Note on 3D Graphics Technology

Note on 3D Graphics Technology A piece of paper is two‐dimensional. Historically, one used a camera to create an accurate  two‐dimensional representation of a real three‐dimensional object or scene.  To create an image of  an imaginary three‐dimensional object or scene required an artist or draftsman.  The challenge of  3D computer graphics was to convert a mathematical representation of a 3D object into a real im‐ age, or picture, of that object.  If this could be done, then a person could use a computer to take a  virtual journey in a foreign city, a proposed building, a complex machine, or an imaginary adven‐ ture.  The  most  straightforward  approach  to  3D  computer  graphics  was  ray  tracing.    Given  a  mathematical  representation  of  a  3D  scene,  including  a  complete  specification  of  the  sources  of  illumination, a computer could examine the paths of thousands, or millions, of light rays as they  moved  from the  light sources,  passed  through,  reflected  off, and diffracted  around  objects, and  passed into the viewing plane.  Such techniques had been used to construct stunning images, but  required many hours of computer time to create a single image.   Real‐time 3D graphics required that motion also be captured, not just a static image.  As ob‐ jects moved, or as the user acted to change the point of view, the image need to change in real  time.  Smooth flicker‐free movement required the creation of 30‐60 frames per second, giving 17‐ 35 milliseconds for the construction of an image, a far cry from the hours needed for ray tracing.    3D computer graphics technology was a set of techniques, or “tricks,” for quickly building  a convincing image of a 3D scene.  A mixture of science and art, it drew on analytic geometry, the  study  of  how  light  reflected  off  various  surfaces,  perceptual  psychology,  and  computer  algo‐ rithms. David Kirk, NVIDIA’s Chief Scientist, explained:   3D  computer  graphics  is  difficult  because  it  requires  simultaneous  excel‐ lence  in  a  number  of  different  disciplines.  There  are  Ph.D.  dissertations  being  written in how skin reflects light.  To make use of that knowledge, someone has  to take some very deep math, some empirical results, some knowledge of com‐ puter  processing,  and  mix  them  to  create  algorithms.    I  would  guess  that  there  are  fewer  than  200  people  in  the  world  who  could  program  our  Dawn  demon‐ stration. 

Intellectual Roots The  intellectual  roots  of  modern  computer  graphics  can  be  traced  to  Ivan  Sutherland’s  work  in  the  early  1960s.    A  student  at  MIT,  Sutherland  created  a  program  (Sketchpad)  that  al‐ lowed the user to draw on a computer screen with a light pen.  Sketchpad introduced the idea of  interactive computer graphics, pop‐up menus, objects (e.g., circles, rectangles), and the ability of  deform and transform objects.  Sutherland’s film depicting the operation of Sketchpad stimulated  a number of other researchers to focus on computer graphics. 

Evans & Sutherland In 1967, Sutherland joined David Evans at the University of Utah department of computer  science.  Together, they formed a firm (Evans & Sutherland) that developed image display tech‐ nologies enabling flight simulators and computer‐aided industrial design.    This note was prepared by Professor Richard P. Rumelt with the research assistance of Gregory Rose, UCLA  Anderson M.B.A., 2004.  This note was prepared using public sources.    © 2004 by Richard P. Rumelt. 

 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

To  construct  a  flight  simula‐ tor, one could not simply supply an  NASA Flight Simulation  image  on  a  screen.    To  provide  a  realistic  simulation,  the  image  had  to  change  instantly  and  realistically  in  response  to  the  (simulated)  posi‐ tion  of  the  viewer.  It  was  soon  de‐ termined  that  this  could  only  be  accomplished  by  (1)  creating  math‐ ematical  descriptions  of  the  three‐ dimensional  objects  to  be  viewed,  (2)  creating  a  mathematical  method  for projecting an image of these ob‐ jects  onto  a  (mathematical)  flat  sur‐ face,  much  as  a  camera  projects  an  image  of  the  world  onto  film,  (3)  continually updating this projection as the positions of objects and/or the viewer change, and (4)  converting this projected image into a screen display.  This general approach to creating images  became known as 3D graphics.  The final images were normal 2D displays but the logic used to  create these images required the construction and analysis of a 3D world.  The activities at the University of Utah and at E&S attracted talent from around the United  States.  Evans  and  Sutherland’s  students  were  key  innovators  in  the  growing  field  of  computer  graphics.  Among those passing through Utah as students were:  

John  Warnock  (1969),  developer  of  the  hidden‐surface  removal  algorithm,  inventor  of  Postscript, and founder of Adobe Systems.   When a 3D object is viewed, only some of its  “sides”  are  visible.    Hidden‐surface  re‐ moval  algorithms  are  methods  for  quickly  determining  which  elements  of  Shading  an object do not need to be rendered to  an image. 



Henri  Gouraud  (1971),  developer  of  Gouraud  Shading.    In  3D  graphics,  ob‐ jects  are  normally  constructed  out  of  many  adjoining  polygons.    Where  the  polygons join, lines appear if the shades  of  the  adjoining  areas  differ.    Gouraud  developed  a  very  efficient  method  of  shading  polygons  to  create  the  appear‐ ance of a smooth curved surface. 



Nolan Bushnell (1972), developer of Pong, founder of Atari 



Bui‐Tuong  Phong  (1973),  developer  of  Phong  Shading.  Phong  shading  was  an  advance  on Gouraud shading, though computationally more demanding. 

 

‐2‐ 

 

 



Edwin Catmull (1974), developer of texture‐ mapping  and  of  the  z‐buffer  algorithm,  co‐ founder  of  Pixar.    A  texture  is  a  repeated  pattern, like bricks in a wall or the weave of  a  carpet.    Catmull  developed  methods  for  assigning  patterns  to  polygons  so  that  ap‐ parently complex scenes could be described  and  rendered  efficiently.  The  z‐buffer  algo‐ rithm is a method for coding 3D information  so  that  hidden  surface  removal  is  very  effi‐ cient. 



Frank  Crow  (1975),  developer  of  anti‐ aliasing  methods.    When  a  line,  or  the  edge of a polygon, is rendered into dots or  pixels  on  a  screen,  there  are  small  jumps  in  the  position  of  the  edge.    Particularly  distracting  is  that  the  intensity  of  these  jumps varies greatly with angle of the line  or  edge  changes.  Anti‐aliasing  methods  minimize  the  visual  artifacts  introduced  by raster imaging. 

