Постфильтр что это такое
Нужен ли минерализатор для обратного осмоса?
Нужен или нет минерализатор для обратного осмоса?
Существует 4 вида питьевой воды:
1) Чистая от солей и минералов природная вода (ледники и горные реки).
2) Чистая от солей и минералов вода, полученная дома с помощью системы обратного осмоса.
3) Вода, очищенная обратным осмосом и затем искусственно минерализованная (некоторые виды бутилированной воды).
4) Вода высокой минерализации из природных источников. Этот тип воды мы рассматривать не будем, т.к. данная вода в основном принимается в лечебных целях по назначению врача.
Существует мнение, что питьевая вода без солей и минералов вредна для здоровья, т.к она «вымывает» из организма кальций и другие минералы. Некоторые ее даже называют «мертвой» водой. Поэтому многие производители выпускают модели систем обратного осмоса, в составе которых есть картридж-минерализатор. В его задачу входит обогатить очищенную воду солями и повысить уровень pH. Картридж-минерализатор ставится вместо или вместе со стандартным угольным постфильтром. Таким образом, минерализатор является 5-й ступенью в фильтре обратного осмоса и, так же как и стандартный угольный постфильтр In-Line, устанавливается непосредственно перед краном чистой воды.
.jpg "Mineralizators 1(1)")
Что такое минерализатор?
.jpg "Mineralizators 3(1)")
.jpg "Mineralizators 2(1)")
В H2OExpert провели эксперимент по эффективности картриджа минерализатора Pentek производства Pentair Water (USA). Картридж был установлен в систему обратного осмоса Hidrotek RO400. Производились замеры TDS (ppm) и уровня кислотности pH. Измерения проводили 2-я способами и в разный период времени:
1) Новый картридж-минерализатор. Воду наливали в стакан сразу после открытия краника.
2) Новый картридж-минерализатор. Сливали воду около 1 минуты и затем наливали в стакан.
3) Картридж-минерализатор спустя 3 месяца эксплуатации. Сливали воду около 1 минуты и затем наливали в стакан.
1) Минерализатор (сразу после открытия краника)
2) Минерализатор (после слива в течение 1 минуты)
3) Минерализатор спустя 3 месяца эксплуатации (после слива в течение 1 минуты)
Нужен ли минерализатор в системе обратного осмоса?
На очистку любой выпитой жидкости наше тело тратит большие ресурсы, выступая в качестве фильтра, отделяя все загрязнения. Далее организм выводит лишние соли через почки, растворяя их чистой водой. Стоит ли перегружать наш организм задачей очистки воды или лучше дать ему мягкую, чистую питьевую воду, которая не будет тратить ресурсы организма и в короткие сроки станет частью метаболизма? Ответ очевиден.
Подведем итоги о пользе минерализатора воды.
Какую бы Вы систему не выбрали, мы смело можем утверждать, что в H2OExpert Вы найдете самый широкий выбор моделей и производителей и получите полную и грамотную консультацию по телефону 8(495)409-72-17.
Если вы решили купить систему без минерализатора, переходите в КАТАЛОГ и с помощью удобного подбора по параметрам, Вы без труда подберете нужную модель фильтра.
Если Вам понравилась статья, поделитесь ей в Соцсети, нажав на иконку внизу и получите цифровой TDS-тестер воды в ПОДАРОК!*
© В соответствии со ст. 1270 ГК РФ полное или частичное копирование статьи или републикация запрещены без согласования с ее автором
Системы очистки воды на основе обратного осмоса
На сегодняшний день фильтры обратного осмоса набирают популярность. Люди все больше привыкают доверять только себе, поэтому забота о жидкости, которая на 70% составляет наш организм – вполне оправданное решение. Но, сталкиваясь с системами очистки воды методом обратного осмоса, возникает целый ряд вопросов.
Что такое обратный осмос?
Первый, и вполне логичный вопрос, касается собственно технологии. Осмос – это естественное явление, которое позволяет регулировать содержание жидкостей. Если разделить чистую H₂O и водный раствор специальной мембраной (которая пропускает только молекулы двуокиси водорода), то начнется выравнивание химического потенциала жидкостей. При этом концентрированный раствор начнет «затягивать» в себя чистую воду в прямом смысле слова, уменьшая ее объем (правило соединенных сосудов здесь не действует). Остановить такой процесс можно, приложив силу, которая называется осмотическим давлением.
Если же такую силу превысить, процесс пойдет в обратном направлении – через мембрану будет просачиваться чистая вода из раствора. По сути – это продавливание воды через специальный барьер с очень маленькими отверстиями. Это стало возможным после исследования размера молекулы H₂O (которая значительно меньше вирусов, бактерий, органических и неорганических соединений, металлов и окислителей), за счет чего другие составляющие воды не проходят сквозь полупроницаемую мембрану. Поэтому бояться названия и технологии не нужно – это скрупулезно продуманный, но понятный фильтр.
Как устроена установка обратного осмоса?
Все системы такого вида фильтрации устроены одинаковым образом и имеют следующие составляющие:
Обычно системы работают в диапазоне от 2 до 6 бар, поэтому если существуют перебои или источник воды не попадает в данный диапазон давления – требуется использование редуктора (для понижения) или помпы (для повышения). Предварительные фильтры готовят смесь к продавливанию и в основном удаляют агрессивные (по отношению к мембране) вещества. Далее насос создает необходимое давление, чтобы явление обратного осмоса смогло протекать, а мембрана пропускает только чистую H₂O. Постфильтр обычно выполняет дополнительные функции – убирает запах, появившиеся газы и корректирует вкус.
Поскольку процесс не слишком быстрый (менее 1 л в минуту для бюджетных установок), довольно часто комплектуется накопительным баком около 10 литров. Обычно этого хватает для бытовых нужд и экономит время. Нередко пользуются и дополнительным функционалом: ультрафиолетовыми облучателями (дополнительное обеззараживание воды), минерализаторами (насыщают воду необходимыми полезными микроэлементами) и структуризаторами (очищают воду от «плохой» информации и делают ее более благоприятной для организма). С механическими элементами все также довольно понятно.
