Portada - Tarjetas gráficas

Antes de elegir una tarjeta gráfica tendremos que evaluar nuestras necesidades. Si, por ejemplo, somos usuarios a nivel de paquetes de gestión, o programadores, la elección irá dirigida a las tarjetas aceleradoras de Windows, en 2D por supuesto. Si, por el contrario, lo nuestro son los videojuegos o el diseño en 3D (programas de modelado, render o CAD) hay que buscar una aceleradora 3D.

Chip o controlador gráfico

Actualmente existen chips para tarjetas gráficas muy potentes, la mayoría de las veces con potencia de cálculo superior a la del procesador principal, pero también muy diferentes entre sí. Hace algunos años, no se le prestaba en absoluto atención a la calidad de la tarjeta VGA. Después, tras la aparición de la SVGA, fue el punto de partida a la hora de mejorar estas tarjetas, ya que, junto con la evolución de la tecnología en los monitores, cada vez soportaban mayores resoluciones al incorporar memorias entre 1 y 3 Mb.

Pero la auténtica revolución gráfica fue en el sector tridimensional, el 3D, donde se necesitan potencias de cálculo muy superiores que el microprocesador central no puede soportar. Fundamentalmente, lo que hace un chip 3D es quitar la labor del procesador de generar los triángulos y el relleno de texturas, haciendo que la tarjeta gráfica lo haga sola liberando al procesador de otras tareas. Con esto, se obtiene una mejora muy grande en lo que se refiere a la velocidad, y además se han incorporado multitud de efectos gráficos fáciles de usar por los programadores que mejoran sustancialmente la calidad de los gráficos. Las primeras tarjetas con 3D para el mercado de consumo fueron aquellas Diamond Edge 3D, 3D Blaster, o la S3 Virge, todas sin ser demasiado rápidas y con un soporte de juegos muy limitado.

La decisión de elegir un chip u otro es bastante compleja. Dentro del campo 2D, gracias al estándar VESA, todas las tarjetas son compatibles entre sí. Sin embargo, en los chips 3D (o la parte 3D de los chips 2D/3D), existen más problemas puesto que no todos contienen las mismas instrucciones (¿quién no ha oído hablar de los famosos parches para una u otra tarjeta?). Esto pasaba sobre todo en los primeros juegos acelerados 3D para MS-DOS. Por ello, se han creado unos APIs, que consiguen solucionar estos problemas, y funcionan bajo Windows 95/98. Éstos son el DirectX de Microsoft (el componente Direct 3D en concreto) y el OpenGL de Silicon Graphics. Más abajo tienes infromación sobre estos APIs. Y también, hay que recordar que no todas las tarjetas 3D son iguales: unas sirven digamos para "trabajar" (las compatibles con programas como 3D Studio, TrueSpace...) y las que sirven para "jugar". Muy pocas tarjetas se desenvuelven bien en estos dos campos.

Y ya para terminar este apartado, dejemos fijadas ciertas bases de conocimiento:

• Actualmente, en el mercado de consumo, existen 2 tipos de aceleradoras gráficas:
  • Las propias aceleradoras 3D, tarjetas independientes que sólo entran en funcionamiento cuando se ejecuta algún juego que necesite su funcionamiento. Estas tarjetas requieren una tarjeta 2D que se encargue de las tareas normales, con un único requisito de tener un mínimo 2 Mb. de memoria. Además, ambas suelen estar unidas con un cable externo.
  • Y luego están las tarjetas "híbridas" 2D/3D, que consisten en un único chip que se encarga tanto de las funciones 2D como de las funciones 3D de una aceleradora. Los últimos modelos que están apareciendo estos meses son realmente buenos y no tienen nada que envidiar a las aceleradoras 3D puras.
• Y ya por último, ten en cuenta que las tarjetas aceleradoras pueden servir para "trabajar" o para jugar. Una aceleradora profesional de 300.000 ptas. será incapaz de acelerar cualquier juego normal, y una aceleradora 3D pura de 30.000 no podrá renderizar ningún tipo de gráfico en programas como 3D Studio o TrueSpace. Hay muchas tarjetas híbridas 2D/3D que pueden acelerar juegos muy bien, y también renderizar gráficos profesionales de una manera bastante aceptable.

