A cosa serve una scheda grafica per giocare?

Una scheda grafica è un componente hardware, in parole povere un dispositivo elettronico, che si occupa di elaborare le immagini che vengono visualizzate sullo schermo di un computer, una console o un dispositivo mobile. In particolare, quando si gioca ai videogiochi, la scheda grafica è fondamentale perché si occupa di renderizzare in tempo reale gli oggetti e gli ambienti del gioco. Per capire a cosa serve una scheda grafica dobbiamo prima avere ben chiaro il concetto di rendering.

Cos’è il rendering?

Il rendering è il processo di creazione di un’immagine bidimensionale o tridimensionale a partire da informazioni matematiche e geometriche. Nel caso dei videogames questo può includere la visualizzazione degli oggetti, l’aggiunta di texture, la simulazione di effetti di luce e ombra, e altri effetti speciali.

Il rendering può essere fatto in tempo reale, come nel caso dei videogiochi, dove la scheda grafica deve creare immagini velocemente, al ritmo del gameplay, oppure in modo non interattivo, come nel caso di film d’animazione o di effetti visivi, dove il tempo di rendering di un singolo fotogramma può richiedere diverse ore o giorni.

La velocità di rendering è espressa in fps, frames per second. Nei videogiochi, per avere una fluidità accettabile, il rendering deve generare molti fotogrammi al secondo. Questo perchè mentre il giocatore interagisce col gioco stesso il rendering deve “reagire” alle azioni fatte in tempo reale, immediatamente.

Nel caso degli effetti speciali invece, poichè quel che si vede a schermo è prestabilito e non variabile, il rendering avrà a disposizione molto più tempo. I singoli fotogrammi del film, dopo l’elaborazione, verranno “messi da parte” e, magari mesi dopo, un proiettore si occuperà di farli vedere in sequenza alla giusta velocità.

Di seguito vediamo alcuni passaggi, non tutti, necessari a generare un singolo fotogramma del gioco GTA (il processo di rendering di GTA richiede almeno 3 volte i passaggi visualizzati nella figura).

Il rendering richiede molta potenza di elaborazione e, a seconda della complessità della scena o dell’immagine da renderizzare, può richiedere una notevole quantità di memoria e di risorse computazionali. Per questo motivo, le schede grafiche dedicate sono fondamentali per creare immagini di alta qualità in modo efficiente e veloce.

In sintesi, il rendering è il processo di creazione di immagini a partire da dati grezzi, utilizzando complessi algoritmi matematici. La scheda grafica è fondamentale per effettuare il rendering di immagini complesse, come quelle utilizzate nei videogiochi o nei film d’animazione, in modo rapido ed efficiente.

Cosa fa una scheda grafica?

Il rendering dei giochi moderni richiede una grande quantità di potenza di elaborazione per poter visualizzare grafiche ad alta risoluzione, texture dettagliate ed altri effetti. Una scheda grafica dedicata, con il suo processore grafico (GPU o Graphic Processing Unit), è in grado di svolgere questo compito in modo più efficiente rispetto alla CPU (Central Processing Unit) del computer, che è progettata per svolgere molte altre attività in modi differenti.

Mentre una CPU, il cervello del vostro computer è in grado di gestire tutte le operazioni necessarie al funzionamento del computer o del dispositivo nella sua interezza, la GPU si può dire che sappia svolgere meno mansioni, ma molto più velocemente.

Inoltre, una scheda grafica può gestire un gran numero di calcoli in parallelo, il che significa che può elaborare più informazioni contemporaneamente, aumentando la velocità di elaborazione. Questa capacità di elaborazione parallela è importante quando si gioca ai videogames poichè in una frazione di secondo deve essere gestita una mole enorme di parametri che influiscono su cosa vedremo a schermo.

Infine, una scheda grafica ha una propria memoria video dedicata, che consente di immagazzinare e gestire le informazioni grafiche in modo rapido e indipendente dalla memoria principale del computer.

Il percorso che fanno solitamente i dati per diventare un’immagine a video prevede i seguenti step, utilizziamo un esempio di un cubo di pietra 3D che ruota sullo schermo.

1. La “formula matematica” del cubo viene presa dalla memoria del computer ed inviata alla scheda video.
2. L’immagine della pietra che deve essere usata per il cubo viene presa dalla memoria del computer ed inviata alla scheda video.
3. La posizione nello spazio e la rotazione del cubo viene inviata alla scheda video
4. La scheda video ha tutte le informazioni che servono a “disegnare” il nostro cubo nella sua posizione attuale.

Se la scheda video non avesse una sua memoria interna dovremmo ripetere i passaggi 1 e 2 per tutti i fotogrammi. Grazie all’introduzione della memoria sulle schede video possiamo eseguire il punto 1 e 2 una sola volta e poi semplicemente eseguire esclusivamente i punti 3 e 4 per ogni fotogramma.

Ciò significa che la GPU può accedere rapidamente alle informazioni grafiche di cui ha bisogno per visualizzare gli elementi del gioco senza farsele inviare dalla memoria del computer ad ogni fotogramma, risparmiando così una enorme mole di tempo.

In sintesi, una scheda grafica dedicata è importante per i videogiochi perché consente di visualizzare grafiche ad alta risoluzione, texture dettagliate e di elaborare informazioni grafiche in modo rapido ed efficiente, migliorando l’esperienza di gioco complessiva.

Oltre l’estetica!

Come nota a fondo pagina va aggiunto che, con l’evolversi della miniaturizzazione e la capacità di calcolo delle GPU, è diventato comune affidare alle schede grafiche altri compiti coltre a quelli prettamente visivi.

Le primissime schede grafiche erano in grado esclusivamente di disegnare delle matematiche a schermo, le schede grafiche più moderne hanno la possibilità di svolgere mansioni differenti come gestire la fisica di un gioco (come rimbalza quell’oggetto fatto così contro quell’altro fatto cosà? come reagisce alla gravità il nostro personaggio che sta cadendo nel vuoto?)

Va anche detto che questa caratteristica delle schede grafiche di essere “stupide, ma incredibilmente veloci” gli ha permesso di accaparrarsi il predominio in ambiti informatici che erano prima appannaggio delle CPU.

Pensiamo alle intelligenze artificiali, che per essere addestrate devono macinare miliardi e miliardi di calcoli. Se una CPU può occuparsi di preparare i dati in modo più semplice, quando arriva il momento di fare i calcoli, il lavoro viene affidato ad una o più GPU.