3D-kiihdyttimien uusi sukupolvi

27.04.2000 13:59 | Muropaketin toimitus | 147

Alkava kesä on 3D-kiihdyttimien kannalta poikkeuksellinen: tarjolla on kolme suurinpiirtein tasavahvaa kiihdytintä, kolmelta eri valmistajalta. Koska perusasiat – 32-bittiset värit, isot tekstuurit ja tekstuuripakkaus – ovat niin 3Dfx:n, NVidian kuin myös ATI:n korttiuutuuksissa kunnossa, tämän kesän kiistakapuloina toimivat korttien yleinen nopeus, anti-aliasing ja Transform & Lighting-kiihdytys.

Selvitämme nyt mitä tämän kesän kuumimmilta kiihdyttimiltä, Radeon 256:lta, GeForce 2:lta ja Voodoo 5:ltä sopii odottaa. Selvittäkäämme kuitenkin ensin perusasiat: mitä on Transform & Lighting, mitä tarkoittaa anti-aliasing.

Transform & Lighting

Transform & Lighting-kiihdytyksessä on pohjimmiltaan kysymys siitä, että tietokoneen prosessoria rasittavat raskaat geometrialaskennat siirretään näytönohjaimen tehtäväksi.

Samalla kun Transform & Lighting vapauttaa prosessoritehoa esimerkiksi tekoälyn laskemiseen, se mahdollistaa tarkemman, entistä runsaammin polygoneja sisältävän grafiikan esittämisen. Karkeasti ottaen, kun keskiverto pelinäkymässä liikutaan tänä päivänä tuhansissa polygoneissa, mahdollistaisi Transform & Lighting-tuki peleissä hypäyksen jopa kymmeniintuhansiin polygoneihin. Oheinen kuva selvittää hyvin minkälainen vaikutus peligrafiikkaan Transform & Lightingilla voisi parhaimmillaan olla.

Transfrom & Lightingilla on kuitenkin kaksi suurta heikkoutta. Ensinnäkin se vaatii että peli on ohjelmoitu varta vasten tukemaan tekniikkaa – mikä on kieltämättä aikamoinen ongelma, kun Transform & Lighting pelejä on ilmaantunut vasta pari-kolme kappaletta. Toiseksi, tuen kanssakin Transform & Lighting-kiihdytys ei ole mitenkään kaikkivoipainen, vaan toiminta kyllä hidastuu nopeasti samalla kun grafiikan tarkkuus kasvaa.

Siltikin, Transform & Lighting on selkeästi tekniikka johon ollaan hiljakseen siirtymässä. Ensi jouluun – tai ainakin ensi vuoden alkuun – mennessä Transfrom & Lighting-tuki tulee olemaan jo kohtalaisen yleinen 3D-peleissä.

Anti-Aliasing

3Dfx:n kovasti rummuttaman anti-aliasingin ideana on, että grafiikka saadaan näyttämään todellisuutta tarkemmalta parantamalla kuvanlaatua. Tämä kuvanlaadun parantaminen tapahtuu poistamalla kuvasta tietokonegrafiikalle tyypillisiä häiriöitä, kuten ääriviivojen sahalaitaisuutta. Oheinen kuva selvittänee tarkemmin mistä oikein on kyse.

Anti-aliasingin edut huomaa etenkin etäällä olevista kohteista, jotka ilman anti-aliasingia näyttävät usein ikäänkuin ”uivan” tai ”aaltoilevan”. Anti-aliasingin vaikutusta on yleisesti verrattu siihen, että kuva näyttää anti-aliasingin kanssa 640×480 resoluutiolla paremmalta kuin sama näkymä 1024×768 resoluutiolla ilman anti-aliasingia. Peleissä ero voi olla hyvinkin selvä, kuten oheisista kuvista näkyy.