Зачем нужны пре- и постфильтры?
Использование только мембраны и необходимого давления делало бы систему необоснованно дорогой. Крупнодисперсные соединения, металлы и хлор очень быстро бы забивали и выводили специальное «сито» (самый дорогой элемент установки) из строя. Поэтому, первой составляющей любой установки является ряд предыдущих фильтров, которые уменьшают нагрузку на мембрану и выполняют начальную очистку значительно дешевле.
Как правило, это комбинация угольных, керамических или полипропиленовых фильтров. Первый может быть как гранулированного, так и прессованного типа, очищает воду от хлора (агрессивный окислитель, крайне вреден для мембраны) и металлов. Керамические и полипропиленовые фильтры имеют разный размер отверстий (единицы мкм) и выполняют очистку от ила, ржавчины и других «больших» составляющих жидкости. Часто подбор предыдущих фильтров происходит на основе анализа воды – это позволяет использовать оптимальную комбинацию с точки зрения экономии и максимальной эффективности.
Постфильтр ставят перед подачей воды и его значение не менее важное. Прессованный уголь (чаще с кокосовой кожуры) выполняет последние корректировки воды: убирает газы, удаляет неприятный запах и корректирует вкус. Если через мембрану сумели просочиться определенные вредные элементы (вероятность несколько процентов), то и они задерживаются данным фильтром.
Дополнительные опции
В первую очередь нужно выделить минерализатор, как дополнительную функцию. Не секрет, что фильтр обратного осмоса убирает из воды и полезные минералы также, поэтому использование данного приспособления вполне оправдано. H₂O, насыщенная в нужном количестве такими элементами как Ca, Mg, Na, K и другими, придает воде еще и приятный запах и привкус. Иногда минерализатор идет как одно целое с пост фильтром, тем самым упрощает его установку и даже корректирует кислотный уровень – более щелочной уровень pH полезнее для организма.
Для гурманов не существует порога совершенства. Поэтому некоторые пользователи при покупке современной системы отдают предпочтение максимальному «тюнингу». Очищенную воду можно дополнительно стерилизовать от бактерий и вирусов ультрафиолетом, которые имеют крошечный шанс оказаться после прохождения мембраны. Такой ход все же имеет практическое значение при редком пользовании установкой и наличием накопительного бака, где и могут развиваться пагубные организмы.
Вишенкой на торте может быть структуризатор воды. Если верить теории о информационной составляющей воды (структурированная вода таки дольше сохраняется), то и такой девайс пригодится. Он очищает водопроводную жидкость от плохой информации (а какая еще может быть в ржавых трубах или с примесями пестицидов?), структурирует ее и максимально приближает к чистым природным образцам.
«Защита от протечек» и промывка мембраны
В дешевых системах используется четырех ходовой клапан или авторегулятор. Он руководит давлением и направлением потока воды в установке – выполняет наиболее «интеллектуальную» функцию. Именно благодаря данному устройству поддерживается необходимое давление для работы мембраны, ее промывка, регулируется наполнение бачка и подача воды через кран. Нередко авторегуляторы выходят из строя, что может привести к:
Использование современных шведских систем Bluewater нивелирует все эти недостатки. Там используется электромагнитный клапан, который значительно надежнее. Его включение происходит периодически, тем самым оптимизируется объем и эффективность очистки полупроницаемого фильтра. Отсутствие накопительного бака также уменьшает варианты возможных поломок. Обычно такие установки поставляются в закрытом корпусе, где на дне установлен чувствительный к воде датчик – при попадании на него жидкости он перекрывает подачу воды на вход системы. При проживании на этаже, который выше первого, может предотвратить непредсказуемые расходы на ремонт соседских помещений ниже.
Особенности накопительных баков
Демократические (по цене) установки часто имеют в своем составе накопительные бачки, ведь производительность работы бюджетных систем не превышает 1 л/мин. Даже на бытовом уровне этого может быть недостаточно, если пользователь желает наполнить чайник или кастрюлю. Установка резервуара решает эту проблему, ведь емкости от 8 до 15 литров вполне достаточно для ежедневных периодических потребностей. А система наполнит бачок незаметно. Обычно, два человека спокойно «обслуживает» 8 литровый накопитель.
При выборе установки следует обратить внимание на качество бака. Это должен быть исключительно чистый материал (далеко не все виды пластмасс и металлов), ведь вода в нем может находиться в течение значительного срока и просто необходимо исключить возможность взаимодействия очищенной жидкости с материалом емкости. Да и не стоит забывать о надежности, ведь в случае поломок именно бачок может нанести больше вреда соседям за счет «мгновенного» объема.
Альтернативой накопительному баку может стать проточная система. Она использует более мощный насос и мембрану по выносливее (важнейшие элементы установки) для увеличения пропускной способности, поэтому цена довольно контрастная в сторону подорожания. Но она исключает «застой» воды, как следствие у бактерий шансов на размножение не остается – можно спокойно пренебречь, например, УФ облучателем.
Система обратного осмоса Ecowater
Чем отличаются дешевые фильтры для воды от дорогих систем?
По мере роста стоимости можно рассчитывать на улучшение следующих критериев:
Следует помнить, что даже самая дешевая (в пределах разумного) установка значительно повысит качество воды.
Уход за системой
Забитые картриджи фильтра для воды через 3 месяца, после использования
Как и любое устройство, системы обратного осмоса способны выходить из строя, даже самые дорогие. Вероятность очень мала, но она существует. Стоит это всегда помнить.
Уход за установкой стоит начать с правильного монтажа. Это исключит механические повреждения узлов и соединений, которые наиболее уязвимы (перегибы, трещины и неправильный зажим). Еще раньше нужно грамотно учесть особенности давления подачи воды (перебои и скачки), ведь это может вывести из строя почти все элементы устройства. Прозрачные колбы фильтров помогают визуально оценить степень их готовности к работе, поэтому иногда стоит поглядывать на установку.
