Plan Rappels La chaîne d’affichage Evolutions Fonctionnement de l’œil La couleur Synthèse additive La chaîne d’affichage Evolutions Carte graphique Ecran

Rappels Rappel sur le fonctionnement de l’œil. L’œil est composé de plusieurs parties: L’œil est composé de plusieurs parties, remplissant chacun un rôle précis. La rétine est tapissée de millions de photorécepteurs de types: Les cônes Les bâtonnets Les cônes, décomposant la lumière en couleurs. Chez l’humain il y a généralement 3 types de cônes réagissant principalement aux couleurs jaunes, vert et bleu (une partie des personnes présentent un 4ème type de cône réagissant à la couleur orange). Les bâtonnets, sont plus rapides et plus sensibles que les cônes mais ne perçoivent que des nuances de gris. Ils détectent la luminosité d’une image et servent particulièrement en condition de faible luminosité. C'est pour cette raison que l'on ne voit pas les couleurs quand la lumière n'est pas assez forte, les performances des cônes (seuls capables de percevoir les couleurs) étant beaucoup plus faibles que celles des bâtonnets.

Rappels Rappel sur le fonctionnement de l’œil. LA COULEUR La rétine est tapissée de cônes et de bâtonnets. Les cônes décomposent la lumière en couleurs: BLEU VERT ROUGE Les bâtonnets détectent la luminosité d’une image. La combinaison des 2 informations par le cerveau compose LA COULEUR L’œil est composé de plusieurs parties, remplissant chacun un rôle précis. La rétine est tapissée de millions de photorécepteurs de 2 types: Les cônes Les bâtonnets Les cônes, décomposant la lumière en couleurs. Chez l’humain il y a généralement 3 types de cônes réagissant principalement aux couleurs rouges, vert et bleu (une partie des personnes présentent un 4ème type de cône réagissant à la couleur orange). Les bâtonnets, sont plus rapides et plus sensibles que les cônes mais ne perçoivent que des nuances de gris. Ils détectent la luminosité d’une image et servent particulièrement en condition de faible luminosité. C'est pour cette raison que l'on ne voit pas les couleurs quand la lumière n'est pas assez forte, les performances des cônes (seuls capables de percevoir les couleurs) étant beaucoup plus faibles que celles des bâtonnets.

Rappels La couleur Composée de: Teintes (nuances de rouge, vert et bleu) Valeurs (luminosité) Exemple: On parle de teinte ou de coloris pour caractériser la nature des ondes lumineuses: bleu, jaune, rouge, vert... Et on parle de valeur selon leur degré de luminosité. La couleur se définit selon ces deux critères : teinte et valeur. Le noir et le blanc sont des valeurs pures; ce ne sont pas des couleurs.

Rouge + Vert + Bleu = Blanc Rappels La synthèse additive la lumière blanche est la somme de toutes les couleurs, telles qu'elles sont exposées sur l'arc en ciel par un effet de prisme. Rouge + Vert + Bleu = Blanc La synthèse additive est le principe utilisé dans les divers écrans que nous utilisons. La somme des 3 primaires compose la couleur blanche, d’où son nom de synthèse additive. Une lumière blanche frappe la surface d'un objet et en ressort verte par exemple, quand toutes les autres couleurs sont restées prisonnières « dans » l'objet. Les ondes lumineuses capturées sont converties en chaleur, c’est pourquoi un vêtement noir sera plus chaud qu’un blanc qui réfléchira les ondes lumineuses. PS: Il est existe également la synthèse soustractive, utilisée en peinture qui consiste d’altérer la lumière blanche originale par le jeu de filtres de couleurs (couche de peinture). Ex: Le premier ne laisse passer que le bleu et le second le jaune: la synthèse soustractive qui en sortira sera le vert.

La chaîne d’affichage Le signal est calculé et converti par la carte graphique, affiché par l’écran, perçu par l’œil et interprété par le cerveau.