Alunperin ainoastaan 3Dfx:n uusien Voodoo 5-korttien erikoisominaisuudeksi luultu anti-aliasing on yllättäen ilmaantunut liki kaikkien kilpailevien korttien – myös GeForce 2:n ja Radeonin – ominaisuusrepertuaareihin. Muilla korteilla tosin ominaisuuden käyttö tietää yleensä nopeuden puolittumista, Voodoo 5:n selvitessä anti-aliasisingista huomattavasti pienemmällä nopeushävikillä.

Lopputuloksen kannalta ero anti-aliasingin ja Transform & Lightingin välillä ei välttämättä ole lainkaan suuri. Pienemmällä polygonimäärälläkin anti-aliasingia käyttävä kuva voi nimittäin näyttää aivan yhtä hyvältä – tai jopa paremmalta – kuin nimellisesti yksityiskohtaisempi Transfrom & Lighting-kiihdytetty näkymä.

NVidia GeForce 2 GTS

NVidian GeForce 2 GTS on paranneltu ja entistä pienemmällä valmistustekniikalla (0,18 mikrometriä) tuotettu versio alkuperäisestä GeForce 256-kiihdyttimestä. GeForce 2 GTS jatkaa hyvin pitkälle samoilla linjoilla kuin edeltäjänsä, tarjoten entistä tehokkaampaa Transform & Lighting-kiihdytystä, parempaa piirtonopeutta (fill rate) sekä pienempää virran kulutusta.

Piirtonopeutta kortista löytyy reippaanlaiset 800 megapikseliä ja 1,6 gigatekseliä sekunnissa, mikä on melkein tuplasti enemmän kuin alkuperäisessä GeForcessa. 3Dfx:n kannalta on hieman kiusallista, että Voodoo 5:n kovaksi mainostettu piirtonopeus jää kovasti GeForce 2:n varjoon. Ainoastaan huippumalli Voodoo 5 6000 säilyttää 1330 megapikselin piirtonopeudella etumatkaa kilpailijoihinsa.

Huiman piirtonopeuden lisäksi GeForce 2 tarjoaa erittäin tehokkaan Transfrom & Lighting-kiihdyttimen – joka yltää grafiikan käsittelyssään jopa 25 miljoonaan triangeliin sekunnissa – sekä erilaisia pinnoite-efektejä luovan Shading Rasterizer-koneen, joka kykenee mm. Matroxin G400-kortin käyttämään enviroment-mapped bump mappingiin sekä volumetrisiin räjähdyksiin. GeForce 2 hallitsee myöskin anti-aliasingin, joskin ominaisuuden käyttö puolittaa kortin nopeuden.

NVidia ei tälläkään kertaa valmista itse omia korttejaan, vaan tyytyy pelkästään toimittamaan GeForce 2-piirisarjoja halukkaille laitevalmistajille. Näillä näkymin ensimmäiset 32 megatavun muisteilla varustetut GeForce 2-kortit (Creativen 3D Blaster Annihilator 2, Guillemotin 3D Prophet II GTS ja Elsan Gladiac GeForce 2) ennättävät kauppoihin jo toukokuun aikana. Korttien myyntihinta tulee olemaan noin 2000-2300 markkaa. Korteista tullaan julkaisemaan kesä-heinäkuussa myös 64 megatavun muistilla varustettuja versioita (noin kolmentuhannen markan hintaan).

ATI Radeon 256

ATI:n Radeon 256 on monessa suhteessa hyvin samankaltainen GeForce 2:n kanssa. Se onkin melkeinpä ATI:n ensimmäinen kortti, joka on pelaajan kannalta oikeasti kilpailukykyinen vaihtoehto muiden valmistajien huippumalleihin verrattuna.

Radeon 256:n ytimenä toimii Charisma Engine, jonka avulla kortti tuottaa paitsi 30 miljoonaan triangeliin sekunnissa kykenevää Transform & Lighting-kiihdytystä, niin myös monia muita kehittyineitä 3D-ominaisuuksia, kuten keyframe interpolaatiota.