Если используется накопительный бак, нужно давать ему работать (даже если вода не нужна, раз в несколько дней надо сливать ее), чтобы избежать «застоя». Не рекомендуется нагружать установки, которые не рассчитаны для этого (за один раз забирать объем больше размеры бака – пусть жидкость постепенно наберется и насос получит «отдых»). И хотя ничего страшного не произойдет, но это убережет время и нервы пользователя от утомительного наблюдения за тоненькой струйкой.
Нужно всегда помнить дату замены элементов установки, ведь это влияет как на скорость работы системы, так и на качество готового продукта употребления. Ориентироваться можно на следующие сроки годности:
В случае возникновения непонятных шумов (насос работает рывками или не выключается, идет постоянный слив воды в дренаж) или визуальных дефектов (протечки, образование трещин, подозрительный цвет жидкости в колбе) нужно обязательно разобраться с источником проблемы. Обычно, «незначительные» и не срочные повадки довольно быстро становятся основой масштабных проблем. И хотя высшей математикой при монтаже системы и не пахнет, если не уверен в собственных силах – лучше доверить дело компетентным людям.
Значительно упрощается уход за системой в случае использования исключительно качественных узлов и материалов. Такой подход удорожает стартовую стоимость установки, но это вполне оправдано:
1. Качественные и уникальные (не универсальны) предварительные фильтры не только работают в 2-3 раза дольше, но и значительно надежнее защищают мембрану.
2. Качественные мембраны в состоянии очищать воду без замены даже более 5 лет. Такой полупроницаемый барьер больших размеров и изготовлен из надежных материалов (лучшая защита от протечек).
3. Надежность изготовленных узлов. Такие «вспомогательные» детали обычно чаще всего приводят к протечкам. Свести к минимуму угрозу потопа на вашей и соседской кухни – одна из важнейших задач, которую можно реально решить таким образом.
4. Проверенный поставщик и установщик. Наличие сертификатов, собственной службы сервиса, лаборатории по контролю качества воды – вот главные козыри действительно надежных фирм. Для них главная задача не продавать, а обеспечить максимальный сервис и качество воды людям.
Уместно сравнение с автомобилями. Если выбрать дешевое транспортное средство, оно также в состоянии делать необходимые перевозки – все же не пеший ход. Вот только говорить о комфорте, надежности машины и процессе перевозки надо осторожно. Люди, которые выбрали дорогие и проверенные марки автомобилей, редко сожалеют и возвращаются к дешевым транспортным средствам по целому ряду известных причин. Лучше один раз запланировано заехать на сервис, чем проводить львиную долю свободного времени в гараже с гаечным ключом в руках.
Постфильтры
Очистка воды по технологии обратного осмоса — один из самых совершенных способов водоподготовки. Однако и он не лишен недостатков. Для достижения высокой производительности нужно дорогостоящее оборудование. Решить проблему на бытовом уровне можно с помощью накопительных баков. Как и после любой емкости, воду из баков также нужно очищать — несмотря на то, что до этого она прошла многоступенчатую очистку. С этой задачей успешно справляются постфильтры.
Зачем нужны постфильтры
Накопительные баки, которые используют в качестве промежуточных емкостей для компенсации низкой скорости водоочистки, хоть и являются герметичными емкостями, но не обеспечивают абсолютно стерильные условия для хранения воды. После них вода никогда не бывает такой же чистой, как сразу после обратноосмотической мембраны. Ситуация усугубляется, когда жидкость хранится в емкости несколько дней, застаивается. Такую воду нужно доочищать. Для этого используют постфильтры, которые устанавливают пятой ступенью очистки.
В классических системах обратного осмоса, где установлены предфильтры с колбами 10SL. Есть возможность подавать воду либо напрямую с мембраны на кран, либо из бака. В первом случае необходимо перекрыть вентиль бака: вода поступит в кран тонкой струйкой. Если бак будет открыт, то вода из него пойдет через постфильтр, с помощью которого будут задерживаться примеси, отрицательно влияющие на органолептические показатели воды, т.е. ее вкус и запах. Что же находится внутри таких постфильтров?
Как они устроены
Постфильтр — запаянный контейнер из полипропилена с начинкой из активированного угля. Уголь обычно в гранулированной форме, но бывают и исключения, когда он в виде прессованного блока. Для дополнительной механической фильтрации на входе и выходе (либо только на выходе) установлены вкладыши из вспененного полипропилена. Это сделано с единственной целью — предотвратить случайный вынос фильтрующего материала и его попадание потребителю. Однако очень мелкие частицы угля все-таки могут пройти через вкладыш. Именно поэтому производители рекомендуют сливать первые несколько литров, и только затем пользоваться фильтром. Еще лучше, если пропустить через постфильтр воду и оставить в таком «замоченном» состоянии на несколько часов: уголь несколько увеличится в объеме и проскоки частиц будут исключены.
Основная роль в постфильтрации отводится активированному углю. Это лучший сорбент по соотношению цены и качества. С его помощью вода не только избавляется от посторонних примесей, но и приобретает не такой жесткий вкус, как вода после мембраны. Конечно, все зависит от качества угля. Лучшие результаты достигаются при использовании угля из скорлупы кокосового ореха.
В некоторых случаях постфильтрацию совмещают с минерализацией. Устройство 2 в 1 обычно содержит в качестве фильтрующего материала смесь из гранулированного активированного угля и кальцита. Это удобно в плане экономии, но не обеспечивает также же эффект минерализации, как при использовании отдельного модуля.
Выбор
Ассортимент постфильтров открывает большие возможности для выбора. У каждого производителя бытовых систем в каталоге имеется угольный постфильтр. Среди тех, кто отличается высоким качеством, продукция Aquaspring, Гейзер, Atoll.