La carte graphique 4 éléments principaux: GPU (processeur) RAMDAC (convertisseur N-A) Mémoire (taille et largeur de bus) Les E/S La carte graphique est l'un des rares périphériques reconnus par le PC dès l'initialisation de la machine. Elle permet de convertir des données numériques brutes en données pouvant être affichées sur un périphérique destiné à cet usage  (écran, vidéo projecteur, etc...). Son rôle ne se limite cependant pas à ça puisqu'elle décharge de plus en plus le processeur central des calculs complexes 3D et ce au moyen de diverses techniques que nous allons voir. Une carte graphique est composée de 4 éléments principaux : Le GPU (Graphical processing unit) : Il sert à libérer le micro-processeur de la carte mère en prenant en charge les calculs spécifiques à l’affichage, en particulier les calculs spécifiques à l’affichage en 3D. 2. Le RAMDAC (Random access memory digital analog converter) : cette puce est destinée à convertir les données numériques en données analogiques (port VGA). La fréquence du RAMDAC nous renseigne sur le nombre maximal d'images par seconde que la carte peut afficher au maximum -> fréquence de rafraîchissement. Il est devenu inutile avec les sorties DVI (digitale). 3. La mémoire vidéo : La mémoire vidéo conserve les données numériques qui doivent être converties en images par le processeur graphique et les images traitées par le processeur graphique avant leur affichage. Elle varie généralement de 16 à 6 Go. Toutes les cartes graphiques supportent deux méthodes d'accès à leur mémoire. L'une est utilisée pour recevoir des informations en provenance du reste du système, l'autre est sollicitée pour l'affichage à l'écran. La première méthode est un accès direct conventionnel (RAM) comme pour les mémoires centrales, la deuxième méthode est généralement un accès séquentiel à la zone de mémoire contenant l’information à afficher à l'écran. Aujourd'hui, il existe deux types de mémoire vidéo : La mémoire GDDR 2 (DDR pour Double Data Rate), exploitant les fronts montants et descendants de la mémoire, autrement dit la bande passante est doublée par rapport à la SD-RAM à même fréquence. On trouve plutôt ce type de mémoire sur les cartes graphiques bas de gamme. La mémoire GDDR 3 : presque identique à la GDDR 2, elle gagne en fréquence et sa tension d'alimentation diminue. Ccartes graphiques haut de gamme. 4. Les entrées-sorties vidéos (VGA qui sert à relier les écrans cathodiques, DVI pour les écrans plats, et une éventuelle sortie TV généralement au format S Vidéo...). La plupart des cartes possèdent maintenant une sortie TV. La connectique de sortie est au format S-vidéo, avec, souvent, un adaptateur S-vidéo/composite. Quelques cartes possèdent aussi un tuner vidéo, qui permet de regarder la télé sur son PC, ou encore un port DVI en plus du port VGA. Le port DVI est numérique et ne nécessite pas la traduction des données par le RAMDAC.. Certaines cartes disposent de plusieurs sorties VGA et/ou DVI pour pouvoir brancher deux écrans sur son ordinateur.

La carte graphique Le GPU Graphical Processing Unit 2 fabriquants principaux: ATI (racheté par AMD récemment) Nvidia Mais d’autres existent: XGI, Matrox, etc… Et d’autres ont disparus: 3DFx par exemple. Le processeur graphique (Graphical Processing Unit ou GPU en anglais) sert à libérer le micro-processeur de la carte mère en prenant en charge les calculs spécifiques à l’affichage, en particulier les calculs spécifiques à l’affichage en 3D. Cette division des tâches entre les deux processeurs libère le processeur principal de l’ordinateur et en augmente d’autant la puissance. Le processeur graphique est très souvent muni de son propre radiateur ou ventilateur pour évacuer la chaleur qu’il produit. Note : Les cartes graphiques ont fait énormément de chemin depuis la Voodoo de 3DFX en 1998, première carte accélératrice.

