Perché 3D?

Gestire animazioni realizzate in grafica tridimensionale richiede molta più potenza di calcolo di quanta ne venga normalmente richiesta dai tradizionali giochi e dalle applicazioni comuni. Per produrre immagini bidimensionali è sufficiente disegnarle sotto forma di bit nella memoria della scheda grafica (frame buffer), e per generare animazioni basta inviare allo schermo una rapida sequenza di tali immagini, tanto rapida da ingannare l'occhio umano. Si tratta in sintesi di un tipo di grafica basata sulla sovrapposizione di immagini bidimensionali realizzate semplicemente per mezzo di spostamenti di blocchi di bit (bit block transfer).

La rappresentazione di un oggetto tridimensionale, invece, è basata sulla descrizione matematica degli oggetti in uno spazio virtuale contenuto nella memoria della scheda grafica; a questo scopo, oltre alle due dimensioni normalmente utilizzate anche nella grafica tradizionale, ne serve una in più per gestire la profondità degli oggetti. Ciò richiede una notevole potenza di calcolo da parte del computer, oltre a uno spazio di memoria addizionale (Z-buffer), che deve realizzare milioni di operazioni matematiche su punti e poligoni per generare in tempo reale la rappresentazione in due dimensioni dello scenario 3D contenuto in memoria.

Il vantaggio della grafica 3D rispetto a quella 2D consiste nel fatto che le animazioni prodotte sono più realistiche in quanto dinamicamente variabili rispetto al punto di vista dell'osservatore. Mentre le scene 2D sono preconfezionate sulla base di una precisa sequenza di immagini predefinite, le animazioni 3D vengono generate in tempo reale in base agli spostamenti dei personaggi negli spazi descritti in memoria. Per ottenere questo risultato, però, è indispensabile usare un acceleratore hardware (appunto le schede 3D) altrimenti, utilizzando soltanto la potenza di calcolo del processore di sistema, il prodotto risulta scadente e poco realistico.

L'importanza dell'acceleratore

I vecchi giochi tridimensionali, come Duke Nukem 3D, sfruttavano i cosiddetti "motori di rendering" software, cioè particolari programmi in grado eseguire le operazioni necessarie per gestire gli oggetti in tre dimensioni semplicemente utilizzando la potenza di calcolo del processore di sistema. Molti ricorderanno, però, quanto quei giochi fossero poco realistici, con le immagini sgranate e i contorni degli oggetti seghettati; inoltre se si cercava di aumentare la risoluzione dello schermo le animazioni procedevano irrimediabilmente a scatti. In pratica si riusciva a giocare solo fino alla risoluzione di 320x200 punti con 256 colori, mentre già i 640x480 punti erano un miraggio. Gli acceleratori 3D, invece, sono speciali processori che eseguono tutte le operazioni matematiche necessarie per gestire lo scenario tridimensionale e gli oggetti (setup dei triangoli), gestire una quantità supplementare di memoria per contenere la terza dimensione (Z-buffering) e applicare le colorazioni alle superfici degli oggetti (texture mapping). Si passa quindi da semplici operazioni per la traslazione e la rotazione di punti, triangoli e poligoni nello spazio, alla modellazione e correzione prospettica di immagini 2D usate come rivestimento delle superfici. Ma per rendere veramente realistico uno scenario 3D bisogna correggere l'immagine con una serie di "filtri", per esempio per eliminare l'effetto mosaico dei riempimenti (bilinear filtering e Mip mapping), per aggiungere effetti di illuminazione (specular highlights e depth cueing), di nebbia (fogging) e di trasparenza (alpha blending). Tutto ciò va fatto su immagini alla risoluzione di almeno 640x480 punti con 65.000 colori e con una frequenza di almeno 30 scatti al secondo, operazione impossibile in assenza di una scheda acceleratrice 3D.

Meglio combinate o dedicate?

A chi decide di dotare il proprio computer di un acceleratore tridimensionale si presentano due alternative: le schede combinate 2D/3D, oppure quelle dedicate esclusivamente al 3D. Le prime adottano solitamente un processore capace di svolgere, oltre ai normali compiti di una scheda grafica svga, anche le operazioni necessarie ai giochi e alle applicazioni tridimensionali. Le seconde, invece, non possono essere usate come una normale scheda grafica, ma devono essere affiancate a una tradizionale svga per accelerare unicamente i giochi 3D.

Il vantaggio della soluzione combinata è rappresentato prima di tutto dall'economia: di solito con una spesa che va da 250.000 a 400.000 lire si acquista un dispositivo "tutto-in-uno" utilizzabile normalmente in Windows con le comuni applicazioni da ufficio. Inoltre queste schede possono accelerare non solo i giochi 3D a schermo intero, ma anche le applicazioni con grafica tridimensionale (oggi sono ancora pochissime) in finestra. Il rovescio della medaglia è che fino a oggi nessuna scheda combinata 2D/3D ha prodotto prestazioni paragonabili a quelle fornite con i giochi dagli acceleratori 3D dedicati.