На что нужно обращать внимание при выборе постфильтра:
В каталоге нашего интернет-магазина вы найдете с десяток постфильтров от разных производителей. Работаем по всей Беларуси. Консультируем по выбору водоочистного оборудования в чате и по телефонам. 4% скидка каждому покупателю при заказе через корзину. Выбирайте и покупайте!
Постфильтр
«22-битный цвет»… «постфильтр»… Эти лозунги от компании 3dfx нам известны уже давно. Ещё на заре аппаратной 3D-эры революционный Voodoo Graphics обладал оптимизированным 16-битным цветом. Но как, где и почему он оптимизирован, было неизвестно. Развитие шло, и только при появлении игр с реально заметной разницей между 16-битным и 32-битным цветом некоторые пользователи стали замечать, что картинка, которую дает Voodoo3, у них на мониторе и тот же скриншот различаются. Тогда-то и вспомнили и про 22-бита, и про постфильтр. Мы постараемся разобраться, как реализуется 22-битный цвет, зачем он нужен, где находится постфильтр и насколько эффективен оптимизированный 16-битный цвет, в сравнении с обычным 16-битным цветом и 32-битным цветом. Самый популярный видеочип со встроенным постфильтром — естественно Voodoo3. Его и примем за объект рассмотрения. Хотя постфильтр — это некоторая технология увеличения качества графики, и единственная связь этой технологии и фирмы 3dfx заключается в том, что именно эта фирма впервые реализовала постфильтр в своих чипах. Технология является открытой, и не исключено, что ещё какая-нибудь фирма разработает видеочип со встроенным постфильтром.
В последнее время постфильтр несколько потерял свою актуальность, особенно в свете того, что новые карты 3dfx — Voodoo4 и Voodoo5 поддерживают 32-битный цвет. Но у них же и остался 16-битный цвет, а в нем постфильтр опять-таки реализован. С другой стороны, в то время как 3dfx использует оптимизированный 16-битный цвет, ATi, похоже, вообще бросила 16-битный цвет и сосредоточилось на 32-битном. А та же nVidia держится в середине, и «дает» чистый 16-битный цвет и чистый 32-битный. Кто, из них прав, не нам судить. А мы приступим к рассмотрению постфильтра.
Глубина цвета
16-бит, 24-бита, 32-бита, True Color, High Color… Что всё это значит? Те, кто знает ответ на этот вопрос, могут перейти к следующей части статьи. Для всех остальных мы объясним, «кто есть кто».
Итак, эра компьютерной графики началась с монохромного монитора. Там всё было просто. Один бит на цвет. Единица — белая точка, ноль — черная. Один байт — восемь пикселей (вот экономия-то где!). Следующий шаг — цветные мониторы. Но каким образом — вспомнить страшно. Два бита на пиксель, или четыре цвета. Дальше уже легче. 4 бита на цвет, итого 16-цветовой режим. После — 256 цветов (один байт — одна точка). И наконец — 16-бит, впоследствии названный High Color. Но бит 16, а цветовых каналов 3. 16 на 3 не делится. А 15 на 3 делится. Первые реализации High Color имели следующую организацию цвета пикселя:
Младший (нулевой) бит не использовался. А на каждый цветовой канал приходилось по пять бит. Используя три цветовых канала (RGB) можно получить любой цвет (например, желтый цвет получается из соотношения 1:1:0, белый — 1:1:1, а черный 0:0:0).
Но пересылка и хранение цвета пикселя происходило по 2 байта, а это 16 бит, а не 15. Вскоре, нашли применение всем 16 битам. И организация цвета пикселя сменилась:
Получилось по 5 бит на красный и синий цветовые каналы, и 6 бит на зеленый. Таким образом, наиболее точно представляется зеленый цветовой канал. Почему именно зеленый? Да потому, что человеческий глаз наиболее чувствителен к перепадам зеленого цвета. Эта модель цвета пикселя High Color используется до сих пор.
Но High Color недостаточно точная система представления цвета. Человек видит около 10 миллионов цветовых оттенков, а High Color режимы передают только до 65536 цветов. Для отображения 10 миллионов цветов используются True Color режимы (отсюда и название — реальный цвет). True Color режимы для кодировки цвета используют 24-бита — по байту на цветовой канал. Это позволяет закодировать до 16 777 216 цветов, что более чем в полтора раза перекрывает естественный предел в 10 миллионов. Некоторые карты имеют 24-битное (3 байта) представление True Color цветов. Но хранить, искать и передавать информацию по три байта достаточно неудобно (и аппаратно, и, в первую очередь, программно). Деление на три трудоемко, а делить на число, образованное степенью двойки, легко. Поэтому подавляющее большинство видеокарт имеет 32-битное представление цвета. Не стоит думать, что оно более точное, чем 24-битное. Так как 24-бита хватает с избытком, то в 32-битном представлении так же на каждый цветовой канал выделяется по одному байту, а младший байт (разряды 0-7) не используется, или хранит системную или пользовательскую информацию, но реально в отображении цветов не участвует.
Такие же цветовые режимы используются и в 3D-графике. Так конечное изображение (2D) формируется либо в 16-битном, либо в 32-битном цвете. В процессе рендеринга участвуют текстуры, которые, по сути дела, являются 2D-изображениями. Обычно видеоакселераторы воспринимают 16-битные или 32-битные текстуры. Формат хранения цвета пикселя каждой текстуры совпадает с рассмотренными форматами. В 32-битной текстуре младший байт (разряды 0-7) может содержать информацию о прозрачности данной точки текстуры, образуя таким образом буфер шаблонов. В 16-битной текстуре буфер шаблонов может быть однобитным, и тогда на цветовые каналы остается 15 бит. Если недостаточно однобитного буфера шаблонов, то используют схему 4 бита на красный, 4 бита на зеленый, 4 бита на синий и 4 бита на уровень прозрачности. Конечно же, такого качества недостаточно и поэтому с текстурами, содержащими буфер шаблонов рекомендуется работать в 32-битном цвете.