La carte graphique Evolution des GPU 1996: 3DFx Voodoo 1 (1M de transistors gravés en 500nm) 1997: ATI 3D Rage Pro 1998: 3DFx Voodoo 2 (apparition du SLI) 1999: Nvidia Geforce 2000: ATI Radeon – Nvidia Geforce 2 2001: ATI Radeon 8500 – Nvidia Geforce3 2002:ATI Radeon 9700 – Nvidia Geforce 4 … 2007: ATI Radeon HD2900 – Geforce 8800 XT Geforce 8800XT (680M de transistors gravés en 90nm) Le processeur graphique (Graphical Processing Unit ou GPU en anglais) sert à libérer le micro-processeur de la carte mère en prenant en charge les calculs spécifiques à l’affichage, en particulier les calculs spécifiques à l’affichage en 3D. Cette division des tâches entre les deux processeurs libère le processeur principal de l’ordinateur et en augmente d’autant la puissance. Le processeur graphique est très souvent muni de son propre radiateur ou ventilateur pour évacuer la chaleur qu’il produit. Note : Les cartes graphiques ont fait énormément de chemin depuis la Voodoo de 3DFX en 1998, première carte accélératrice.

La carte graphique SLI 2 cartes graphiques travaillent en parallèle. Différentes technologies: SLI 2 cartes graphiques travaillent en parallèle. (1er: 3dfx Voodoo 2)

La carte graphique Anti aliasing 2 méthodes: Différentes technologies: Anti aliasing Permet d’éliminer l’effet de crénelage. 2 méthodes: Oversampling et FSAA (multisampling) Oversampling L'oversampling est une méthode simple mais extrêment coûteuse en performance. Il s'agit de calculer une image deux ou quatre fois plus grande que la résolution souhaitée, puis de la réduire jusqu'à cette dernière. L'interpolation de la grande image en petite image élimine d'elle-même toute trace d'aliasing. Multisampling ou FSAA Le multisampling est une méthode complexe pour éliminer l'aliasing, mais elle reste beaucoup moins gourmande en performance que l'oversampling. Il s'agit de repérer les arêtes des polygones dans l'image finale et ensuite d'appliquer un lissage entre les pixels adjacents ne provenant pas du même polygone.

La carte graphique Filtrage anisotrope Différentes technologies: Elimine le flou sur les textures lointaines Oversampling L'oversampling est une méthode simple mais extrêment coûteuse en performance. Il s'agit de calculer une image deux ou quatre fois plus grande que la résolution souhaitée, puis de la réduire jusqu'à cette dernière. L'interpolation de la grande image en petite image élimine d'elle-même toute trace d'aliasing. Multisampling ou FSAA Le multisampling est une méthode complexe pour éliminer l'aliasing, mais elle reste beaucoup moins gourmande en performance que l'oversampling. Il s'agit de repérer les arêtes des polygones dans l'image finale et ensuite d'appliquer un lissage entre les pixels adjacents ne provenant pas du même polygone.

AA off + FSAA off Oversampling L'oversampling est une méthode simple mais extrêment coûteuse en performance. Il s'agit de calculer une image deux ou quatre fois plus grande que la résolution souhaitée, puis de la réduire jusqu'à cette dernière. L'interpolation de la grande image en petite image élimine d'elle-même toute trace d'aliasing. Multisampling ou FSAA Le multisampling est une méthode complexe pour éliminer l'aliasing, mais elle reste beaucoup moins gourmande en performance que l'oversampling. Il s'agit de repérer les arêtes des polygones dans l'image finale et ensuite d'appliquer un lissage entre les pixels adjacents ne provenant pas du même polygone. AA off + FSAA off

AA 6x + FSAA 16x Oversampling L'oversampling est une méthode simple mais extrêment coûteuse en performance. Il s'agit de calculer une image deux ou quatre fois plus grande que la résolution souhaitée, puis de la réduire jusqu'à cette dernière. L'interpolation de la grande image en petite image élimine d'elle-même toute trace d'aliasing. Multisampling ou FSAA Le multisampling est une méthode complexe pour éliminer l'aliasing, mais elle reste beaucoup moins gourmande en performance que l'oversampling. Il s'agit de repérer les arêtes des polygones dans l'image finale et ensuite d'appliquer un lissage entre les pixels adjacents ne provenant pas du même polygone. AA 6x + FSAA 16x

