Анализ эффективности работы видеосистемы

Эффективность работы видеосистемы определяется качеством изображения и скоростью его обновления.

Качество изображения зависит от способа его построения — двумерные и трехмерные, сцены которых строятся по-разному. Для них различны и требования к качеству и методы его оценки.

При тестировании видеокарт в двумерном режиме проверяется скорость рисования простых геометрических фигур (овалов). Этот режим не предъявляет особых требований к быстродействию системы. Необходимо, чтобы изображение выдавалось точно и не утомляло глаза при продолжительной работе.

Для картинки, представляющей трехмерную сцену, важны как скорость визуализации сцены, так и качество изображения. При этом оценка качества субъективна, то есть зависит от зрителя.

Простой пример. Вы ведете ночью машину с включенными фарами по загородному шоссе. По центру дороги проходит разделительная линия. В свете фар линия выглядит яркой, но за Пределами освещенной зоны яркость заметно снижается и линия на некотором расстоянии перестает быть заметной. Можно ли, не проводя эксперимента, сказать, на каком расстоянии от машины это произойдёт? Опытный водитель, вероятно, способен ответить на этот вопрос. Но ответ зависит от остроты зрения человека, сидящего за рулем.

А теперь представьте себе ту же сцену на экране монитора. В этом случае ее восприятие не зависит от остроты зрения. В зависимости от алгоритма визуализации полоса может исчезать быстро или тянуться чуть ли не до горизонта. Один и тот же вариант кто-то признает естественным, а кто-то — неестественным. Вину же за «недостаток естественности» сцены возлагают на видеоадаптер. Вместе с тем, качество изображения зависит как от компьютерной системы, так и от видеоадаптера.

Современные видеоадаптеры способны улучшать качество изображения за счет их быстродействия. Чтобы понять, степень влияния на качество изображения упомянутых факторов остановимся на понятиях физическая и логическая частота кадров

Физическая и логическая частота кадров

Физическая частота кадров на экране монитора определяется режимом работы видеосистемы. Например, при частоте обновления в 75 Гц на мониторе каждую секунду сменяется 75 кадров. Этого достаточно, чтобы глаз не воспринимал изображение как дрожащее.

Логическая частота кадров определяется тем, насколько быстро компьютер может подготовить новое изображение, которое должно отображаться на экране. Именно эта скорость и определяет производительность видеосистемы. На практике нет никакого смысла в том, чтобы логическая частота кадров превосходила физическую, так как часть рассчитанных кадров при этом просто теряется.

Воспринимается логическая частота кадров весьма субъективно. В некоторых программах, нетребовательных к быстроте действий пользователя, приемлемой можно считать даже частоту в 3-5 кадров в секунду. И наоборот, некоторые завзятые игроки считают, что играть «по-настоящему» можно, если компьютер успевает просчитать за секунду не менее 100-120 кадров.

При отображении трехмерной сцены ее загруженность часто меняется: какие-то объекты исчезают, другие появляются. Сложность кадра все время меняется, и поэтому логическая частота кадров — величина плавающая. Принято считать, что локальное увеличение сложности сцены иногда приводит к двукратному падению мгновенной частоты кадров по сравнению со средней. Максимальные требования к частоте кадров основаны на том, чтобы гарантировать постоянное сохранение логической частоты кадров на высоком уровне.

Частота логических кадров определяется возможностями компьютерной системы. Большинство программ работает с переменной частотой кадров, меняющейся динамически в зависимости от сложности сцены.

Оценить приемлемую частоту кадров можно так. Старые киноленты обычно отсняты в режиме 12-16 кадров в секунду, в современном стандарте кино каждую секунду отображается 24-30 кадров, гладкость анимации на экране монитора, как считается, достигается при частоте 50-60 кадров в секунду.

Графическая производительность компьютера

Графическая производительность компьютера зависит не только от видеокарты. Значительная часть действий по формированию изображения трехмерной сцены выполняется основным процессором компьютера. Поэтому производительность компьютерной системы в области трехмерной графики определяют три основных фактора:

• производительность центрального процессора;

• производительность графического процессора;

• пропускная способность линии связи между графическим процессором и видеопамятью.

Появление более эффективных алгоритмов (например, для отсечения невидимых поверхностей) может снизить нагрузку на память и повысить эффективность работы видеокарт при той же производительности видеопамяти. Развитие алгоритмов идет медленнее, чем повышение производительности аппаратных средств, так что пропускная способность видеопамяти остается наиболее узким местом для большинства видеокарт.