Note on 3D Graphics Technology 

Texture Mapping from Catmull’s Thesis 

Bump Mapping by Blinn 



James  Blinn  (1976),  developer  of  bump  mapping.    Blinn  extended  Catmull’s  tex‐ tures to include 3D textures, in which the  shading of the “bumps” within the texture  varied with the position on the object, giving a much more realistic look under lighting. 



Henry Fuchs (1980), developer of BSP‐trees.  Binary Space Partitioning (BSP) trees are da‐ tabases that store the elements (polygons) of an object or scene.  The BSP stores the poly‐ gons so that the special relationships among them can be quickly ascertained.  



Jim Clark (1982), developer of the first geometry engine, founder of Silicon Graphics, Inc.   A geometry engine is a special purpose VLSI processor for computer graphics that per‐ forms basic mathematical operations central to 3D computer graphics.  

Computer graphics technology, at each stage of its development, stood in a state of tension  between the goals of rapid real‐time 3D response and representational accuracy. A flight simula‐ tor, for example, had to depict an aircraft carrier with enough realism to train the pilot, but the  aesthetics of light and shade or of photo‐realistic metal and water were much less important than  real‐time response.  A movie special‐effect, by contrast, needed to look very real.   But because  movies were not interactive, a special effects laboratory could spend hours of computer time to  create a few seconds of special effects.  Given this tension, two separate computer graphics tradi‐ tions  developed.  The  graphics  technologies  developed  at  the  University  of  Utah  were  chiefly  aimed at the efficient rendering of 3D models.  By contrast, a second tradition developed in New  York that focused on creating high‐quality computer‐aided film animations.    In 1975 Alexander Schure, founder of the New York Institute of Technology (NYIT) decid‐ ed to boost the Institute’s work in animation by building on the ideas generated at the University  of Utah.  He hired Ed Catmull (above) soon after his graduation from UU and a number of other   

‐3‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

UU students and researchers, including Jim Blinn and Jim Clark.  The team at NYIT developed  key computer animation technologies that later evolved into Disney’s CAPS (Computer Animat‐ ed Production) system.    The  NYIT  technology  moved  west  when  George  Lucas,  looking  ahead  from  his  success  with the first Star Wars movie, sought help in computer animation and was guided to NYIT.  Five  key  people  left  NYIT,  including  Ed  Catmull,  to  form  the  special  effects  department  within  Lu‐ casfilm.  In 1979, Lucas formed a computer graphics division, making Catmull the president.  In  1986, the computer graphics division (then a part of Industrial Light and Magic), split off to be‐ come Pixar.  Lucasfilm would continue to have access to Pixar’s rendering technology.  Ed Cat‐ mull became president of Pixar.  Over the next 15 years, Pixar became the leading motion picture animation and computer  generated graphics company in the world.  Its technology was used on films including Finding  Nemo, Toy Story, Star Wars Episode II, Matrix,  the Lord of the Rings, and many others.    At the core of Pixar’s technology strategy  was  the  development  of  RenderMan  in  1988,  a  software  standard  for  describing  3D  graphical  scenes  and  for  generating  data  files  containing  scene  descriptions.    Just  as  Postscript  was  a  “language”  for  describing  an  image  on  a  2‐D  page, RenderMan was a language for describing  a 3D scene.  The Renderman “standard” permit‐ ted  the  separation  of  the  artistic  job  of  creating  the  specifications  for  a  scene  and  the  computa‐ tional job of turning it into an image (rendering).   

Excerpt from RenderMan Manual 

The Cornell University Program of Computer Graphics (PCG), under the direction of Don‐ ald Greenberg, also pioneered key technologies.  With a focus on lighting and color, PCG’s pro‐ gram  has  been  to  use  computers  to  solve  the  complex  wavefront  equations  describing  how  re‐ flected light behaves. 

Silicon Graphics Silicon Graphics Inc. (SGI) was formed by Jim Clark, a graduate of the University of Utah  and a Stanford faculty member, in 1982.  SGI’s product focus was straight forward: the company  was  devoted  to  supplying  high‐performance  graphics  workstations  to  industrial  and  scientific  users.    From  the  beginning,  SGI  specialized  in  3D  graphics  and  it  continually  tried  to  have  the  highest performing graphics workstations on the planet.     SGI’s  influence  on  the  graphics  industry  was immense.    It  not  only  provided  the  highest  performing  graphics  hardware, it  also developed a  special  graphics  language (GL)  that  became  the standard for many engineers in the industry.  Eventually, a form of GL achieved wide distri‐ bution as the freely available OpenGL.  Other firms competed with SGI in the making and selling  of high‐end graphics workstations (e.g., Apollo and HP), but SGI’s graphics language, its intellec‐ tual  leadership,  and  its  continuing  efforts  to  push  performance  frontiers  kept  it  in  a  leadership  position.  Together, SGI’s hardware and GL framed the problem of 3D graphics in a way that be‐ came the dominant logic in the industry.  At the heart of this logic was the concept of the graphics  pipeline: 

 

‐4‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

Application 

At the start of the graphics pipeline was the application program.  This was the drawing  program, flight simulator, game, or industrial design program that created the 3D scene.   It created the scene by specifying three key elements: (1) objects, (2) surface textures, and  (3) light sources. 



The scene is fed into the graphics pipeline as a set of standardized commands (for exam‐ ple, OpenGL calls defining surfaces).Normally, the application will define the surfaces of  objects in terms of polygons.  If curved surfaces have been defines, they are tessellated— broken into polygons.  Any polygons with more than three sides are further tessellated  into triangles. Each triangle is described as a set of three verticies, each vertex defined by  three coordinates.  

Transformation & Lighting 

In  the  transformation  step,  the  coordinates  of  each  vertex  of  each  polygon  are  trans‐ formed to be relative to the (moving) viewer, or camera.  Thus, each triangle is projected,  or transformed, into the triangle it becomes on the viewing plane.  



Triangles that “face backwards” are culled.   



Each triangle’s illumination is calculated from its position and the position of the light(s). 

Setup 

Each triangle facing the viewer must be identified with the set of pixels on the viewing  screen it affects.  This requires a projection of each triangle onto a view plane, followed  by identification of the pixels constituting its edges and interior.   The viewing plane has  edges. Some triangles may be completely outside the viewing window and can be elimi‐ nated (culled).  Others may intersect the viewing window and need to be clipped. 



The projection of an arbitrarily shaped object onto a viewing plane can be a very complex  operation.  However, a triangle always projects as another triangle (or a line).   

