Михаил Владимирович Морозов:
персональный сайт

Мат.модели (занятие, карта-1): Построение геохимических карт в Golden Software Surfer (общий подход, этапы и содержание работы, форма отчета)

Курс "Математические методы моделирования в геологии "

Карты-1. Построение геохимических карт в Golden Software Surfer: общий подход, этапы и содержание работы. Форма отчета.
Карты-2. Принципы работы с Golden Software Surfer.

Чтобы найти место скопления полезного металла в земной коре, требуется геохимическая карта. Как ее построить? Для этого необходимы хорошее программное обеспечение и системный подход. Познакомимся с принципами и основными этапами этой работы.

ТЕОРИЯ

Построение геохимической карты в программе Golden Software Surfer.

Исходные данные. Для построения геохимической карты необходимо подготовить электронную таблицу , которая содержит, как минимум, три столбца : первые два содержат географические координаты точек наблюдения (опробования) X и Y, третий столбец содержит картируемую величину, например, содержание химического элемента.

Координаты : в программе Surfer мы используем прямоугольные координаты (в метрах) , хотя в свойствах карты можно выбрать среди возможных систем координат также и различные полярные координаты (в градусах-минутах-секундах). На практике при работе с изображениями на плоском листе бумаге удобнее работать в системе прямоугольных координат в пользовательском формате.

Откуда берутся координаты:
1. При документации точки на месте координаты берутся из топопривязчика GPS или ГЛОНАСС в виде полярных координат (например, в системе координат WGS 84 ). Топопривязчик может нынче иметь вид смартфона, но удобнее и надежнее использовать специальный прибор, который ласково называют "джипиэской".
2. При переносе данных на компьютер из топопривязчика, координаты преобразуются из полярных в используемую систему прямоугольных координат (например, в системах UTM , Пулково-1942 , но можно использовать и местную геодезическую систему, принятую на конкретном предприятии). Для преобразования полярных координат в прямоугольные удобно использовать программу Ozi Explorer .
3. В столбцах электронной таблицы, подготовленной для работы с Surfer, должны располагаться прямоугольные координаты в метрах.

Картируемая величина : для построения учебной карты в изолиниях мы будем использовать логарифм содержания какого-либо химического элемента. Почему логарифм? Потому что закон распределения содержаний микроэлементов почти всегда логарифмический. Разумеется, в реальной работе сперва нужно проверить закон распределения , чтобы выбрать вид величины: исходное значение или его логарифм.

Виды карт, используемые в геохимии . Помимо карты в изолиниях геохимики часто используют некоторые другие типы карт, но не все великое разнообразие типов карт, которые умеет строить Surfer, а только строго определенные. Они перечислены ниже.

1. Карта фактов. Представляет собой набор точек, показывающих места опробования на местности. Около точек можно выводить метки - номера пикетов, но при геохимических поисках точек так много, что обычно метки лишь "засоряют" пространство карты и не приводятся. Для построения карты фактов используем функцию Post Map .

2. Точечная карта содержаний химического элемента. На ней кружками (или другими символами) разных размеров обозначаются разные содержания химического элемента в точках опробования. Если мы используем такую карту, то отдельная карта фактов уже не нужна - точки обеих карт наложатся друг на друга. Точечная карта (или "карта-разноска") строится так, чтобы высокие содержания искомого элемента бросались в глаза. На легенде обозначается соответствие между размером кружка и содержанием элемента в г/т. Помимо размера может изменяться цвет кружка. Каждому типу (размеру, цвету) кружка соответствует назначенный вручную диапазон содержаний. Т.е. разные типы кружков - это разные классы точек по содержаниям элемента. Поэтому инструмент для создания такой карты называется Classed Post Map . Удобно строить карту-разноску поверх карты в изолиниях, чтобы видеть, как последняя (которая является расчетной картой, т.е. построена по результатам интерполяции данных) сочетается с исходными, полученными из лаборатории, т.е. "истинными" содержаниями. Удобно наносить разноску одного важного элемента (например, золота) на карту в изолиниях другого поискового параметра (элемента-спутника, статистического фактора, геофизического параметра и т.п.). Важно: после построения карту типа Classed Post Map нельзя преобразовать в Post Map, наоборот тоже нельзя.

3. Карта в изолиниях. Собственно карта искомого параметра, где разные градации содержаний отображены разными цветными заливками. Также требует легенды, которая связывает цвет заливки с уровнем содержаний. Градации заливок настраиваются вручную. Инструмент - Contour Map . Помимо собственно содержаний элементов (или их логарифмов) в геохимии широко используются карты многоэлементных показателей. Это могут быть мультипликативные коэффициенты (где содержания нескольких элементов перемножаются), карты значений фактора (главной компоненты) и т.п. Собственно, задача геохимика - найти показатель, который позволяет решить геологическую задачу. Коль скоро такие показатели, как правило, выражаются в коллективном поведении элементов, вполне естественно, что моноэлементные карты (т.е. карты одного отдельно взятого элемента) часто менее информативны, чем полиэлементные. Поэтому этап построения карт обычно предваряется этапом статистической обработки данных с получением результатов многомерного статистического анализа, например, МГК (метода главных компонент).

4. Обводка карты. По умолчанию Surfer создает прямоугольную карту. В том случае, если точки опробования не образуют прямоугольник, получается, что область опробования вписана в искусственно созданный прямоугольник, в котором часть площади в реальности не опробовалась. Карта в изолиниях будет построена на всю площадь, поэтому неопробованные участки карты будут содержать фиктивные данные. Чтобы избежать этого, нужно ограничить область построения карты той частью площади, на которую имеются данные опробования. Для этого область опробования нужно оконтурить специальной линией, которая может быть построена вручную. Вывод контура обводки осуществляется посредством функции Base Map .

Этапы построения карты.

3. Построение карты фактов [карта-3]. 5. Построение точечной карты ("карты-разноски") [карта-5]. 9. Построение карты поверхности и ее оформление для достижения оптимальной информативности [карта-6, продолжение].

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Дано : таблица содержаний химического элемента и его логарифмов с координатами точек опробования.

Задание :

1. Построить карту фактов .

2. Построить точечную карту по содержаниям химического элемента , выбрать отображения точек для разных классов.

3. Самостоятельно создать контур площади картирования и построить его .

4. Совместить контур площади, точечную карту элемента и карту фактов в данном порядке в менеджере объектов. Вывести легенду для точечной карты.

5. Построить сеточный файл ("грид") для логарифмов содержаний элемента методом триангуляции , проверить его . Повторить другими методами.

6. Построить вариограмму для построения сеточного файла методом крайгинга , проверить его .

7. Построить сеточный файл ("грид") для логарифмов содержаний элемента методом крайгинга с использованием параметров вариограммы.

8. Сгладить полученный сеточный файл простым фильтром .

9. Восстановить сеточный файл из логарифмов в содержания .

10. Обрезать сеточный файл по созданному ранее контуру .

11. Построить карты поверхности в изолиниях и градиентной заливке по созданным сеточным файлам, добавить легенды.

12. Экспортировать построенные карты как файлы JPG, вставить в отчет в формате Word (DOC).

Форма отчета.

Программные средства и технологии, используемые для обработки геолого-геофизической информации:стандартные программы MSOffice;
программы статистической обработки информации
(Statistica, Коскад);
программы компьютерной графики:
стандартные программы (CorelDraw, Photoshop…);
программы инженерной графики (Surfer, Grapher, Voxler,
Strater);
системы автоматизированного проектирования
(AutoCAD и др.);
специализированные системы обработки и
интерпретации геолого-геофизической информации;
системы комплексного анализа и интерпретации
геолого-геофизических данных;
геоинформационные системы.

План прохождения дисциплины
Содержание курса:
Баллы
1. Основы картопостроения в программном пакете
Surfer (Golden Software).
40 (16)
2. Создание трехмерных моделей полей в программе
Voxler (Golden Software).
20 (8)
3. Основы проектирования в системе Autocad (Autodesk)
40 (17)
4. Решение геологических задач в геоинформационной
системе ArcGIS (ESRI)
30 (12)
5. Создание 3D модели залежи и подсчет запасов в
системе Micromine (Micromine).
30 (12)
Итоговая аттестация
40 (17)

ТЕМА №1.

Основы картопостроения в
программном пакете Surfer

Программа Surfer (Golden Software, США)

Основным назначением пакета является построение
карт поверхностей z = f(x, y).
3D проекция

Интерфейс программы

Панели
инструментов
Меню
программы
Окно Plot
Окно Worksheet
Менеджер
объектов

Структура системы

Программа включает 3 основных
функциональных блока:
1. построение
цифровой модели
поверхности;
2. вспомогательные операции с цифровыми
моделями поверхности;
3. визуализация поверхности.

Построение цифровой модели поверхности
Цифровая модель поверхности Z(x, y) представляется
в виде значений в узлах прямоугольной регулярной сетки, дискретность
которой определяется в зависимости от конкретной решаемой задачи.
y
x ≠ y
x
y
z1
z5
z9
z13
z17 узел
z2
z6
z10
z14
z18
z3
z7
z11
z15
z19
z4
z8
z12
z16
z20
x

Для хранения применяются файлы типа [.GRD] (двоичного или
текстового формата).
количество ячеек по осям X и Y
min и max значения X, Y, Z
линия y
(Y=const)
линия x
(X=const)
Программа Surfer позволяет использовать готовые цифровые модели
поверхностей в форматах других систем USGS [.DEM], GTopo30 [.HDR],
SDTS [.DDF], Digital Terrain Elevation Model (DTED) [.DT*] .

В пакете реализованы 3 варианта
получения значений в узлах сетки:
по исходным данным, заданным в произвольных точках области (в
узлах нерегулярной сетки), с использованием алгоритмов
интерполяции двухмерных функций;
вычисление значений функции, заданной пользователем в явном виде;
переход от одной регулярной сетки к другой.

Создание grid по нерегулярному набору данных
Исходные данные:
Таблицы форматов [.BLN], [.BNA], [.CSV], [.DAT], [.DBF], [.MDB], [.SLK],
[.TXT], [.WKx], [.WRx], [.XLS], [.XLSX]
Данные XYZ

Выбор
данных
Пункт меню Grid>Data
Выбор метода
интерполяции
Определение геометрии сетки

Выбор размера ячейки сетки
Выбор плотности сети следует производить в соответствии с
исходными данными или требуемым масштабом карты.
Если известен масштаб, в котором надо изобразить карту, то шаг
между линиями сетки надо задать равным тому количеству единиц
карты, которые помещаются в 1 мм изображения.
Например, при масштабе 1:50 000 это 50 м.
Если требуемый масштаб заранее не известен, то шаг между линиями
сетки можно задать равным половине среднего расстояния
между точками данных.

Gridding - методы

Inverse Distance (Обратно взвешенные расстояния),
Kriging (Крикинг),
Minimum Curvature (Минимальная кривизна),
Polynomial Regression (Полиноминальная регрессия),
Triangulation with Linear Interpolation (Триангуляция с
линейной интерполяцией),
Nearest Neighbor (Ближайший сосед),
Shepard"s Method (Метод Шепарда),
Radial Basis Functions (Радиальные вазисные функции),
Moving Average (Скользящее среднее) и т.д.

