التَقنيات الرُسوميّة (الجُزء 1): دقّة العرض Resolution

[أحمد فرحات]

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-01.jpgفي هذه السلسلة سوف نتناول كل التقنيات الرسومية التي تستخدمها الألعاب ، سوف نشرح طريقة عملها والهدف من استخدامها ، بالاضافة الي تأثير تفعيلها علي أداء اللعبة وعلي بطاقة الرسوميات نفسها .دقّة العرض Resolution: دقة العرض هي أول ما يواجه المستخدم وهي أول ما يجذب انتباهه
ذلك لأنها تتحكم مباشرة في كفاءة العرض علي الشاشة ،تتكون الشاشة من ملايين النقاط الضوئية الصغيرة ، وتسمّي Pixel ، كل Pixel أو نقطة هي عبارة عن ثلاثة مناطق صغيرة ملوّنة بالأحمر و الأزرق والأخضر .





http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-01.jpg
صورة حقيقة لكل نقطة Pixel من نقاط الشاشة ، وكل نقطة هي عبارة عن منطقة خضراء و حمراء وزرقاء ،عند الرغبة في تلوين النقطة بلون أحضر ، فان تفعيل المنطقة الخضراء فقط يكفي ، وعند الرغبة بتلوينها بلون أحمر ، فان تفعيل المنقطة الحمراء يكفي ، وكذا الأمر مع اللون الأزرق ،عند الرغبة في تلوين النقطة Pixel بلون يختلف عن الألون الثلاثة السابقة ، مثل اللون البنفسجي مثلا ، يتم تفعيل المناطق الثلاثة بشكل مختلف ، فمثلا يتم تفعيل المنطقة الزرقاء والحمراء معا ، للحصول علي اللون البنفسجي .

تحتوي كل شاشة علي عدد محدد من هذه النقاط Pixels ، فالشاشة ذات حجم 17 بوصة ، تحوي حوالي مليون وثُلث المليون نقطة ، والشاشة ذات حجم 23 بوصة تحوي حوالي مليونين من النقاط ،مصطلح دقّة العرض Resolution يطلق علي عدد هذه النقاط في أي شاشة ، فشاشة بحجم 23 بوصة ، تستطيع عرض 2 مليون نفطة في لحظة واحدة ،بدلا من استخدام عدد النقاط ، يستخدم المهندسون أسلوب عدد النقاط العرضية في الشاشة X عدد النقاط الطولية ، كأن يقولوا مثلا أن دقة العرض علي الشاشة هي 1920x1080 ، بدلا من 2 مليون نقطة .

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-02.png
صورة مبسّطة (للتمثيل) بدقة 100 نقطة أي 10X10 ، والصورة تمثّل رجلا يحمل حقيبة ،استخدام دقة عرض كبيرة في تشغيل الألعاب يعني استخدام عدد أكبر من الألوان ، هذا العدد الكبير يضغط علي ذاكرة بطاقة الرسوميات ، فكل لون واحد يحتل مساحة 4 بايت من الذاكرة ،العدد الكبير يضغط أيضا علي معالج بطاقة الرسوميات ، لأن مُهمته هي حساب الألوان التي تعرض علي الشاشة ، وكلما ازداد عدد الألوان المطلوب حسابها ، زاد العبأ علي المعالج الرسومي .

اذا كان المستخدم يملك بطاقة رسومية ضعيفة ،(بمعالج رسومي ضعيف وذاكرة صغيرة) فان تقليل الدقة يُخفف الحمل علي البطاقة ،عند تقليل الدقُة تظهر مُشكلة جديدة ، وهي أن الدقُة الأقل تعني عدد نقاط Pixels أقلُ ، وبالتالي فهي تشغل مساحة أقلُ من الشاشة ،اذا كانت الشاشة بحجم 23 بوصة (بدّقة 1920x1080 أو 2 مليون نقطة) ، فان تشغيلها علي دقّة 960x540 يعني أن عدد النقاط المستخدم هو 1 مليون نقطة فقط من أصل 2 مليون ، وهذا يعني أن نصف الشاشة تقريبا يصبح شاغرا بدون استخدام .

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-03.png
صورة بدائية ، بدقة 5X10 ، أي بدقة 50 نقطة Pixel فقط من اصل 100 نقطة ، والصورة تحتل منتصف الشاشة (السطور الحمراء والبُقع الخضراء) ، بينما تظل باقي أجزاء الشاشة خالية من الأعلي والأسفل (السطور السوداء).