Librerías y APIs

Cada chip gráfico tiene una forma de procesar las rutinas implementadas en ellos, por lo que hay una incompatibilidad (sobre todo en el 3D, ya que en el 2D existe el estándar VESA que libera de estos problemas).

Para ello, han surgido las librerías de programación, para unificar en un API las diferentes funciones, y destacan 2:

• OpenGL, de Silicon Graphics, que está adoptada por sistemas como Unix, Iris, Windows NT, para profesionales.
• DirectX, de Microsoft, limitada a Windows 95/98 y dedicada a los juegos.

Depende de nuestro uso del ordenador, nos decantaremos por el soporte de uno u otro (aunque hay varias tarjetas gráficas que soportan los dos).

Buses

Las placas de video se fabrican hoy día para buses PCI y AGP (estos buses permiten características como Plug and Play y Bus Mastering, ésta última para optimizar las operaciones de transferencia de la tarjeta). Estas tarjetas se suelen usar en ordenadores Pentium o Pentium II y equivalentes (como el K6 o el K6-2 de AMD). Se puede aún encontrar de segunda mano alguna ISA para ordenadores 386 y 486, y las VESA están ya abandonadas. Para saber más cosas sobre estos buses, accede a la sección de Placas base.

Lo único, decir que las tarjetas AGP, usadas en ordenadores Pentium II/III son capaces de usar la memoria RAM como memoria de texturas, es decir, no sólo la memoria que viene incluida en la tarjeta gráfica. Por ello, los pocos juegos que hay actualmente para AGP, son capaces de tener texturas animadas o de alta resolución moviéndose a una velocidad asombrosa. Esta memoria de texturas no está disponible para placas Socket 7 ni para placas Slot A con el Athlon de AMD. Además, el AGP ofrece un ancho de banda superior al PCI: si el PCI va a 66 MHz, el AGP va a 133 MHz, con unas variantes: el AGP 2x a 266 MHz y el AGP 4x a 533 MHz. Lástima que los programas actuales no exploten sus posibilidades, pero esto terminará con el AGP 4x que llegará en 1.999. Y por último, hay que decir que no todas las tarjetas AGP son "AGP verdaderas", es decir, que utilizan la memoria RAM como mmoria de texturas. Las AGP no verdaderas son todas aquellas que tienen tanto versión PCI como AGP, o bien que la versión AGP ha evolucionado de la PCI (puede haber que tenga versión PCI y luego una versión AGP verdadera). Y las AGP verdaderas son aquellas que han sido diseñadas para tal fin, y que sólo existen en versión AGP. Todas las tarjetas AGP verdaderas hoy día son 2x, mientras que las AGP que no utilizan la memoria RAM como memoria de texturas son 1x (un modo sencillo de diferenciarlas). También se pueden diferenciar las AGP 4x y las AGP 2x, las primeras llevan 2 hendiduras en los contactos de la zona de conexión y las segundas llevan sólo una.

La memoria

La controladora de vídeo en un ordenador es la responsable de transmitir la información al monitor para que la podamos ver en la pantalla. Hay una gran variedad de tarjetas de vídeo, cada una con sus características especiales. Cuantos más píxeles sean capaces de dibujar en pantalla por la unidad de tiempo, mejor rendimiento obtendremos en las aplicaciones que usen intensivamente los gráficos, como por ejemplo Windows. Vamos a poneros un ejemplo para comprenderlo con un par de imágenes:

640x480 a 256 colores	1280x1024 a 256 colores

1. Puedes ver cómo en en primer caso, los iconos se ven más grandes y, por tanto, caben menos. Por consiguiente, el logotipo de Duiops se verá con menos definición y más "cuadriculado". Las ventanas se colocarán unas encimas de otras y el trabajo se hará muy engorroso.
2. En el segundo caso, los iconos se ven más pequeños y, por tanto, caben más. Por consiguiente, el logotipo de Duiops se verá con más definición y más perfilado. Los píxels son muy difíciles de apreciar. Las ventanas podrán abrirse una al lado de la otra, de forma que se vea el contenido de ambas, y el trabajo será más amigable.