Chi sceglie una scheda "solo 3D", quindi, lo fa perché non si accontenta delle prestazioni normali di una scheda combinata, ma pretende di trasformare davvero il proprio computer in un sistema che non abbia nulla da invidiare alle più potenti consolle da videogame o alle macchine da sala giochi. Naturalmente questa scelta comporta l'onere di una spesa aggiuntiva, infatti oltre alla normale scheda grafica svga bisogna acquistare l'acceleratore tridimensionale dedicato, che può costare da mezzo milione a 700.000 lire. A parte il prezzo, l'unico neo di questa soluzione consiste nel fatto che la maggior parte di queste schede (tutte quelle basate su architettura Voodoo Graphics e Voodoo 2 di 3Dfx Interactive) possono accelerare solo i giochi a schermo intero e non le applicazioni in finestra (l'unica eccezione è rappresentata dalla Matrox M3d e dalla Videologic Apocalypse 3D, entrambe basate sulla tecnologia Power Vr di Nec che però è molto meno veloce della Voodoo).

Voodoo è il massimo

Per i fanatici dei giochi, quindi, l'unica via percorribile è quella delle schede con tecnologia Voodoo di 3Dfx Interactive (www.3dfx.com). La prima generazione di questi dispositivi era basata sul processore Voodoo Graphics affiancato a 4 MByte di memoria (2 MByte come frame buffer e 2 MByte come memoria per le texture); si trattava di schede per bus pci che si collegavano alla svga per mezzo di cavo video esterno e che prendevano il controllo del monitor solo quando un gioco 3D richiedeva l'accelerazione, altrimenti rimanevano inattive lasciando lavorare la scheda grafica principale. Con queste schede si potevano accelerare tutti i giochi, quelli con architettura Direct 3D per Windows 95 e quelli scritti in Glide ottimizzati per la tecnologia di 3Dfx Interactive, oltre a quelli in Open Gl come Quake II. La più famosa di queste schede è la Monster 3D di Diamond; ancora oggi ci sono alcuni modelli in vendita, e possono rappresentare la soluzione migliore per chi possiede un "vecchio" Pentium e vuole dargli nuovo brio per giocare, senza spendere la cifra necessaria per una più moderna soluzione Voodoo 2 che con i sistemi meno veloci non viene nemmeno sfruttata al meglio.

Poi sono arrivati i modelli basati sul chip Voodoo Rush, un'evoluzione del Voodoo Graphics realizzata per offrire nella stessa scheda funzioni 2D e 3D. In pratica il processore originale di 3Dfx Interactive è stato modificato in modo che potesse dialogare con un chip 2D montato sulla stessa scheda, che in questo caso utilizzava 6 MByte di memoria (4 MByte come frame buffer e 2 MByte come texture memory). Sulla carta sembrava la soluzione ideale, però le prestazioni 2D non sono mai state il massimo (al pari della qualità delle immagini prodotte) e sono emersi problemi di incompatibilità con alcuni giochi, inoltre il prezzo non era affatto contenuto. Anche queste erano schede di tipo pci; il modello più noto di questa categoria era la 3D Emotion di California Graphics. Dulcis in fundo, la tecnologia Voodoo 2 è l'ultima nata di casa 3Dfx Interactive: non si tratta più di un singolo processore, bensì di un vero e proprio chipset, cioè di un gruppo di processori. Consiste di un chip dedicato ai calcoli matematici e alla gestione dello schermo che utilizza 4 MByte di memoria dedicata, più altri due processori che lavorano in parallelo, ciascuno abbinato a 2 MByte o 4 MByte di memoria, per applicare in tempo reale le texture agli oggetti 3D. In totale, quindi la scheda può ospitare 8 o 12 MByte di memoria. Inoltre è stata introdotta la tecnologia sli (Scan Line Interleave) che permette di raddoppiare la potenza complessiva usando nello stesso sistema due schede Voodoo 2 uguali; in questo modo una gestisce metà schermo (le linee pari), mentre l'altra lavora contemporaneamente sulla seconda metà (le linee dispari). Tanta potenza, però, (e anche tanta spesa) viene sfruttata solo in presenza di un computer davvero molto veloce (almeno un Pentium II a 333 MHz, meglio se Deschutes a 350 o 400 MHz); comunque chi ha almeno un Pentium II a 266 MHz può godere appieno delle splendide animazioni ottenute con una scheda Voodoo 2 per bus pci (sempre almeno 60 fotogrammi al secondo con giochi Direct 3D, Glide e Open Gl).

Infine, tra breve dovrebbero arrivare le schede basate sul nuovo chip Banshee: si tratta di un processore sviluppato sempre da 3Dfx Interactive, ma che per la prima volta offrirà anche funzioni 2D e sfrutterà la tecnologia agp a 133 MHz (Acccelerated Graphic Port) al posto dell'ormai datata pci a 33 MHz (Peripheral Component Interconnect). Oltre alla consolidata architettura Voodoo 2, interamente ereditata per la gestione della grafica 3D, sarà integrata una sezione a 128 bit per l'accelerazione della grafica 2D. In questo modo si potranno ottenere da una sola scheda ottime prestazioni in tutti i settori, senza la limitazione di sfruttare la grafica tridimensionale accelerata solo a schermo intero. I primi modelli col chip Banshee sono stati annunciati per il prossimo Smau. Intanto chi vuole giocare fin da subito si goda i giochi 3D accelerati con una delle sei schede Voodoo 2 provate.