Rasterization 

Triangles at different depths from the viewing plane may potentially affect the same pix‐ els.  Perspective corrections and issues of overlap are sorted out in the raster operations  stage of the pipeline. 

Texture & Shading 

Texture  and  shading  operations  determine  the  color  of  each  fragment  depending  upon  the lighting specifications and the texture assignments.  Fog and haze corrections are ap‐ plied. 

Raster Operations 

Raster operations include blending and z‐buffering.  The “z‐buffer” is the measured the  distance from the view plane to each fragment’s contribution to a pixel.  This step makes  sure that scene elements “in front” cover those “behind,” with blending computations for  cases of transparency.  



The final step in the pipeline is to build the frame buffer (actual screen data). 

 

‐5‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

The graphics pipeline and the GL language did not specify how these operations were per‐ formed.  They could be carried out by the computer’s CPU, or they could be carried out by spe‐ cial‐purpose graphics hardware.  As the capabilities of integrated circuits grew over time, more  and  more  of  the  graphics  pipeline  was  carried  out  in  specially  designed  processors.    SGI’s  first  generation machines (IRIS 1400) performed polygon transformations.  Using a parallel architec‐ ture, it could transform many triangles at once from world coordinates to their screen projections.  However, all other calculations, including lighting, shading, and surface elimination, were done  by the application.    SGI’s  second  generation  hardware  added  the  capability  to  rasterize  Gouraud  shaded  triangles  and  handle  z‐buffering  operations.  SGI’s  third  generation  hardware,  the  Reality  Engine,  was  introduced  in  1992,  added  hardware  texture  mapping  and  full  anti‐aliasing.    The  Reality  Engine  was  real‐ ized  as  3‐to‐6  boards  plugged  into  a  MIPS  RISC workstation. The geometry board held  geometry  engines—processors  capable  of  100  million  floating  point  operations  per  second.  These  engines  tessellated  polygons  into  triangles  and  projected  triangles  onto  the  viewing  plane.    The  particulars  of  the  transformed  triangles  were  then  broadcast  to the rest of the system on a “triangle bus.”   Each raster board held five fragment gener‐ ators—processors that grabbed triangles off  of the triangle bus and generated the poten‐ tial pixel information they implied.  Also on  each  raster  board  were  80  image  engines— processors  that  constructed  the  actual  im‐ age  information  from  the  relevant  triangle  fragments. 

3D Objects Constructed from Shaded Triangles 

    In a three dimensional space, three points determine  a  plane.    Consequently,  the  vertices  of  a  polygon  with four or more sides do not necessarily lie in the  same  plane.    Here,  the  vertices  of  two  hexagons  lie  on  different  planes,  implying  two  different  3D  ob‐ jects. As the viewing angle changes, one or even two  of the vertices may be hidden.  By contrast, changes  in point of view never hide the vertices of a triangle.  Breaking  the  3D  object’s  surface  into  triangles  pro‐ vides  a  simple  way  of  transforming  the  point  of  view—each  triangle  can  be  transformed  inde‐ pendently. 

  Rendering  performance  of  computer  graphics systems can be measured in a variety of ways.  Initially priced at about $1 million, and  standing 4 feet high, the Reality Engine was capable of processing 1 million triangles per second.  In 1996, SGI introduced the InfiniteReality Engine, capable of processing 7 million triangles per  second.  Again  realized  on  multiple  boards,  the  InfiniteReality  engine  applied  improvements  in  integrated circuits performance and cost to increase the capabilities of the original Reality Engine.  Also again, the target customer was very high‐end engineering, scientific, and entertainment ap‐ plications. 

The Technology of PC Graphics Early personal computers, like the Apple II (1978), incorporated simple 2‐D color graphics  capabilities, as did certain versions of the IBM PC (1981).  Before the mid‐1990s, however, there  was little consumer demand for hardware accelerated 3D graphics on the PC platform.  The ex‐

 

‐6‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

plosion of interest in 3D graphics on the PC grew out of the simultaneous convergence of innova‐ tion in 3D game design, falling prices of memory and integrated circuits, and innovation in 3D  hardware acceleration techniques. 

Crawling Up the Pipeline Before the mid‐1990s, there was no acceptance of a standard way of representing a 3D ob‐ ject or scene.  Consequently, first generation 3D “accelerator” cards focused on basic raster opera‐ tions—building the final buffer of colored pixels to be sent to the video monitor.  The first prod‐ uct to break with this approach was NVIDIA’s initial product, the NV1, introduced in 1965.  The  NV1  assumed  that  a  3D  object’s  surface  was  described  by  4‐sided  non‐planar  polygons— quadratic curves in three‐space.  It thus opened the door to the accurate representation of com‐ plex curved surfaces.  But the NV1 was a flop—it did not gain acceptance from game program‐ mers and was part of the reason a potentially lucrative deal with Sega, a console maker, fizzled.   The first chip‐set that provided a substantial and instantly noticeable improvement in real‐ time 3D graphics was Voodoo, introduced by 3Dfx in 1996.  The Voodoo hardware provided much  faster handling of texture‐mapping and full‐image anti‐aliasing.  In particular, Voodoo supported  “mipmapping,”  a  technique  for  smoothly  scaling  textures  with  distance.    Absent  mipmapping,  the patterns in textures would suddenly shift and “jump” as the viewer’s distance to the surface  changed.  The  3Dfx  Voodoo  chipset  supported  triangle  processing.    The  popularity  of  Voodoo  in  1997‐98 pushed the game industry to converge on the standard of representing surfaces with tri‐ angles.  Because a triangle is always planer (three points determine a plane), computation of the  location  of  points  inside  the  triangle  is  very  simple.  The  triangle  standard  was  supported  by  OpenGL and was also the basis of Microsoft’s graphics API, DirectX, released in 1998.  NVIDIA  also adopted the triangle approach in its first successful product, the Riva128 (4/97).  Though complex in its details, further innovation in 3D graphics on the PC platform had a  fairly  straightforward  outline  through  2000.    The  mainline  program  was  to  reproduce  the  SGI  pipeline, and, by implication, the RealityEngine, as a mass‐produced consumer product.  This was  first achieved by NVIDIA’s GeForce 256 chip in late 1999.    The  GeForce  256  GPU  contained  23  million  transistors  and  supported  64  megabytes  of  onboard frame buffer memory. The triangles it handled were fed to 4 parallel on‐chip pixel pro‐ cessing  pipelines,  providing  a  very  high  level  of  performance—15  million  triangles  per  second  and 480 million pixels per second.  ATI, pressing to catch up with NVIDIA, introduced its first  GPU in 2000.  Both firms added features to improve performance over the next two years.  