Pero todos estos puntos necesitan almacenarse en RAM. Para ello, las tarjetas gráficas tienen chips de memoria, y hoy día el mínimo que se puede encontrar son 4 Mb, aunque se recomienda un mínimo de 8. Para poder conseguir mayores resoluciones a más cantidades de colores, hay que ampliar la memoria. Para saber la que necesitamos, hay que multiplicar la resolución horizontal por la resolución vertical; esto nos da la cantidad de RAM necesaria para trabajar a 8 bits de color. Es preciso multiplicar el resultado por dos para obtener la cantidad necesaria para 16 bits de color, y por tres para los 24 bits. Hoy día las tarjeras gráficas domésticas llevan hasta 32 Mb de memoria, los cuales permiten alcanzar resoluciones tan asombrosas como 2048x1536 a 32 bits (más de 4.000 millones de colores)

Recordemos que más memoria en la tarjeta gráfica no implica mayor velocidad, a no ser que la utilice como memoria caché.

También hay que tener en cuenta el tipo de memoria incorporada; frente a la DRAM clásica es mejor utilizar otros tipos, como la EDO o la VRAM; al disponer ésta de dos puestos permite aumentar el ancho de banda en las transferencias de información.

Otra opciones, como la WRAM (que optimiza las operaciones de manejo de bloques de memoria), la MDRAM (memoria multibanda que no retarda los procesos de conmutación de bancos) o la SDRAM (RAM síncrona capaz de trabajar a la misma velocidad de reloj que el chip de la tarjeta) deben ser considerada.

Las últimas tarjetas utilizan SGRAM, de dos tipos. Podemos encontrar memoria DDR en algunas tarjetas (Double Data Rate), la cual aprovechando ciertas fases del ciclo de reloj hasta ahora no utilizados, es capaz de proporcionar un notable incremento en el ancho de banda disponible, con respecto a la memoria convencional SDR (Single Data Rate). Cuando más aumentas la resolución más "atasco" se produce debido a las limitaciones propias de la memoria. Con el sistema DDR esta limitación ya no existe y es posible utilizar resoluciones de 1280x1024 e incluso de 1600x1280 sin ninguna pérdida de velocidad.

Otras características

Las tarjetas gráficas permiten casi siempre la reproducción de vídeos MPEG por software, y las más modernas y potentes de MPEG-2 (para DVD-Vídeo); aunque se recomienda que ambas reproducciones sean por hardware.

Una vez adquirida la tarjeta, es necesario disponer de los drivers más actualizados, para asegurarnos de la compatibilidad con todos los programas. Esto va sobre todo por aquellos que tienen Windows 95 y que aún conservan los drivers de Windows 3.1.

Y, ya para terminar, el monitor. Lo ideal son 17 pulgadas para una calidad media-alta, aunque si queremos un ordenador muy económico, nos servirá uno de 15 (aunque con varias limitaciones). Considera también los monitores de 19 pulgadas, con prestaciones similares a los de 20 pulgadas pero con el precio de los de 17.

Algunos aspectos básicos de la 3D

API (Interfaz de Programación de Aplicaciones): Un conjunto de rutinas usadas por un programa de aplicaciones para solicitar y transportar servicios de nivel más bajo ejecutados por el sistema operativo de una computadora. O en un lenguaje más comprensible: un conjunto de rutinas situado entre el hardware (por ejemplo, la CPU y el procesador de video) y la aplicación de software (por ejemplo, un juego). Los desarrolladores pueden escribir sus códigos una sola vez para el API y habilitarlo para que funcione en cualquier otro hardware.

