[发明专利]基于图块的3D计算机图形系统中的显示列表控制流分组

说明书

技术领域

本发明涉及3D(3-dimensional)计算机图形系统，尤其涉及基于图块(tile)的系统并致力于增强基于图块的绘制(rendering)的性能。

背景技术

随着技术的快速发展，3D计算机生成的图像的复杂度增加了。人们能够通过使用顶点和三角网格来容易地为非常复杂的3D对象(诸如人类运动)构建计算机模型。然后，能够将这些类型的3D模型发送到3D计算机图形系统中，并在计算机屏幕上生成动画的3D图像。计算机生成的3D动画图像广泛地用于3D计算机游戏、导航工具和计算机辅助工程设计工具中。

3D计算机图形系统必须应对更复杂图形以及快速显示的要求。由于显示模型中的细节增加了，所以需要使用越来越多的原语(primitive)和顶点。而且随着纹理(texture)和阴影(shading)技术的演进，越来越多的信息伴随有原语和顶点数据。在现代游戏中，一次绘制中会存在着超过百万个原语。因此，存储器的带宽是计算机图形系统性能的非常重要的因素。

基于图块的绘制系统是众所周知的。这些系统将图像细分成多个矩形块或者图块。在英国专利GB2343603和国际专利申请号WO 2004/086309中，绘制表面被分成n×m个像素图块的子表面。原语(类似于三角、线或点)仅在与这些原语重叠的图块中得到处理。

在基于图块的3D计算机图形系统中，用于划分图块所执行的主要步骤如图1所示。

1、如图1中的101所示，输入原语和顶点的数据流。类似位置中的原语可以按时间顺序到达，类似于三角带和扇。

2、宏图块引擎(macro tiling engine，MTE)将顶点转换成屏幕空间，移除可以被反向面对的(back faced)或者可以通过使用公知方法剪裁平面进行剪裁的原语。如图1中的102所示，原语被分组到原语块中并被写入存储器中，其中，原语块具有固定的最大数量的顶点和原语。对于由所述原语覆盖的图块而言，原语和顶点的数量与原语块的存储器地址(原语块指针)一起被发送到图块引擎，以便将其添加到显示列表的控制流中。

为了在获取原语和顶点数据时最小化存储器带宽的影响，原语被分组到原语块(即依赖于针对原语块的边界框的宏图块)中。如图2所示，宏图块201是屏幕200的矩形区域，该宏图块201具有固定数量的图块202。宏图块可以是屏幕大小的四分之一或者十六分之一，其用于定位原语块并降低存储器的带宽。当原语块中的原语与宏图块交叉(cross)时，它们被写入称为全局宏图块的专用宏图块中。这样，原语块中的参数数据就只被写一次。来自宏图块的原语仅能够由该宏图块内的图块进行访问，而来自全局宏图块的原语可以由所有的图块的进行访问。

3、如图1中的103所示的图块引擎(TE)。将来自被写入宏图块引擎102中的原语块的每个原语与该原语块的边界框内部的每个图块进行核对。将该原语块添加到由该原语块中的任意原语所覆盖的图块的显示列表中。被写入与图块的显示列表相关联的控制流中的控制数据包括针对所述原语块中的原语和顶点的数量的原语块报头、针对被写入的原语块的存储器地址的原语块指针以及针对在图块中可见的原语的原语掩码(mask)。

针对显示列表中的控制流数据，将分离的存储器空间分配给每个图块。在每个图块的控制流数据中，称为尾指针的存储器地址指针被用作针对下一个空闲地址。

为了针对图块中的控制流来改善存储器访问，可以向图块引擎添加小的高速缓存器，即“尾指针高速缓存器”。图块中的控制流的末端的存储器位置被存储在尾指针高速缓存器中并被读取自尾指针高速缓存器，这降低了来自的图块引擎的主存储器访问。

4、3D图像处理。在图3中，针对来自区域阵列300的屏幕的每个图块来执行基于图块的3D计算机图形系统中的3D图像处理。其遍历图3中每个图块301的控制流，并在图3中的控制数据302中从由原语块指针所指向的存储器地址中读取顶点和原语数据。对来自原语块的图块中的所有有效原语执行图像处理操作，诸如隐藏表面移除、纹理化以及阴影处理。