Lighting Equations Working with first‐generation GPUs, graphics designers had found that a wide variety of  visual effects could be achieved by clever use of the GPU’s features.  In general, the possibilities  for creativity depended upon the lighting equations implemented on a GPU.  For example, in 2000  GPUs used lighting equations1 like (1).   

Light  ( Ambient  Diffuse  Texture  Specular ]  (1  Fog )  Fog  Fog _ Color.

(1)

                                                             These lighting equations, or lighting models, were essentially properties of the APIs.  Equation (1) is a sim‐ plification of technology in use by DirectX 8 (2000). 

1

 

‐7‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

Here, the final color of a rendered point is the product a computed color and the amount of  “fog,”  together with the color of the fog.  The computed color, in turn, depends upon the color of  the Ambient light, the color of the Diffuse lighting of the material, the Texture map being applied,  and the Specular light.  The specular light determines indicates the shininess of the object—its in‐ tensity varies sharply with the angle between the surface and the viewer.    As a simple example, a fine mesh texture applied to a diffusely lit brown floor might look  like a carpet.  Increasing the intensity of the specular component of the light might make it look  instead like metal grating.    Research showed that this approach could create the illusion of many different materials.  For example, full use of the specular component made an object look like a mirror or like chrome.   However, if the specular component were tinted yellow, the material looked like shiny gold.  If  tinted green it looked like reflective copper.      GPUs  that  provided  multiple  textures  let  designers create  even more  striking  effects.   By  mixing two or more textures, novel and intriguing visual effects could be generated. 

Programmable GPUs Despite the variety of effects achievable with first‐generation GPU technology and lighting  equation  implementations,  there  were  effects  graphics  designers  could  not  easily  achieve.  No  matter how the lighting equation was used, skin tended to look like plastic.  Complex entities like  hair, foamy water, smoke, tree bark, and cloth resisted realistic depiction.  Techniques for each of  these  problems  could  be  developed,  but  which  should  be  implemented  in  hardware?    And,  whose solution should be implemented? The approach adopted by the industry was to leave the  question to the designer, “exposing” (opening to the user) the lighting functions of the GPU. 

Vertex and Pixel Shaders Once a surface has been broken into triangles, the GPU pipeline next operated on the verti‐ ces of each triangle.  Each vertex was assigned a transformed position together with lighting and  texture properties.  The color and intensity of pixels between the vertices were  obtained by in‐ terpolation of the vertex lighting and texture mapping.  A programmable vertex shader gave the  user  the  option  of  bypassing  the  GPU’s  fixed  vertex  processing  functions  and  passing  a  set  of  commands—a  program—to  the  GPU.  The  first  consumer  vertex‐shader  product  was  NVIDIA’s  GeForce 3, introduced in February of 2001.   Vertix “shaders” actually allowed the position, as well as the lighting, of a vertex to be al‐ tered  under  program  control.  The  vertex  shader  was  implemented  as  a  small  CPU  that  could  store up to 128 instructions.  It operated on input registers that stored the position, texture, and  illumination conditions of a vertex, and wrote to an output register that held the resultant com‐ puted properties of the vertex.    Some of the more intriguing uses of vertex shaders involved animation rather than light‐ ing.  Vertex shaders were used to “skin” characters, allowing the triangles defining the surface to  move  and  shift  as  some  underlying  structures  (“the  skeleton”)  shifted.    Vertex  shaders  also  al‐ lowed water waves to be created, as vertices were shifted in cyclic patterns.  Pixel  shaders  were  created  by  exposing  parts  of  the  rasterization  pipeline  to  the  user— creating programmable pixel engines.  The GeForce 3 also contained pixel shaders, though later  GPUs  had  much  more  developed  pixel  shaders.  These  shaders  gave  developers  that  ability  to  create per‐pixel lighting effects that dramatically increased the realism of the rendered scene.   

 

‐8‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

Pixel shaders allowed the implementation of bump mapping, first developed by Blinn in  1976, on a consumer device.  A complex example of the use of pixel shaders was the Dawn Demo,  created by NVIDIA in 2003.  Dawn was an imaginary fairy creature animated in real time.  Her  skin texture and tone were created by careful attention to both how the skin surface looked and  how it moved as the character moved:2  Skin is unlike most surfaces that we model in computer graphics because  it is composed of layers of semi‐translucent epidermis, dermis, and subcutaneous  tissue. Subsurface scattering is the term we give to the phenomenon whereby light  enters the surface, scatters through the medium, and exits at another point. This  effect can commonly be seen as an orange glow of light passing through the skin  when you hold your hand up in front of the Sun. This scattering under the skin is  important to skin’s appearance at all angles and helps give it a soft, highly dis‐ tinctive  character.  Unfortunately,  this  reality  defies  a  common  assumption  in  graphics APIs and architectures: namely, light at one point on an object doesn’t  affect  reflection  at  other  points.  In  the  past,  some  groups  have  tried  to  emulate  skin’s complexity using multiple, layered texture maps. In general this approach  has proven to be difficult to manage and difficult for the texture artists to work  with as they previsualize the final blended color. Instead, we used a single color  map, with color variations added through the shading….. Furthermore, skin has  extremely fine variations that affect its reflective properties. These have subtle ef‐ fects  on  skin’s  appearance,  particularly  when  the  light  is  directly  opposite  the  camera position—that is, edge and rim lighting. Real skin has tiny features such  as vellus hairs and pores that catch the light. These details were too small for us  to  model  explicitly,  but  we  wanted  a  surface  that  still  gave  us  an  appropriate  overall look. Adding a bump map provided some additional detail when seen in  close‐up—particularly for small wrinkles—but we wanted a soft appearance, not  shiny,  stippled  plastic,  and  we  wanted  the  effects  to  be  NVIDIA Dawn Demo  visible  regardless  of  the  size  on  screen  (bump  maps  are  usually  visible  only  when  seen  up  close).  We  approxi‐ mated  both  of  these  shading  attributes  by  recognizing  that  we could model them as sim‐ ple  formulas  based  on  the  surface  normal  and  the  light‐ ing or viewing vectors. In par‐ ticular, along silhouette edges  we sampled the lighting from  behind Dawn,  as  indexed  by  the  view  vector—mixing  the  light coming “through” Dawn 

 

                                                            2 Curtis Beeson and Kevin Bjorke, GPU Gems, Chapter 3, “Skin in the ‘Dawn’ Demo,” developer.nvidia.com  /docs/IO/11801/Chapter_3.pd 

 

‐9‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

with her base skin tones to create the illusion of subsurface and edge‐effect light‐ ing, particularly for very bright areas in the background map.   In  another  demo,  NVIDIA  engineers  created  a  “time  machine”  effect  on  the  image  of  an  old pick‐up truck.  The truck was constructed from painted metal, wood, chrome, and glass.  Un‐ der user control, the truck appeared to age—colors faded, the paint oxidized and developed ran‐ dom surface bubbles, and rust advanced.  The wood faded and cracked, chrome welted and cor‐ roded, and  glass fogged.   The  paint  effects  were  accomplished  with  60 instructions  to  the  pixel  shaders, mixing 11 different textures. 

