Affichage LCD

Les écrans LCD pour la réalité virtuelle et la psychologie expérimentale
Auteur : Jean jeuvrey
Date : Novembre 2016
1- Schéma général du fonctionnement de l’affichage sur un écran
CPU
Carte vidéo
Moniteur
Le taux de rafraichissement de l’écran en Hz désigne une fréquence de rafraichissement de l’image
sur l’écran du moniteur. Très souvent cette fréquence est de 60Hz.
Sur les écrans CRT (ancien écran cathodique), le rafraichissement de l’image est conditionné par un
signal de synchronisation (V-sync pour Vertical Synchronisation) qui est envoyé tous les 16.66ms
(pour un taux de rafraichissement à 60Hz) au moniteur. Sur les écrans CRT l’affichage de l’image est
rendu possible grâce à un flux d’électron venant frapper l’écran.
Sur les écrans LCD (Liquid Crystal Display), des cristaux liquides sont orientés grâce à une
modification d’un potentiel d’électrode. L’orientation de ces cristaux modifie la transparence d’une
lumière projetée sur un filtre de couleur permettant alors de définir la couleur d’un pixel de l’écran.
Ces écrans sont caractérisés, entre autre, par un temps de réponse qui est définit par l’ISO comme
étant le temps total de l’aller-retour blanc – noir - blanc. Ce temps de réponse peut varier entre 1 ms
et 20 ms. Cette caractéristique est importante car elle peut conditionner le moment de la perception
du changement d’état d’un pixel par un utilisateur. Cette caractéristique ne concerne pas les écrans
CRT car l’affichage d’un pixel lorsque un électron le percute est quasi instantané.
Les écrans LCD peuvent fonctionner avec et sans le signal de synchronisation. En effet les pixels des
écrans LCD (contrairement au CRT) n’ont pas besoin d’être rafraichi mais un rafraichissement leur est
néanmoins imposé par le fonctionnement inhérent des technologies VGA et DVI.
Single buffering
VRAM
Front Buffer
Affichage écran
Double Buffering (évite les déformations d’écran - tearing)
RAM
Back Buffer
Copy
VRAM
Front Buffer
Affichage écran
Page – Flipping (+ rapide que le double buffer)
RAM
Back Buffer
Flip
VRAM
Front Buffer
Affichage écran
Triple Buffer (évite les saccades graphiques)
Un buffer intermédiaire entre le back et le front buffer, cette méthode est utile dans le cas de grosse
implémentation graphique qui nécessite plus qu’un rafraichissement d’écran pour calculer le rendu.
Dans le cas du single buffer, si ce qui arrive dans la carte mémoire graphique est parfaitement
synchronisé avec le rafraichissement de l’écran alors tout va bien, néanmoins si le logiciel à un frame
rate plus rapide que le taux de rafraichissement de l’écran, des déformations visuelles peuvent
survenir (tearing), il convient alors d’utiliser le double buffering avec le Vsync et on évite alors cette
déformation d’écran car la carte graphique attend d’avoir toute les données graphique dans son back
buffer avant de l’afficher dans le front buffer lors d’un Vsync. Le désavantage de cette solution réside
dans la possibilité de créer un délai supplémentaire au cas où le frame rate du logiciel est plus lent
que le frame rate du moniteur pouvant alors créer une saccade de la scène visuelle. Le triple buffer
permet d’éviter ce problème en mettant à disposition un espace buffer supplémentaire qui est
rempli dès qu’un rendu est affiché.
Il existe des technologies plus récentes (Vsync adaptatif, G-sync ect…) permettant d’optimiser le
rendu visuel tout en diminuant la latence de l’affichage de la scène visuelle.