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CAD/CAM應用為什么選擇Quadro專業圖卡?

時間:2011-02-27 09:47:25 來源:

         長久以來,基于不同的客戶群體和需求定位,顯示卡市場就有工作站顯卡和消費娛樂顯卡之分,兩者既相互關聯,又涇渭分明。關聯者,兩者都是計算機強大圖形顯示能力的有效保證,且就Quadro FX與GeForce而言,均由同一廠商NVIDIA提供,在芯片研發方面相互借鑒關聯;分明者,兩者針對不同用戶,消費娛樂顯卡針對消費娛樂市場,提供對游戲、影音、商用圖形的支持,而工作站顯卡則針對專業圖形設計用戶,而且工作站顯卡顧名思義是安裝在圖形工作站平臺內的。用戶定位不同,導致工作站顯卡和消費娛樂顯卡在品質精度、軟件驅動和價格等方面有著較大的差別。

  作為專業圖形解決方案供應商,NVIDIA同時提供Quadro FX專業顯卡家族和GeForce娛樂顯卡系列,盡管系出一門,但Quadro FX和GeForce有著本質的區別。對于機械設計、建筑設計、工業設計和影視動畫后期制作等領域的專業人士而言,NVIDIA提供的Quadro FX專業顯卡才是正確的選擇。為什么呢?下文我們將給出答案。

  區別1:點線硬件抗鋸齒功能區別2:OpenGL硬件邏輯操作

  區別3:重疊圖形處理區別4:硬件加速的圖形剖切

  區別5:動態顯存管理和UMA區別6:雙面光源處理

  區別7:專業軟件認證和優化區別8:壽命周期和技術支持

  區別9:專業平臺下的性能差距

  區別1:點線硬件抗鋸齒功能

  在CAD軟件中,模型一般是以精確的數學方程進行描述,在顯示的時候則轉換成相應的幾何數據送入GPU進行顯示的處理。線框模式是CAD的設計者經常使用的一種顯示模式,因為采用線框模式進行顯示可以對特定的面或者線進行準確地選操作擇并且設計者也容易看清整個模型的結構。顯示器顯示圖形時必須以像素形式。因此,模型的線框以像素形式近似地顯示就會出現精度降低的問題,表現在屏幕上就是線條和曲面、實體的邊緣線框不光滑,鋸齒現象非常明顯。對于規模龐大且精細的CAD線條圖形而言,鋸齒對顯示效果的影響是很明顯的,甚至會看不清具體的結構。Quadro FX專業顯卡對線框的顯示具備矢量點線硬件抗鋸齒功能,在數據量大幅度增加的情況下,減輕甚至消除了鋸齒問題,從而提高了圖形的顯示質量。

  對于GeForce顯卡的用戶而言,線框圖的精確顯示顯然并不重要,因為沒有游戲會在線框的顯示模式中運行,因此,GeForce不對點線進行抗鋸齒處理。

  圖1是Quadro FX 1700和GeForce 8800GT不同平臺下,Autodesk Inventor 2008中同一個設計模型設計展開圖細節顯示效果,左圖Quadro FX 1700平臺的圖面非常清晰,線條明朗平滑,而右側GeForce 8800GT平臺的圖面則明顯發虛,線條有明顯的鋸齒現象。 

     

 

  圖1 在Autodesk Inventor 2008在Quadro FX 1700和GeForce 8800GT上的細節表現

  區別2:OpenGL硬件邏輯操作

  CAD圖形設計過程是人機交互的過程,設計人員經常需要對三維圖形中特定的點、線、面進行拾取,以執行特定的操作。比較典型的操作過程是:選取操作對象,旋轉、局部放大或平移,執行后續操作,這一過程完全是用戶和計算機圖形的精確交互。被拾取的部分圖形必須準確地得到突出顯示,如變成不同的顏色或變得具有透視效果,這種圖形的交互式邏輯操作需要顯卡的硬件支持,而這就是Quadro FX的OpenGL硬件邏輯操作功能,而這一功能需要顯卡硬件對OpenGL的完美支持。對于GeForce顯卡的用戶而言,游戲過程中并不需要精確的圖形交互(在三維圖形環境下的直接、頻繁交互),因此,這種矢量圖形的硬件邏輯操作也是GeForce顯卡所不提供的。沒有硬件邏輯操作功能的GeForce顯卡在CAD軟件下,將此部分操作轉交給了軟件系統,增加了系統的負擔。

