brilho, cor etc) percorrem o mesmo fio:
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Problema: interferência do sinal
S-VIDEO
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Separate Vídeo ou Super Vídeo
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Luminosidade (preto e branco)
Cor (RGB)
Pior que vídeo componente e HDMI
Permite resolução 640 × 480i
Analógico
Popular em países norte-americanos
Muito comum em DVD e Placas de Vídeo
Serve para conectar o computador no Televisor
Cabos de 4 pinos: apenas imagem
Cabos de 7 Pinos: áudio e imagem
DVI
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Digital Visual Interface; Digital Display Working Group
(DDWG);
Transporte de dados digitais não comprimidos para
monitores LCD;
É Digital!
Não converte dados analógicos para transmissão;
Existem três tipos de conexões DVI:
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DVI-D (digital);
DVI-A (analógico);
DVI-I (digital e analógico);
DVI: Qual a diferença entre os DVI?
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Os cabos DVI-D enviam o sinal de vídeo digital;
Os cabos DVI-A enviam o sinal analógico de alta
qualidade;
DVI-A não é compatível com DVI-D e vice-versa;
Cabos DVI-I são cabos compatíveis com ambos padrões;
Cabos DVI-D podem ser conectados em monitores VGA?
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Não!
DVI: Single Link e Dual Link
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Existem dois tipos de DVI-D e DVI-I:
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Dual Link
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Single Link e Dual Link
Utilizam modo de transmissão de vídeo TMDS
Tem mais pinos
Permite maior resolução
Permite maior taxa de atualização
Resolução 3840x2400 @41 Hz
Resolução 2048x1536 @60 Hz
Single Link

Resolução 1920x1080 @60 Hz
DVI: TMDS
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Transition Minimized Differential Signaling
Transmissão de dados protegida
Menos problemas!
Transmitem 2 sinais, o segundo invertido.
HDMI
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High-Definition Multimidia Interface
Surgiu da necessidade de transmitir imagens de alta
definição
Transmite áudio e vídeo em um único cabo
Totalmente Digital
Maior qualidade
Cabo mais compacto e de melhor encaixe
Dois tipos de conectores:
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AeB
HDMI:A e B

HDMI: A
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Possui 19 pinos
Compatível com DVI-D
HDMI: B
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29 pinos
Resoluções de altíssima qualidade
Dual link – transmissão dupla!
Existem outros, até o E!
HDMI
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Lançado em 2002
Passou por diversas revisões!
HDMI 1.0
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HDMI 1.1 (2004)
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Áudio e vídeo em um único cabo
Velocidade 4.95Gbps
Até 8 canais de áudio
Suporte ao padrão DVD-áudio
HDMI 1.2 (2005)
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Suporte a One Bit Audio (Utilizado em computadores!)
HDMI
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HDMI 1.3 (2006)
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HDMI 1.4 (2009)
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3D por HDMI
HDMI 2.0 (2013)
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Aumenta a frequência para 340Mhz
10.2 Gbps
Possibilidade de conectar em câmeras de vídeo portáteis
Suporte a cores de 30, 36 e 48 bits
Outras alterações em 1.3a e 1.3b (nov, 2007)
600Mhz
18 Gbps
4K @60 Hz
Ver os quadros comparativos!
Placas de Vídeo
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Placas 2D
Placas 3D
Placas 2D
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Placas de vídeo mais antigas
Imagens  Monitor
Ideal para gráficos 2D
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Pouco processamento!
Exemplos:
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Aplicações de escritório
Acessar a internet
Trident 9440
Trident 9680
Usadas por mais de uma década
Problema: não lidam com gráficos 3D
Placas 2D
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- Trident 9440
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Trident 9680
Placas 3D
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Utilizam 3 coordenadas:
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Largura
Altura
Profundidade
Funcionalidade: Auxiliar o processador na criação e
exibição de imagens tridimensionais;
Utilizando em animações, efeitos especiais, criação de
imagens, entretenimento etc;
Gráficos mais reais!