Shader Languages Demonstrations  by  NVIDIA  and  ATI  showed  what  vertex  and  pixel  programming  could  accomplish.   Nevertheless,  developers were  slow  to  plunge  headlong  into  this  new  technology.   The  key  impediments  were  lack  of  backward  compatibility  and  the  difficulty  of  developing  shader  programs.    The  backward  compatibility  problem  arose  because  the  shader  programs  would not be executed unless the user’s PC had the most recent GPUs installed.  Most users did  not, and would not therefore see the advanced results.  The Dawn demo, for example, would not  even run unless the user had an NVIDIA card of recent vintage.    The second problem—the difficulty of writing shader programs—was tackled in a several  ways.    NVIDIA  developed  a  high  level  language,  Cg,  designed  to  make  it  easier  to  work  with  pixel and vertex shaders.  Microsoft’s DirectX 9 included the definition of a comparable language,  called HLSL (high level shader language).  In addition, a number of firms developed tools for the  development of shaders.  In particular, NVIDIA offered the GUI‐based FX Composer and ATI of‐ fered a suite of development tools called RenderMonkey. 

 

‐10‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

Glossary The following glossary of 3D graphics terms is adapted from the 3D Glossary published on  NVIDIA’s website.     3D  Having or appearing to have width, height, and depth (three‐dimensional).  Accelerated Graphics Port (AGP)   An  industry‐standard  expansion  bus  found  in  most  modern  PCs,  specifically  designed  for  graphics cards. It is a faster alternative to the PCI bus and allows graphics programs to store  large amounts of data temporarily in the computerʹs system memory. The speed at which a  GPU can access and use the information across the AGP bus has a large impact on graphics  performance.  NVIDIAʹs  GPUs  are  fully  optimized  to  take  advantage  the  fastest  AGP  speed  currently available.  Alpha Blending  A graphics processing technique that simulates transparency or translucency for objects in a  3D  scene  to  create  visual  effects  like  smoke,  glass  or  water.  Pixels  in  the  frame  buffer  of  a  graphics system include three color components (red, green and blue) and sometimes an al‐ pha  channel  component  as  well.  The  alpha  channel  data  stores  the  degree  of  transparency,  ranging from opaque to completely clear.  Antialiasing  Any  technique  for  reducing  the  visual  impact  of  aliasing,  or  the  ʺjaggies,ʺ  on  a  computer  graphics system.  Anisotropic Filtering  An advanced texture‐filtering technique that improves image quality for scenes with objects  that extend from the foreground deep into the background. For example, a road that extends  to the horizon will look better with anisotropic filtering.  Application Programming Interface (API)  A standardized programming interface that enables developers to write their applications to  a standard and without specific knowledge of hardware implementations. The benefit is that  a single application can run on a wide range of hardware platforms instead of needing to be  rewritten for each of those hardware platforms. The software driver for the hardware inter‐ cepts  the  API  instructions  and  translates  them  into  specific  instructions  tailored  to  specific  hardware.  APIs  such  as  DirectX  and  OpenGL  can  also  emulate  hardware  functions  in  soft‐ ware to ensure that the application will run even if the hardware platform is missing a de‐ sired feature.  Aspect Ratio  The ratio of the width of the image to its height, expressed as width:height. A standard U.S.  television  screen  or  computer  monitor  has  a  4:3  (pronounced  ʺfour  by  threeʺ)  aspect  ratio.  Some high‐definition television (HDTV) broadcasts are formatted in a 16:9 (1.78:1) aspect ra‐ tio. Most feature films have a 1.85:1 aspect ratio. 

 

‐11‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

Buffer  Memory  dedicated  to  a  specific  function  or  set  of  functions.  For  example:  the  graphics  memory  functions  as  a  frame  buffer,  but  can  also  be  used  as  a  Z  buffer  or  a  video  buffer.  Smaller buffers exist many different places inside a GPU as well and serve as temporary stor‐ age areas for data and instructions.  Bump Mapping  A  shading  technique  using  multiple  textures  and  lighting  effects  to  simulate  wrinkled  or  bumped  surfaces.  Bump mapping is useful  because  it  gives  a 3D  surface  the  appearance  of  roughness and other surface detail, such as dimples on a golf ball, without increasing the ge‐ ometric  complexity.  Some  common  types  of  bump  mapping  are  Emboss  Bump  Mapping,  Dot3  Bump  Mapping,  Environment  Mapped  Bump  Mapping  (EMBM)  and  True,  Reflective  Bump Mapping. Dot3 bump mapping is the most effective technique of the three.  Dynamic Adaptive Speculative Preprocessor (DASP)  DASP applies a patent‐pending, intelligent, pre‐processing technology that stores application  instructions and data before they are needed. This reduces the bottlenecks that occur between  memory and the CPU, and graphics and audio subsystems, thereby boosting overall system  performance.  Digital Vibrance Control (DVC)  Allows the user to adjust color controls digitally to compensate for the lighting conditions of  their  workspace,  in  order  to  achieve  accurate,  bright  colors  in  all  conditions.  Currently  this  feature is not available on Mac systems.  DualDDR Memory Architecture  Second‐generation NVIDIA nForce platforms include this revolutionary memory architecture  consisting of dual‐independent 64‐bit memory controllers for increased memory bandwidth  and lower latency.  Direct 3D® (D3D)  The  3D graphics  portion of  the  Microsoft  ®  DirectX®  API.  Many  application and game  de‐ velopers use this API to write their software. The developers of the software (usually a game)  write  instructions  to  the  Direct3D  and  the  graphics  driver  (a  piece  of  software)  translates  them to the instructions to the Direct3D and the graphics driver (a piece of software) trans‐ lates them to the GPU so they can be rendered on your monitor. Microsoft continues to revise  Direct3D  to  make  it  an  industry  leading  API.  All  of  NVIDIA  GPUs  products  support  Di‐ rect3D.  DirectX®  A hardware abstraction layer API from Microsoft that is integral to the Windows® operating  system. The DirectX standard includes Direct3D, DirectSound, DirectDraw, DirectVideo, Di‐ rectPlay,  and  DirectInput.  Microsoft  continues  to  revise  DirectX  to  make  it  the  industry  standard consumer graphics API. Microsoft even licensed NVIDIA technology for the latest  version, DirectX 8, in order to add programmability to the API. NVIDIAʹs GPUs support Di‐ rectX, and the GeForce3™ GPU is the most complete hardware implementation of DirectX 8. 

