[发明专利]三维图形处理

说明书

本发明涉及用于例如显示屏上显示的三维(3D)图形处理，并且 特别涉及用于显示的三维图形的渲染(rendering)。

正如本领域中已知的，一般通过首先把将要显示的场景分成许多 类似的基本分量(所谓的“基元(primitive)”)来执行3D图形 处理以允许更容易地执行该3D图形处理操作。这些“基元”一般采 用简单的多边形形式，例如三角形，并且一般通过限定它们的顶点 而被描述。

一旦将要显示的场景被分成了多个图形基元，那么正如本领域中 已知的，这些图形基元一般将会被进一步分成分立的图形实体或元 素，一般称作“碎片(fragment)”，在其上执行实际的图形处理 操作(例如渲染操作)。每个这种图形碎片将代表并且对应于基元 中的给定位置，并且实际上包括用于所述位置的一组数据(例如颜 色和深度值)。

每个图形碎片(数据元)一般对应于最终显示中的单像素(像元) (因为当这些像素是最终将要显示的画面中的奇异点时，在3D图形 处理器所操作的“碎片”和显示中的像素之间一般将存在一一对应 的映射)。然而，可能的情况是：在“碎片”和“像素”之间不存在 直接对应，例如在显示最终图像之前对渲染的图像实施后期处理例 如按比例缩小的特殊形式的情况下。

因此，一般执行的3D图形处理的两个方面是图形“基元”(或 多边形)位置数据到图形碎片位置数据的“光栅化(rasterising)” (即确定用来代表将要显示的场景中的每个基元的图形碎片的(x， y)位置)，并且然后“渲染”“被光栅化的”碎片(即对这些碎片 进行染色(colouring)、着色等)，用于在显示屏上显示。

(在3D图形文献中，术语“光栅化”有时候用来表示基元转换 成碎片以及渲染。然而，在此“光栅化”将仅用来指把基元数据转 换成碎片地址。)

渲染过程基本上包括导出显示每个碎片必需的数据。这种数据一 般包括用于每个碎片的红、绿和蓝色(RGB)值(其基本上将确定显 示上的碎片的颜色)，以及用于每个碎片的所谓的“α”(透明度) 值。

正如本领域中已知的，一般通过以线性或流水线(pipelined) 方式一个接一个地对每个碎片(即用于该碎片的数据)执行单独的 渲染过程(步骤)来导出该数据。因此，例如，根据例如记录的用 于碎片所属的基元的顶点的颜色和透明度数据，每个碎片首先被分 配初始的RGB和α值，然后对碎片数据接连地执行例如纹理化、雾化、 和混合等操作。这些操作修改为每个碎片设置的初始RGB和α值，以 便在最后的处理操作之后，每个碎片具有适当设置的RGB和α值，以 允许该碎片正确地显示在显示屏上。然后存储该最后设置的RGB和α 值，准备在显示屏上显示该碎片。然后对当前正在渲染的场景区域 中的所有碎片重复该过程。

以该方式执行渲染过程，因为单独的渲染操作一般彼此独立，并 且可以不参考其他渲染步骤或碎片而执行，因此它们可以在没有损 害的情况下以线性、流水线方式来执行。以这种流水线方式(以所 谓的“渲染流水线”)执行渲染操作意味着“流水线”的不同渲染单 元可以同时对不同碎片进行操作，由此使得渲染过程更有效。

为执行正确的渲染操作，渲染过程的每个阶段需要适当地配置， 即将被设置成正确的所谓的“渲染状态”。渲染状态确定渲染过程 的这些阶段怎样对每个碎片进行操作，并且一般确定例如渲染图形 碎片所使用的反走样模式、混合模式、模板缓存操作、纹理函数 (texture function)、纹理映射信息、z测试模式、RGBa缓存写 模式等中的一个或多个。它也可以用来例如表示将要使用的光栅化 模式。

一般通过驱动图形处理器的“驱动器”软件来确定和设置渲染状 态。(正如本领域中已知的，一般由“主”设备(例如在图形处理 器的主机系统上)控制图形处理器，该主设备借助在该主设备上运 行的软件“驱动器”与图形处理器进行通信并且控制图形处理器， 该软件“驱动器”被配置以响应于从在该主设备上运行的需要使用 图形处理器的(软件)应用程序接收的命令，与图形处理器进行通 信并且控制图形处理器。)

在现有的3D图形处理系统中，渲染过程的所有阶段通常首先被 配置成期望的渲染状态，然后图形碎片被发出以便进行渲染。换句 话说，整个渲染器在图形碎片发送给它之前被配置到单个渲染状 态。