Placas 3D: formação da imagem
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Imagem formada por polígonos (triângulos)
Milhares de polígonos
Quanto mais polígonos mais detalhes
Cada polígono tem:
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Uma posição na imagem
Um tamanho
Uma cor
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A cor pode ser textura 2D
Texturas não precisam estar em superfícies planas
Placas 3D: formação da imagem
Placas 3D: formação da imagem
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Processo de formação de imagem em 3 etapas:
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Desenho
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Descrição dos objetos
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



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Geometria
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Qual a forma?
Qual a posição?
Quais serão as cores usadas?
Quais serão as texturas?
Quais efeitos serão aplicados?
Imagem é criada e armazenada na memória
Renderização
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Transformar a imagem 3D em uma imagem bidimensional
Grande quantidade de cálculos
Placas 3D
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O processador não daria conta de criar imagens
tridimensionais sozinho e ainda executar tarefas
relacionadas a outras aplicações.
Precisamos de um acelerador 3D!
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Processadores dedicados a fazerem os cálculos necessários
para criarem imagens 3D
Placas de vídeo também utilizam um tipo de memória
RAM!
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A memória ram não define a resolução suportada
Define a performance da placa!
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Lembrar da hierarquia de memória
Placas 3D: Comparativo
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Os primeiros computadores: 386 (1986)
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Boa placa de vídeo
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Voodoo 6 (2003)
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20k-30k transistores
256KB de memória
15 Milhões de transistores
128 MB de memória
GeForce GTX 780 TI (2014)
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7080 Milhões de transistores
3GB de memória
Placas 3D: Efeitos Básicos
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Alguns podem ser desabilitados para aumentar o framerate, são eles:
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Gourad Shadding
Clipping
Z-Sorting
Lighting
Transparency
Texture Mapping
Texture Filtering
Fogging
Perspective Correction
Z-Buffer
Placas 3D: Gourad Shadding
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Imagem formada por uma série de pequenos polígonos;
A imagem abaixo é uma combinação desses polígonos
Devido a incidência da luz, ela não pode ser formada por só uma cor
O Gourad Shadding visa resolver isso: a partir de uma cor é criado um
degradê, de um vértice a outro dos polígonos, que torna a cor mais
perfeita.
Placas 3D: Clipping
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Um objeto tridimensional quando ocorre a renderização pode
ficar na frente de outro objeto.
Quando ocorre a renderização deve-se determinar quais
objetos estarão visíveis (de acordo com observador) e quais
deverão ser ocultados.
Também chamado de Hidden Surface Removal
Placas 3D: Z-sorting
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É Opcional!
Mesma função do Clipping (elimina partes encobertas)
Porém a fazem de jeito diferente
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Clipping
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Z-sorting
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Renderiza só o visível
Maior uso do processador
Placa de vídeo menos exigida
Renderiza tudo
Menor uso do processador
Placa de vídeo mais exigida
Resultado idêntico!
Placas 3D: Lighting
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Precisamos determinar a intensidade luminosa
A visibilidade de cada objeto baseado na distância e
ângulo do foco de luz.
Como funciona:
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Programador define as fontes de luz:
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Luzes, sol, fogo etc.
Também define a intensidade
A placa 3D aplicará o recurso de Lighting calculando os efeitos
dos focos de luz na cena
Placas 3D: Lighting
Placas 3D: Transparency
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Também chamado de Alpha Blending
O grau de transparência é definido por 8 bits, ou seja, 256
níveis de transparência
Gasta muito processamento!
Placas 3D: Texture Mapping
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Muitas vezes são aplicados pelo processador por ser uma
funcionalidade simples
Consiste em esticar as texturas que estão mais próximas
do observador e encolher as que estão mais distantes,
mantendo inalterada a posição de cada textura na
imagem.