 

‐12‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

Double Buffering  A  programming  technique  that  uses  two  frame  buffers  so  the  GPU  can  be  working  on  one  frame while the previous frame is being sent to the computer display. This prevents conflicts  between the display refresh function and the graphics rendering function. See Frame Buffer.  Drivers Software that enables communication between the graphics processor and the rest of  the PC. Software drivers are frequently updated to improve performance, quality, and enable  new features. Be sure to download the latest drivers as they come become available. NVIDIA  is the only graphics company to offer a Unified Driver Architecture (UDA) that works with  all NVIDIA GPUs.  DualNet  Part  of  the  nForce2  Digital  Media  Gateway.  DualNet  is  integrated  support  for  an  NVIDIA  Ethernet  Mac  and  for  a  3Com®  Ethernet  Mac—allowing  a  PC  to  serve  as  a  home  gateway,  managing  traffic  between  two  separate  networks  and  ensuring  rapid  transfer  of  data  from  WAN to LAN without any added arbitration or latency.  Fill Rate  The  speed  at  which  your  graphics  card  can  render  pixels–usually  measured  in  millions  of  pixels per second (Megapixels/sec). GPUs with higher fill rates can display higher resolutions  and more colors at higher frame rates than other chips with lower fill rates. NVIDIA GPUs  have the highest fill rates of all GPU available on the market. See Frames Per Second.  Flat Panel Display  A display device that uses liquid crystal display (LCD) technology instead of a cathode ray  tube  (CRT)  like  most  monitors.  Flat  panels  are  much  thinner  than  CRT  monitors  and  offer  more flexibility for placement on desks or attaching to walls. NVIDIA GPUs support a varie‐ ty of flat panel displays.  Fog  A graphics function that simulates the behavior of actual fog and/or mist. GeForce3™ GPUs  support a variety of advanced fog calculations including layered fog, patchy fog and more.  Frame Buffer  Memory that is dedicated to the graphics processor and used to store rendered pixels before  they are displayed on the monitor.  Frames Per Second (FPS)  The  rate  at  which  the  graphics  processor  renders  new  frames,  or  full  screens  of  pixels.  Benchmarks and games use this metric as a measurement of a GPUʹs performance. A faster  GPU will render more frames per second, making the application more fluid and responsive  to user input.  Frequency  Specifically, the number of times per second that a specific event occurs. As applied to semi‐ conductor devices, frequency most often applies to the clocks that control how fast the device  can operate. Frequency is measured in Hertz (Hz), which means cycles per second. Semicon‐ ductor devices today run with clock speeds of megahertz (MHz), meaning one million cycles  per second, or even gigahertz(GHz).   

‐13‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

Graphics Processing Unit (GPU)  A  high‐performance  3D  processor  that  integrates  the  entire  3D  pipeline  (transformation,  lighting, setup, and rendering). A GPU offloads all 3D calculations from the CPU, freeing the  CPU for other functions such as physics and artificial intelligence.  Graphics Pipeline  The  series  of  functions,  in  logical  order,  that  must  be  performed  to  compute  and  display  computer graphics.  High‐Definition Video Processor (HDVP)  Turns your PC into a fully functional DVD player, and an HDTV player with the purchase of  an additional third‐party decoder.  High‐Resolution Antialiasing (HRAA)  Delivers  fluid  frame  rates  of  60  frames  per  second  or  more  at  high  resolutions,  such  as  1024x768x32  or  higher,  with  full‐scene  antialiasing  (FSAA)  turned  on.  Featuring  the  Quin‐ cunx AA mode, HRAA delivers a high level of detail and performance for all applications.  HyperTransport Technology  A state of the art I/O bus interface, delivering the highest continuous throughput—800MB/s  between the nForce platform processors. Ensures data and information are relayed through  the system as quickly as possible.  High‐Definition Television (HDTV)  A  high‐definition  TV  (HDTV)  signal  that  offers  higher  resolutions  and  a  wider  aspect  ratio  than a traditional TV signal.  I/O  Input/Output. This is a general term to describe any bi‐directional interface on a semiconduc‐ tor device. The higher the I/O speed, the faster information can be exchanged.  Isochronous  Time‐dependent. Processes where data must be delivered within certain time constraints. For  example, multimedia streams require an isochronous transport mechanism to ensure that da‐ ta is delivered as fast as it is displayed and to ensure that the audio is synchronized with the  video. delivered as fast as it is displayed and to ensure that the audio is synchronized with  the video.  Integrated Graphics Processor (IGP)  An  IGP  replaces  the  “Northbridge”  of  traditional  motherboard  architectures.  NVIDIA  IGPs  feature GeForce(TM) MX ‐powered graphics with innovative system and memory enhance‐ ments including DASP to help boost CPU performance, and HyperTransport(TM) technolo‐ gy—a high‐performance I/O bus interface.  Jaggies  A slang term used to describe the stair‐step effect you see along curves and edges in text or  bit mapped graphics. Antialiasing can smooth out jaggies. 