Keyframe interpolaatiossa on kysymys siitä, että kortti laskee välianimaatioruudut kahden kuvan (keyframen) välille ilman, että tietokoneen prosessoria tarvitsee vaivata lainkaan. Tämä paitsi vähentää konetehovaatimuksia, niin myös tekee animaatiosta entistä sulavampaa.

Tämän lisäksi Charisma Engine hallitsee mm. Half-Lifesta tutun skeletal- eli luurankoanimaation suoraan raudalta. Luurankoanimointi raudalta – kuten myöskään keyframe interpolaatio – ei kuitenkaan onnistu, ellei peliä ole suunniteltu vartavasten hyödyntämään kyseisiä ominaisuuksia. Ominaisuudet kuitenkin kuuluvat ensi kesänä julkaistavaan DirectX 8:aan, joten aivan turhaan niitä ei Charisma Engineen ole lisätty.

Charisma Enginen lisäksi Radeon 256 hallitsee joukon erilaisia erikoisefektejä, joita ATI nimittää Pixel Tapestry Architectureksi. Näitä Voodoo 5:n T-bufferiin verrattavissa olevia efektejä ovat mm. anti-aliasing, enviroment-mapped bump mapping sekä 3D-tekstuurit. 3D-tekstuurit poikkeavat tavallisista tekstuureista siinä, että niillä on pituuden ja leveyden lisäksi myös syvyys. 3D-tekstuureita voisi käyttää esimerkiksi aidolta näyttävien luodinreikien tai räjähdyskraatereiden toteuttamiseen. Ominaisuus on kuitenkin sikäli turha, että 3D-tekstuureja tuskin tullaan näkemään peleissä ennen vuotta 2001 – jos vielä silloinkaan.

Radeonin akilleen kantapäänä on sen piirtonopeus. Vaikka tekseleissä mitattuna kiihdytin yltääkin liki samaan kuin GeForce 2 (eli parhaimmillaan 1,5 gigatekseliin), pikselipiirtonopeudessa Radeon jää jälkeen jopa vanhasta GeForce 256:sta, yltäen vain vaivaiseen 400 megapikseliin sekunnissa. Onneksi kiihdyttimen muut ominaisuudet paikkaavat hyvin tätä heikkoutta.

Radeonin toiseksi ongelmaksi voi muodostua ATI itse, joka on tunnetusti hidas saamaan korttejaan markkinoille. Radeon 256 on luvattu myyntiin täksi kesäksi, mutta käytännössä se voi hyvinkin tarkoittaa vasta elokuuta, jolloinka kortti melkeinpä joutuisi kamppailemaan jo seuraavaa kiihdytinsukupolvea vastaan (mm. NVidia on luvannut NV-20:n jo syyskuuksi). Kysymysmerkkinä on myös kortin hinta, joka saattaa olla mitä tahansa 1500 ja 3000 markan väliltä. ATI:lla on kuitenkin vielä ässä hihassaan, sillä kiihdyttimestä tullaan julkaisemaan kahta rinnakkaista Radeon-piiriä käyttävä erikoisversio, joka teoriassa siis yltäisi jopa kaksinkertaiseen nopeuteen perusmalliin verrattuna.

3Dfx Voodoo 4 ja Voodoo 5

Jo vuosia laadukkaita 3D-kiihdyttimiä tuottaneen 3Dfx:n uudet Voodoo-kortit on otettu vastaan ristiriitaisin tuntein. Kun kaikki muut kiihdytinvalmistajat ovat lisänneet kortteihinsa valmiuden Transform & Lighting-kiihdytykseen, 3Dfx on panostanut uusissa Voodoo-korteissaan korkeaan piirtonopeuteen ja T-bufferiksi nimeämiinsä erikoisefekteihin. Näistä efekteistä kuuluisin lienee kuvanlaatua parantava anti-aliasing, joka tosin 3Dfx:n harmiksi on yhtäkkiä ilmaantunut myös kilpailijoiden kortteihin.

