عرض مُبلّط

تُعرف عملية العرض المُجزأ بتقسيم صورة الرسومات الحاسوبية إلى شبكة منتظمة في الفضاء البصري ، ثم عرض كل قسم من أقسام الشبكة، أو البلاطة ، على حدة. وتكمن ميزة هذا التصميم في تقليل حجم الذاكرة وعرض النطاق الترددي مقارنةً بأنظمة العرض الفوري التي ترسم الإطار بأكمله دفعة واحدة. وقد جعل هذا أنظمة العرض المُجزأ شائعة الاستخدام بشكل خاص في الأجهزة المحمولة منخفضة الطاقة . يُعرف العرض المُجزأ أحيانًا باسم بنية "فرز الوسط"، لأنه يُجري فرز الهندسة في منتصف مسار معالجة الرسومات بدلاً من نهايته. ^{[ 1 ]}

تتألف عملية إنشاء صورة ثلاثية الأبعاد للعرض من سلسلة من الخطوات. أولًا، تُحمّل الكائنات المراد عرضها في الذاكرة من نماذجها الفردية . ثم يُطبّق النظام دوالًا رياضية لتحويل النماذج إلى نظام إحداثيات مشترك، وهو ما يُعرف بـ" الرؤية العالمية" . انطلاقًا من هذه الرؤية العالمية، تُنشأ سلسلة من المضلعات (عادةً مثلثات) تُقارب النماذج الأصلية كما تُرى من زاوية رؤية محددة، وهي الكاميرا . بعد ذلك، يُنتج نظام التركيب صورةً من خلال عرض المثلثات وتطبيق نسيج على سطحها الخارجي. النسيج عبارة عن صور صغيرة تُرسَم على المثلثات لإضفاء الواقعية. ثم تُدمج الصورة الناتجة مع مؤثرات خاصة متنوعة، وتُنقل إلى مخزن الإطارات ، الذي يقوم جهاز الفيديو بمسحه ضوئيًا لإنتاج الصورة المعروضة. يُعرف هذا التصميم المفاهيمي الأساسي باسم " خط أنابيب العرض" .

تزيد كل خطوة من هذه الخطوات من حجم الذاكرة اللازمة لتخزين الصورة الناتجة. وبحلول وصولها إلى نهاية مسار المعالجة، تصبح الصور كبيرة جدًا لدرجة أن تصميمات بطاقات الرسومات النموذجية غالبًا ما تستخدم ذاكرة متخصصة عالية السرعة وناقل بيانات فائق السرعة لتوفير النطاق الترددي المطلوب لنقل الصورة من وإلى مختلف المكونات الفرعية لمسار المعالجة. هذا النوع من الدعم متاح في بطاقات الرسومات المخصصة، ولكن مع تزايد محدودية ميزانيات الطاقة والحجم، يصبح توفير نطاق ترددي كافٍ مكلفًا من الناحية التصميمية.

تعالج تقنية العرض المُجزأ هذه المشكلة بتقسيم الصورة إلى أقسام تُعرف باسم البلاطات، وعرض كل قسم على حدة. هذا يقلل من حجم الذاكرة المطلوبة خلال المراحل الوسيطة، وحجم البيانات المنقولة في أي وقت. وللقيام بذلك، يرتب النظام المثلثات المكونة للشكل الهندسي حسب موقعها، مما يسمح بالعثور بسرعة على المثلثات التي تتداخل مع حدود البلاطات. ثم يقوم بتحميل هذه المثلثات فقط إلى مسار العرض، وينفذ عمليات العرض المختلفة على وحدة معالجة الرسومات ، ويرسل النتيجة إلى مخزن الإطارات . يمكن استخدام بلاطات صغيرة جدًا، حيث تُعد أحجام 16×16 و32×32 بكسل من الأحجام الشائعة، مما يقلل أيضًا من حجم الذاكرة وعرض النطاق الترددي المطلوبين في المراحل الداخلية. ولأن كل بلاطة مستقلة، فإنها تُسهل بشكل طبيعي عملية المعالجة المتوازية.