 

‐14‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

Lightspeed Memory Architecture  NVIDIA  memory  bandwidth  optimizations  designed  to  make  complex  scenes  faster.  These  optimizations make full‐scene antialiasing (FSAA) practical for the first time, enabling users  to enjoy high‐resolution antialiasing (HRAA).  Lightspeed Memory Architecture II  LMA II boosts effective memory bandwidth by up to 300%. Radical new technologies includ‐ ing  Z  occlusion  culling,  fast  Z‐clear,  and  auto  pre‐charge  effectively  multiply  the  memory  bandwidth to ensure fluid frame rates for the latest 3D and 2D games and applications.  Lighting  In  3D  graphics,  lighting  is  used  to  calculate  the  degree  to  which  an  object  is  affected  by  a  source. Lighting is used in games to create realistic looking scenes with greater depth instead  of flat looking or cartoonish environments. NVIDIAʹs GeForce3 GPUs are capable of custom  lighting effects through the vertex shader capabilities of the nfiniteFX engine.  Lossless Z ‐Compression  LMA II contains a lossless form of Z‐compression that delivers a 4:1 benefit. Compression is a  crucial technique in saving memory bandwidth for higher performance.  Mipmapping  A technique to improve graphics performance by generating and storing multiple versions of  the original texture image, each with different levels of detail. The graphics processor chooses  a different mipmap based on how large the object is on the screen, so that low‐detail textures  can be used on objects that contain only a few pixels and high‐detail textures can be used on  larger  objects  where  the  user  will  actually  see  the  difference.  This  technique  saves  memory  bandwidth and enhances performance.  Mobile AGP Package (MAP)  Brings the benefits of AGP add‐in cards to notebook computers by fitting multiple graphics  solutions  into  a  package  small  enough  for  thin  and  light  notebooks.  High‐performance  graphics are no longer limited to larger notebooks. MAP also paves the way to faster adop‐ tion of new graphics technologies in current‐generation notebook designs.  Media and Communications Processor (MCP)  Part of the NVIDIA nForce and nForce2 platform processing architectures, the MCP replaces  the “Southbridge” of traditional motherboard architectures. The MCP (including the MCP‐D  and  MCP  delivers  the  most  complete  suite  of  integrated  networking  and  communications  devices including Ethernet, HomePNA 2.0, IEEE‐1394a/FireWire(R) port, and up to six USB  ports. In addition, the integrated audio processing unit (APU) provides support for Dolby(R)  Digital 5.1 encoding.  NVIDIA nForce Platform Processors  The  NVIDIA  nForce  and  NVIDIA  nForce2  platform  processing  architectures  revolutionizes  traditional motherboard architectures and provide new levels of performance and functional‐ ity to the AMD‐based desktop PC market through the IGP, SPP and MCP platform proces‐ sors. 

 

‐15‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

NVIDIA StreamThru Data Transport System  NVIDIA’s patent‐pending isochronous data transport system, providing uninterrupted data  streaming  for  superior  networking  and  broadband  communications.  StreamThru  assists  in  making streaming video and audio smoother and jitter‐free.  NVIDIA nfiniteFX Engine  NVIDIA’s  programmable  Vertex  and  Pixel  Shaders,  and  3D  textures.  The  nfiniteFX  engine  gives  developers  the  freedom  to  program  a  virtually  infinite  number  of  custom  special  ef‐ fects, in order to create true‐to‐life characters and environments.  NVIDIA Shading Rasterizer (NSR)  Brings  natural  material  properties  (smoke,  clouds,  water,  cloth,  plastic,  etc)  to  life  via  ad‐ vanced per‐pixel shading capabilities in a single pass.  nfiniteFX II Engine  The NVIDIA nfiniteFX II engine incorporates dual programmable vertex shaders, faster pixel  shaders and 3D textures‐‐giving developers the freedom to program a virtually infinite num‐ ber of custom special effects to create true‐to‐life characters and environments. nfiniteFX II is  a feature of all GeForce4 Ti GPUs; the GeForce4 4200 Go GPU; and the Quadro4 980, 900, and  750 XGL GPUs.  nView Multi‐Display Technology   The nView hardware and software technology combination delivers maximum flexibility for  multi  display  options,  and  provides  unprecedented  end‐user  control  of  the  desktop  experi‐ ence. NVIDIA  GPUs are enabled  to  support  multi‐displays,  but graphics  cards  vary.  Please  verify multi‐display support in the graphics card before purchasing.  NVIDIA SoundStorm   Combined with the APU, NVIDIA SoundStorm(TM) audio provides Dolby Digital 5.1 encod‐ ing and connections for headphones; front left and right, and rear left and right speakers; a  center channel; and subwoofer connection.  NVIDIA Sceneshare Technology   NVIDIA Sceneshare technology extends the DVD experience by allowing users to bookmark  their favorite movie scenes and easily share them with other NVDVD users. Users can send  sceneshares to their friends via e‐mail or post them for download.  NVIDIA SoundStorm Certification   The  SoundStorm™  Program  ensures  NVIDIA  nForce™2‐based  motherboards  and  turnkey  PC  systems  are  designed  and  produced  to  the  high‐quality  standards  defined  by  NVIDIA  and Dolby Laboratories. This involves passing rigorous tests conducted by NVIDIA and Dol‐ by Laboratories for Laboratories. This involves passing rigorous tests conducted by NVIDIA  and  Dolby  Laboratories for  Dolby®  Digital 5.1  compliance,  connectivity, and availability  to  consumers for the best out audio experience possible.  OpenGL   A  graphics  API  that  was  originally  developed  by  Silicon  Graphics,  Inc.™  (SGI)  for  use  on  professional  graphics  workstations.  OpenGL  subsequently  grew  to  be  the  standard  API  for 

 

‐16‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

CAD and scientific applications and today is popular for consumer applications such as PC  games as well.  Pixel Shaders   Part of the nfiniteFX engine, Pixel Shaders alter lighting and surface effects that replace artifi‐ cial, computerized looks with materials and surfaces that mimic reality.  PowerMizer   Mobile Technology Advanced hardware and software technology specifically designed to ex‐ tend the battery life of notebook PCs. Ensures that users enjoy cinematic quality and perfor‐ mance for extended periods of time.  Per‐Pixel Shading   The ability to calculate lighting effects at the pixel level, greatly increasing the precision and  realism of the scene. With NVIDIAʹs GeForce3 GPU, game developers can now program cus‐ tom per‐pixel effects.  Pixel   Shorthand for ʺpicture element.ʺ A pixel is the smallest element of a graphics display or the  smallest element of a rendered image.  Pixels Per Second   The units used to describe the fill rate of a GPU. It is usually measured in millions of pixels  per second (Megapixels/sec).  Polygon   The building blocks of all 3D objects (usually triangles or rectangles) used to form the surfac‐ es and skeletons of 3D objects.  Programmable   Configurable  with  software  commands.  NVIDIAʹs  nfiniteFX  II  and  nfiniteFX  Engines  are  programmable and can be configured with software to create an infinite variety of special ef‐ fects.  Quincunx Antialiasing   A  patented  antialiasing  technique  enabled  by  the  GeForce3  GPU.  Quincunx  AA  offers  the  quality of the slower 4X AA mode at very near the performance of the faster, 2X AA mode.  Quad Cache   LMA II contains a caching system for primitives, vertices, textures and pixels. These caches  are individually dedicated and optimized for almost instant graphics pipeline access and re‐ use.  RAMDAC   Acronym for random access memory digital to analog converter. A RAMDAC is a functional  unit of a graphics processor that converts the digital data stored in the frame buffer into ana‐ log data that can be sent directly to an analog monitor. 