Anti-aliasingin lisäksi T-bufferiin kuuluu myös kolme muuta efektiä: liike-epäterävyys (motion blur), pehmeiden heijastuksien ja varjojen tuottaminen raudalta sekä syvyysvaikutelma. Anti-aliasingista poiketen, nämä kolme muuta efektiä eivät toimi, ellei peliä ole varta vasten koodattu niitä hyödyntämään.

Uudet Voodoo-kortit ja niiden tuottamat erikoisefektit perustuvat 3Dfx:n kehittämään VSA-100-piiriin, joita on mallista riippuen isketty samalle laudalle 1-4 kappaletta. Voodoo 4 4500 on malliston edullisin vaihtoehto, ja joka kykenee yhdellä piirillään 333-367 megapikselin piirtonopeuteen. Jotta T-buffer-efektit toimisivat, pitää kortilla olla vähintään kaksi piiriä, joten Voodoo 4 4500 on lähinnä vain paranneltu versio Voodoo 3:sta, eikä muuta. Voodoo 5 5000 ja 5500 sisältävät sen sijaan molemmat kaksi VSA-100-piiriä, joilla kortit yltävät 667-773 megapikselin sekunttinopeuteen. Huippumalli Voodoo 5 6000:ssa piirejä on peräti neljä kappaletta, ja niiden avulla piirtonopeus nousee huikeaan 1,33-1,47 gigapikseliin.

Tässä vaiheessa on vielä vaikea arvioida kuinka pitkälle uudet Voodoot pärjäävät pelkällä piirtonopeudellaan ja T-buffer-efekteillään. Korttien piirtonopeuskin on sikäli ongelmallinen, että kaikki Voodoo-mallit huippukallista Voodoo 5 6000:ta lukuunottamatta jäävät GeForce 2:sta jälkeen. Toisaalta GeForce, kuten myöskään Radeon 256, eivät suoriudu anti-aliasingista yhtä sutjakkaasti kuin Voodoot, joten ehkä se sitten tasoittaa eroa.

2650 markan hintainen Voodoo 5 5500 tulee myyntiin toukokuun puolenvälin tienoilla, ja muita malleja saadaan kauppoihin kesäkuussa – paitsi lippulaiva Voodoo 5 6000:ta, jota saadaan odottaa alkusyksyyn.

Yhteenveto

Kiihdytin Piirtonopeus (Mpikseliä/s) Transform & Lighting (triangelia/s) Muistia Hinta
Voodoo 4 4500 333-367 vain softalta 32 Mt n. 1800 mk
Voodoo 5 5000 667-773 vain softalta 32 Mt n. 2200 mk
Voodoo 5 5500 667-773 vain softalta 64 Mt 2650 mk
Voodoo 5 6000 1333-1433 vain softalta 128 Mt n. 4000 mk
GeForce 2 GTS 800 25 milj. 32 Mt n. 2200 mk
Radeon 256 400 30 milj. 128 Mt ei tiedossa

Huom.: GeForce 2 GTS:stä on tulossa myös n. 3000 markan hintaisia 64 Mt:n muistilla varustettuja versioita.

Vielä on mahdotonta sanoa mikä korteista lopulta osoittautuu vahvimmaksi. Jos haluaa ajatella pitkälle tulevaisuuteen, Radeon 256 on laajalla efektivalikoimallaan ja tehokkaalla Transform & Lighting-kiihdytyksellään mahdollisesti se varmin valinta. Toisaalta se kärsii heikosta piirtonopeudesta, millä saralla taas sekä GeForce 2 että uudet Voodoot loistavat. Voodoon hankintaa taas voisi perustella sillä, että sen tarjoama anti-aliasing-efekti on sekä nopea että myös suoraan käytettävissä pelissä kuin pelissä.

Varmaa joka tapauksessa on, että siinä vaiheessa kun suurinta osaa tämän korttisukupolven erikoisominaisuuksista lopulta hyödynnetään kunnolla peleissä, on kaikilta valmistajilta ilmaantunut jo uusia, entistä nopeampia ja parempia kortteja. Arpapeliä, sano.