  

 

  圖2 在Solidworks中拾取模型特定元素

  區別3:重疊圖形處理

  正如上文所講,CAD圖形交互過程中,用戶需要不斷與軟件系統對話,將設計參數、功能參數等數據提供給計算機,計算機也要將處理結果反饋給用戶,因此,在三維圖形界面下必須不斷彈出交互窗口,這些窗口往往與三維模型的場景重疊。你是否想過:重疊部分的三維模型不用顯示,這部分數據如何處理?當用戶移走上層窗口,被遮擋部分的模型能否及時地復現在顯示屏上?新近被遮擋的模型能否及時地被移過來的窗口所覆蓋?這些問題是計算機交互式圖形處理系統所必須考慮到的,而Quadro FX通過硬件楨緩存的形式智能地執行這些操作,被遮擋的像素數據將進入硬件緩存,當窗口移走,再從緩存中回讀像素數據,復現在屏幕上。

  Quadro FX支持的硬件楨緩存和像素回讀功能非常強大,對于CAD軟件中的重疊圖形處理非常有效,而GeForce對此的支持則非常有限,要通過軟件系統進行額外的運算來完成。很多GeForce用戶有這樣的感受,在CAD軟件下當彈出窗口較多時,系統的反應開始遲鈍,一些窗口移動后,被遮擋的模型不能及時地復現,需要等待一段時間;彈出菜單本該遮擋下面的圖形,但是正相反,下面的圖形遮擋了菜單……這些都是GeForce這樣的娛樂顯卡不能很好的處理重疊圖形問題所造成的。

  

 

  圖3 在CATIA這類CAD/CAM程序復雜的界面下要頻繁在模型環境內彈出菜單,

  有Quadro FX的支持不會影響模型的快速實時復顯

  區別4:硬件加速的圖形剖切

  三維設計軟件的好處之一就是直觀和產品結構的可見性好,對于結構復雜的三維實體我們經常需要進行剖切操作,以“窺視”產品的內部結構或部件之間的連接關系,而且剖面也是工程圖形語言中必不可少的表述方式之一。Quadro FX的硬件架構能對剖切操作進行加速,提高操作效率,改善應用體驗。越是復雜的模型這種硬件加速就越能體現其優勢,讓操作者體會“庖丁解牛”的快感。而三維游戲基本是用不上剖切操作的,用戶在三維游戲中看到栩栩如生的“魔獸”,只會感到緊張和刺激,卻絕不會關心“魔獸”的內部結構,因此,面向消費娛樂群體的GeForce就沒必要去支持硬件級別的圖形剖切加速。

  

 

  圖4 在Solidworks環境下的剖切操作有了Quadro FX的支持流暢自如

  區別5:動態顯存管理和UMA

  針對專業圖形的Quadro FX顯卡具備更為科學的顯存管理機制,當進行大型CAD圖形設計時,顯卡會智能地分配管理顯存,首先保證CAD軟件需要,首先保證當前模型、當前視圖的需要,以保證正在進行的工作流暢運行。而GeForce用戶基本不涉及這個問題,因此也不提供類似的顯存管理功能。其結果是,使用GeForce運行大型三維圖形設計時,256MB顯存的實際效果與同樣Quadro FX 256MB顯存的效果相差巨大,且同時運行多個模型時GeForce的運行效率大幅度降低。而且,Quadro FX支持UMA(統一顯存構架)技術,將禎、材質和矢量數據統一存放在顯存中,并根據應用需要動態調整資源,提高了數據傳輸和顯存利用的效率,對進行復雜外觀、場景設計的CAD和DCC用戶而言,UMA所帶來的效果非常明顯。