يستخدم مصنّعي الشاشات حلّا مباشرا لهذه المشكلة ، فالدقة الأقل تحتوي علي 1 مليون نقطة ، والدقة الأعلي تحتوي علي 2 مليون نقطة ، اي الضعف ، وهنا يتم توسيع الدقة الأقل مرّتين لتتساوي مع الدقة الأعلي ،عملية التوسيع Stretch تتم بوضع لون كل نقطة من الدقّة الأقل علي نُقطتين من الدقّة الأعلي ، فمثلا باستخدام الدقة الأقل قٌمنا بتلوين نقطة واحدة باللون الأحمر ، اذن بعد توسيع الدقّة مرتين ، يحتلّ هذا اللون الأحمر نقطتين بدلا من نقطة واحدة ،ثُم يتم تطبيق هذه الطريقة علي بقية الألوان والنقاط ،اذن المليون نقطة أصبحت تشغل مكان مليونين ، وبهذا نستطيع تشغيل الدقة الأقل ذات المساحة الأقل في شكل دقة أكبر بمساحة أكبر .

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-04.png
في بداية عملية التوسيع ، تقوم الشاشة بتقسيم الصورة الي أجزاء ، ثم توزيع هذه الأجزاء بالتساوي علي كل مساحة الشاشة ، فكل صفّ من صُفوف الصورة يتبعه الآن صف خالٍ و (النقاط البيضاء هي نقاط خالية تنتظر الملأ) .

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-05.png
قامت الشاشة بملأ كل نقطة بيضاء باللون المجاور لها ، فاذا كان اللون أحمرا امتلأت بالأحمر ، واذا كان أخضرا امتلأت بالأخضر ..الخ .

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-06.png
مثال آخر : صورة بدائية جديدة بدقة 10X5 (أي 50نقطة من أصل 100)، والسطور السوداء أعلي و أسفل الصورة هي سطور خالية ، (والصورة تحتوي علي 20 نقطة حمراء و 30 نقطة صفراء ).

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-07.png
عملية تقسيم وتوزيع الصورة ، كل صف من الصورة ، يتبعه صف خال (والنقاط البيضاء هي نقاط خالية تنتظر الملأ/التلوين) .

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-08.png
تمّ استغلال النقاط الخالية في مضاعفة كل لون أحمر واصفر في الشاشة ، والشاشة الآن تحتوي علي 40 نقطة حمراء و 60 نقطة صفراء ،لكن هذه الطريقة غير دقيقة ، لأن عملية التوسيع نفسها لا تتّسم بالدقة ، ولا تتم طبقا لنظام محدد ، حيث يتم تلوين أي نقطتين بلون واحد ، وذلك دون الوضع في الاعتبار موقع النقاط في الشكل الأصلي ،حتي لو تمّت العملية وفق نظام محدد ، فلا شئ يضمن كون هذا النظام متناسبا مع كل الظروف والاحتمالات ، مما يعني تواجد نسب خطأ تغير من النتيجة النهائية ، أي تُشوّه من الصورة .

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-09.png
تُصاب الشاشة بالحيرة ، هل تُضاعف النقطة الخضراء في الصف الخالي الأعلي ، أم الأسفل ؟!!

[أحمد فرحات]

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-10.jpg
مُقارنة بين صورتين ، الي اليمين اختارت الشاشة مُضاعفة النقطة في الصف العلوي ، والي اليسار اختارت مُضاعفة النقطة في الصف السفلي ، لاحظ الفارق بين الصورتين ، وبالذات في مواقع النقاط الخضراء بالنسبة لبعضها البعض وبالنسبة للنقاط الزرقاء ،والأسوأ من ذلك أن هذه الطريقة المباشرة لا تصلح في معظم الأحوال ، فالمستخدمين عادة ما يستخدمون دقّات لا تصلح لعملية التوسيع ، مثل دقة 1680x1050 مثلا ، والتي تحوي 1.6 مليون نقطة ، أي أن ربُع الشاشة تقريبا يصبح خاليا .