 

‐17‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

Refresh Rate   The  frequency  at  which  the  electron  guns  in  your  monitor  redraw  the  image,  measured  in  Hertz (Hz) or cycles per second. As an example, a refresh rate of 60 Hz means the screen is  redrawn  60  times  per  second.  Higher  refresh  rates  reduce  or  eliminate  image  ʺflickerʺ  that  can cause eye strain.  Rendering   The process of taking information from a 3D application and displaying it as a final image.  Shadow Buffers   Part  of  the  nfiniteFX  II  and  nfiniteFX  Engines,  shadow  buffers  enable  self  ‐shadowing  for  characters and objects, and soften the edges of shadows for realistic effects, adding depth to  scenes and highlighting spatial relationships between objects.  SSE/SSE3   Intel®  Streaming  SIMD  Extensions  (SSE)  and  SSE2  are  sets  of  instructions  for  accelerating  multimedia applications. SSE is found on Intel Pentium® III processors; SSE2 is Intelʹs new  instruction set supported on Intel Pentium® 4 processors. Some of the benefits of SSE/SSE2  include rendering higher quality images, high quality audio, MPEG2 video, and simultane‐ ous  MPEG2  encoding  and  decoding,  and  reduced  CPU  utilization  for  speech  recognition.  NVIDIAʹs GPUs are fully optimized to take advantage of SSE and SSE2 instruction sets.  Stencil Buffer   The  section  of  the  graphics  memory  that  stores  the stencil  data. Stencil  data  can  be  used  to  mask pixels for a variety of reasons, such as stippling patterns for lines, simple shadows and  more.  System Platform Processor   (SPP) Part of the NVIDIA nForce and nForce2 platform processing architectures, the SPP re‐ places the “Northbridge” of traditional motherboard architectures. The SPP offers the same  features  as  the  nForce  IGP,  with  the  flexibility  of  an  add‐in  card  graphics  solution—so  you  can always upgrade to the latest, NVIDIA‐based, high‐performance graphics card. The SPP  features an external AGP 8X or 4X bus for the ultimate in graphics upgradeability.  TwinBank   Memory Architecture The first‐generation nForce memory architecture. TwinBank allows the  CPU, and the graphics and audio sub‐systems simultaneous access to the system’s memory  bandwidth, guaranteeing continuous access for all applications, all the time.  TwinView   Dual  ‐Display  Architecture  NVIDIA’s  multiple  display  technology.  TwinView  boosts  productivity  by  enabling  the  user  to  have  two  simultaneous  displays  without  a  second  graphics  board.  NVIDIA  GPUs  are  enabled  to  support  multi‐displays,  but  graphics  cards  vary. Please varify multi‐display support in the graphics card before purchasing.  Transform & Lighting (T&L)   Two separate engines on the GPU that provide for a powerful, balanced PC platform and en‐ able extremely high polygon count scenes. Transform performance determines how complex 

 

‐18‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

objects can be and how many can appear in a scene without sacrificing frame rate. Lighting  techniques  add  to  a  sceneʹs  realism  by  changing  the  appearance  of  objects  based  on  light  sources.  Texel   The smallest unit of a texture map, similar to pixels being the smallest unit of a rendered im‐ age.  Texture   An image file (such as a bitmap or a GIF) that is used to add complex patterns to the surfaces  of objects in a 3D scene.  Texture Compression   Compressing  larger  textures  to  smaller  ones  in  order  to  conserve  memory.  This  can  make  games run faster as well as allow more textures to be used per scene, adding richness and de‐ tail  to  the  3D  environment.  NVIDIA  GPUs  support  DirectX  and S3TC  texture  compression,  making NVIDIA the only company to offer complete support for texture compression on all  industry standard APIs.  Texture Mapping   The process of applying a texture to the surface of 3D models to simulate walls, sky, etc. Tex‐ ture mapping enables developers to add more realism to their models.  Triangles Per Second   The rate at which a GPU processes triangles. It is a common industry metric for describing  performance.  The  higher  the  number  of  triangles  per  second,  the  faster  the  GPU.  The  Ge‐ Force3  GPU  delivers  the  highest  triangles  per  second  rate  of  any  GPU.  Triple  Buffering  A  step beyond double buffering that uses an additional back buffer to process the next image,  resulting in  smoother  animation. With  triple  buffering,  the  GPU can  start  rendering  a  third  frame  while  the  first  frame  is  being  displayed  and  the  second  frame  is  waiting  to  be  dis‐ played.   Triple buffering helps to insure that the GPU is never idle because it is waiting for rendered  frames to be sent to the monitor.  Unified Driver Architecture (UDA)   Part  of  the  NVIDIA  Forceware  unified  software  environment  (USE).  The  NVIDIA  UDA  guarantees forward and backward compatibility with software drivers. Simplifies upgrading  to a new NVIDIA product because all NVIDIA products work with the same driver software.  USB 2.0   A standard plug and play interface providing easy‐to‐use connectivity for USB devices.  Vertex Shaders   Part  of  the  nfiniteFX  engine,  Vertex  Shaders  are  used  to  breathe  life  and  personality  into  characters  and  environments.  For  example,  through  vertex  shading  developers  can  create  true life dimples or wrinkles that appear when a character smiles. Video Processing Engine  (VPE) Integrated high‐definition Video Processing Engine delivers the highest quality DVD, 

 

‐19‐ 

 

 

Note on 3D Graphics Technology 

video, and display output available in the market today. Integrated hardware MPEG2 decod‐ er reduces CPU utilization for DVD playback to provide a longer viewing experience.  Z‐Buffer   The area of the graphics memory used to store the Z or depth information about rendered ob‐ jects. The Z ‐buffer value of a pixel is used to determine if it is behind or in front of another  pixel. Z calculations prevent background objects from overwriting foreground objects in the  frame buffer.  Z‐Correct Bump Mapping   The nfiniteFX II engine is capable of making intersecting bump‐mapped polygons look realis‐ tic  and  accurate.  This  is  especially  important  in  scenes  where  water  and  land  interact  with  each other.  .     

 

‐20‐