DirectX: Un API de Microsoft Windows concentrado en el desarrollo de contenido de multimeda. En palabras de Microsoft : "Proporciona el primer conjunto completo de herramientas para que los desarrolladores tengan acceso a la flexibilidad de plataforma cruzada de la Internet y a la poderosa capacidad de multimedia de la computación personal". El DirectX 6.0 está optimizado para 3DNow! y en julio de 1998 estará disponible para impulsar el desempeño de las PCs basadas en el AMD-K6-2.

Direct3D: Un API DirectX usado específicamente para los gráficos 3D. Microsoft está promoviendo intensamente a Direct3D como un importante API que permite juegos y otras aplicaciones 3D. Al ser parte de DirectX 6.0, el Direct3D está optimizado para la Tecnología 3DNow!

OpenGL: Un API usado durante mucho tiempo en el espacio de estaciones de trabajo 3D de alta calidad. Muchos desarrolladores de juegos también están usando este API. El OpenGL se optimizará para la Tecnología 3DNow!

AGP (Puerto Avanzado para Gráficos): El AGP sirve como conexión de alta velocidad de punto a punto entre el conjunto de chips del sistema (puente norte) y el chip AGP de gráficos. El AGP intenta mejorar la calidad, la velocidad de los marcos y la interactividad de las aplicaciones 3D a un costo accesible. La característica clave del AGP es su interfaz de alta velocidad a la memoria principal. Esto significa que el buffer de marco (y más importante aun, las funciones de atrapar del buffer de marco) pueden existir en la memoria principal en lugar de en la tarjeta (reduce los costos). Por tanto, las funciones 3D como los mapas de texturas pueden ser mayores y llevadas a la memoria principal en lugar de almacenarlas en el buffer de marco, lo cual hace que éste sea más pequeño.

Color de 16, 24 y 32 bits: Cada pixel es representado por un color. El modo de 16 bits puede producir 65.536 colores, mientras que el modo de 24 bits puede producir 16,7 millones de colores. El modo de 32 bits tiene la misma cantidad de colores que el de 24 bits; sin embargo, los gráficos de 32 bits pueden manipularse mucho más rápidamente que los de 24 bits. Los gráficos de 32 bits también requieren alrededor de 25% más de memoria. Como los humanos no pueden distinguir más de 10 millones de colores, se considera que los gráficos de 24 y 32 bits proporcionan calidad fotográfica.

Velocidad blit: Se le llama "blitting" al proceso de copiar un conjunto ordenado de datos de la memoria principal de una PC a la de la tarjeta de video. A la velocidad de esa operación se le dice "velocidad blit".

Velocidad de relleno: Una medida de los pixeles que puede dibujar una tarjeta 3D en un segundo.

Objetos móviles (sprite): Un objeto gráfico (con frecuencia un símbolo o cursor) que se puede mover alrededor de una imagen de trasfondo.

Motor: La porción de un programa de software que administra y actualiza los gráficos de tiempo real.

Polígono: Una forma cerrada con "interior" y "exterior" de al menos tres líneas: por ejemplo, un triángulo. El triángulo (un polígono simple de 3 lados) es la base de los objetos creados en un ambiente 3D.

Un aspecto fundamental de la 3D: En la mayoría de las aplicaciones 3D los objetos están hechos de polígonos organizados de diversas formas para crear una imagen real. Casi siempre se necesitan cientos o miles de polígonos para un solo objeto 3D, lo que crea una masiva cantidad de datos a generar o manipular. La Tecnología 3DNow! es ideal para este tipo de ambiente.

Pixel [PI(X)tructure Element]: La unidad más pequeña de los gráficos generados por un adaptador de video y que usualmente tiene casi el tamaño de la punta de un alfiler. Los pixeles pueden ser casi de cualquier color, dependiendo de la capacidad del adaptador.

Texel [TE(X)tructure Element]: Un pixel de un mapa de texturas que ha sido aplicado a un polígono.

Malla: Término para un objeto o escena 3D, nombrado de esa forma porque se asemeja a una escultura de malla alámbrica.

