Låt oss illustrera hur operativsystem, programmeringsspråk och hårdvara arbetar tillsammans för att stödja datorgrafik, med hjälp av exemplet på att göra en enkel röd fyrkant på en skärm.
1. Hårdvara:
* Grafikbehandlingsenhet (GPU): Kärnarbetshästen. GPU är en specialiserad processor designad för parallell bearbetning, idealisk för de massiva beräkningar som behövs i grafikåtergivning. Den innehåller:
* vertex skuggare: Dessa bearbetar vertikalerna (hörnen) på torget och förvandlar sina koordinater från modellutrymme till skärmutrymme. De kan tillämpa transformationer som rotation, skalning och översättning.
* rasterizer: Detta tar de transformerade topparna och bestämmer vilka pixlar på skärmen torgets kanter och inre täckning.
* Fragment Shaders: Dessa bearbetar färgen på varje pixel inom torget och bestämmer sin slutliga färg baserat på saker som belysning och struktur.
* Framebuffer: Detta är minnet på GPU som lagrar den slutliga bilden innan den skickas till displayen.
* Display: Monitorn själv, tar emot bilddata från rambuffern och visar den.
2. Operativsystem (OS):
OS fungerar som en mellanhand och hanterar resurser och kommunikation mellan hårdvara och programvara:
* Driver: En specialiserad mjukvara som fungerar som en översättare mellan OS och GPU. Föraren hanterar kommunikation på låg nivå, skickar kommandon till GPU och tar tillbaka data. Till exempel hanterar föraren som skickar Vertex -data och skuggprogram till GPU.
* Minneshantering: OS hanterar tilldelningen av minne för grafikapplikationen, GPU:s rambuffer och själva föraren. Det säkerställer att olika delar av systemet inte stör varandra.
* Processhantering: OS planerar och hanterar genomförandet av grafikapplikationen och potentiellt andra applikationer samtidigt och delar resurser som GPU.
3. Programmeringsspråk:
Ett programmeringsspråk tillhandahåller verktygen för att interagera med hårdvaran och OS:
* OpenGL/Vulkan/DirectX: Dessa är applikationsprogrammeringsgränssnitt (API:er) som tillhandahåller ett gränssnitt på hög nivå för att interagera med GPU. De erbjuder funktioner för att skapa och manipulera geometriska objekt, skuggare, strukturer och hantera rendering pipeline.
illustrativt exempel (konceptuell C ++ med openGL):
`` `C ++
// konceptuell kod - Förenklad för illustration
#include // OpenGL -rubrik
int main () {
// Initialisera OpenGL -sammanhang (med ett bibliotek som GLFW eller GLUT - OS DESDENT)
// Definiera vertikalerna på torget
Glfloat vertiklar [] ={
-0.5f, -0.5f, 0,0f, // botten -vänster
0,5f, -0,5f, 0,0f, // bottenrätt
0,5f, 0,5f, 0,0f, // topp till höger
-0,5f, 0,5f, 0,0f // topp-vänster
};
// Definiera färgen (röd)
Glfloat Color [] ={1.0f, 0,0f, 0,0f, 1.0f}; // röd (RGBA)
// ... (OpenGL Setup:Vertex Array, Shaders, etc.) ...
// Rita torget med OpenGL -kommandon
glbegin (GL_quads); // börja rita en fyrkantig
glcolor4fv (färg); // Ställ färgen på röd
glvertex3fv (&vertiklar [0]); // Ange varje toppunkt
glvertex3fv (&vertiklar [3]);
glvertex3fv (&vertiklar [6]);
glvertex3fv (&vertiklar [9]);
glend (); // slutritning
// ... (OpenGL Swap -buffertar för att visa, rensa) ...
return 0;
}
`` `
Fördelning:
1. Hårdvara: GPU kör vertex -skuggaren (omvandlar fyrkantens toppar), rasteriseraren (bestämmer vilka pixlar som ska fyllas) och fragmentskuggaren (ställer in varje pixels färg till röd). Rambuffern lagrar den resulterande bilden.
2. Os: OS -drivrutinen hanterar kommunikationen mellan C ++ -koden och GPU och hanterar minne och resurser.
3. Programmeringsspråk (C ++ med OpenGL): C ++ -koden definierar kvadratens geometri och färg med OpenGL -funktioner. OpenGL-funktioner översätter beskrivningen på hög nivå till kommandon på låg nivå som förstås av GPU-drivrutinen, som sedan översätter dem ytterligare för GPU-hårdvaran.
Detta exempel förenklar processen, men det visar den grundläggande interaktionen mellan hårdvara, OS och programmeringsspråk för att göra datorgrafik. Modern grafik är betydligt mer komplexa och involverar strukturer, belysning, skuggor och mycket mer, men kärnprinciperna förblir desamma.