Естественно, 16-битный и 32-битный режимы взаимозаменяемы. Только 16-битный цвет дает более низкое качество. 16-битную картинку без потери качества можно отобразить в 32-битном режиме. Для этого каждому цветовому каналу 32-битного цвета ассоциируется цветовой канал 16-битного цвета, который имеет меньшую разрядность. Каждый цветовой канал 16-битного записывается в верхнюю часть цветового канала 32-битного цвета.
Естественно, что процесс преобразования 32-битной картинки в 16-битную происходит с потерей качества. Так биты 27-31 из формата 32-бита записываются в биты 11-15 16-битной картинки. Далее схема перевода аналогична. Таким образом, теряются младшие биты каждого цветового канала и дискретность зеленого канала возрастает в четыре раза, а красного и синего канала возрастает в восемь раз.
Какой глубины цвета достаточно?
Для 2D изображения — все просто. High Color — приемлемое качество, True Color — идеальное. 2D изображение поступает на экран уже в готовом виде, а 3D рендерится в реальном времени. Когда 3D картинка рендерится в один-два прохода, то в High Color мы получаем такое же приемлемое качество, как и в 2D. Качество и сложность 3D-игр возрастает, появляется множество эффектов в виде дыма, тумана, облаков, огня, лучей света и т.п. Такие эффекты обычно накладываются в несколько проходов через альфа-канал на непрозрачные объекты.
Допустим, что в результате рендеринга на части экрана создался непрозрачный объект, например стена.
Теперь, пусть на этот сегмент будут наложены ещё две прозрачные «фигуры» (например освещение и дым). В результате чего должно получиться следующее:
Однако, генерация разных объектов (типа стена и дым) в пределах одного сегмента происходит за несколько проходов. В нашем случае это генерация в два прохода. В результате чего мы получаем следующую картину:
В результате чего мы получаем близкое к идеальному изображение, но нетрудно заметить отличие.
И такое различие заметно уже при двухпроходном рендеринге. А что же будет при четырехпроходном? Но самое страшное не в этом. При смешивании цветов часто получаются нецелые значения (например, два цвета 6 и 7 при смешивании с альфа-коэффициентом 0.5 дают результат 6.5). Дело в том, что в рассмотренных нами примерах мы постоянно округляли полученные значения до ближайшего целого. Большинство же видеокарт в алгоритме смешивания не используют избыточную логику, вследствие чего округления не происходит и результат получается удручающий:
Сравним все три полученные результаты — однопроходный с округлением (идеальный), двухпроходный с округлением и двухпроходный без округления:
Как видим, наиболее отличный от идеала последний. В первых двух случаях границы между цветами максимально плавные, тогда как в последнем такое правило нарушается и уже сам по себе неидеальный 16-битный цвет выдает ещё более грубую картинку. Большинство видеокарт в 16-битном режиме не используют округление при смешивании, однако для повышения качества используют технологию дизеринга (а некоторые даже не используют дизеринг).
В 32-битном цвете ситуация немного другая. Некоторые видеокарты последних поколений используют избыточную логику для округления результата при смешивании цветов и качество графики при этом получается очень высоким. Другие видеокарты используют все 32 бита, где, как и в обычной схеме, в старших 24 битах хранятся реальные цвета, а биты избыточности (дробные части цветов) хранятся в младших 8 битах. Такая схема наиболее предпочтительна, но, к сожалению, просто мизерная часть современных видеоакселераторов поддерживают данную схему. И, наконец, некоторые видеокарты (их, слава богу, меньшинство) используют схему смешивания без округления с дизерингом (как и в 16-битном цвете). Есть ещё несколько схем реализации смешивания цветов, но я лично не встречал видеокарты, реализующие подобные алгоритмы, поэтому рассматривать их не будем.
В итоге, уже при двухпроходном рендеринге мы наблюдаем некоторое отклонение от нормы как в 16-битном, так и 32-битном цвете. Современные программы создают сцену за относительно малое число проходов, и для нас 32-битный цвет кажется идеальным. Но, с усложнением сцен мы сможем увидеть недостатки и в 32-битном цвете. А такое будущее уже не за горами, — уже в DOOM-3 планируется рендеринг с наложением 6-8 текстур на треугольник, и это без учета дополнительных эффектов типа блики, дым, огонь, облака и им подобных. И при реализации трилинейной фильтрации используются два текстурных модуля акселератора, а это значит, что при рендеринге такого «сложного» треугольника придется накладывать уже 12-16 текстур, а ни один современный акселератор в один проход этого не сделает. Сам же Джон Кармак, постоянно работая с главными разработчиками видеочипов, предлагает в будущих проектах использовать 64-битный цвет. Это поможет помимо 8 бит реального цвета на цветовой канал хранить ещё и 8 бит дробной части для каждого цветового канала, тем самым обзавестись идеальным качеством. 64-битный цвет дает огромный запас по избыточности, что делает его высококачественным ещё как минимум на шесть лет. Но, к сожалению, ни один современный непрофессиональный видеочип не поддерживает 64-битного цвета, и в ближайшем будущем такого видеочипа не ожидается.
Как изображение из видеопамяти попадает на экран
Те, кто знает ответ на этот вопрос, могут переходить к чтению следующей части. Остальных же прошу слушать внимательнее, потому что мы все ближе и ближе подходим к сущности работы постфильтра.