Marco de alambre: Una visualización burda de un objeto mediante el uso de líneas que representan los lados de un polígono, lo que lo asemeja a una escultura de malla alámbrica.

Sombreado plano: Muestra las superficies y los colores de forma burda. Frecuentemente, los objetos aparecen faceteados (poca o ninguna "suavidad" entre los polígonos).

Sombreado suave: Muestra las superficies coloreadas y "suavizadas". Actualmente es un modo de visualización muy popular porque el hardware puede apoyarlo.

Textura suave: Comienza a verse como una interpretación terminada. Requiere una enorme fuerza y memoria de la CPU.

Nota acerca de las imágenes visualizadas: Mientras más preciso o detallado es el modo de visualización, más tiempo demora en trazar de nuevo una escena y sus objetos.

Iluminación: Se necesita luz para iluminar los objetos que rotan, de forma que aparezcan lo más reales posibles en la representación final. En el software 3D se usan cuatro tipos principales de luces:

• Luces omni - Semejante a una bombilla que ilumina en todas direcciones
• Luces de reflector (spot) - Resaltan una parte del objeto.
• Luces distantes - Se usan para simular fuentes distantes de luz como la luna, que produce sombras paralelas.
• Luz ambiental - Presente en todo el espacio 3D. Se usa para simular la luz querebota de otros objetos.

Reflejos especulares: Los reflejos de los objetos brillosos.

Interpretación (rendering) (algunas veces se le dice "rastreo") (rasterization): Un proceso mediante el cual la computadora interpreta todos los datos de los objetos y las luces y después crea una imagen terminada que se visualiza desde la perspectiva seleccionada.

Simulación plana: Crea superficies de polígonos muy definidas, cada una de un sólo color. Es una forma muy rápida, pero burda, de interpretar una escena.

Sombreado Gouraud: Mezcla suavemente las superficies de los objetos. Produce superficies más reales que las de la interpretación plana. Muchos de los nuevos juegos 3D de tiempo real y simuladores de vuelo usan el sombreado Gouraud (algunas veces llamado "sombreado suave").

Sombreado Phong: Una forma más real y compleja de sombreado que la de Gouraud, y que requiere aun más potencia de computación.

Trazado de rayo: El más alto nivel de calidad de interpretación para la mayoría de las aplicaciones de desarrollo 3D de las computadoras de escritorio. Permite que un rayo rebote en las superficies y se quiebre, al igual que la luz real. Los resultados son muy reales y extremadamente precisos, con sombras, reflejos e incluso refracción.

Transformaciones: Operaciones que alteran la posición, el tamaño o la orientación de un objeto. Las transformaciones más comunes son Transferencia, Escala y Rotación.

Deformaciones: Similar a las transformaciones, pero los objetos se alteran: se tuercen, doblan, desnivelan, etc.

Recorte: Eliminación de cualquier polígono que esté fuera del campo visual del observador.

Mapeo (mapeo de texturas): Proceso de desarrollar y asignar atributos materiales a un objeto para permitir una apariencia real. Antes de aplicar texturas, todos los objetos en un paquete 3D tienen una apariencia plástica original, ya sea gris o alguna variedad de colores. El mapeo de texturas le aporta a los objetos color, terminación y textura específicos.
La clave para lograr efectivas escenas 3D es la práctica: ¡práctica para ser imperfecto! En realidad, los objetos tienen bordes ásperos e imperfecciones. El mapeo de texturas permite ese tipo de realidad. Piense en una roca: una pared de rectángulos ligeramente desiguales y con superficies del mismo color gris sin brillo se ve tan poco convincente como una pared de bloques perfectos. Pero cuando una textura imperfecta de "roca" se añade a los objetos, esos mismos simples bloques grises en realidad lucen como rocas.

Textura: Una imagen mapeada en bits, ya sea escaneada o pintada, que aporta cualidades materiales reales.