هنا يجب عمل توسيع لكل نقطة في الدقة الأقل الي واحد وربع 1.25 نقطة في الدقة الكاملة ، وهذا مستحيل بالطبع لأن النقاط لا تقبل الكسر الي نصف أو ثلُث أو رُبع ،هنا تضطر الشاشة الي تعويض النقاط الخالية بألوان وسطيّة ، فاذا قابلت الشاشة نقطة خالية بين نقطة حمراء وأخري صفراء ، فانها تعوّض النقطة الخالية بلون وسطي بين لون النقطتين ، أي بين الأحمر والأبيض ، والنتيجة هي لون برتقالي ،هذا اللون الجديد (البرتقالي) لم يكن من مكونات الصورة الأصلية ، ووجُوده يشوّه من شكل الصورة علي الفور.

تستخدم الشاشة طريقة اللون الوسطي في محاولة منها لتقليل الأخطاء الناتجة عن عملية المُضاعفة ، والتي قد تغير من شكل الصورة تماما ، أمّا طريقة اللون الوسطي فهي تضيف علي الصورة تشوهات و عيوب فقط ، لكنها تظل محتقظة بملامحها العامة .

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-11.png
صورة بدائية أخري ، دقتها 6X10 ، أي 60 نقطة من أصل 100 ، ونُلاحظ هنا أن ثُلث الشاشة تقريبا خال .

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-12.png
عملية التقسيم ، يُلاحظ أن العملية لم تتم بالتساوي هذه المرة ، فلا توجد صفوف خالية بين آخر صفّين من الصورة (الصفّين الأصفرين ) ، وهذا بسبب أن دقّة الصورة الأصلية غير قابلة للتقسيم بالتساوي .

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-13.png
الصورة النهائية ، ويلاحظ الآتي :
أول ثلاثة صفوف (زرقاء) خالية من العيوب ،الصف الرابع يوجد به لون جديد ، وهو الأخضر الفاتح ، ذلك لأن الشاشة صنعته كلون وسطيّ بين الأزرق والأخضر،الصف الثامن (الثالث من أسفل) يوجد به لون جديد وهو البرتقالي الغامق ، وذلك لأن الشاشة صنعته كلون وسطيّ بين الأصفر والأخضر ،في النهاية ، ظلّت ملامح الصورة كما هي ، لكن أصابها بعض التشوّهات .

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-14.png
صورة أخري ، بدقّة 60 نقطة.

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-15.png
عملية تقسيم الصورة لم تتم بالتساوي ، فلا توجد صفوف شاغرة بين آخر صفّين.

http://www.arabhardware.net/images/stories/Articles/November/GPU1/19112010-16.png
نُلاحظ ظهور لون جديد ، وهو اللون البرتقالي ، وتحديدا فيما بين اللون الأصفر والأحمر ، وملامح الصورة العامة ظلت كما هي ، لكن اللون الجديد اضفي عليها تشوّها ،اذن تشوّه الصور يحدث فورا عند استخدام دقة أقل من دقّة الشاشة الكاملة والتي تسمّي الدقة المحلّية Native Resolution ، والتشوّه يتمثّل في شكل بهتان ، أو عدم وضوح ، أو تلطّخ للصورة ، وسببه تلك الألوان الوسطية الغريبة التي يتم اضافتها بالاضافة الي عدم دقّة عملية التوسيع .

ويمكنكم تجربة هذه الظاهرة في الحال ، عن طريق تكبير أية صورة رقمية في حوزتكم Zooming ، فالتكبير هي عملية اضافة ألوان جديدة ، أي كأنها تطبيق من تطبيقات التوسيع ، والذي لا يتّسم بالدقة كما قلنا ، بالاضافة الي ذلك ، فان الألوان الوسطيّة سرعان ما تجد طريقها الي الصورة أثناء عملية التكبير وخصوصا في الصور كثيرة الألوان .

أرجو ملاحظة أن كل الصور بالأعلي هي صورة بسيطة للغاية ، والتشوهات التي بها بسيطة كذلك ، لكن مع زيادة تعقيد الصور ، ومع زيادة التفاصيل والألوان فيها ، فان التشوهات تصير أكثر وضوحا ، وتظهر عيوب الصورة أكثر ، لذا يتمكن المستخدمون عادة من تمييز الألعاب التي تعمل بدقّات منخفضة (عيوب أكثر )عن الألعاب التي تعمل بدقات عالية (عيوب أقل)