[发明专利]图形处理单元中的三维裁剪

说明书

技术领域

本发明大体上涉及电子器件，且更具体地说，涉及用于在图形处理单元(GPU)中执行3D裁剪的技术。

背景技术

图形处理单元(GPU)是用于针对各种应用渲染二维(2D)和/或三维(3D)图像的专门硬件单元，所述应用例如为视频游戏、图形、计算机辅助设计(CAD)、模拟和显像工具、成像等。3D图像可用数个表面建模，且每一表面可用数个基元近似。基元是基本几何单位且可包括三角形、线条等。GPU可执行例如变换、光栅化、着色、掺合等各种图形操作以渲染3D图像。这些图形操作可能为计算密集的。此外，用于表示3D图像的基元的数目可能较大，例如达数百万。因此，可能消耗许多处理和存储器资源来对大量几何数据执行计算以便渲染3D图像。

可执行3D裁剪以识别并抛弃不能看见且因此无需渲染的基元。可通过省略用于被抛弃的基元的计算来实现改进的性能。然而，3D裁剪本身是项复杂的操作。GPU可具有专用硬件来执行所有3D裁剪操作。然而，此专用3D裁剪硬件将增加GPU的成本和功耗，这可能对于例如移动和手持式装置等某些应用来说是不合需要的。可通过在可在中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)等上执行的软件中执行3D裁剪来避免使用专用3D裁剪硬件。然而，使用CPU或DSP(其还用于其它目的)执行3D裁剪可能引起其它问题，例如用于输送基元数据和3D裁剪结果的数据总线上的较高负载、发送出以用于3D裁剪的基元与待渲染的其它基元之间的同步等。

发明内容

本文描述一种图形处理单元(GPU)，其使用用于其它图形功能的一个或一个以上处理单元来有效地执行3D裁剪。所述GPU可通过在硬件中执行3D裁剪来提供改进的性能，通过不必调用CPU或DSP执行3D裁剪来降低对3D图形管线的破坏，且提供其它好处。

在一种设计中，所述GPU包括第一和第二硬件单元以及至少一个缓冲器。所述第一硬件单元使用用于第一图形功能的第一处理单元来执行对基元的3D裁剪，所述第一处理单元例如为用于三角形设置、深度梯度设置等的算术逻辑单元(ALU)。第一硬件单元可通过以下操作来执行3D裁剪：(a)计算用于每一基元的每一顶点的裁剪代码；(b)基于用于每一基元的所有顶点的裁剪代码而确定是传递、抛弃还是裁剪所述基元；以及(c)相对于裁剪平面裁剪待裁剪的每一基元。所述第二硬件单元计算用于从3D裁剪产生的新顶点的属性分量值。第二硬件单元使用用于第二图形功能的第二处理单元，例如用于属性梯度设置、属性内插等的ALU。缓冲器存储第一硬件单元所进行的3D裁剪的中间结果。

下文进一步详细描述本发明的各种方面和特征。

附图说明

图1展示用于没有3D裁剪的GPU的3D图形管线。

图2展示用于具有3D裁剪的GPU的3D图形管线。

图3展示用于3D图形的视见平截头体。

图4展示相对于视口的基元。

图5展示用于一个顶点的裁剪代码的位图。

图6说明相对于裁剪平面裁剪三角形。

图7展示用于3D裁剪的缓冲器的设计。

图8展示图2中的GPU中的单元220的框图。

图9展示图2中的GPU中的单元250的框图。

图10展示无线通信装置的框图。

具体实施方式

3D图像可用数个基元(例如，三角形、线条、其它多边形等)表示。每一基元由一个或一个以上顶点界定，例如用于三角形的三个顶点。每一顶点与例如空间坐标、色彩、纹理坐标等各种属性相关联。每一属性可具有多达四个分量。举例来说，空间坐标可由三个分量x、y和z或四个分量x、y、z和w给定，其中x和y是水平和垂直坐标，z是深度，且w是齐次坐标。色彩可由三个分量r、g和b或四个分量r、g、b和a给定，其中r是红色，g是绿色，b是蓝色，且a是确定像素透明度的透明度因数。纹理坐标通常由水平和垂直坐标(u和v)给定。顶点还可与其它属性相关联。

图1展示用于GPU 100的3D图形管线的框图。顶点着色器110对几何数据执行顶点处理，所述几何数据可包含例如三角形和线条等基元。举例来说，顶点着色器512可针对顶点计算光量值，针对几何形状执行掺合等。顶点着色器110还可确定每一顶点的坐标(例如，x、y、z、w)和属性分量值，向三角形设置和深度(z)梯度设置单元120提供顶点坐标，且向顶点高速缓冲存储器180提供顶点属性分量值。顶点高速缓冲存储器180存储属性分量值，且可能存储用于顶点和基元的其它数据。