Итак, идея в том, что обычный CRT-монитор получает аналоговые сигналы, а в памяти видеоадаптера информация хранится в цифровом виде. Front Buffer должен постоянно и непрерывно показываться на мониторе. А его показом занимается RAMDAC. А точнее, последовательным преобразованием цифрового значения каждой его точки в аналоговый сигнал. Обычный RAMDAC состоит из двух основных блоков. Первый — блок выборки из памяти. Он выбирает из участка памяти, где храниться Front Buffer, последовательно цвета всех пикселей (для упрощения не будем рассматривать 1-, 2-, 4- и 8-битные цветовые режимы). Обычно он же временно сохраняет эти данные в кэше, что ускоряет процесс обращения к памяти. Главная задача этого блока постоянно предоставлять информацию о цветах следующего пикселя в порядке следования луча по экрану монитора — слева направо, сверху вниз. Следующий блок — это DAC (по-русски — ЦАП). Он синхронизируется с монитором, и каждый такт выводит комбинацию аналоговых сигналов, соответствующих цвету точки, полученному от предыдущего блока. Казалось бы, все просто. Но, как мы помним, видеокарта может работать в разных цветовых режимах. Поэтому большинство видеоакселераторов содержат в блоке DAC несколько наборов логики. Чаще всего это DAC8, DAC15, DAC16, DAC24 и DAC32 (DAC8 отвечает за палитезированные режимы и поэтому работает как с 256-цветовым режимом, так и с 16-, 4- и 1-цветовым). Некоторые видеокарты могут не содержать некоторые наборы (например, DAC15 или DAC24).
Вот и всё. Вот так работает RAMDAC, и так часть видеопамяти под названием Front Buffer попадает к нам на экран.
Дизеринг
Теперь перейдем к технологии дизеринга (dithering). Так как она нашла свое основное применение именно в 16-битном цвете, то его и рассмотрим. Каждый текстурный конвейер в видеочипах, работающих с High Color режимом, имеет разрядность 24 бита, т.е. по 8 бит на цветовой канал. Такую же разрядность имеет и модуль смешивания цветов. Эффективная же их разрядность 22-бита (знакомо?). Это значит, что какую бы разрядность не имели эти модули, на их выходе реально используются только 22 бита. То есть 7 бит на красную, 8 бит на зеленую и 7 бит на синюю составляющие. Но, как мы помним, мы сейчас генерируем 16-битную картинку, а это значит, что 6 бит у нас лишние. Их можно просто отбросить. Если сделать это, то есть при пересылке не пересылать два младших бита от каждой цветовой составляющей, то мы получим 16-битную картинку без дизеринга. А выглядит это так:
Бяка, одним словом. Слишком явные границы между соседними цветами. А ведь смешивание происходит с более высокой точностью, и именно эту точность мы «отбрасываем» вместе с шестью «лишними» битами. А ведь их можно учитывать. И делается это очень просто. Рассмотрим пример для красной составляющей (как мы видим, наша картинка именно красного цвета, а на самом деле это кусок неба из Quake3:Arena). После генерации реального цвета точки на части выходов блока смешивания появляется 8 бит определяющие красный цвет. Из них мы точно берем старшие шесть бит. Например, эти шесть бит определяют значение 27. Но нам так же интересны и оставшиеся два бита. Если там ноль, значит мы имеем дело с реальным цветом 27, его и ставим. Если два младших бита равны единице, то реальный цвет 27.25, т.е. на четверть больше. И тогда, если точка ставиться на нечетную координату экрана X и четную координату экрана Y, то на это место ставится цвет на единицу больший по интенсивности, в нашем случае 28. Таким образом, на поле из цвета 27 каждая четвертая точка имеет значение 28, т.е. среднее значение цвета поля получается 27.25, что нам и нужно. Если два младших бита, равны 10b (двум), то реальный цвет точки 27.5. Таким образом, уже каждая вторая точка должна иметь значение на единицу больше. Условие усложняется. Если точка ставится на нечетную координату экрана X и четную координату экрана Y, или на четную координату экрана X и нечетную координату экрана Y, то на это место ставится цвет на единицу больший по интенсивности (у нас 28). Аналогично строится условие, в случае, когда младшие два бита равны 11b (тройке). Если точка ставится на нечетную координату экрана X и четную координату экрана Y, или на нечетную координату экрана X и четную координату экрана Y, или на четную координату экрана X и четную координату экрана Y, то на это место ставится цвет на единицу больший по интенсивности. В этом случае на поле из цвета 28 остается каждая четвертая точка 27. И наша картинка (часть неба Quake3) будет выглядеть уже иначе:
Это та же картинка, но уже с дизерингом. Эта картинка ещё и увеличена, для того чтобы была отчетливее видна сеточка дизеринга. В реальном масштабе сеточка заметна ещё меньше, так как глаз видит уже достаточно однородное поле. Отодвиньтесь дальше и вы сами увидите это.
Алгоритм дизеринга можно представить и графически. Таблица ниже показывает, как изменяются четыре соседних точки в зависимости от двух младших битов. В позициях точек указано приращение к базовому цвету, записанному в старших битах.
Такая схема дизеринга называется Ordered. Именно её и использует Voodoo3. Существуют и другие способы дизеринга (другие маски, алгоритмы), но именно Ordered наиболее эффективен, если в видеочипе встроен постфильтр.
Постфильтр
Посмотрим ещё раз на небо Quake3, а точнее на его часть.