ИНТЕРПОЛЯЦИЯ:
метод Triangulation with Linear
Interpolation
Метод Триангуляция с линейной интерполяцией (Triangulation with
Linear Interpolation) базируется на триангуляции Делоне по входным точкам и
линейной интерполяцией отметок поверхности в пределах плоских граней.
z
точка с неизвестным
значениям (узел)
x
y
Триангуляция Делоне
точки с известными
значениями

ИНТЕРПОЛЯЦИЯ: метод Inverse Distance to a Power (IDW)
Метод Обратно взвешенные расстояния (Inverse Distance to a Power)
рассчитывает значения ячеек путем усреднения значений в опорных точках,
находящихся в окрестности каждой ячейки. Чем ближе точка к центру ячейки,
значение которой вычисляется, тем большее влияние, или вес, она имеет в
процессе усреднения
7,5
11,8
,
100 м
где
150 м
60 м
3,0
i – вес измеренного значения;
k – показатель степени
?
70 м
21,6
точки с известными
значениями
?
точки с неизвестными
значениями
Радиус
интерполяции

ИНТЕРПОЛЯЦИЯ: метод Minimum Curvature
Метод Минимальная кривизна (Minimum Curvature) рассчитывает значения с
использованием математической функции, которая минимизирует общую
кривизну поверхности и строит сглаженную поверхность проходящую через
опорные точки

Интерполяция: метод Polynomial Regression
Метод Полиноминальная регрессия (Polynomial Regression) основан на
аппроксимации поверхности полиномом определенного порядка:
z(х)=a0+a1x1+a2x2+…..+anxn - полином n-го порядка
Метод наименьших квадратов минимизирует сумму
- рассчитанное (оценочное) значение параметра z
- наблюденное значение параметра z

первого порядка
Аппроксимация поверхности полиномом
второго порядка

Интерполяция: метод Kriging
Метод Кригинг (Kriging) базируется на статистических моделях, которые
учитывают пространственную автокорреляцию (статистическую взаимосвязь
между опорными точками)
Случайные, но пространственнокоррелированные флуктуации
высот
Случайный шум
(валуны)
Дрейф (общий тренд
изменения высоты)
Иллюстрация элементов кригинга. Дрейф (общая тенденция), случайные, но
пространственно коррелированные колебания высоты (небольшие отклонения от общей
тенденции), и случайный шум.

Вариограмма
Полудисперсия (расстояние h) = 0.5 * среднее[ (значение в точке i – значение в точке j)2]
для всех пар точек, разделенных расстоянием h
Полудисперсия
h
h
Расстояние (лаг)
Полудисперсия
Образование пар точек:
красная точка образует пары со всеми
другими точками измерений
Остаточная
дисперсия
(nugget)
Предельный
радиус
корреляции
(range)
Расстояние (лаг)

Моделирование вариограммы
Полудисперсия
Полудисперсия
Расстояние (лаг)
Сферическая модель
Расстояние (лаг)
Полудисперсия
Экспоненциальная модель
Расстояние (лаг)
Линейная модель

Вычисление значений в узлах сети
7,5
11,8
точки с известными
значениями
100 м
150 м
60 м
3,0
?
точки с неизвестными
значениями
?
70 м
21,6
i – вес измеренного значения,
вычисляется
на
основе
модели
вариограммы
и
пространственного
распределения точек замеров вокруг
оцениваемой точки
Радиус
интерполяции

Сравнение методов интерполяции
Обратно
взвешенные
расстояния
Триангуляция с
линейной
интерполяцией
Минимальная
кривизна
Кригинг

Дополнительные опции
IV
R2
1. Определение области исходных данных для расчета значений в узлах
grid файла
I
R1
III
II

2. Учет «следов разломов» (Breaklines) и разломов (Faults)
Faults
С помощью задания Faults имитируется положение
разрывных нарушений типа сброс/взброс.
Структура файла [.BLN]
Количество точек
задания объекта
Код
(0-обнуление грида вне
контура,
1- обнуление грида
внутри контура)
X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
Xn
Yn
Задание Fault
Учет Faults поддерживают методы интерполяции: Inverse Distance to a
Power, Minimum Curvature, Nearest Neighbor, and Data Metrics.

Breaklines
Структура файла [.BLN]
Количество
точек
задания
объекта
Код
(0-обнуление грида
вне контура,
1- обнуление грида
внутри
контура)
X1
Y1
Z1
X2
Y2
Z2
X3
Y3
Z3
Xn
Yn
Zn
Задание Breakline
Учет Breakline поддерживают методы интерполяции:
Inverse Distance to a Power, Kriging, Minimum Curvature,
Nearest Neighbor, Radial Basis Function, Moving Average, Local
Polynomial

Учет разрывных нарушений

Учет
Breaklines
Контурная карта без
учета разломов
Учет
Faults

Визуализация изображений поверхности

Контурная карта
Карта основы
Карта точечных данных
Растр
Затененный рельеф
Векторная карта
Трехмерная сетка
Трехмерная поверхность
Результат построения сохраняется в виде векторной
графики в файле [.srf].

Контурные карты
Contour Maps

Трехмерные
изображения
поверхности
3D Surface Maps

Трехмерные сетки
3D Wireframe Maps

Векторные карты
Vector Maps

Растры
Image Maps

Карта
затененного рельефа
Shaded Relief Maps

Карты основы
Base Maps
Импортируемые форматы:
AN?, BLN, BMP, BNA, BW, DCM, DIC,
DDF, DLG, DXF, E00, ECW, EMF, GIF,
GSB, GSI, JPEG, JPG, LGO, LGS, MIF,
PCX, PLT, PLY, PNG,
PNM/PPM/PGM/PBM, RAS, RGB,
RGBA, SHP, SID, SUN, TGA, TIF, TIFF,
VTK, WMF, X, XIMG

Карты водоразделов
Watershed Maps
депрессии
водные потоки
бассейны
Карты отражают дренажные системы

Моделирование дискретных объектов

Данные XYZ
(BLN, BNA, CSV, DAT, DBF, MDB, SLK, TXT, WKx, WRx, XLS, XLSX)

Карты точечных данных (Post Maps)

Карты классифицированных точечных данных
Classed Post Maps

Boundary Files [.bln]
Количество точек
задания объекта
Код
(0-обнуление грида вне контура,
1- обнуление грида внутри контура)
X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
Полигон (замкнутый)
X5 ,Y5
X3 ,Y3
X4 ,Y4
X2 ,Y2
Xn
X6 ,Y6
Yn
X10 ,Y10
X1 ,Y1
Линия
X6 ,Y6
X7 ,Y7
X4 ,Y4
X2,Y2
X5 ,Y5
X3 ,Y3
X1 ,Y1
X7 ,Y7
X8 ,Y8
X9 ,Y9
X1=X10
Y1=Y10

Вычисление ошибок интерполяции,
Графическое редактирование грида.

Ручная коррекция сетки (Grid Node Editor)

Графический редактор для ввода и коррекции значений данных
сеточной области

Оценка точности интерполяции (Residuals)

Пункт меню Grid

Математические операции над гридами (Math)
Входной грид 1
Позволяет осуществлять
вычисления над одним или
двумя гридами
Входной грид 2
Выходной грид
Формула вычислений
-
Кровля
=
Подошва
Мощность

Анализ поверхностей (Calculus)
Методы
Позволяет осуществлять анализ
формы поверхности
Входной грид
Выходной грид
Углы
наклона
Terrain
Slope
Ориентация
склонов
Terrain Aspect

Фильтрация (Filter)
Входной грид
Выходной грид
Размер
оператора
Методы
Позволяет выделять
разночастотные составляющие
моделей поверхностей
Оператор
Низкочастотная
фильтрация
41 41

Бланкирование (Blank)
Позволяет обнулять участки карты, определенные файлом [.bln]
Входной грид
+ Файл [.bln] = Выходной грид
Бланкировка
Blank
Границы полигона

Построение разрезов (Slice)
Позволяет рассечь поверхность вдоль линии, положение
которой определено файлом [.bln]
Входной грид
+ Файл [.bln] = Выходной файл [.dat]
X
Y
Z
Расстояние
по профилю
Линия профиля
64
Разрез по профилю
Z
56
48
40
0
20000
40000
Расстояние по профилю
60000
80000

), названная так по имени города Голден в штате Колорадо, где она находится, существует с 1983 года и занимается разработкой пакетов научной графики. Ее первый программный продукт Golden Graphics System, выпущенный в том же году, предназначался для обработки и вывода изображений наборов данных, описываемых двухмерной функцией типа z=f(y,x). Впоследствии этот пакет получил название Surfer, которое сохранилось за ним до нынешних времен. А через два года появился пакет Grapher, предназначенный для обработки и вывода графиков наборов данных и функций типа y=f(x).

Именно эти пакеты для DOS были очень популярны (конечно же, в виде нелегальных копий) в конце 80-х среди советских специалистов, занимающихся различными аспектами математической обработки данных, в первую очередь в рамках широкого круга наук о Земле, таких как геология, гидрогеология, сейсмика, экология, метеорология, а также в других смежных областях.

В это же время и мы начали активно работать с пакетом Surfer 4 для DOS. В отличие от наших коллег из других подразделений (наш институт проводил исследования в области инженерных изысканий в строительстве), которые занимались решением вполне конкретных задач на конкретных объектах и работали с Surfer как с автономным продуктом для конечных пользователей, нас как разработчиков привлекли возможности встроенного использования этого пакета в наших собственных программах.

Идея была очень проста - Surfer мог работать как в диалоговом, так и в пакетном режиме, выполняя определенную последовательность функций на основании данных из командного и информационных файлов. Формируя эти файлы в своих программах, мы могли заставить внешний пакет осуществлять необходимые нам операции. При этом пользователь, просматривая, например, изображение карты изолиний или выдавая ее на печать, даже не подозревал, что работает с каким-то другим пакетом.

В целом Surfer нам очень понравился. Мы и сейчас считаем его классическим образцом отличного программного продукта. Удобный, без архитектурных излишеств диалоговый интерфейс, открытый и понятный интерфейс для программиста, отработанные математические алгоритмы, очень компактный код, скромные запросы к ресурсам. Короче говоря, это был стиль создания ПО, в значительной степени утерянный сегодня, когда не на словах, а на деле чувствовалось уважительное отношение к будущим пользователям. (Нам очень приятно, что стиль этот сохранился и в последующих разработках Golden Software.)

По версии, услышанной в 1994 году на Международной конференции по аналитическим моделям геофильтрации в Индианаполисе, автором Surfer и основателем компании был аспирант-гидрогеолог одного из американских университетов. «Геологические» корни продуктов фирмы представляются почти очевидным фактом.

Вообще-то, город Голден - мал да удал. В нем находятся известный центр подготовки специалистов в области наук о земле Colorado School of Mines и его дочерняя фирма International Ground Water Modeling Center (Международный центр по моделированию подземных вод), которая занимается также созданием, тестированием и распространением гидрогеологических программ (в том числе предоставленных независимыми разработчиками).

Время идет, но, несмотря на достаточно острую конкуренцию, пакеты Golden Software (в первую очередь Surfer) продолжают оставаться очень популярными как в США, так и в других странах. Ссылки на них имеются почти в каждом научном издании или программном продукте, связанном с численным моделированием и обработкой экспериментальных данных.

В 1990 году фирма объявила о прекращении развития версий для DOS и о начале разработки программных продуктов для Windows. В 1991 году появился новый пакет MapViewer (инструмент для анализа и визуализации географически распределенной числовой информации и построения информативных тематических карт - Thematic Mapping Software), а затем вышли Windows-версии уже известных пакетов: в 1993 году - Grapher 1.0, а в 1994 году - Surfer 5.0. В 1996 году был выпущен еще один новый продукт - Didger (оцифровка графической информации), который очень удачно дополнял функциональность других программ Golden Software.

