zix написал(а):
Stranger, а для чего оно тогда?
Прошу прощения за то, что повторю вещи безусловно известные уважаемым участникам форума. Но, для полноты картины, начну изложение с самых азов.
Когда в графическом режиме видеоадаптер формирует изображение, которое должно быть отображено на экране (неважно, двумерная это или трехмерная графика), он заполняет область памяти, содержимое которой аппаратно переносится потом на экран. При этом, физический адрес этой области в адресном пространстве видеокарты не является фиксированным - его можно изменить.
Заполнение такого экранного буфера это уже последняя стадия длинной процедуры отрисовки сцены.
После того как буфер заполнен, эти стадии повторяются раз за разом, позволяя путем небольших изменений отображаемой картины, создавать иллюзию движения.
В каждый конкретный момент буфер бывает заполнен не до конца. Перерисованная его часть содержит новые, уже измененные элементы изображения, в то время как в части, которую не успели перерисовать, хранятся остатки предыдущего кадра.
Но и это не единственная причина искажений, которые могут возникать при выводе изображения на экран.
Дело в том, что помимо графического ядра, которое занимается заполнением буфера, существуют еще видеоконтроллеры. Обычно их несколько, по числу выходов графической карты (точнее, по числу дисплеев, которые могут быть одновременно подключены).
Видеоконтроллер читает данные из буфера и преобразует их в вид пригодный для передачи по тому типу интерфейса, к которому он подсоединен. В частности, если интерфейс аналоговый (D-sub, DVI-A, как составная часть DVI-I), цифровые данные поступают на RAMDAC для преобразования в последовательность потенциалов.
Суть дела здесь в том, что за доступ к одному и тому же участку памяти одновременно конкурируют два устройства - видеоконтроллер и графическое ядро.
Раньше хорошие видеокарты выпускались с использованием дорогой двухвходовой памяти VRAM.
Эти времена давно в прошлом и современные адаптеры набиты самой простой и дешевой памятью, которая не в состоянии обслуживать запросы одновременно двух устройств к одной и той же ячейке.
Как в таких условиях обеспечить вывод на экран изображения без искажений?
Первый естественный ответ - заполнять буфер только в тот момент, когда видеоконтроллер не осуществляет к нему доступа.
То есть, формировать изображение во временном участке памяти, которое может быть мгновенно перенесено в буфер в момент паузы в работе видеоконтроллера.
Откуда берется такая пауза? Хотя мониторы с электронно-лучевой трубкой уже давно не используются, интерфейс созданный в своё время для работы с ними (который обычно называют DB-15, D-Sub или просто VGA) до сих пор присутствует на видеокартах. Обычно в виде аналоговой части интерфейса DVI.
ЭЛТ мониторы формировали изображение путем отрисовки его потоком разогнанных до скорости в 100,000 км/сек электронов, который отклонялся электрическим или магнитным полем. При этом, после вывода на экран одной строки изображения нужно было отключить поток электронов и подать на отклоняющую систему потенциал, необходимый для вывода следующей строки.
Самая большая продолжительность такого интервала была в промежутке между кадрами - когда нужно было перевести луч (уже отключенный управляющим электродом) из правого нижнего угла экрана в левый верхний.
Поскольку в этот момент луч должен был переместиться через весь экран не только по горизонтали, что происходило при выводе каждой строчки, но и по вертикали, этот интервал назвали интервалом вертикальной синхронизации.
Итак, при включенной вертикальной синхронизации (V-Sync), видеоконтроллер будет при каждой смене кадров выводить на экран только полностью сформированный буфер.
Никаких искажений. Это плюс. Потенциальное резкое падение FPS и "дергание" изображения на экране. Это минус.
Откуда они берутся? Для начала, вспомним, что эта технология была разаботана для ЭЛТ мониторов, которые, в момент замены их на LCD имели гораздо более высокую частоту кадров. К примеру, мой ЭЛТ-монитор поддерживал до 170 кадров в секунду. Обычные частоты, конечно, были меньше - от 85 до 120 кадров в секунду.
Многие LCD мониторы до сих пор работают с частотой 60 кадров в секунду. Заметная разница, правда?
Продавцы первое время говорили потребителям, что для LCD-монитора частота кадров не имеет значения. Поскольку в электронно-лучевой трубке высокая частота необходима для уменьшения мерцания, в то время как у LCD мерцания, якобы, нет. Последнее утверждение тоже не соответствует действительности, но не о нем сейчас речь.
Проблема в другом. Представьте себе, что Ваша система не может обеспечить при заданных настройках графики FPS больше 60. Допустим, частота отрисовки кадров лишь чуть-чуть меньше. Скажем, 59.
Что происходит? Видеоконтроллер отрисовывает кадр находящийся в буфере каждые 1/60 секунды (при аппаратной частоте кадров монитора 60Hz).
А графический адаптер подготовит очередной кадр для переноса в видеобуфер только через 1/59 секунды.
Это значит, что к моменту когда надо будет отображать следующий кадр, нового изображения в буфере еще не будет и видеоконтроллер повторно отрисует тот же самый кадр, что и прошлый раз.
С точки зрения пользователя это будет аналогично уменьшению FPS с 59 до 30.
И даже хуже. Из-за того, что FPS не является фиксированной величиной, а колеблется в достаточно широких пределах, вывод нескольких статичных кадров подряд может перемежаться резким изменением положения персонажа когда в буфер наконец попадает отрисованный кадр.
Визуально это будет выглядеть как "дергание" графики на экране. Персонаж какое-то время стоит как столб, потом совершает резкий рывок, потом замирает снова.
Понятно, что при таких условиях вертикальную синхронизацию не нужно включать без крайней необходимости.
Или без наличия монитора с очень высокой для LCD (не меньшее 100Гц) аппаратной частотой кадров.
Тем более, что эта самая вертикальная синхронизация вовсе не обязана хоть насколько-нибудь улучшать качество изображения. А как же все те ужасы с недорисованными кадрами и попытками одновременного доступа к одной и той же ячейке памяти, спросите вы? А очень просто! Уже десятки лет, еще до повсеместного распространения трехмерной графики было найдено простое и изящное решение этой проблемы.
Вместо того, чтобы иметь один видеобуфер, программа создает два. И записывает их по-очереди. После того как буфер полностью сформирован, происходит переключение буферов и видеоконтроллер каждый раз переносит а экран содержимое активного в данный момент буфера. Причем переключение буферов может происходить прямо в момент вывода, тогда контроллер бросает рисовать содержимое старого буфера и переключается на новый.
В результате, картинка всё равно будет несколько разорвана (верхняя часть от старого буфера, нижняя от нового), зато никаких других артефактов на экране будет. И, самое главное, мы в результате получим свои честные 59 FPS вместо 30.