На низких разрешениях (640x480) разница между видеокартами не очень заметна.

Все они работают почти одинаково быстро, быстродействие ограничено лишь производительностью основного процессора компьютера. При повышении разрешения или числа цветов загрузка процессора остается такой же, а нагрузка на видеоадаптер возрастает. Фактором, сдерживающим производительность, становится графическая система и начинают проявляться различия между «быстрыми» и «медленными» графическими процессорами.

При наиболее высоких разрешениях производительность сегодняшних видеоадаптеров ограничивается пропускной способностью видеопамяти. Быстрый графический процессор в комплекте с медленной памятью может уступать более медленному процессору, работающему с более быстрой памятью.

Оценка графической производительности компьютера.

Для оценки используют игровые тесты, так как максимальную загрузку графической системы компьютера обеспечивают компьютерные игры. Оценочным параметром эффективности работы видеосистемы считают логическую частоту кадров (Frames per Second, FPS) . Чем больше это значение, тем лучше работает система. Практичность полученных значений во внимание не принимается — кадры в секунду рассматриваются как условные единицы измерения.

Компьютерная программа в ходе своей работы рассчитывает переменное число кадров в секунду, а изображение на экране обновляется по мере возможности. Реальная скорость обновления зависит от сложности сцены, которая меняется по ходу компьютерной игры. Практическую ценность имеет минимальная скорость обновления картинки — если она падает ниже 20 кадров в секунду, это уже чувствуется, а если меньше 10 кадров в секунду, глаз фиксирует рывки и задержки... При замерах производительности определяется средняя скорость работы.

Игры, используемые для тестирования, имеют несколько особенностей, облегчающих их использование.

Во-первых, все они способны подсчитывать автоматически и выводить на экран число логических кадров в секунду.

Во-вторых, имеется возможность записи демо-файлов— протоколов прохождения сценарных фрагментов (уровней игры). Среднее число кадров в секунду при воспроизведении демо-файла — значение, постоянное для конкретного компьютера. Его можно использовать для сравнения разных систем.

Синтетические тесты

В игровых тестах полученные данные трудно поддаются сравнению и объективной оценке. Обычный пользователь не имеет возможности выполнить тестирование на группе однотипных компьютеров, отличающихся, например, только картой видеоадаптера. Синтетическое тестирование производят, чтобы знать насколько отличается производительность видеокарт основанных на различных чипах, или же насколько отличается производительность одинаковых видеокарт, но от разных производителей. Готовы ли эти видеокарты к играм, как сегодняшнего, так и завтрашнего дня, а также выяснить, насколько производительна система в целом.
К синтетическим тестам, служащим для оценки производительности видеокарт, относятся программы серии тестовых пакетов 3DMark от компании Futuremark Corporation, а именно: 3DMark05 и 3DMark06.

Результаты тестов накапливаются и записываются в базу данных, содержащую информацию о самых разных системах. База данных централизована и доступна всем желающим. Сегодня это общепринятый синтетический тест. Набор тестов «игровой», но игры как таковой нет — воспроизводится фиксированная трехмерная сцена. Тесты 3DMаrk задействуют несколько механизмов, соответствующих разным типам игр.

Для каждого механизма используется фиксированное разрешение, но сцена может иметь разное число объектов — разную сложность. При этом изменяется нагрузка, как на процессор, так и на видеоадаптер, так что оценка получается сбалансированной. Результаты выдают в баллах и кадрах в секунду. Для того, чтобы сравнить производительность видеоадаптера, достаточно выйти в интернет. Эти программы пользуются большой популярностью и позволяют сравнить свои результаты с другими видеоадаптерами.

Если по результатам теста 3DMark видно, что проверяемый компьютер существенно уступает имеющимся аналогам, следует поискать настройки, которые позволят компенсировать это отставание.

По результатам этого эксперимента можно сделать следующие выводы.

• В данной конфигурации производительность центрального процессора меньше, чем ресурс видеоадаптера — компьютерная система несбалансирована. Направление обновления аппаратных средств очевидны.

• Чтобы сбалансировать систему, надо примерно вдвое увеличить частоту процессора. Это самый простой вариант обновления. Возможность его осуществления зависит от конкретной аппаратной конфигурации.

• При увеличении производительности процессора в 3-4 раза производительность видеосистемы станет определяться видеокартой. Если низкая производительность видеосистемы является основной причиной обновления; то такая трата денег не очень эффективна.

Лабораторные задания и порядок их выполнения

Задание 1

⇐ Предыдущая 12