Мы видим, как работал дизеринг, и можем с большой уверенностью сказать, какие цвета на самом деле были на выходе блока смешивания, и со стопроцентной вероятностью сказать какие цвета «увидит» наш глаз (не забываем о том, что глаз смешивает соседние невыделенные цвета). Если мы можем определить, какие цвета должны стоять на месте каждого поля из точек, почему это не может видеокарта? Так заставим же её это сделать. Блок DAC16 модуля RAMDAC читает именно такую картинку. Естественно в его кэш поступает не вся картинка сразу, а только несколько горизонтальных линий. Минимальное количество линий две. Как известно, Voodoo Graphics использует маску постфильтра 1×4. Модели 3dfx, начиная с Voodoo2 и выше, используют маску 2×2. DAC16, используя дополнительную логику, сравнивает соседние четыре пикселя, и увидев знакомую «шахматку» смешивает эти цвета. Естественно смешивается не любые четыре соседних цвета, а только те, которые могли создаться дизерингом. То есть дополнительная логика ищет цвета отличающиеся друг от друга на малое значение. Найдя такие, она проверяет их на соответствие таблице Ordered. Зачем? Ну, представим себе, что логика нашла четыре точки, три из которых имеют одинаковый цвет, а один чуть светлее. Естественно таких комбинаций может быть четыре. Но только одна из них могла быть вызвана постфильтром. Эта более светлая точка должна стоять на координатах с нечетным значением X и четным значением Y. Если условия четности выполняются, то логика считает, что это поле продукт дизеринга и смешивает четыре цвета с повышенной точностью. Таким образом, возможно восстановление двух потерянных бит на выходе блока смешивания и восстановления их с точностью в 22 бита. Дополнительная логика DAC16 и называется постфильтром. Постфильтр производит обработку изображения «на лету» и поэтому не влияет на производительность системы. Для повышения качества постфильтрация производится для каждого цветового канала независимо, а не для всего цвета пикселя. Вероятность смешивания цветов, полученных не дизерингом, крайне мала (на практике меньше одного процента), и даже если смешивание таких цветов произойдет — ничего в этом страшного нет, так как наш глаз так и так был бы обманут и самостоятельно смешал бы соседние цвета. Таким образом, постфильтр — это аппаратно-программный комплекс повышения визуализации графического изображения.
В общих словах схема работы такая. Внутренний рендеринг видеокарты Voodoo3 происходит с 22-битной точностью цвета. При этом в память видеокарты (во Frame Buffer) записывается 16-битная отрендеренная картинка с использованием схемы дизеринга на основе признаков четности координат. После завершения рендеринга RAMDAC читает готовое изображение в кэш и на основе признаков ближних цветов для каждого цветового канала и признаков четности координат восстанавливает 22-битный цвет. На выходе RAMDAC получается набор аналоговых сигналов, которые поступают на монитор. Всего комбинаций аналоговых сигналов — 4194304 (произведенные от 22-битов). Это более чем в два раза меньше, чем способен различить человеческий глаз, но гораздо больше, чем реальный 16-битный цвет (в 64 раза точнее).
Уровень (глубина) постфильтрации
Все просто, не так ли? С учетом признаков четности смешиваются мало отличающиеся цвета с маской 2×2. А что значит мало отличающиеся? Для конечной картинки созданной без наложения нескольких текстур на один участок экрана или с наложением в один проход — все понятно. Разница между отдельными цветовыми каналами в пределах одного поля точек, созданных в результате дизеринга, будет равно единице (см. таблицу схемы Ordered выше). А если наложение происходит за несколько проходов? При использовании буфера шаблонов на каждый цветовой канал текстуры приходится по 4 бита, а это значит, что дискретность (а следовательно и разница между «соседними» цветами) возрастет в два/четыре раза. Разницу (глубину) между цветами, которые постфильтр должен считать соседними, устанавливают драйверами. Это значение называется уровнем или глубиной постфильтра. Глубина постфильтра Voodoo3 равна восьми. Кроме того, на создавшийся регион с некоторой сеткой дизеринга (например, светлые единичные точки) может быть наложено изображение, имеющее другую сетку (например, темные единичные точки). Поэтому при более глубоком уровне фильтрации обычной таблицы Ordered недостаточно и необходимо создать новую с производными сетками, получившихся в результате наложения различных и одинаковых сеток, а так же в результате более грубого представления прозрачных текстур.
Таблица сеток постфильтрации с глубиной восемь очень большая, и для того, чтобы мы просто имели представление о полном наборе сеток, ниже приводится такой для постфильтра с глубиной фильтрации равной трем.
При глубине постфильтра равной трем — вот все комбинации четырех соседних пикселей, которые могут создаться в результате дизеринга однопроходного и мультипроходного наложения. Все остальные комбинации создаются не дизерингом. Аналогично составляется таблица соответствия для постфильтрации с другим уровнем (например, для уровня восемь). Алгоритм поиска и сравнения маски упрощается тем, что из четырех соседних цветов, находящейся в маске слева снизу — самый яркий, а справа снизу — самый темный. Как уже говорилось, сравнение происходит для каждого цветового канала независимо, что положительно сказывается на качестве общей картинки. Естественно, чем выше уровень фильтрации, тем с большей глубиной наложения текстур она происходит. Многие замечали в 16-битном цвете при наложении на одно и то же место нескольких полупрозрачных текстур, появляющуюся сеточку дизеринга. Чем больше произошло наложений, тем заметнее сеточка (увеличивается разность между соседними цветами). Например, дым от ракеты в Quake3. Если Voodoo3 производит постфильтрацию с уровнем восемь, то такой постфильтр уберет сеточку на месте наложения максимум восьми текстур. Однако, чем выше уровень фильтрации, тем выше вероятность смешивания соседних цветов, получившихся не в результате дизеринга. Экспериментально была найдена оптимальная глубина постфильтра. Как ни странно, она равна восьми. При уменьшении уровня фильтрации проявляется сеточка на эффектах. Уже при уровне равным шести дым от ракет в Quake3 был явно решетчатым. При увеличении уровня — появляются артефакты, указывающие на смешивание цветов, которые не должны смешиваться и общая четкость картинки резко ухудшается. Дальнейшее рассмотрение работы постфильтра будем проводить для глубины равной восьми.
Полезность постфильтра
Итак, с теорией разобрались, а как же дела обстоят на практике? Посмотрим на следующие скриншоты. Верхнее изображение — чистый 16-битный цвет, а нижнее с постфильтрацией.
Посмотрим на наиболее интересные фрагменты изображения (начиная справа и по часовой стрелке), сравнивая изображения без постфильтрации (справа) и прошедшие через постфильтр (слева).