Здесь, однако, следует подчеркнуть, что, прекратив развитие версий для DOS, фирма продолжала их поддержку до 1995 года: продажа лицензионных копий, консультации и пр. Такое уважительное отношение к пользователю (продавать то, что нужно клиенту, а не работать по принципу «бери что есть»), согласитесь, встречается сегодня нечасто.

В целом Golden Software представляет собой весьма поучительный пример устойчивого положения небольшой компании, ведущей разработку и реализацию своих программных продуктов в своей «экологической нише» мирового компьютерного рынка.

Более того, следует отметить, что появление мощных систем, которые вроде бы делают «все-все-все» (например, включение графических средств в электронные таблицы или ГИС с их возможностями обработки картографической информации), не поколебало позиций небольших специализированных программных пакетов. Такое специализированное ПО существенно превосходит большие интегрированные системы по функциональным возможностям и удобству работы. Последнее преимущество особенно актуально при анализе огромного объема экспериментальных данных, а не просто при формировании результатов исследований в виде презентационной графики. К этому следует добавить и более скромные запросы подобных программ с точки зрения мощности компьютера и его цены.

Сейчас фирма Golden Software предлагает четыре продукта для Windows 95/98/NT: Surfer 6.0, Grapher 2.0, MapViewer 3.0 и Didger 1.0. Именно о них и пойдет речь в нашем обзоре.

Пакет Surfer - обработка и визуализация двухмерных функций

Версия Surfer 5.0 для Windows 3.x была выпущена в 1994 году. Год спустя, одновременно с выходом Windows 95, вышел пакет Surfer 6.0, который был представлен двумя вариантами - 32-разрядным для работы в среде Windows NT и Windows 95 и 16-разрядным для Windows 3.1. При установке пакета пользователь может либо выбрать нужную версию программы сам, либо доверить это инсталляционной программе, которая определит конфигурацию системы и выбор версии автоматически. Описание пакета мы построим следующим образом: сначала расскажем о возможностях версии 5.0, а затем - о новшествах Surfer 6.0.

Основным назначением Surfer является обработка и визуализация двухмерных наборов данных, описываемых функцией типа z=f(x, y). Логику работы с пакетом можно представить в виде трех основных функциональных блоков: а) построение цифровой модели поверхности; б) вспомогательные операции с цифровыми моделями поверхности; в) визуализация поверхности.

Построение цифровой модели поверхности

При всей эффектности графической визуализации данных изюминкой подобных пакетов, безусловно, является реализованный в них математический аппарат. Дело в том, что, не получив ясного ответа на вопрос: «Какой метод заложен в основе преобразования данных и где можно увидеть оценку достоверности всех этих преобразований?», пользователь (в данном случае, скорее всего, научный работник), возможно, уже не будет интересоваться всеми остальными достоинствами программы.

Цифровая модель поверхности традиционно представляется в виде значений в узлах прямоугольной регулярной сетки, дискретность которой определяется в зависимости от конкретной решаемой задачи. Для хранения таких значений Surfer использует собственные файлы типа GRD (двоичного или текстового формата), которые уже давно стали своеобразным стандартом для пакетов математического моделирования.

В принципе, возможно три варианта получения значений в узлах сетки; все они реализованы в пакете:

1. по исходным данным, заданным в произвольных точках области (в узлах нерегулярной сетки), с использованием алгоритмов интерполяции двухмерных функций;
2. вычисление значений функции, заданной пользователем в явном виде; в состав пакета входит достаточно широкий набор функций - тригонометрических, Бесселя, экспоненциальных, статистических и некоторых других (рис. 1);
3. переход от одной регулярной сетки к другой, например, при изменении дискретности сетки (здесь, как правило, используются достаточно простые алгоритмы интерполяции и сглаживания, так как считается, что переход выполняется от одной гладкой поверхности к другой).

Кроме того, разумеется, можно использовать готовую цифровую модель поверхности, полученную пользователем, к примеру, в результате численного моделирования (это достаточно частый вариант использования пакета Surfer в качестве постпроцессора).

Первый вариант получения сеточной модели чаще всего встречается в практических задачах, и именно алгоритмы интерполяции двухмерных функций при переходе от нерегулярной сетки к регулярной являются «козырем» пакета.

Дело в том, что процедура перехода от значений в дискретных точках к поверхности является нетривиальной и неоднозначной; для различных задач и типов данных требуются разные алгоритмы (вернее, не «требуются», а «лучше подходят», так как на 100%, как правило, ни один не годится). Таким образом, эффективность программы интерполяции двухмерных функций (это относится и к проблеме одномерных функций, но для двухмерных все гораздо сложнее и разнообразнее) определяется следующими аспектами:

1. набором разнообразных методов интерполяции;
2. возможностью исследователя управлять различными параметрами этих методов;
3. наличием средств оценки точности и достоверности построенной поверхности;
4. возможностью уточнить полученный результат на основе личного опыта эксперта с учетом разнообразных дополнительных факторов, которые не могли быть отражены в виде исходных данных.

Пакет Surfer 5.0 предлагает своим пользователям семь алгоритмов интерполяции: Крикинг (Kriging), Инверсные расстояния (Inverse Distance), Минимизация кривизны (Minimum Curvature), Радиальные базовые функции (Radial Basis Functions), Полиномиальная регрессия (Polynomial Regression), Метод Шепарда (Shepard’s Method, представляющий собой комбинацию метода Инверсных расстояний со сплайнами) и Триангуляция (Triangulation). Расчет регулярной сетки теперь может выполняться для файлов наборов данных X, Y, Z любого размера, а сама сетка может иметь размеры 10 000х10 000 узлов.

Увеличение числа методов интерполяции позволяет значительно расширить круг решаемых задач. В частности, метод Триангуляции может быть использован для построения поверхности по точным значениям исходных данных (например, поверхность Земли по данным геодезической съемки), а алгоритм Полиномиальной регрессии - для анализа тренда поверхности.

При этом обеспечены широкие возможности по управлению методами интерполяции со стороны пользователя. В частности, наиболее популярный в обработке экспериментальных данных геостатистический метод Крикинга теперь включает возможность применения различных моделей вариограмм, использования разновидности алгоритма со сносом, а также учета анизотропии. При расчете поверхности и ее изображения можно также задавать границу территории произвольной конфигурации (рис. 2).

Кроме того, имеется встроенный графический редактор для ввода и коррекции значений данных сеточной области, при этом пользователь сразу видит результаты своих действий в виде изменения карты изолиний (рис. 3). Для целого класса задач (особенно связанных с описанием природных данных), которые, как правило, невозможно описать точной математической моделью, эта функция часто является просто необходимой.

Ввод данных выполняется из файлов форматов [.DAT] (Golden Software Data), [.SLK] (Microsoft SYLK), [.BNA] (Atlas Boundary) или простого текстового ASCII-файла, а также из электронных таблиц Excel [.XLS] и Lotus [.WK1, .WKS]. Исходная информация может также вводиться или редактироваться с помощью встроенной электронной таблицы пакета, при этом возможны дополнительные операции с данными, например сортировка, а также преобразование чисел с помощью задаваемых пользователем уравнений.

Вспомогательные операции с поверхностями

В Surfer для Windows реализован большой набор дополнительных средств преобразования поверхностей и различных операций с ними:

• вычисление объема между двумя поверхностями;
• переход от одной регулярной сетки к другой;
• преобразование поверхности с помощью математических операций с матрицами;
• рассечение поверхности (расчет профиля);
• вычисление площади поверхности;
• сглаживание поверхностей с использованием матричных или сплайн-методов;
• преобразование форматов файлов;
• целый ряд других функций.

Оценку качества интерполяции можно произвести с помощью статистической оценки отклонений исходных точечных значений от результирующей поверхности. Кроме того, для любого подмножества данных можно произвести статистические расчеты или математические преобразования, в том числе с использованием функциональных выражений, задаваемых пользователем.

Визуализация изображений поверхности

Поверхность можно графически представить в двух видах: карты изолиний или трехмерного изображения поверхности. При этом в основе работы Surfer лежат следующие принципы их построения:

1. получение изображения путем наложения нескольких прозрачных и непрозрачных графических слоев;
2. импорт готовых изображений, в том числе полученных в других приложениях;
3. использование специальных инструментов рисования, а также нанесение текстовой информации и формул для создания новых и редактирования старых изображений.

Использование многооконного интерфейса позволяет выбрать наиболее удобный режим работы. В частности, можно одновременно наблюдать числовые данные в виде электронной таблицы, карту, построенную на базе этих данных, и справочную информацию из текстового файла (рис. 4).

В Surfer 5.0 в качестве основных элементов изображения используются следующие типы карт:

1. Карта изолиний (Contour Map). В дополнение к уже традиционным средствам управления режимами вывода изолиний, осей, рамок, разметки, легенды и пр. здесь реализована возможность создания карт с помощью заливки цветом или различными узорами отдельных зон (рис. 5). Кроме того, изображение плоской карты можно вращать и наклонять, использовать независимое масштабирование по осям X и Y.
2. Трехмерное изображение поверхности (3D Surface Map). Для таких карт используются различные типы проекции, при этом изображение можно поворачивать и наклонять, используя простой графический интерфейс. На них можно также наносить линии разрезов, изолиний (рис. 6), устанавливать независимое масштабирование по осям X, Y, Z, заполнять цветом или узором отдельные сеточные элементы поверхности.
3. Карта исходных данных (Post Map). Эти карты используются для изображения точечных данных в виде специальных символов и текстовых подписей к ним. При этом для отображения числового значения в точке можно управлять размером символа (линейная или квадратичная зависимость) или применять различные символы в соответствии с диапазоном данных (рис. 7). Построение одной карты может выполняться с помощью нескольких файлов.
4. Карта основы (Base Map). Это может быть практически любое плоское изображение, полученное с помощью импорта файлов различных графических форматов: AutoCAD [.DXF], DOS Surfer [.BLN, .PLT], Atlas Boundary [.BNA], Golden Software MapViewer [.GSB], Windows Metafile [.WMF], USGS Digital Line Graph [.LGO], Bitmap Graphics [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF], [.JPG], [.DCX], [.TGA] и некоторых других. Эти карты могут быть использованы не только для простого вывода изображения, но также, например, для вывода некоторых областей пустыми. Кроме того, при желании эти карты можно использовать для получения границ при выполнении расчетов поверхности, ее преобразовании, рассечении и пр.

С помощью разнообразных вариантов наложения этих основных видов карт, их различного размещения на одной странице можно получить самые различные варианты представления сложных объектов и процессов. В частности, очень просто получить разнообразные варианты комплексных карт с совмещенным изображением распределения сразу нескольких параметров (рис. 8). Все типы карт пользователь может отредактировать с помощью встроенных инструментов рисования самого Surfer.

Очень эффектным и удобным для анализа является также представление нескольких карт в виде объемной «этажерки». Причем это может быть как различное представление одних и тех же наборов данных (например, трехмерное изображение плюс цветная карта изолиний: рис. 9), так и серия разных наборов, например площадное распределение одного параметра в разные моменты времени или нескольких различных параметров (рис. 10).

Все эти возможности представления изображений могут быть очень полезны при сравнительном анализе влияния различных методов интерполяции или их отдельных параметров на вид результирующей поверхности (рис. 11).

Отдельно следует затронуть проблему использования русских шрифтов. Дело том, что шрифты SYM, поставляемые с пакетом, естественно, не русифицированы, поэтому приходится пользоваться шрифтами Windows типа TrueType. Но для некоторых режимов вывода изображений они не подходят, например, при выводе текста под углом символы иногда искажаются до неузнаваемости. В этом случае лучше применять векторные шрифты SYM с начертанием одинарной линией (они всегда хорошо видны), а в готовом виде имеются только латинские. Однако существует достаточно простое решение этой проблемы.