Quando se está muito perto da textura percebe-se a
baixa qualidade (pixelamento)
Este efeito obsoleto resulta em imagens de baixa
qualidade, por isso é usado apenas em jogos mais antigos.
Placas 3D: Texture Mapping
Placas 3D: Texture Filtering
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Melhor que o Texture Mapping.
Interpola os pontos das texturas que estão mais
próximas, diminuindo a distorção.
Ao interpolar uma imagem, a placa aumenta sua
resolução, adicionando mais pontos aos que já existem.
Evita apenas a granulação da imagem. O nível de detalhes
continua o mesmo!
Placas 3D: Texture Filtering
Placas 3D: Fogging
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É o efeito de colocar uma neblina no para objetos que
estão distantes (ex. montanha), tornando-os pouco
nítidos.
Ajuda no processamento: imagens com essa neblina
podem ser mostradas em menores resoluções.
Auxilia no realismo pois esse efeito também ocorre no
“mundo real”
Placas 3D: Fogging
Placas 3D: Correção de Perspectiva
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Encontrado em qualquer placa 3D;
As texturas são moldadas sobre os polígonos respeitando
o nosso ângulo de visão;
Lembra o texture mapping, porém permite que as
texturas sejam moldadas a objetos de formas irregulares;
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Ex: Arma de um personagem.
Imagens mais reais;
Demandam mais processamento.
Placas 3D: Correção de Perspectiva
+
=
Placas 3D: Z-Buffer
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Em uma imagem tridimensional temos:
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X: largura
Y: altura
Z: profundidade
O Z-Buffer é uma área reservada da memória destinada a
determinar com precisão a coordenada de profundidade
de cada polígono na imagem.
Placas 3D: Z-Buffer
Placas 3D: Recursos Avançados
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Phong Shadding
32 bits de cor
Single Pass Multitexturing
Texturas de 2048x2048
Placas 3D: Phong Shadding
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Evolução do Gourad Shadding;
Mesma funcionalidade, aplicar efeitos de luz sobre um
polígono para simular superfícies plásticas ou metálicas.
Gourad Shadding vê a intensidade de luz máxima e a
mínima dentro de um polígono e, a partir disso, cria um
efeito de degradê
O Phong Shadding utiliza um algoritmo complexo que
calcula a intensidade de luz ponto a ponto, baseado na
composição individual de cada ponto em relação a fonte
de luz.
Melhor resultado!
Maior processamento. =(
Placas 3D: 32 bits de cor
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Com mais cores é possível gerar transições de luz mais
suaves;
Diferenças principal mente em imagens com degradê;
Placas 3D: 32 bits de cor
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Mas será que compensa?
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Em imagens estáticas com texturas que usam degradê a
diferença é visível
Em imagens dinâmicas e rápidas a percepção não é tão
imediata
Além disso se a textura for pequena não dá para notar
diferenças relevantes.
O desempenho com uso de 32 bits é sempre menor!
Placas 3D: 32 bits de cor
Memórias SDR de 64 bits têm o desempenho diminuído na metade ao usar 32 bits de
cor, mas DDR isso não ocorre. Por quê?
Placas 3D: Single Pass Multitexturing
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Combinação de texturas sobre um mesmo objeto;
Diminui o número de texturas a serem armazenadas na
memória de vídeo;
As placas que suportam essa tecnologia são capazes de
aplicar duas texturas ao mesmo tempo.
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Demora o mesmo tempo que demoraria para aplicar uma
textura
Dispõem de dois processadores de texturas que trabalham
simultaneamente
Aumenta os custos de produção de uma placa gráfica.