في نظام عرض الصور المُجزأة التقليدي، يجب أولاً تحويل البيانات الهندسية إلى مساحة الشاشة وتخصيصها لبلاطات الشاشة. يتطلب هذا مساحة تخزين لقوائم البيانات الهندسية لكل بلاطة. في الأنظمة المُجزأة القديمة، كان المعالج المركزي ( CPU) يقوم بهذه العملية، ولكن جميع الأجهزة الحديثة مزودة بمكونات لتسريع هذه الخطوة. يمكن أيضًا فرز قائمة البيانات الهندسية من الأمام إلى الخلف، مما يسمح لوحدة معالجة الرسومات (GPU) باستخدام تقنية إزالة الأسطح المخفية لتجنب معالجة البكسلات المخفية خلف بكسلات أخرى، وبالتالي توفير عرض نطاق الذاكرة لعمليات البحث غير الضرورية عن الصور. ^{[ 2 ]}

هناك عيبان رئيسيان لأسلوب العرض المُجزأ. أولهما هو احتمال رسم بعض المثلثات عدة مرات إذا تداخلت مع عدة مربعات، مما يعني أن وقت العرض الإجمالي سيكون أطول من نظام العرض الفوري. كما توجد مشاكل محتملة عند دمج المربعات معًا لتكوين صورة كاملة، ولكن هذه المشكلة حُلت منذ زمن . أما الأمر الأكثر صعوبة فهو أن بعض تقنيات معالجة الصور تُطبق على الإطار ككل، ويصعب تطبيقها في العرض المُجزأ حيث الفكرة هي عدم التعامل مع الإطار بأكمله. هذه المفاضلات معروفة، وهي ذات تأثير طفيف على الأنظمة التي تستفيد من مزاياها؛ إذ تُستخدم أنظمة العرض المُجزأ على نطاق واسع في أجهزة الحوسبة المحمولة.

لا ينبغي الخلط بين تقنية العرض المُجزأ وأنظمة عنونة إطار العرض المُجزأة/غير الخطية ، والتي تجعل البكسلات المتجاورة متجاورة أيضًا في الذاكرة. ^{[ 3 ]} تُستخدم أنظمة العنونة هذه من قِبل مجموعة واسعة من البنى، وليس فقط من قِبل مُعالجات العرض المُجزأة.

أُنجز جزء كبير من العمل المبكر على تقنية العرض المُجزأ كجزء من بنية Pixel Planes 5 (1989). ^{[ 4 ] [ 5 ]}

أثبت مشروع Pixel Planes 5 صحة منهجية التجانب، وابتكر العديد من التقنيات التي تُعتبر الآن معيارًا لبرامج العرض التجانبية. وهو العمل الأكثر استشهادًا به في الأبحاث الأخرى في هذا المجال.

كان أسلوب التجانب معروفًا أيضًا في وقت مبكر من تاريخ عرض البرامج. غالبًا ما تقسم تطبيقات عرض رييس الصورة إلى "مجموعات من البلاطات".

في المراحل الأولى لتطوير وحدات معالجة الرسومات المكتبية، طورت العديد من الشركات بنى معمارية مقسمة إلى وحدات. ومع مرور الوقت، تم استبدال هذه البنى إلى حد كبير بوحدات معالجة الرسومات ذات الوضع الفوري المزودة بأنظمة ذاكرة خارجية مخصصة سريعة.

من الأمثلة الرئيسية على ذلك ما يلي:

• بنية عرض PowerVR (1996): يتكون جهاز التقطيع النقطي من مربع 32×32 يتم فيه تقطيع المضلعات عبر الصورة على عدة بكسلات بالتوازي. في الإصدارات الأولى لأجهزة الكمبيوتر الشخصية ، كان يتم تنفيذ التقطيع النقطي في برنامج تشغيل العرض الذي يعمل على وحدة المعالجة المركزية . أما في تطبيق جهاز Dreamcast ، فكان يتم تنفيذ التقطيع النقطي بواسطة قطعة من الأجهزة. وقد سهّل ذلك عملية العرض المؤجل - حيث يتم فقط تعيين نسيج البكسلات المرئية ، مما يوفر حسابات التظليل وعرض نطاق النسيج .
• تقنية أوك (1997) وورب 5. تُعد شريحة أوك الأولى في السوق التي تجمع بين التجانب وخوارزميات العرض عالية الأداء الأخرى مثل منع التعرجات والقوام ثلاثي الخطوط، وفقًا لجون بيدي، رئيس شركة جون بيدي أسوشيتس. ^{[ 6 ]}
• مايكروسوفت تاليسمان (1996)
• دريم كاست (مدعوم بشريحة PowerVR) (1998)
• Gigapixel GP-1 (1999) ^{[ 7 ]}
• معالج الرسوميات Intel Larrabee (2009) (تم إلغاؤه)
• PS Vita (مدعوم بشريحة PowerVR) (2011) ^{[ 8 ]}
• وحدات معالجة الرسومات من إنفيديا القائمة على بنية ماكسويل والبنى اللاحقة (2014) ^{[ 9 ]}
• وحدات معالجة الرسومات من AMD القائمة على بنية Vega (GCN5) والبنى اللاحقة (2017) ^{[ 10 ] [ 11 ]}
• معالجات الرسومات من الجيل الحادي عشر من إنتل والبنى اللاحقة (2019) ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

من أمثلة البنى غير المقسمة إلى مربعات والتي تستخدم مخازن مؤقتة كبيرة على الشريحة ما يلي:

• إكس بوكس ​​360 (2005): تحتوي وحدة معالجة الرسومات على ذاكرة eDRAM مدمجة بسعة 10 ميجابايت ؛ وهذا لا يكفي لتخزين الصورة النقطية كاملةً بدقة 1280×720 مع تفعيل خاصية منع التعرج متعدد العينات 4× ، لذلك يتم تطبيق حل التجانب عند التشغيل بدقة عالية الوضوح مع تفعيل خاصية منع التعرج متعدد العينات 4×. ^{[ 15 ]} 
• إكس بوكس ​​ون (2013): تحتوي وحدة معالجة الرسومات على ذاكرة eSRAM مدمجة بسعة 32 ميجابايت ، والتي يمكن استخدامها لتخزين الصورة كاملةً أو جزءًا منها. وهي ليست بنيةً مُجزأة، ولكنها تتمتع بمرونة كافية تسمح لمطوري البرامج بمحاكاة العرض المُجزأ. ^{[ 16 ]} 

نظراً لانخفاض عرض نطاق الذاكرة الخارجية نسبياً، والكمية المتواضعة من الذاكرة المدمجة المطلوبة، يُعدّ عرض الصور المُجزّأ تقنية شائعة لوحدات معالجة الرسومات المدمجة. ومن الأمثلة الحالية على ذلك:

عرض الوضع الفوري القائم على البلاطات (TBIM):

• سلسلة ARM Mali . ^{[ 17 ]}
• يمكن لمعالج الرسوميات كوالكوم أدرينو (سلسلة 300 وما بعدها) التبديل ديناميكيًا إلى وضع العرض الفوري/المباشر عبر FlexRender). ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

العرض المؤجل القائم على البلاطات (TBDR):

• سلسلة Arm Mali . ^{[ 21 ]}
• سلسلة PowerVR 5/6/7 من شركة Imagination Technologies . ^{[ 22 ]}
• سلسلة Broadcom VideoCore IV . ^{[ 23 ]}
• معالجات الرسوميات من نوع Apple Silicon . ^{[ 24 ]}

تُنتج شركة Vivante وحدات معالجة رسومية للأجهزة المحمولة مزودة بذاكرة إطار مترابطة بإحكام (على غرار وحدة معالجة الرسوميات الخاصة بجهاز Xbox 360 المذكورة أعلاه). ورغم إمكانية استخدام هذه الذاكرة لعرض أجزاء من الشاشة، إلا أن كبر حجم المناطق المعروضة يعني أنها لا تُوصف عادةً بأنها تستخدم بنية قائمة على البلاطات.

• التجزئة (رسومات الحاسوب)
• أطلس النسيج
• عرض خطوط المسح
• لعبة فيديو تعتمد على البلاطات
• خدمة بلاطات الخرائط الإلكترونية
• الوضع الفوري (رسومات الحاسوب)