La carte graphique Les connecteurs internes: AGP Le port AGP est apparu avec le Pentium II d'Intel en 1997. Il permet de partager la mémoire vive du PC quand la mémoire de la carte graphique est saturée. Cependant cette méthode d'accès est nettement plus lente que celle de l'accès à la mémoire de la carte graphique. On différencie trois normes d'AGP : l'AGP 2X (500 Mo/sec) l'AGP 4X (1 Go/sec) l'AGP 8X (2 Go/sec) VGA: Le terme VGA désigne aussi bien un mode d'affichage (640 × 480, etc.) qu'une connectique (Sub D HD15). DVI: Digital Visual Interface. Connexion numérique qui sert à relier une carte graphique à un écran. Elle n'est avantageuse (par rapport au VGA) que pour les écrans dont les pixels sont physiquement séparés (et donc indépendants), ce qui est le cas des écrans LCD, plasma et des futurs OLED mais pas des écrans à tube cathodique (où le faisceau d'électrons reproduit — en temps réel — les variations du signal analogique). HDMI: High Definition Multimedia Interface) est une interface audio/vidéo entièrement numérique pour transmettre des flux chiffrés non compressés. Le HDMI permet de connecter une source audio/vidéo DRM - comme un lecteur HD-DVD ou Blu-Ray, un ordinateur ou une console de jeu - avec un récepteur compatible - tel qu'un téléviseur HD. Le but est donc de remplacer les normes analogiques comme la péritel (SCART), ou la S-Vidéo ou numériques. HDMI supporte n'importe quel format de vidéo, incluant la définition standard, améliorée et haute définition ainsi que le son multi-canal, le tout sur un seul câble. S-vidéo: Le signal vidéo composite mélange les informations liées à la couleur et à la luminance de chaque point à afficher à l'écran, entrainant des effets indésirables de moirage à cause de la bande passante étroite pouvant être traitée par les équipements vidéo. La vidéo composite (PAL, SECAM, NTSC) trouve son origine dans la télévision en noir et blanc avec laquelle il fallait rester compatible.

La carte graphique Les connecteurs internes: PCI Express 1x (250Mo/s) Le PCI Express est la norme qui a désormais remplacé l'AGP sur le marché des cartes graphiques. Plus rapide, existant en de nombreux formats, il remplace avantageusement les ports PCI et AGP. Il existe en différents débits : 1x (250Mo/s) 4x (1Go/s) 8x (2Go/s) 16x (4Go/s) VGA: Le terme VGA désigne aussi bien un mode d'affichage (640 × 480, etc.) qu'une connectique (Sub D HD15). DVI: Digital Visual Interface. Connexion numérique qui sert à relier une carte graphique à un écran. Elle n'est avantageuse (par rapport au VGA) que pour les écrans dont les pixels sont physiquement séparés (et donc indépendants), ce qui est le cas des écrans LCD, plasma et des futurs OLED mais pas des écrans à tube cathodique (où le faisceau d'électrons reproduit — en temps réel — les variations du signal analogique). HDMI: High Definition Multimedia Interface) est une interface audio/vidéo entièrement numérique pour transmettre des flux chiffrés non compressés. Le HDMI permet de connecter une source audio/vidéo DRM - comme un lecteur HD-DVD ou Blu-Ray, un ordinateur ou une console de jeu - avec un récepteur compatible - tel qu'un téléviseur HD. Le but est donc de remplacer les normes analogiques comme la péritel (SCART), ou la S-Vidéo ou numériques. HDMI supporte n'importe quel format de vidéo, incluant la définition standard, améliorée et haute définition ainsi que le son multi-canal, le tout sur un seul câble. S-vidéo: Le signal vidéo composite mélange les informations liées à la couleur et à la luminance de chaque point à afficher à l'écran, entrainant des effets indésirables de moirage à cause de la bande passante étroite pouvant être traitée par les équipements vidéo. La vidéo composite (PAL, SECAM, NTSC) trouve son origine dans la télévision en noir et blanc avec laquelle il fallait rester compatible.