Têm um desempenho melhor do que uma placa que tem
apenas um processador de texturas
Placas 3D: Single Pass Multitexturing
+
=
Placas 3D: Texturas de 2048 x 2048
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Texturas de 2048px x 2048px
Melhorar a qualidade visual de jogos
Diminui a performance
Consome mais memória de vídeo
Placas que não possuem essa qualidade em texturas, as
simplificam até atingir o valor suportado

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Esse suporte a texturas de altas resoluções faz o tamanho do
jogo aumentar consideravelmente
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Exemplo Voodoo 3 que suporta 256x256
Textura 2048x2048 = 16MB vs 256x256 = 128KB
Além de gastos de processamento e transferência de texturas
tão grandes.
Placas 3D: Texturas de 2048 x 2048
Placas 3D: FSAA
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Full Screen Anti-Aliasing
Melhora a qualidade das imagens geradas
Melhora o contorno dos objetos através de cores
intermediárias feitas em tempo real pela placa de vídeo
durante o processo de renderização da imagem
Placas 3D: FSAA
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
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Com recurso de Anti-Aliasing as falhas no contorno são
suavizadas, diminuindo a granulação das imagens.
640 x 480 (com Anti Aliasing) aparente ter qualidade de
uma imagem de 800x600, e na verdade é apenas uma
transição suave de cores.
É suportado por todas placas de vídeo atualmente.
Resulta em grande perda de desempenho pois os efeitos
de interpolação, a placa precisa gerar imagens com
resoluções maiores e em seguida reduzi-las a fim de
aplicar o recurso.
O recurso deve ser aplicado por placas de vídeo que
estão com recursos de vídeo sobrando!
Placas 3D: FSAA
Placas 3D: FSAA
Placas 3D: V-Sync
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Sincroniza os quadros gerados pela placa de vídeo com a
frequência de atualização do monitor
Utilizado para ter uma imagem livre de flicker ou screen
tearing
Se o jogo executa com 80 frames por segundo e se o seu
monitor é de 60 Hz. Com o V-Sync ligado, a placa de
vídeo iria diminuir o desempenho para se adequar a
frequência do monitor.
Se o jogo estiver com menor taxa de frames que o
monitor, então alguns frames podem ser repetidos para
que não ocorra o problema.
Placas 3D: V-Sync
Placas 3D: V-Sync
Tipos de Monitores (Próxima aula)
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CRT
LCD
LED
OLED
CRT
CRT
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No tubo de imagem, um feixe de elétrons parte da ponta
oposta da tela até atingi-la. Atrás da tela há uma tela de
fósforo (chamada máscara). Quando o feixe de elétrons
atinge a máscara de fósforo, o fósforo começa a brilhar,
fazendo com que seja um ponto aceso na tela.
Em monitores coloridos há três máscaras, uma para cada
cor primária de vídeo: vermelho, verde e azul.
Com as informações sobre a cor e a intensidade de cada
ponto que são passadas pela placa de vídeo, o feixe de
elétrons passa por cada ponto da tela fazendo com cada
ponto seja aceso ou então apagado.
LCD
LED

Difere do LCD apenas no
backlight.
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Usa LED ao invés de luz
florescente.
OLED
Frequência Vertical e Horizontal
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
Frequência Vertical
Frequência Horizontal
Frequência Vertical
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
É a quantidade de quadros por segundo que um monitor
é capaz de preencher;
Essa capacidade não deve ser inferior a 60Hz para evitar
o flickering
Frequência Horizontal
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É a velocidade com que a varredura consegue preencher
os quadros.
Ex: monitor com 31.500 Hz consegue preencher 31500
linhas por segundo.
A Frequência horizontal mede a velocidade do monitor
Quanto maior a frequência horizontal menor a cintilação
Podemos calcular a frequência horizontal mínima para
que não ocorra cintilação.
Frequência Horizontal
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Frequência horizontal mínima
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Resolução = 640 x 480
Frequência vertical = 60 Hz
Vertical Blanking Interval (VBI) = 0.05
Resposta
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
480 x 1.05 x 60 = 30.240 Hz
Valor especificado em monitores antigos 31.500 Hz dessa
resolução. Por quê?