В версии Surfer для DOS имелась специальная утилита ALTERSYM для создания собственных наборов шрифтов SYM (к сожалению, она исчезла в версии для Windows, поэтому можно воспользоваться DOS’овской версией). Но она позволяет создавать и редактировать только основной набор символов (ASCII-коды 32-127). Мы в свое время решили эту проблему для версии DOS следующим образом: написали утилиту, которая создает полный набор символов (1-255) из файлов-заготовок, созданных программой ALTERSYM, с которым прекрасно работают модули вывода VIEW и PLOT . Этот подход вполне годится и для Windows-версии Surfer.

Полученные графические изображения можно вывести на любое печатающее устройство, поддерживаемое Windows, или выдать в файл формата AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Windows Clipboard [.CLP], а также - HP Graphics Language [.HPGL] и Encapsulated PostScript [.EPS]. Двухсторонний обмен данными и графикой с другими Windows-приложениями может выполняться также через Буфер обмена Windows. Кроме того, графические изображения, подготовленные в Surfer, можно экспортировать в пакет MapViewer, наложить на него карту территории и получить карту распределения этого параметра на конкретной территории (рис. 12 и ).

Макросредства управления пакетом

В Surfer 5.0, созданном еще в 1994 году, почти одновременно с офисными пакетами Microsoft Office 4.0 была реализована объектная компонентная модель на основе поддержки механизма OLE 2.0 Automation (то, что сегодня называется ActiveX). Это обеспечивает возможность интегрированного применения Surfer в качестве ActiveX-сервера в комплексных системах обработки данных и моделирования.

На любом языке, который также поддерживает этот механизм (например, Visual Basic, C++ или Visual Basic for Applications), можно написать управляющий макрофайл для Surfer. В частности, с помощью набора макрофайлов можно выполнять в автоматическом режиме некоторые часто повторяющиеся задания. Или же такой файл может формироваться в процессе выполнения какой-либо прикладной расчетной программы для автоматической обработки и визуализации данных.

Например, следующая функция, написанная на VB, выполняет создание карты изолиний и вставку ее изображения в электронную таблицу с именем «Sheet1»:

• Function MakeMap();
• определение переменной Surf в качестве объекта Dim Surf as Object;
• установка соответствия между переменной Surf и программой Surfer Set Surf = CreatObject(«Surfer.App») GrdFile$ = «c:\winsurf\demogrid.grd»;
• имя входного GRD-файла;
• выполнение макрокоманд пакетом Surfer Surf.MapCountour(GrdFile$);
• построить карту изолиний Surf.Select;
• выделить изображение Surf.EditCopy;
• скопировать выделенное изображение в Буфер обмена;
• это уже команда Excel - вставить изображение из Буфера обмена в текущую позицию таблицы Sheet1 Worksheets(«Sheet1»).Picture.Paste End Function.

Смысл этой процедуры достаточно ясен. Сначала переменная Surf определяется как объект, и ей ставится в соответствие пакет Surfer (Surfer.App). Далее идут команды, которые VBA уже интерпретирует как обращение к функциям Surfer (их названия соответствуют командам, которые пользователь выбирает в режиме диалога), выполняющимся через механизм ActiveX.

Кроме того, пакет Surfer имеет собственный макроязык, который фактически является разновидностью VBA и используется для написания управляющих запросов в специальной программе SG Scripter (файл GSMAC.EXE). Например, с помощью такой простой программы можно реализовать макрокоманду, которая автоматически выполняет построение карт изолиний для одного набора исходных данных, используя все семь методов интерполяции:

• создание объекта Surfer Set Surf = CreateObject («Surfer.App»);
• построение карты каждым методом интерполяции;
• для файла исходных данных DEMOGRID.DAT For Method = 0 to 6;
• открыть новый документ рисования Surf.FileNew();
• расчет GRD-файла текущим методом интерполяции If Surf.GridData(«DEMOGRID.DAT», GridMethod= Method,_ OutGrid=»SAMPLE») = 0 Then End;
• построение карты изолиний If Surf.MapContour («SAMPLE») = 0 Then End Next.

Запуск в автоматическом режиме подобных заданий, которые представлены в виде программы, написанной в GS Scripter, можно выполнить либо из командной строки:

C:\winsurf\gsmac.exe /x task.bas,

либо из любого приложения командой SHELL:

SHELL («c:\winsurf\gsmac.exe /x task.bas»)

(ключ /x указывает на необходимость автоматического выполнения программы task.bas).

Программа GS Scripter может также использоваться для управления любыми другими программами, поддерживающими ActiveX (например, для работы с MS Office).

Новшества Surfer 6.0

Как мы уже говорили, Surfer 6.0 представлен 16- и 32-разрядной версиями. Однако помимо этого появилось несколько полезных функциональных расширений. В первую очередь следует отметить возможность использования еще двух типов карт фоновой основы при построении плоских изображений: Image Map (Карта изображения) и Shaded Relief Map (Затененная карта рельефа).

Встроенные средства рисования Image Map делают процедуру создания цветных карт достаточно простой и быстрой. При этом можно использовать многоцветное заполнение изображений, в том числе с помощью цветовых комбинаций, созданных самим пользователем.

Но особенно впечатляют возможности карты Shaded Relief Map, позволяющей получать непосредственно в среде Surfer изображения типа высококачественных фотографий (рис. 14), которые можно применять как для совместного использования с картами изолиний, так и автономно. При этом пользователь может управлять всеми параметрами, необходимыми для создания наиболее выразительных изображений, включая местоположение источника света, относительный градиент наклона, тип затенения и цвет. У пользователя пакета появилось также больше возможностей по визуализации данных и компоновке различных изображений на одном экране (рис. 15).

Расширен набор вспомогательных операций при обработке цифровой поверхности. Используя новые функции Grid Calculus (Обработка регулярной сетки), можно определять наклон, кривизну и линию горизонта обзора в конкретной точке поверхности, а также вычислять первые и вторые производные для функций Фурье и спектрального анализа. А дополнительные средства Grid Utilities позволяют преобразовывать, смещать, масштабировать, вращать и зеркально отображать данные в GRD-файлах (формат для хранения значений в узлах регулярной сетки). После этого можно сделать любую выборку подмножества набора данных по номерам столбцов и колонок или просто произвольных узлов сетки.

С точки зрения математического аппарата построения поверхности очень важным представляется реализация еще одного алгоритма интерполяции - Ближайший сосед (Nearest Neighbor), а также трех уровней вложения вариограмм, что позволяет создавать более 500 результирующих комбинаций.

Созданные ранее изображения на основе различных типов карт (Contour Map, Shaded Relief Map, Post Map, Image Map) можно использовать в качестве шаблона путем подстановки в уже существующие карты нового GRD-файла. Кроме того, теперь, объединив в начале в одно изображение несколько слоев различных карт, можно затем разделить их на исходные элементы и переделать на основе новых данных.

Из чисто сервисных функций следует выделить возможность занесения данных оцифровки линий границ и произвольных точек с экрана прямо в ASCII-файл, а также автоматическое создание легенды для различных типов точек карты Post Map. В качестве цифровой модели поверхности теперь можно импортировать файлы формата Digital Elevation Model (DEM) прямо из Internet (или любого другого источника информации). И, наконец, новые форматы экспорта данных позволяют сохранять изображения карт практически во всех растровых форматах (PCX, GIF, TIF, BMP, TGA, JPG и многих других).

Продолжение следует

КомпьютерПресс 2"1999

Казалось бы, чем сможет удивить пользователя игровой видеоадаптер с шиной DDR3, которая давно была заменена типом памяти DDR5, более быстрым и современным. Ничем, если только этот видеоадаптер не Nvidia 260, характеристики которого способны составить конкуренцию многим современным устройствам, имеющим улучшенный техпроцесс и множество нововведений.

Очень дорогое производство

Судя по тому, что отбраковка при производстве чипов GT200 превышала 50%, цена на видеоадаптеры данной серии была явно завышена на рынке. Зато любой покупатель знал, что у него в наличии не очередной ширпотреб от именитого производителя, а практически один из лучших продуктов белой сборки. И речь идёт о игровой видеокарте GeForce GTX 260. Характеристика прекрасной сборки - лишь одна из целого списка качеств, которыми обладает этот видеоадаптер.

Снижение стоимости устройства на рынке обязано используемому типу шины DDR3. Производители посчитали, что эта память не сыграет большой роли в передаче значительных объёмов информации, ведь адаптер имеет множество других интересных технологий, которые способны улучшить её производительность. А вот экономия налицо, чип обошёлся в производстве дешевле, чем подобный с памятью DDR5.

Джентльменский набор

Нельзя сказать, что для топовой линейки, к которой относится и GeForce GTX 260, характеристики идеальны и превосходят с отрывом конкурентов. Всё очень даже наоборот. Взять хотя бы техпроцесс - 65 нм при площади ядер 576 кв. мм. Любой геймер скажет, что это прошлый век. Интересно другое - полоса пропускания видеопамяти, которая и является самой важной характеристикой для игрового видеоадаптера. Она составляет 112 гигабайт в секунду. Это очень большой показатель, даже для современных игровых видеокарт.

Высокую производительность видеоадаптеру обеспечивает 448-битная шина обмена с памятью. По всей видимости, из-за дорогой шины и цена на устройство явно завышена, ведь в последнее время Nvidia решила в топовых моделях устанавливать 384-битные шины, увеличивая пропускную способность памяти за счёт разгона ядер, но надолго ли им хватит потенциала, неизвестно.

Что-то тут не так

Очень странная для Nvidia GTX 260 характеристика - объём памяти. Ведь принято на рынке устанавливать размер, кратный 512 мегабайтам, а тут 896 Мб. Всё дело с разрядности: нестандартная шина была достигнута отключением нескольких блоков управления на плате видеоадаптера, это и повлияло на уменьшение общего объёма памяти.

И если углубиться в расследования, то можно выяснить, что чип GTX 260 является отбраковкой у старшей модели из этой же линейки GTX 280. Она как раз имеет стандартную 512-битную шину и 1024 Мб памяти на борту. Чтобы дотянуться до производительности старшего брата, улучшить в GeForce GTX 260 характеристики программно не удастся, разве что впаять отсутствующие блоки управления. Максимум, можно увеличить частоту ядра за счёт поднятия напряжения на нём. Для этого понадобится программа NVFlash, в которой вместо стандартного напряжения 1,12 Вольт нужно изменить на 1,18 Вольт и залить изменения в BIOS видеоадаптера.

Немного вкусностей

Радуют в 260 характеристики видеовыходов. Все устройства на рынке имеют идентичные разъёмы. Можно подключить любое устройство, не суть важно, цифровое оно или аналоговое - от древнего порта D-Sub до современного стандарта HDMI. Даже присутствует ТВ-выход, который реализован в виде S-video, но имеющиеся в комплекте переходники позволяют подключать устройства, имеющие компонентный вход.

Во всех видеоплатах Nvidia GTX 260 характеристики системы охлаждения безукоризненны. Охлаждение не только умеет регулироваться автоматически, но и своим высоким качеством сборки не вызывает дискомфорта в процессе работы. Что достаточно редко встречается на рынке видеоадаптеров.

Лучшее предложение

Компания XFX известна среди геймеров как одна из лучших в производстве видеоадаптеров. Никакого ширпотреба, под этим брендом только мощные игровые устройства. Поэтому появление на рынке GeForce GTX 260 Black Edition под этим брендом привлекло внимание многих поклонников XFX к продукту.