  區別6:雙面光源處理

  在計算機中顯示三維模型需要通過三角形或多邊性的面片,這些面片組成了多姿多彩的三維世界。而為了得到真實感的三維模型,必須考慮光源問題,必須通過計算機模擬自然界光源的反射、散射等效果。Quadro FX支持雙面光源處理,保證了當CAD用戶旋轉不封閉曲面,或剖切封閉的空間時,三維模型的另一面或內表面同樣得到很好的光源處理,從而得到內外兼具真實感的完整三維模型。GeForce用戶并不需要雙面光源處理,因為在游戲場景中的三維物體僅僅需要處理對外顯示的面,而物體的內側不需要顯示,因而不需要額外花費資源進行處理。這是三維CAD和三維游戲的需求明顯不同,因此,Quadro FX和GeForce在處理這一問題時所采用的方式也明顯不同。

 

  圖5 是否支持雙面光源在三維軟件里區別非常明顯

  區別7:專業軟件認證和優化

  為了保證在各種CAD/DCC專業軟件中獲得最佳表現,Quadro FX全系列顯卡都額外進行一項工作:專業軟件認證。NVIDIA和大量的專業軟件廠商合作,包括Autodesk、PTC、DASSAULT SYSTEMES、Solidworks、Simense PLM等主流廠商,在Quadro FX的設計、檢測階段保證其在專業軟件中的良好、穩定表現。在Quadro FX顯卡的驅動程序中,專門針對不同的專業應用進行了優化調整,用戶選擇相應的優化方案后效能可以得到不同程度的改善。而這些工作是不會在GeForce顯卡系列上進行的,理由很簡單,成本會大幅度提升,而游戲娛樂用戶也不需要。

  

 

  圖6 GeForce 8800GTX在AutoCAD下顯示其驅動沒有經過Autodesk公司的官方認證,

  因此無法獲得最佳運行效果,也無法打開一些專業圖形特效

  

 

  圖7 Quadro FX 1700等顯卡的驅動程序為常見的三維CAD/CAM和DCC程序進行了認證優化

  區別8:壽命周期和技術支持

  工作站計算機產品的更新周期不低于18個月,而家用娛樂計算機產品的更新周期不會超過12個月。換句話說:一片Quadro FX顯卡在用戶那里即使連續服役超過1年半,也能應付專業工作的需要;一片GeForce顯卡如果到了一年還不下崗,用戶恐怕無法享受市面上新的游戲了。兩者壽命周期的不同也導致了服務期限的不同,Quadro FX的客戶服務長達3年之久,而服務范疇除了硬件方面的問題外,還包括專業軟件和硬件平臺之間的兼容性問題。GeForce顯卡的服務大多不超過6個月,有些廠商也宣稱三年,但使用超過1年的GeForce顯卡誰還會關心服務呢?直接購買新上市的產品顯然更劃算。

 

  造成技術支持和品質差異的另一個直接原因是Quadro FX和GeForce的制造和銷售模式完全不同。市場上所有的Quadro FX都是NVIDIA原廠設計和制造的,銷售商僅僅是貼牌,因此可以說所有Quadro FX顯卡均保持了穩定的品質和一致的服務。而GeForce則不同,NVIDIA僅提供GPU和公板設計,其制造、銷售乃至服務完全由各個顯卡廠商自行負責,因此,GeForce顯卡的品質完全取決于顯卡制造商的質量控制和制造工藝 水平,而長期的服務也不是普通顯卡制造商有能力提供的。因此,希望獲得穩定品質和持續支持的專業圖形用戶自然會選擇Quadro FX系列專業顯卡。

  區別9:專業平臺下的性能差距

  讓我們看看Quadro FX顯卡和GeForce顯卡在專業圖形系統下的性能到底有多大差距吧。我們采用通用的SPEC Viewperf來進行測試,請看下面的表格。

  表1 Quadro FX570與GeForce 8800GT的SPEC Viewperf分值對比  

  測試平臺的其他配件都是一樣的,僅僅顯卡不同(驅動程序不同,均關閉垂直同步)。Quadro FX570僅僅是入門級別的專業顯卡,而GeForce 8800GT則是高端娛樂顯卡,相比之下,8800GT的專業圖形性能最高不到Quadro FX570的60%,最低只有Quadro FX570的14%。

  通過上文,各位應該對Quadro FX相比GeForce的獨特性有所了解了吧。很明顯,針對三維CAD/CAM和DCC應用的Quadro FX工作站顯卡不能僅用頻率、帶寬這類的硬指標去衡量,其“內藏錦繡”保證了專業三維圖形應用的流暢運行,并支持系統實現特殊的專業圖形效果。