La carte graphique Les connecteurs externes: VGA (analogique, nécessite un RAMDAC) DVI (numérique) HDMI (numérique HD) S-vidéo (analogique vers TV) VGA: Le terme VGA désigne aussi bien un mode d'affichage (640 × 480, etc.) qu'une connectique (Sub D HD15). DVI: Digital Visual Interface. Connexion numérique qui sert à relier une carte graphique à un écran. Elle n'est avantageuse (par rapport au VGA) que pour les écrans dont les pixels sont physiquement séparés (et donc indépendants), ce qui est le cas des écrans LCD, plasma et des futurs OLED mais pas des écrans à tube cathodique (où le faisceau d'électrons reproduit — en temps réel — les variations du signal analogique). HDMI: High Definition Multimedia Interface) est une interface audio/vidéo entièrement numérique pour transmettre des flux chiffrés non compressés. Le HDMI permet de connecter une source audio/vidéo DRM - comme un lecteur HD-DVD ou Blu-Ray, un ordinateur ou une console de jeu - avec un récepteur compatible - tel qu'un téléviseur HD. Le but est donc de remplacer les normes analogiques comme la péritel (SCART), ou la S-Vidéo ou numériques. HDMI supporte n'importe quel format de vidéo, incluant la définition standard, améliorée et haute définition ainsi que le son multi-canal, le tout sur un seul câble. S-vidéo: Le signal vidéo composite mélange les informations liées à la couleur et à la luminance de chaque point à afficher à l'écran, entrainant des effets indésirables de moirage à cause de la bande passante étroite pouvant être traitée par les équipements vidéo. La vidéo composite (PAL, SECAM, NTSC) trouve son origine dans la télévision en noir et blanc avec laquelle il fallait rester compatible.

FST InVar Diamantron/Trinitron Cromaclear L’écran CRT (tube cathodique) Tube en verre sous vide dans lequel un canon à électrons émet un flux d'électrons vers un écran couvert de petits éléments phosphorescents. Une grille métallique appelée masque est placée devant la couche de photophore afin de guider les flux d'électrons. On distingue selon le masque utilisé plusieurs catégories d'écrans cathodiques : FST InVar Diamantron/Trinitron Cromaclear CRT: L'écran est recouvert d'une fine couche d'éléments phosphorescents, les luminophores, émettant de la lumière lorsque les électrons viennent les heurter, ce qui constitue un point lumineux appelé pixel. En activant le champ magnétique, il est possible de créer un balayage de gauche à droite, puis vers le bas une fois arrivé en bout de ligne et ainsi de suite. Ce balayage n'est pas perçu par l'œil humain grâce à la persistance rétinienne. Trois faisceaux d'électrons (donc trois cathodes) viennent chacun heurter un point d'une couleur spécifique : un rouge, un vert et un bleu. Cependant ces luminophores sont si proches les uns des autres que l'œil n'a pas un pouvoir séparateur assez fort pour les distinguer: il voit une couleur composée de ces trois couleurs. Techonologies Les tubes FST-Invar dont les luminophores sont ronds. Ces moniteurs utilisent une grille appelée masque. Ils donnent une image nette et de bonnes couleurs mais n'offrent pas la meilleure luminosité. Les tubes Diamondtron de Mitsubishi© et Trinitron de Sony© dont le le masque est constitué de fentes verticales laissent passer plus d'électrons et donc procurant une image plus lumineuse. Leur seul inconvénient est que l'image est "parasitée" par deux très fines lignes horizontales qui maintiennent la grille. Les tubes Cromaclear de Nec© dont le le masque est constitué d'un système hybride avec des fentes en forme d'alvéoles constituant la meilleure technologie des trois.

L’écran LCD (cristaux liquides) Plusieurs technologies, la plus utilisée: le TFT (matrice active) LCD: Le rétro-éclairage passe au travers d'un filtre de polarisation, puis d'une couche de cristaux liquides. A ce stade, les ondes lumineuses sont pivotées à 90° pour passer au travers d'un second filtre de polarisation. Les cellules appropriées émettent alors la lumière à l'écran. Une légère tension assignée à chaque cellule peut modifier les cristaux liquides afin que les ondes lumineuses ne soient pas pivotées et qu'elles ne passent pas à travers le second filtre. Ces cellules n'émettront pas de lumière. Le contraste entre l'obscurité et la lumière crée les images que vous voyez. Les TFT sont appelés à matrice active car chaque cellule dispose de 3 transistors (un par couleur) destiné à fournir la tension nécessaire. La tension délivrée modifie l’angle du pivot du rayon, permettant de moduler l’intensité de chaque couleur.