Mapa de bits (BMP): Un formato común de imágenes de 24 bits. Creado originalmente por Microsoft como el formato nativo para icónos e imágenes en el ambiente Windows.

JPG: Usado más frecuentemente para almacenar imágenes fotográficas (muy popular en el Web).

GIF: Muy usado por productos comerciales o de programas compartidos -- se usa con frecuencia como el formato estándar para las imágenes en el Web -- también cuenta con el formato animado, que se usa en muchas animaciones sencillas de gráficos en el Web.
Las más importantes características del mapeo de textura son corrección de perspectiva, topografía MIP y filtrado bilineal.

Corrección de la perspectiva: Corrige las texturas para ajustarlas a la perspectiva del observador.
Los juegos actuales tienden a usar triángulos relativamente grandes y emplean mapas de texturas para ofrecer muchos más detalles que no podrían obtenerse de otra forma. Mientras que mantener la perspectiva correcta en el proceso de mapeo de texturas es una operación de computación intensiva, las soluciones alternativas producen una visible distorsión y texturas que dan vueltas -- que distraen en pequeñas dosis y marean cuando son muchas.

Mapeo MIP: Esta técnica mejora la calidad de la imagen de los objetos 3D distantes. Los mapas MIP son múltiples texturas de resoluciones variables que representan la textura cuando se observan desde diferentes distancias, y que son transferidas a la textura mientras el punto de vista se aproxima al objeto. Esto hace posible que pueda prevenirse un desorden caótico en los objetos distantes.

Filtración bilineal: (La forma avanzada es la filtración trilineal)
La filtración bilineal es una de las formas más simples de evitar un efecto pixelado (bloqueo) dentro de las texturas, que puede ser especialmente obvio cuando el que observa se acerca a un objeto de textura mapeada, como una pared. Esta característica suaviza las texturas al colorear cada texel con un promedio compensado de los valores del color de los cuatro texeles circundantes. La diferencia en la calidad obtenida es extraordinaria, particularmente en los casos en que se amplían los mapas de texturas.

Anti-Aliasing: Como las imágenes digitales están hechas básicamente de una matriz de puntos, las líneas que no son perfectamente horizontales o verticales pueden crear objetos con líneas irregulares (un efecto llamado "escalonado"). A esas imágenes de bordes ásperos se les llama frecuentemente "jaggies".

El anti-aliasing reduce las irregularidades al llenar los pixeles de los puntos irregulares con colores intermedios entre el color de la línea y el color del trasfondo, lo que suaviza los bordes y hace más fluida la línea.

Niebla: Es uno de los efectos atmosféricos más comunes que permite ver claramente los objetos cercanos mientras puede hacer borrosos los objetos lejanos. Por ejemplo, puede parecer que los objetos desaparecen entre una niebla distante. Este efecto no sólo es atmosférico: a los desarrolladores les gusta usarlo porque al mismo tiempo pueden reducir la cantidad de detalles de una escena y, por tanto, reducen la carga de procesamiento en la CPU y el acelerador de gráficos.

Z-Buffering: Una popular característica relativamente nueva para manejar con precisión los objetos superpuestos en el espacio 3D. Con frecuencia se usa para crear un efecto de niebla. En lugar de almacenar sólo la posición espacial (x,y) de un pixel, la característica z-buffering también almacena profundidad. Al buffer que contiene esos valores de profundidad se le llama z-buffer.

Mezclas alpha: Método de mezclar texturas para permitir numerosos efectos visuales como la reflexión o transparencia parcial. Los objetos pueden parecer "de cristal" como el agua transparente, o explosiones "vistas a través".

NOTA: Si quieres ver información sólo sobre procesadores gráficos, accede a la sección de artículos.

Zona Voodoo

Comparativa de 5 tarjetas gráficas Matrox G400 Max, ATI Rage Fury Pro Vivo, Guillemot 3D Prophet, 3D Blaster GeForce 256 Annihilator Pro Creative, Hércules 3D Prophet DDR-DVI, Elsa Erazor x². Por Guillermo Ropero Luis

Matrox

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