[发明专利]一种基于CPU的图形渲染引擎及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及广电领域电视节目制作中的字幕处理领域，尤其涉及一种基于CPU的图形渲染引擎及实现方法。

背景技术

随着计算机图形、图像、视频技术的不断发展，加上国内广电行业正处于从标准清晰度模式向高清晰度模式过渡的时期，电视台等电视制播单位对电视图文制播提出了更高、更新的要求。要求极大地增强、丰富图文播出效果，展现视觉冲击力。

GPU(Graphic Processing Unit，图形处理器)，一种独立处理计算机图形图像的芯片运算单元。正是因为图形处理器更加卓越、灵活的处理性能和高度并行化的处理能力，使得在计算机上实时渲染华丽的图形效果成为可能。我们已经运用GPU强大的三维图形加速能力，产生了新一代的字幕系统。)

以GPU为字幕渲染核心，将使字幕系统的图形渲染模式天然地符合新一代字幕系统的多层、三维和子象素的渲染要求。因为在GPU进行图形图像处理过程中，每个物件都具有三维属性，都具有独立层的概念，每一个层都有相应的深度Z坐标以反映相互物件间的前后关系。另外，GPU除了在三维物件顶点渲染方面具有明显优势之外，在物件的纹理、颜色等象素渲染方面同样能力强大。

GPU是显示卡的“心脏”，现在市场上的显卡大多采用NVIDIA和AMD两家公司的图形处理芯片。

计算机图形处理硬件的发展经历了四代。早期的视频图形阵列(VGA)控制的是帧缓存，CPU负责所有的像素更新工作。而后来的图形处理器(GPU)不断从CPU接管图形处理工作，直至现在CPU已经很少直接操作像素了。每一代GPU的发展都影响和集成了两个主要编程接口：OpenGL和DirectX。OpenGL是一个为Windows、Linux、Unix和Macintosh上三维编程服务的开放式图形标准；DirectX是不断发展的多媒体编程接口，其中包括的Direct3D(也称D3D)是用来进行三维编程的。

GPU的工作是以流水线形式进行的，一个流水线是一系列可以并行和按照固定顺序进行的阶段，每个阶段都从前一个阶段接收输入，然后把输出发送到后续阶段。如图1所示为GPU传统的渲染流水线，三维应用程序传给GPU的是顶点、颜色、第二颜色(反射)、纹理、纹理坐标、法向量、灯光、图元装配信息等数据。如图2所示为可编程GPU渲染流水线，GPU渲染在可编程顶点处理器和可编程片段处理器阶段给开发者提供了编程的灵活性，并且GPU的发展，现在的Direct 10已经取消了固定流水线，灵活性会更大。

发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术存在以下技术问题：

(1)GPU的图形渲染必须依赖于显卡，移植性差；

(2)对字幕系统需要的效果可控性不强。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺点，本发明的主要目的是提供一种基于CPU的图形渲染引擎及实现方法，以解决现有技术中GPU的图形渲染必须依赖显卡进行图形渲染的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于CPU的图形渲染引擎，包括：

渲染准备模块，用于准备渲染状态并准备一个颜色缓冲区和一个深度缓冲区；

摄像机空间模块，用于根据场景数据建立视变换矩阵和投影变换矩阵；

变换模块，用于对物体的每个顶点计算屏幕坐标和深度值，并存储；

光照模块，用于根据顶点信息计算每个顶点的光照颜色；

光栅化模块，用于对三角片进行处理，完成三角片的填充；

渲染结束模块，用于释放颜色缓冲区和深度缓冲区。

本发明的另一方面还提供了一种基于CPU的图形渲染实现方法，包括：

应用程序设置渲染状态并发送给渲染准备模块同时渲染准备模块初始化颜色缓冲区和深度缓冲区；

摄像机空间模块根据场景中的摄像机数据建立视变换矩阵和投影变换矩阵；

依次取场景中的每个物体，经过变换模块，光照模块和光栅化模块对所述物体进行处理，完成单个物体的渲染；

当场景中所有物体渲染完毕，将渲染结果回传给应用程序，输出渲染结果；

渲染结束模块清空渲染准备阶段准备的颜色缓冲区和深度缓冲区。

本发明的实施方式通过实现一种全新的基于CPU的图形渲染引擎，与现有技术相比有以下技术优点：

(1)可以使我们的软件不依赖于显卡，有更好的移植性。

(2)对实现字幕系统需要的效果有更多的可控性。

附图说明