Чего только стоит одна коробка. По размерам она может конкурировать с размерами материнской платы. Множество переходников, аксессуаров, фирменных дисков с драйверами и подробных инструкций мало кого удивит, а вот игра Far Cry 2 обязана была стать наградой для пользователя, который использует только лицензионное программное обеспечение.

Готический внешний вид игровой видеокарты поначалу немного пугает, но потом вызывает уважение. Не у каждого пользователя есть такой шедевр. Естественно, система охлаждения на топовом уровне, в этом плане нет никаких вопросов к XFX GTX 260. Характеристика энергопотребления немного смущает - 236 Вт, как у старшей модели GTX 280. По всей видимости, это заводской разгон памяти на 300 МГц так повлиял на потребление электричества.

Без Zotac не обошлось

А вот известный среди геймеров бренд Zotac, ещё совсем недавно бравшийся за чипы из топовой линейки, свои позиции немного сдал, когда наладил выпуск устройств дешёвого сегмента. Продукт GeForce GTX 260, технические характеристики которого, видимо, приглянулись производителю, Zotac поставил на конвейер.

Фирменная коробка, отличная упаковка в антиударный пакет, множество кабелей и переходников, диски с драйверами и инструкция - стандартный набор для любого топового устройства. Если присмотреться к адаптеру, возникает ощущение, что это тот же XFX, только с новой наклейкой с изображением дракона от Zotac. Даже в GTX 260 характеристики системы охлаждения идентичны.

На заводе, по всей видимости, характеристики чипсета решили не изменять, оставив всё, как есть. Об этом свидетельствуют показатели производительности, частоты памяти и ядра, а также максимальная Однако в ценовой категории видеокарта занимает одно из первых мест, в чём тут подвох, неизвестно.

Разрушая устои

Производители Gainward, Palit и Gigabyte относятся больше к ширпотребу, по крайней мере, бытует такое мнение. По всей видимости, их заинтересовали в Nvidia GTX 260 характеристики производительности, и они выпустили весьма производительные устройства, которые быстро нашли своих покупателей.

Судя по многочисленным отзывам потребителей в средствах массовой информации, к этим трём производителям вообще нет никаких претензий. Что комплектация, что сборка, что производительность - они безупречны. Естественно, порадовала покупателей и цена, ведь эти производители установили очень привлекательную стоимость для игровых видеокарт.

Однако есть вопросы к видеоадаптеру от компании MSI. Устройство представлено без каких-либо фирменных доработок - ничем не выделяющаяся видеокарта GTX 260. Характеристики системы охлаждения всегда были для MSI на первом месте, по радиатору «Циклон» её всегда легко отыскать на полке.

Странный игрок на рынке

Конструкторы и дизайнеры компании GALAXY, чьи шедевры очень часто можно встретить на рынке в виде видеокарт с большим количеством кулеров в системе охлаждения, оставили штатный радиатор в GTX 260. Характеристика низкой температуры на ядре и чипах памяти - это то достоинство, ради которого покупатели идут в магазин и приобретают продукт компании GALAXY.

И всё-таки производитель что-то сделал с видеоадаптером, так как, имея заводские характеристики чипа, он великолепно показывает себя в тестах, оставляя позади большинство производителей одноимённого чипа. Интересно, что температурный режим ядра и памяти в норме.

В заключение

В результате обзора можно сделать вывод, что видеоадаптер GTX 260, характеристики которого весьма впечатляющие в плане производительности на рынке игровых устройств, вполне конкурентоспособен в топовом классе. Смущает совсем другое - все производители, без исключений, установили практически одинаковую систему охлаждения. Никаких фирменных технологий от MSI или GALAXY пользователь не увидит. Эта странность наводит на мысль, что видеокарта совершенно не приспособлена к разгону - нет никакого потенциала. Из-за этого и нет смысла устанавливать улучшенное охлаждение. Увеличение напряжения на ядре никакого прироста в играх не даёт, лишь увеличивается электропотребление и тепловыделение.

ВведениеПрошедший год был для Nvidia крайне тяжёлым - компании пришлось терпеть поражение за поражением, отступая во всех секторах дискретной трёхмерной графики под неожиданно мощным натиском со стороны внезапно активизировавшегося графического подразделения Advanced Micro Devices. При этом, всё случившееся нельзя списать на счёт злых случайностей - в цепочке неудач во многом повинна сама Nvidia, изначально выбравшая неверную стратегию развития своих графических процессоров и вложившая все силы в создание G200. Сыграла свою негативную роль и непозволительно долгая задержка перевода на более тонкий техпроцесс даже ядра предыдущего поколения, G92, не говоря уж о флагмане линейки, отчаянно в этом нуждавшемся.

Хотя G200 и обладал неплохими задатками, с 65-нм техпроцессом он оказался не в состоянии раскрыть свои способности в полной мере, поскольку, будучи чрезвычайно сложным (1,4 миллиарда транзисторов), не мог работать на высоких частотах. Достаточно вспомнить, что даже у флагманской модели нового семейства, Nvidia GeForce GTX 280, частота домена шейдерных процессоров была ограничена 1,3 ГГц, а Nvidia GeForce GTX 260 и вовсе был вынужден довольствоваться скромными 1242 МГц. Для сравнения, практически такой же была частота функционирования вычислительных блоков в первоначальном варианте Nvidia GeForce 8800 GTS, использовавшем 90-нм ядро G80! При всём этом, в ряде случаев новинка не обеспечивала решающего преимущества над куда более простым ATI RV770.

Исходя из описанной ситуации, становится ясно, что новый, более тонкий техпроцесс был необходим Nvidia G200, как воздух, если компания и дальше собиралась использовать его в качестве ударного оружия. Во-первых, перевод G200 на 55-нм техпроцесс позволял существенно поднять его частотный потенциал при сохранении уровней энергопотребления и тепловыделения в приемлемых пределах, а во-вторых, открывал дорогу к созданию ответа на ATI Radeon HD 4870 X2, двухчиповой карты Nvidia. Последнее вряд ли было бы возможно с 65-нм версией G200 - карта на базе двух таких GPU наверняка оказалась бы слишком горячей и неэкономичной.

Очевидно, это хорошо понимала и сама Nvidia, изрядно пострадавшая от мощного напора со стороны графического подразделения Advanced Micro Devices. Альтернативой было и дальше продолжать терять и без того пошатнувшиеся позиции на рынке дискретной графики, а ведь потерять влияние в этом секторе легко, зато потом отвоевывание каждого процента даётся с огромным трудом, что называется, потом и кровью. Поэтому необходимые работы велись, и их результатом стало создание 55-нм версии G200, известной также под кодовыми именами G200b, GT200b, GT206 и некоторыми другими. Для удобства мы будем называть его G200b. Ничего нового в архитектурном плане G200b собой не являет, оставаясь всё тем же G200, содержащим 240 унифицированных шейдерных процессоров, 80 блоков текстурных операций и 32 RBE, но производящимся с использованием 55-нм норм производства. Следовательно, от него следует ожидать либо менее горячего нрава и большей экономичности, либо, при сопоставимых уровнях энергопотребления и тепловыделения, большей производительности, нежели от 65-нм варианта G200.

Разумеется, для производства GeForce GTX 260 по-прежнему используются чипы с усечённой конфигурацией: 216 ALU, 72 текстурных процессора и 28 блоков RBE. Но даже в 55-нм варианте сложность G200 остается прежней, а значит, высока и себестоимость, поэтому логично предположить, что часть ядер, устанавливаемых на GeForce GTX 260 Core 216, либо не прошла частотный контроль, либо имеет дефектные блоки, что не позволяет использовать эти чипы более выгодным для компании образом - в производстве GeForce GTX 285 и 295.

Первой компанией, представившей на суд публики графические карты на базе новой версии G200, стала EVGA, один из основных партнёров Nvidia. Это может означать наличие определённых привилегий, своеобразной наградой за верность лагерю «зелёных» - EVGA поставляет на рынок исключительно решения на базе чипов Nvidia, но появление аналогичных продуктов остальных производителей теперь является лишь вопросом времени. Тем не менее, благодаря EVGA, мы получили уникальную возможность одними из первых исследовать возможности G200b. В этом нам поможет EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked.

Упаковка и комплектация

На первый взгляд, упаковка описываемого продукта не является чем-то необычным, представляя собой стандартную коробку средних размеров.

Оранжевая полоса на чёрном фоне - вот, практически, и все элементы оформления, однако на фоне успевших набить оскомину роботов, драконов и полногрудых девиц в откровенных доспехах такой минималистский подход смотрится солидно и не раздражает глаз. Тем не менее, мы вновь видим распространённую ошибку - надпись в верхнем левом углу гласит «896MB DDR3», в то время как на самом деле карта, разумеется, оснащена памятью GDDR3, имеющей с DDR3 мало общего и архитектурно подобной DDR2. Надпись Superclocked сообщает о заводском разгоне, а наклейка под ней - о наличии в комплекте полной версии популярного шутера Far Cry 2.

На обратной стороне коробки имеется прозрачное окно, сквозь которое виден участок печатной платы видеоадаптера с наклейкой с серийным номером. Под окном имеется вторая наклейка и надпись, предупреждающая покупателя о том, что серийные номера на обеих наклейках должны совпадать. Это важно для пожизненной гарантии, предоставляемой EVGA, а также для участия в программе EVGA Step-Up, позволяющей в течение 90 дней после покупки заменить купленную карту более мощной, разумеется, с оплатой разницы в стоимости между ними. Откровенно говоря, смысла в этом немного, поскольку, как правило, мало кто задумывается о замене недавно купленного графического адаптера на новый в течение трёх месяцев - тем более, что речь в данном случае идёт о карте и без того производительной и недешёвой.

Качество упаковки традиционно высокое; вместо картонной коробки EVGA использует прозрачный пластиковый контейнер, в котором надёжно зафиксирован видеоадаптер. Это защищает его от возможных повреждений в процессе транспортировки и складирования. Помимо видеоадаптера, в коробке обнаружился следующий комплект принадлежностей:

Переходник DVI-I→D-Sub
Переходник DVI-I→HDMI
2 переходника 2хPATA → PCIe
Соединительный кабель S/PDIF
Краткое руководство по установке
Руководство пользователя
2 фирменные наклейки с логотипом EVGA
CD с драйверами и утилитами
DVD с полной версией Far Cry 2

Даже с учётом рекомендуемой производителем цены, которая довольно высока и составляет свыше 250 долларов, комплектация описываемого продукта заслуживает лестной оценки, особенно с учётом наличия в её составе полной версии популярного трёхмерного шутера Far Cry 2. Несколько огорчает отсутствие программного проигрывателя, способного работать с современными форматами видео высокого разрешения, но с учётом того, что EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked явно позиционируется в качестве игрового решения, это не является фатальным недостатком, тем более, что так поступает и подавляющее большинство других производителей.

На диске с драйверами, помимо них самих и электронной версии руководства пользователя, можно найти пару полезных утилит, одной из которых является известный всем игрокам тестовый инструмент Fraps 2.9.6, а вот о другой надо сказать несколько слов отдельно. EVGA Precision представляет собой удобную утилиту для разгона графического адаптера, в основе которой, скорее всего, лежит ядро RivaTuner. Помимо управления тактовыми частотами графического ядра и памяти, она позволяет вручную регулировать скорость вращения вентилятора системы охлаждения и отслеживать температуры до четырёх GPU в системе.