Здесь можно отметить отсутствие решетки на небе и на рамке меню. Это же привело к увеличению размеров пикселей. Но в целом картинка смотрится несколько лучше, так как помимо увеличения размера пикселей, разница между границами цветов уменьшилась, так как фактически количество цветов увеличилось в четыре раза. Картинке стала присуща плавность границ между соседними цветами, несмотря на укрупнение пикселей на этих границах. Границы между соседними объектами не изменились. Рамка меню нисколько не изменила свою форму. Сильно заметная сетка на прозрачной части меню была полностью убрана, что существенно отразилось на увеличении качества.
Обратим внимание на цифру «9». Избавившись от решетки, покрывающей девятку, постфильтр не сумел избавиться от «полосатости» цифры. Визуально качество практически не изменилось, а возможно стало немного выше. Полностью убрать решетку со шлема не удалось. Однако даже обработка, прошедшая на части шлема, сделала изображение более плавным, в частности исчезли выбивающиеся из общей картины единичные пиксели. На заднем фоне ворота телепорта (справа) имеют определенный рисунок, который ничуть не пострадал в результате фильтрации, опять же приобретая определенную плавность цветов. Левая часть заднего фона имеет более сложный рисунок, и с ним постфильтр уже не справился, хотя чисто субъективно отфильтрованная картинка мне нравится больше.
А вот тут картина неоднозначная. Да, решетка убрана, но частично. И эта частичность проявляется в виде отдельных пикселей другого цвета на равномерном фоне. Да и рамка меню несколько пострадала. Границы формы стали немного угловаты. Но, фрагмент увеличен, и на картинке «в натуре» эти погрешности особо не заметны. К ним нужно присматриваться, чтобы их найти. Такие явные артефакты проявляются только на полупрозрачных объектах, полученных многократным наложением, а эти объекты в современных программах создают преимущественно динамические эффекты. Поэтому поймать артефакты очень тяжело. Так, (при снятой паузе) телепорт переливался множеством цветов, и в целом заметить ошибки постфильтрации просто не успеваешь.
От этой картинки достаточно приятные впечатления, однако опять по левой кромке рамки меню несколько «оквадратилась» форма. Опять остались единичные пиксели, но они малозаметны. А ворота, приобретя плавность цветов, унаследовали полосатость, за счет того же укрупнения пикселей. Но, опять же на не увеличенной полной картинке все выглядит достаточно мило.
Рассмотрим ещё несколько фрагментов. На этот раз не увеличенных, чтобы составить впечатление от реальной картинки (всегда верхний скриншот это без постфильтра, а нижний с постфильтром).
Трудно найти отличия, однако то, что снизу мне нравиться больше.
Задний план, а так же реализация дыма и вспышек плазмы с постфильтрации выглядят более эффектно.
А вот этот портал постфильтру обработать удалось несколько хуже, чем предыдущий, однако визуальное качество картинки всё же повысилось.
Здесь со своей задачей постфильтр справился просто блестяще.
Существует мнение, что постфильтр приводит к некоторому размытию картинки. Для того чтобы проверить этот слух, рассмотрим «замыленную» часть картинки прошедшую постфильтрацию (нижняя), и не прошедшую (верхняя).
Как видим, этот артефакт присутствует, однако, на не отфильтрованном фрагменте разглядеть дополнительные детали все же не удается. То есть постфильтр не причастен к факту размытия картинки. Тем более, что на расположенной чуть дальше нечеткого пола стены в точности сохранены все детали. То, что постфильтр замыливает изображение — оказалось не больше чем очередным мифом.
Спрашивается, зачем всё это нужно? Не лучше ли использовать настоящий 32-битный цвет? На самом деле не всегда лучше. Как известно, главная болезнь современных видеокарт — малая полоса пропускания шины данных. А для 16-битного цвета необходима полоса в два раза уже, чем для 32-битного. Таким образом, там, где видеокарта в 32-битном цвете уже не справляется (а такое ПО уже существует для самых мощных современных ускорителей) её можно перевести в 16-битный цвет. И приятно, если в этом режиме работает постфильтр, так как визуально качество картинки несколько увеличивается.
Однако я не могу не удержаться и не продемонстрировать насколько важен 32-битный цвет в серьезных сценах.
nVIDIA RivaTNT2 16-bit 3dfx Voodoo3 16-bit
nVIDIA RivaTNT2 32-bit
Действительно, за 32-битным цветом будущее. Но, возникает логичный вопрос, почему бы не использовать постфильтр и в 32-битном цвете. Ответ прост. Там он бесполезен. Не забываем, что постфильтр увеличивает количество цветов с 16-бит до 22-бит. Следовательно, в True Color режимах он будет увеличивать количество цветов с 24-бит до 30-бит, и даже если он будет включен, то человеческий глаз просто не увидит разницы.
Та же 3dfx сейчас увлеклась 32-битным цветом и перестала оптимизировать 16-битный цвет, а совершенствоваться ещё есть куда. Так, можно использовать другие маски (не Ordered), увеличить размер маски (хотя бы до 4×4, правда при этом придется существенно усложнить алгоритм фильтрации) и многое другое. Но, как говорилось, за 32-битным цветом будущее, и так как 16-битный цвет у 3dfx уже оптимизирован, им теперь со спокойной душой можно заняться 32-битным цветом. Очень жаль, что другие компании так и не обратили внимания на постфильтр в 16-битном режиме, ведь при минимуме затрат это может привести к существенному увеличению качества 16-битной графики. Ведь процесс перехода к эре True Color игр будет проходит плавно и ещё достаточно долгое время. Для тех кому постфильтр мешает, можно просто отключить его в драйверах. Драйверами теоретически можно и изменять глубину фильтрации, однако 3dfx не включила эту опцию в драйверах (может и к лучшему).
Возникает последний вопрос. Есть ли альтернатива постфильтру? Есть, и она уже существует. Это FSAA (антиалиазинг). При правильной реализации, конечно. FSAA может ещё много на что повлиять. Это избавление от постфильтра, алиазинга, бесплатная анизотропная фильтрация и многое другое. Пока же FSAA не бесплатен, можно довольствоваться постфильтром. Хотя все же будущее за FSAA. Но это уже совсем другая история…