Кроме того, EVGA Precision позволяет создать до 10 профилей с назначением на каждый из них своей горячей клавиши, а также умеет выводить данные, включая частоту кадров, не только на основной монитор, но и на экранчик популярной игровой клавиатуры Logitech G15 . Нельзя сказать, что EVGA Precision незаменима, но, в отличие от некоторых аналогичных программных продуктов других производителей, она имеет простой и функциональный дизайн, что делает её пригодной для повседневного использования в быту оверклокера.

Что касается Far Cry 2, то эта игра, будучи наследником легендарного Far Cry, установившего некогда новый стандарт качества графики для шутеров с видом от первого лица, в представлении не нуждается, поскольку знакома всем любителям этого жанра и используется нами в качестве одного из тестов. Это действительно хороший подарок потенциальному покупателю, и за включение его в комплект поставки мы можем лишь поаплодировать EVGA - мало кто из поставщиков графических карт снабжает свои продукты настолько «свежими» играми.

В целом, упаковка и комплектация EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked, безусловно, заслуживает оценки «отлично». Сама коробка выглядит солидно и привлекательно, а в ней, помимо самого видеоадаптера, имеется всё необходимое для его полноценной эксплуатации. При этом, в комплекте отсутствуют устаревшие кабели и переходники, зато в качестве бесплатного дополнения наличествует по-настоящему современная и популярная игра.

Дизайн печатной платы

На первый взгляд, внешне карта ничем не отличается от 65-нм версии Nvidia GeForce GTX 260/GTX 260 Core 216. Впрочем, EVGA постаралась добавить своему продукту оригинальности, причём, не ограничившись наклейкой на кожухе системы охлаждения - боковая часть этого кожуха окрашена в красный цвет.

Длина печатной платы EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked составляет 27 сантиметров, поэтому владельцам большинства компактных корпусов данный продукт не подойдёт. С учётом того, что его прямым конкурентом является ATI Radeon HD 4870, использующий плату длиной 23 сантиметра, это довольно существенный недостаток.

Теперь об отличиях, которых, на самом деле, гораздо больше, чем может показаться на первый взгляд. Трудно было бы ожидать, что для 55-нм версии Nvidia GeForce GTX 260 Core 216 будет разработан новый дизайн печатной платы, ибо такое предприятие является недешёвым и, в свете того, что карта, по сути, является усечённым вариантом Nvidia GeForce GTX 280, довольно бессмысленным. Однако стоит лишь демонтировать систему охлаждения, как становится очевидным, что Nvidia всё-таки решилась на этот шаг - отличий обнаруживается очень и очень много.

Во-первых, сразу бросается в глаза, что все микросхемы памяти теперь расположены на лицевой стороне печатной платы, и их 14, то есть, данный дизайн изначально предусматривает 448-битную шину памяти без возможности расширения до 512-битной. Сложно сказать, что подвигло Nvidia на разработку новой платы; скорее всего, это стремление любой ценой снизить себестоимость производства, хотя вряд ли выигрыш окажется существенным - даже в обновлённом виде плата выглядит достаточно сложной и дорогой в производстве. Интересно, что по такому же пути в своё время развивалась линейка GeForce 8800: тогда в большинстве случаев увеличение тактовых частот успешно скомпенсировало уменьшение ширины шины памяти при переходе от чипов G80 к G92.

Old Geforce GTX 260 PCBNew Geforce GTX 260 PCB

Значительной переработке подверглась и подсистема питания - если в старом варианте использовался пятифазный стабилизатор, полученный путём усечения оригинального семифазного стабилизатора Nvidia GeForce GTX 280, то в 55-нм версии Nvidia GeForce GTX 260 общее число фаз стабилизатора питания GPU равно четырём, и в них использованы другие силовые транзисторы. Плохая новость для владельцев систем жидкостного охлаждения или нестандартных воздушных кулеров: системы, разработанные для 65-нм серии Nvidia GeForce GTX 200, для 55-нм карт не подойдут, по крайней мере, монолитные модели, рассчитанные на охлаждение не только GPU и микросхем памяти, но и элементов системы питания, именно в силу иного расположения последних.

Сердцем стабилизатора является четырёхфазный ШИМ-контроллер NCP5388, расположенный с обратной стороны печатной платы. Рядом с ним распаян неизвестный чип микроскопических размеров, маркированный как «BR=AL U07», и, по всей видимости, ответственный за управление отдельным двухфазным стабилизатором питания памяти. Разъемов для подключения внешнего питания, как и прежде, два. Оба разъема - шестиконтактные PCIe 1.0 с нагрузочной способностью до 75 Вт. Из прочих отличий можно отметить наличие металлической рамки вокруг графического процессора, а вот левая часть платы, где расположены интерфейсные разъемы и микросхема NVIO, осталась практически неизменной.

В качестве микросхем памяти данный продукт использует чипы GDDR3 Samsung K4J52324QH-HJ1A ёмкостью 512 Мбит (16Мх32), рассчитанные на частоту 1000 (2000) МГц и напряжение питания 1,9 В.

14 таких микросхем образуют банк локальной видеопамяти ёмкостью 896 МБ с 448-битной шиной доступа к нему. Согласно официальным спецификациям Nvidia, память GeForce GTX 260, вне зависимости от используемой версии GPU, должна работать на частоте 1000 (2000) МГц, обеспечивая пропускную способность на уровне 112 ГБ/с, но EVGA разогнала память до 1053 (2106) МГц, что повысило пропускную способность до 117,9 ГБ/с.

Это даже несколько выше аналогичного показателя ATI Radeon HD 4870, составляющего 115,2 ГБ/с, но, с учётом использования микросхем, изначально рассчитанных на 1000 (2000) МГц, практически не оставляет простора для дальнейшего разгона, что, впрочем, будет проверено в соответствующей главе обзора.

Визуально оценить, насколько переход на 55-нм техпроцесс позволил уменьшить площадь кристалла G200b, не удалось - новая версия чипа точно так же снабжена металлической крышкой-теплораспределителем, как и старая. Снимать эту крышку мы не рискнули, поскольку карта ещё пригодится нам в дальнейшем. Впрочем, цифры говорят сами за себя - новый вариант G200 имеет площадь 470 квадратных миллиметров против 576 кв.мм у старого, производимого по 65-нм технологии. Не слишком впечатляет на фоне компактности ATI RV770, имеющего площадь всего 260 кв.мм, но не стоит забывать, что последний почти в полтора раза проще, если говорить о количестве транзисторов. Чип маркирован как G200-103-B2, что сразу позволяет отличить его от старой версии, имевшей маркировку G200-100-A2.

Официальные частоты ядра Nvidia GeForce GTX 260 Core 216 составляют 576 МГц для основного домена и 1242 МГц для вычислительной части, но в сегодняшней статье речь идет о продукте, подвергнутом заводскому разгону, и эти параметры составляют 625 и 1350 МГц соответственно. Не слишком существенный прирост, явно не позволяющий судить о том, возрос ли частотный потенциал G200b в сравнении с G200 - в нашей практике встречались 65-нм версии Nvidia GeForce GTX 260 Core 216, разогнанные производителем до более высоких частот. Именно поэтому EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked будет подвергнут попытке дальнейшего разгона. Что касается конфигурации графического ядра, то она стандартна для Nvidia GeForce GTX 260 Core 216: 216 универсальных шейдерных процессоров, 72 процессора текстурных операций и 28 блоков RBE. Теоретически, если дальнейший разгон окажется успешным, от карты можно ожидать производительности на уровне Nvidia GeForce GTX 280 или даже выше.

Карта снабжена стандартным набором разъемов, включающим в себя два двухканальных порта DVI-I с поддержкой разрешений до 2560х1600 включительно, универсальным портом аналогового видеовыхода, двумя разъемами SLI, позволяющими объединять в единую систему до трёх карт, а также двухконтактным разъемом S/PDIF, служащим для организации трансляции внешнего звукового потока S/PDIF в HDMI, для чего в комплекте поставки имеется соответствующий кабель.

Конструкция системы охлаждения

Во многом конструкция системы охлаждения 55-нм варианта Nvidia GeForce GTX 260 Core 216 осталась, но есть и существенные изменения, продиктованные как новым дизайном печатной платы, так и использованием более экономичной версии графического ядра.

Самым важным отличием, пожалуй, является существенно уменьшившаяся площадь радиатора - он лишился секции, расположенной непосредственно перед крепёжной планкой, за счёт чего стал заметно короче. Исчезла одна из тепловых трубок, ранее обеспечивавшая передачу теплового потока от силовых элементов системы питания, а основание, контактирующее с поверхностью GPU, стало значительно меньше.

По всей видимости, все эти меры также направлены на снижение себестоимости, поскольку других объективных причин урезать конфигурацию хорошо зарекомендовавшей себя конструкции мы не видим. Разумеется, эффективность новой системы охлаждения должна существенно упасть, но, в итоге, её падение может компенсироваться меньшим уровнем тепловыделения G200b. Так ли обстоит дело на самом деле, будет проверено в следующей главе обзора.

В остальном, как уже было сказано, общая концепция осталась прежней - медный теплообменник, отбирающий тепло от GPU, передаёт его радиатору с помощью тепловых трубок. В качестве термоинтерфейса применяется привычная тёмно-серая густая термопаста. За продув радиатора отвечает радиальный вентилятор; нагретый воздух выбрасывается за пределы корпуса системы сквозь ряд прорезей в крепёжной планке видеоадаптера. Прочие элементы, требующие охлаждения, такие, как чипы памяти, кристалл NVIO и силовые транзисторы стабилизатора питания, контактируют с алюминиевым основанием системы через его выступы, снабжённые волокнистыми подушечками, пропитанными белой термопастой.

Конструкция в целом выглядит довольно удачной, хотя она и несколько упрощена в сравнении с оригинальным вариантом, изначально разработанным для семейства Nvidia GeForce GTX 200. В связи с этим следует ожидать несколько менее высокой эффективности её работы, но, с учетом использования 55-нм версии G200, разница может оказаться несущественной или не проявиться вовсе. В том случае, если тепловой режим не ухудшится, упрощение конструкции можно будет считать оправданным.

Уровень энергопотребления, тепловой режим, разгон и шумность

Поскольку 55-нм версия Nvidia GeForce GTX 260 Core 216 попала в нашу тестовую лабораторию впервые, мы не преминули измерить ее энергопотребление и выяснить, стала ли она экономичнее в сравнении со старой, 65-нм версией, и насколько велик выигрыш. Для этого был использован тестовый стенд со следующей конфигурацией:

Процессор Intel Pentium 4 560 (3,6 ГГц, LGA775)
Системная плата DFI LANParty UT ICFX3200-T2R/G (ATI CrossFire Xpress 3200)
Память PC2-5300 (2x512 МБ, 667 МГц)
Жесткий диск Western Digital Raptor WD360ADFD (36 ГБ)
Блок питания Chieftec ATX-410-212 (мощность 410 Вт)
Microsoft Windows Vista Ultimate SP1 32-bit
Futuremark PCMark05 Build 1.2.0
Futuremark 3DMark06 Build 1.1.0

Согласно принятой методике, для создания нагрузки в режиме 3D используется первый тест SM3.0/HDR пакета 3DMark06, запускаемый в цикле в разрешении 1600х1200 с форсированными FSAA 4x и AF 16x. Эмуляция режима «peak 2D» осуществляется силами теста «2D Transparent Windows», входящего в состав PCMark05. Последний тест достаточно актуален в свете того, что оконный интерфейс Windows Vista Aero использует возможности графического процессора.

Переход на 55-нм техпроцесс самым благотворным образом сказался на экономичности G200 в целом и GeForce GTX 260 в частности. Хотя в режиме простоя существенного выигрыша зафиксировано не было, под нагрузкой в режиме 3D он составил 34 Вт, так что корона первенства по праву переходит от ATI Radeon HD 4870 1GB к картам на базе G200b. Это довольно серьёзный удар по ATI, которой, мы полагаем, следует всерьёз задуматься об уровне энергопотребления своих продуктов, особенно построенных по двухпроцессорной схеме.

Что касается раскладки по линиям питания, то в новой версии GeForce GTX 260 Core 216 нагрузка на внешние разъемы неравномерна, в отличие от старой, использующей дизайн печатной платы и схемотехнику системы питания, разработанные для GeForce GTX 280. Ближний к концу платы разъем нагружается заметно, на 10-13 Вт, сильнее; впрочем, с учётом показателей, весьма далёких от предельного значения (75 Вт), это не является поводом для беспокойства.

Как известно, 55-нм версия Nvidia GeForce GTX 260 Core 216 работает на тех же частотах, что и 65-нм вариант - 576 МГц для основного домена GPU и 1240 МГц для домена шейдерных процессоров. Описываемый в данном обзоре EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked предварительно разогнан производителем до 625/1350 МГц, однако, мы решили пойти дальше и выяснить, насколько вырос частотный потенциал G200 после перевода его на 55-нм техпроцесс. Без применения каких-либо дополнительных средств, вроде замены системы охлаждения или модификаций системы питания, результат составил 715/1541 МГц для графического ядра и 1150 (2300) МГц для памяти. Совсем неплохой результат для чипа, состоящего из 1,4 миллиарда транзисторов, особенно с учётом того, что аналогичный экземпляр Nvidia GeForce GTX 260 Core 216, использующий 65-нм версию G200, сумел разогнаться лишь до 650/1400 МГц. В процентном соотношении выигрыш составил около 10 %, но это уже позволяет надеяться на производительность на уровне Nvidia GeForce GTX 280, располагающего 240 ALU, 80 TMU и 32 RBE против 216, 72 и 28 аналогичных блоков у Nvidia GeForce GTX 260 Core 216.

Исследование температурного режима с помощью RivaTuner показало следующую картину:

При одинаковых тактовых частотах максимальные температуры 65-нм и 55-нм версий G200 также одинаковы, что, по всей видимости, обусловлено несколько упрощённой конструкцией системы охлаждения у последнего. Тем не менее, при дальнейшем разгоне EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked максимальная температура GPU не превысила показателя Nvidia GeForce GTX 280. Отметим, что в режиме 2D все представители семейства Nvidia GeForce GTX 200 автоматически снижают тактовые частоты GPU до 300/600 МГц, а частоту памяти - до 100 (200) МГц, что помогает им поддерживать низкую температуру и уровень шума.

Несмотря на некоторые конструктивные изменения в системе охлаждения EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked, замеры уровня шума не выявили существенных отличий от эталонной системы охлаждения Nvidia GeForce GTX 280. Не в последнюю очередь это обусловлено сравнительно высоким уровнем шума, генерируемым нашей тестовой платформой в целом - даже при полностью пассивном охлаждении графической карты он составляет 43 дБА, что само по себе довольно много. Тем не менее, надо признать, что конструкция СО, используемая Nvidia, по-прежнему остаётся одной из самых удачных в индустрии дискретной графики, сочетая в себе высокую эффективность охлаждения с комфортными шумовыми характеристиками. О полной бесшумности говорить не приходится, но акустический состав шума благоприятен, поскольку основную лепту в него вносит шуршание воздушного потока, практически не раздражающее слуха.

Конфигурация тестовых платформ и методология тестирования

Сравнительное исследование производительности EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked было проведено на тестовой платформе со следующей конфигурацией:

Процессор Intel Core i7-965 Extreme Edition (3,2 ГГц, 6,4 GT/s QPI)
Системная плата Asus P6T Deluxe (Intel X58)
Память Corsair XMS3-12800C9 (3x2 ГБ, 1333 МГц, 9-9-9-24, 2Т)
Жесткий диск Maxtor MaXLine III 7B250S0 (250 ГБ, SATA-150, буфер 16 МБ)
Блок питания Enermax Galaxy DXX EGX1000EWL (мощность 1 кВт)
Монитор Dell 3007WFP (30”, максимальное разрешение 2560x1600@60 Гц)
Microsoft Windows Vista Ultimate SP1 64-bit
ATI Catalyst 8.12 для ATI Radeon HD
Nvidia GeForce 180.48 WHQL для Nvidia GeForce

Драйверы графических карт настраивались таким образом, чтобы обеспечивать максимально возможное качество текстурной фильтрации при минимальном влиянии программных оптимизаций, используемых по умолчанию. Сглаживание прозрачных текстур было включено, при этом, для обеих архитектур был использован режим мультисэмплминга, поскольку решения ATI не поддерживают суперсэмплинг для этой функции. В результате, список настроек драйверов ATI Catalyst и Nvidia GeForce принял следующий вид:

ATI Catalyst:

Smoothvision HD: Anti-Aliasing: Use application settings/Box Filter
Catalyst A.I.: Standard
Mipmap Detail Level: High Quality
Wait for vertical refresh: Always Off
Enable Adaptive Anti-Aliasing: On/Quality

Nvidia GeForce:

Texture filtering - Quality: High quality
Texture filtering - Trilinear optimization: Off
Texture filtering - Anisotropic sample optimization: Off
Vertical sync: Force off
Antialiasing - Gamma correction: On
Antialiasing - Transparency: Multisampling
Остальные настройки: по умолчанию

Состав тестового пакета был существенно переработан для лучшего соответствия текущим реалиям. В результате пересмотра в него был включён следующий набор игр и приложений:

Трехмерные шутеры с видом от первого лица:

Call of Duty: World at War
Crysis Warhead
Enemy Territory: Quake Wars
Far Cry 2
S.T.A.L.K.E.R.: Clear Sky

Трехмерные шутеры с видом от третьего лица:

Dead Space
Devil May Cry 4
Grand Theft Auto IV

RPG:

Fallout 3
Mass Effect

Симуляторы:

Race Driver: GRID
X³: Terran Conflict

Стратегии:

Red Alert 3
Spore
World in Conflict

Синтетические тесты:

Futuremark 3DMark06
Futuremark 3DMark Vantage

Каждая из входящих в набор тестового программного обеспечения игр была настроена таким образом, чтобы обеспечивать максимально возможный уровень детализации, причём использовались исключительно средства, доступные в самой игре любому непосвященному пользователю. Это означает принципиальный отказ от ручной модификации конфигурационных файлов, поскольку игрок не обязан уметь этого делать. Для некоторых игр были сделаны исключения, продиктованные теми или иными соображениями необходимости; каждое из таких исключений упоминается отдельно в соответствующем разделе обзора.

Помимо EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked в состав участников тестирования вошли следующие графические карты:

Nvidia GeForce GTX 280 (G200, 602/1296/2214 МГц, 240 SP, 80 TMU, 32 RBE, 512-бит шина памяти, 1024 МБ GDDR3)
Nvidia GeForce GTX 260 Core 216 (G200, 576/1242/2000 МГц, 216 SP, 72 TMU, 28 RBE, 448-бит шина памяти, 896 МБ GDDR3)
ATI Radeon HD 4850 X2 (2xRV770, 650/650/2000 МГц, 1600 SP, 80 TMU, 32 RBE, 2x256-бит шина памяти, 2x1024 МБ GDDR3)
ATI Radeon HD 4870 (RV770, 750/750/3600 МГц, 800 SP, 40 TMU, 16 RBE, 256-бит шина памяти, 1024 МБ GDDR5)

Тестирование проводилось в разрешениях 1280х1024, 1680х1050, 1920х1200 и 2560х1600. Последнее применялось только для главных героев сегодняшнего обзора, а также для ATI Radeon HD 4850 X2. Во всех случаях, когда это было возможно, стандартную анизотропную фильтрацию 16х дополняло сглаживание MSAA 4x. Активация сглаживания осуществлялась либо средствами самой игры, либо, при их отсутствии, форсировалась с помощью соответствующих настроек драйверов ATI Catalyst и Nvidia GeForce. Как уже было сказано, никакие дополнительные средства настройки не применялись.

Для получения данных о производительности использовались встроенные в игру средства с обязательной записью оригинальных тестовых роликов при наличии такой возможности. Во всех остальных случаях применялась утилита Fraps 2.9.6 в ручном режиме с трёхкратным тестовым проходом и последующим усреднением финального результата. По возможности фиксировались данные не только о средней, но и о минимальной производительности.

Игровые тесты: Call of Duty: World at War

Заводского разгона, предпринятого EVGA, явно недостаточно, чтобы состязаться на равных с Nvidia GeForce GTX 280, но дополнительный разгон позволяет добиться этого даже в разрешении 2560х1600, несмотря на более узкую шину памяти. Более того, в последнем случае минимальная производительность оказывается достаточно высокой для комфортной игры, и, в целом, разогнанный EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Supeclocked практически не уступает ATI Radeon HD 4850 X2 при существенно меньшем уровне энергопотребления и шума.

Игровые тесты: Crysis Warhead

То же самое можно видеть в Crysis Warhead - дополнительный разгон выводит карту EVGA на уровень Nvidia GeForce GTX 280. Однако в данном случае исключением становится разрешение 2560х1600, в котором начинает сказываться меньшая ширина шины доступа к памяти, а также меньший объем самой памяти - 896 против 1024 МБ.

Игровые тесты: Enemy Territory: Quake Wars

ET: Quake Wars содержит ограничитель средней производительности, зафиксированный на отметке 30 кадров в секунду, поскольку в сетевой игре все события синхронизируются с частотой 30 Гц. Для получения более полных данных о производительности графических карт в Quake Wars этот ограничитель был отключён через игровую консоль. Поскольку при тестировании используются внутренние возможности игры, информация о минимальной производительности отсутствует.

Разница между различными представителями семейства Nvidia GeForce GTX 200 в этой игре минимальна, однако и здесь разгон карты EVGA позволяет ей выйти на один уровень с Nvidia GeForce GTX 280, а в разрешении 2560х1600 даже слегка опередить её. Во всех случаях запас производительности очень высок и намного перекрывает требования игры.

Игровые тесты: Far Cry 2

В оригинальной версии EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked несколько уступает Nvidia GeForce GTX 280, но разгон GPU до 715/1541 МГц, а памяти до 1150 (2300) МГц позволяет практически преодолеть разрыв, сохраняется разве что некоторое отставание в минимальной производительности.

Игровые тесты: S.T.A.L.K.E.R.: Clear Sky

Для обеспечения приемлемого уровня производительности в этой игре было решено отказаться от использования FSAA, а также от таких ресурсоёмких опций, как «Sun rays», «Wet surfaces» и «Volumetric smoke». При тестировании использовался режим «Enhanced full dynamic lighting» (DX10), для карт ATI дополнительно задействовался режим DirectX 10.1

Аналогично ведёт себя разогнанный до предела продукт EVGA и в Clear Sky - повышенные тактовые частоты позволяют ему не уступать Nvidia GeForce GTX 280 в средней производительности, но меньшее количество функциональных блоков и более узкая шина памяти не могут быть компенсированы выигрышем в частотах, что негативно сказывается на минимальной производительности.

Игровые тесты: Dead Space

Тот факт, что отставание в количестве ALU, TMU и RBE не так-то просто компенсировать тактовыми частотами, подтверждается и в Dead Space: если по средним показателям максимально разогнанная карта EVGA и опережает Nvidia GeForce GTX 280 на 2-5 %, в зависимости от разрешения, то минимальная производительность остаётся прежней. Более того, в разрешении 2560х1600 одного разгона уже недостаточно, и Nvidia GeForce GTX 280 вновь выходит на первое место. С учётом сравнительно скромных требований, предъявленных игрой, общий уровень производительности очень высок и описанную выше разницу невооружённым глазом заметить невозможно.

Игровые тесты: Devil May Cry 4

Примерно так же ведёт себя разогнанная карта EVGA в Devil May Cry 4, демонстрируя превосходство над Nvidia GeForce GTX 280 в средней производительности и паритет в минимальной. Исключением является разрешение 2560х1600, где ей удаётся существенно превзойти по последнему показателю флагманскую модель семейства.

Игровые тесты: Grand Theft Auto IV

Так как при стандартном на сегодня объеме видеопамяти 512 МБ игра не позволяет использовать значение опции «Texture Quality» выше «Medium», а максимальное безопасное значение опции «View Distance» составляет 32, все тесты проводились именно с такими настройками. Для прочих опций были выставлены максимально возможные значения. Поскольку для тестирования используются собственные возможности игры, информация о минимальной производительности отсутствует.

Из-за вышеописанных особенностей существенные расхождения в результатах между участниками тестирования удалось выявить только в разрешениях 1920х1200 и 2560х1600. В первом случае разгон карты EVGA позволил добиться средней производительности на уровне Nvidia GeForce GTX 280, а во втором и вовсе вывел её на первое место, оставив позади не только флагманскую модель Nvidia, но и ATI Radeon HD 4850 X2. Также, судя по результатам ATI Radeon HD 4870 1GB, можно предположить, что игра благосклонно относится к большому количеству текстурных процессоров у решений Nvidia.

Начиная со следующего обзора, методика тестирования в GTA IV будет приведена к новому минимальному значению объема видеопамяти, составляющему 896 МБ.

Игровые тесты: Fallout 3

Решения ATI вне конкуренции, однако и карты на базе Nvidia G200 чувствуют себя вполне уверенно во всех разрешениях, включая 2560х1600. Интересно, что даже с заводским разгоном EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked ничуть не уступает Nvidia GeForce GTX 280, а с дополнительным разгоном даже заметно, на 8-10%, его превосходит.

Игровые тесты: Mass Effect

Ситуация, уже неоднократно виденная в других тестах, повторяется - максимальный разгон карты EVGA позволяет ей без труда состязаться на равных с Nvidia GeForce GTX 280, причём как в средней, так и в минимальной производительности. Увы, ATI Radeon HD 4870 1GB - не конкурент решениям на базе G200/G200b в данной игре; превзойти их сумел только гораздо более горячий и очень шумный ATI Radeon HD 4850 X2.

Игровые тесты: Race Driver: GRID

Нельзя не отметить победу максимально разогнанной карты EVGA в разрешении 2560х1600, где она уступила лишь двухпроцессорному монстру ATI. Во всех остальных случаях картина обычна - заводского разгона недостаточно для конкуренции с Nvidia GeForce GTX 280 и для того, чтобы добиться схожих показателей, приходится прибегать к дальнейшему повышению тактовых частот GPU и памяти, причём, минимальная производительность практически не растёт.

Игровые тесты: X³: Terran Conflict

Игра со всей очевидностью предпочитает решения ATI, достаточно взглянуть на минимальные показатели в разрешениях свыше 1280х1024. Даже дополнительный разгон карты EVGA помогает слабо - в разрешении 1680х1050 минимальную производительность удаётся поднять лишь до 22 кадров в секунду, чего явно недостаточно для обеспечения плавности игрового процесса. Любопытно отметить, что в разрешениях 1920х1200 и 2560х1600 сравнительно скромный заводской разгон, предпринятый EVGA, позволяет GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked опередить Nvidia GeForce GTX 280.

Игровые тесты: Red Alert 3

Игра содержит неотключаемый ограничитель средней производительности, зафиксированный на отметке 30 кадров в секунду.

Пока ситуация с производительностью карт Nvidia в Red Alert 3 далека от идеальной - при использовании FSAA 4x все они демонстрируют неприемлемо низкие показатели. Остаётся возлагать надежды на новую версию драйверов GeForce, возможно, в ней эта проблема будет устранена. Тем не менее, поведение разогнанной карты EVGA принципиально не отличается от того, которое можно было наблюдать в предыдущих тестах.

Игровые тесты: Spore

Игра содержит неотключаемый ограничитель средней производительности, зафиксированный на отметке 30 кадров в секунду. FSAA не поддерживается.

Никакой информации получить не удалось, поскольку все участвующие в тестировании графические карты достигли ограничителя средней производительности. Следовательно, все они в равной мере подходят для использования в Spore. Поскольку в большинстве случаев данный тест не позволяет получить какой-либо осмысленной информации, мы прекращаем его использование - он будет заменён на одну из популярных и при этом более информативных игр.

Игровые тесты: World in Conflict

Дальнейший разгон EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked дал впечатляющие результаты - в разрешении 1680х1050 карта смогла опередить даже ATI Radeon HD 4850 X2, а в разрешении 1920х1200 оказалась единственным, кроме вышеупомянутого двухпроцессорного решения ATI, видеоадаптером, обеспечивающим комфортный уровень производительности. Максимальный выигрыш при дополнительном разгоне в сравнении с Nvidia GeForce GTX 280 составил почти 14 %, что справедливо можно считать отличным результатом, учитывая отставание в количестве функциональных блоков, а также производительности и объеме видеопамяти.

Синтетические тесты: Futuremark 3DMark06

Ни в одном из тестов 3DMark06 карта EVGA не показала выдающихся результатов, как с заводским разгоном, так и с дополнительным, предпринятом нами. По всей видимости, она упёрлась в потолок, диктуемый аппаратной конфигурацией GeForce GTX 260 Core 216.

Синтетические тесты: Futuremark 3DMark Vantage

Чтобы минимизировать влияние центрального процессора, при тестировании в 3DMark Vantage применяется профиль «Extreme», использующий разрешение 1920х1200, FSAA 4x и анизотропную фильтрацию. Для полноты картины производительности, результаты отдельных тестов с этого момента снимаются во всем диапазоне разрешений.

Тестирование в 3DMark Vantage показало прямо противоположный результат: в режиме с дополнительным разгоном EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Supeclocked не просто смогла опередить Nvidia GeForce GTX 280, а заняла первое место среди всех участников тестирования!

Наибольший выигрыш от разгона наблюдается в разрешении 1280х1024; по мере роста разрешения разрыв между EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked и Nvidia GeForce GTX 280 сокращается - последний всё же имеет неплохую фору в производительности подсистемы памяти и превосходством в частоте GPU отделаться уже не удаётся.

Во втором тесте картина несколько иная - во всех разрешениях карта EVGA немного уступает Nvidia GeForce GTX 280 в обычном режиме, и идет с ней вровень в режиме с дополнительным разгоном. По-видимому, нехватка текстурных процессоров успешно компенсируется более высокой частотой их работы. Отметим, что оба решения Nvidia в данном тесте заметно уступают ATI Radeon HD 4850 X2.

Заключение

Подведём итоги. Тестирование не выявило различий в производительности 55-нм и 65-нм версий Nvidia GeForce GTX 260 Core 216, имеющих эталонные частоты GPU и памяти, однако, заводской разгон карты EVGA обеспечил ей заметное преимущество, составляющее, в среднем, от 4,3 % до 6,4 %, в зависимости от разрешения. Дополнительный разгон позволил прибавить к этому ещё 8-9 %.

В результате, главный герой сегодняшнего обзора, EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked, проявил себя с лучшей стороны, продемонстрировав, что может быть достойным соперником ATI Radeon HD 4870 1GB. Во многих тестах продукт EVGA оказался быстрее, но за счёт проигрыша в таких играх, как Fallout 3, Race Driver: GRID, X³: Terran Conflict и Red Alert 3 среднее преимущество составило лишь около 5 %, и то, в разрешениях не выше 1680х1050. Таким образом, выбор в данном случае обусловлен исключительно личными предпочтениями игрока.

Что касается попытки догнать Nvidia GeForce GTX 280, то в заводском варианте она не увенчалась успехом, однако, благодаря использованию новой 55-нм версии G200, карта продемонстрировала хороший разгонный потенциал, и с помощью дополнительного разгона нам удалось догнать и даже перегнать GTX 280 практически во всех тестах.

В стандартных разрешениях среднее преимущество EVGA GeForce GTX 260 Core 216, разогнанного до частот 715/1541/2300 МГц, составило от 3,1 до 3,8 %, а наибольший эффект наблюдался в играх Devil May Cry 4 (1280x1024, преимущество 10,7 %), World in Conflict (1680x1050, преимущество 10,8 %) и X³: Terran Conflict (1920х1200 и 2560x1600, преимущество 16,2 % и 19,3 %, соответственно). Более чем неплохо, особенно с учётом существенно меньшей стоимости в сравнении с Nvidia GeForce GTX 280. Таким образом, целесообразность приобретения последнего с появлением 55-нм версий Nvidia GeForce GTX 260 Core 216 находится под вопросом, тем более, что не за горами еще и появление в массовой продаже видеокарт GeForce GTX 285, также использующих 55-нм вариант G200, и, соответственно, обладающих более высоким частотным потенциалом, нежели GTX 280.

Сам же продукт, описанный в данном обзоре, EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked, заслуживает исключительно положительной оценки. Помимо привлекательного уровня производительности и хорошего разгонного потенциала, он может похвастаться достойной комплектацией, включающей в себя полную версию популярного шутера Far Cry 2 и удобное средство для разгона, а также пожизненной гарантией и возможностью участия в программе EVGA Step-Up. Единственное, что может отпугнуть потенциального покупателя - сравнительно высокая цена, традиционно свойственная продукции EVGA, ведь в настоящее время официальная стоимость ATI Radeon HD 4870, оснащённого 512 МБ памяти GDDR5, уже упала ниже отметки 200 долларов, а на версию с 1024 МБ памяти установлена на уровне 239 долларов. Реальные цены в московской рознице, конечно, выше официальных цен производителей, однако они вполне коррелируют с ними - так что, когда карты EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked появятся у нас в продаже, следует ожидать, что они также будут дороже, нежели Radeon HD 4870 1 ГБ.

EVGA GeForce GTX 260 Core 216 Superclocked: достоинства и недостатки

Достоинства:

Использование 55-нм версии G200
Высокий уровень производительности в современных играх
Во многих случаях опережает ATI Radeon HD 4870 1GB
С дополнительным разгоном опережает Nvidia GeForce GTX 280
Производительность не зависит от программной поддержи multi-GPU
Широкий выбор режимов FSAA
Минимальное влияние FSAA на производительность
Поддержка ускорения PhysX силами GPU
Аппаратная поддержка декодирования HD-видео
Поддержка вывода звука S/PDIF через HDMI
Сравнительно низкий уровень энергопотребления и тепловыделения
Сравнительно невысокий уровень шума
Хороший разгонный потенциал
Наличие в комплекте полной версии Far Cry 2

Недостатки:

Перекос производительности в сторону текстурных процессоров и RBE
Отсутствие поддержки DirectX 10.1 и Shader Model 4.1
Неполная аппаратная поддержка декодирования VC-1
Отсутствие интегрированного звукового ядра
В комплекте отсутствует программный проигрыватель HD-видео
Высокая цена

Другие материалы по данной теме

ATI Radeon HD 4850 X2 против Nvidia GeForce GTX 280: решающее сражение
Эволюция драйверов ATI Catalyst на примере Radeon HD 4870
Собратья по оружию: две видеокарты Palit GeForce 9800GTX+