用于改善圖形性能的方法、裝置和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的制作方法
【專利說明】
[00011 本申請是2009年7月30日提交的申請?zhí)枮?00910165092.8的同名專利申請的分案 申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及數(shù)字表示的圖形，并且更具體地，本發(fā)明涉及用于對數(shù)字表示的圖形 的生成性能進(jìn)行改善的方法、裝置和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0003] 諸如計(jì)算機(jī)圖形等數(shù)字表示的圖形在性能方面被不斷改善。在20世紀(jì)80和90年 代，用于計(jì)算機(jī)和游戲控制臺(tái)的顯示適配器是隨著圖形加速器出現(xiàn)的，從而卸下了中央處 理單元(CPU)在圖形生成方面的負(fù)擔(dān)。最初，顯示適配器提供2D圖形的加速，但最終也包括 了對加速3D圖形的支持。現(xiàn)代的顯示適配器使用了名稱為圖形處理單元(GPU)的處理單元。
[0004] 由于3D圖形的復(fù)雜性，因此現(xiàn)今的GPU將其大量的處理能力用于執(zhí)行與3D圖形有 關(guān)的計(jì)算。
[0005] 顯示適配器一直以來的缺點(diǎn)在于其性能。新的應(yīng)用和游戲要求在更高的場景復(fù)雜 性、更高的幾何細(xì)節(jié)、更高的分辨率以及更高的圖像質(zhì)量的情況下維持幀率(每秒渲染的屏 幕圖像），這導(dǎo)致了如下的需求:應(yīng)該在盡可能短的時(shí)間內(nèi)渲染每個(gè)屏幕圖像。換言之，提高 性能往往是重要的。
[0006] 提高性能的一種已知方式是通過啟用更高的時(shí)鐘速度、采用流水線技術(shù)、或利用 并行計(jì)算來提高GPU的處理能力。然而，這往往導(dǎo)致更高的功耗并且產(chǎn)生更多的熱量。對于 電池供電的設(shè)備而言，更高的功耗導(dǎo)致電池壽命縮短。功耗和熱量是移動(dòng)設(shè)備和桌面顯示 適配器的主要制約和瓶頸。此外，對每個(gè)GPU的時(shí)鐘速度也存在限制。
[0007] 因此，仍然存在沒有足夠的能力來改善數(shù)字表示的圖形的性能的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明的目標(biāo)是解決或至少減少一個(gè)或若干個(gè)上面討論的問題。
[0009] 總體而言，上面的目標(biāo)由所附獨(dú)立權(quán)利要求來實(shí)現(xiàn)。
[0010] 根據(jù)第一方案，本發(fā)明是通過一種用于對數(shù)字表示的圖形的生成性能進(jìn)行改善的 方法實(shí)現(xiàn)的。所述方法包括:接收頂點(diǎn)組的第一表示;基于所述第一表示來確定所述頂點(diǎn)組 的第二表示;對所述頂點(diǎn)組的所述第二表示執(zhí)行第一指令集，以提供所述頂點(diǎn)組的第三表 示，所述第一指令集與頂點(diǎn)位置確定相關(guān)聯(lián)；以及對所述頂點(diǎn)組的所述第三表示進(jìn)行剔除 處理。
[0011]在計(jì)算機(jī)圖形中，頂點(diǎn)包括與空間中的位置相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。例如，頂點(diǎn)可以是與圖 元的角相關(guān)聯(lián)的所有數(shù)據(jù)。頂點(diǎn)不僅與三個(gè)空間坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)，而且還與正確渲染物體所需 的其它圖形信息相關(guān)聯(lián)，例如顏色、反射屬性、紋理、以及表面法線。
[0012]相連的一組頂點(diǎn)可以用來定義圖元。圖元可以例如是三角形、四邊形、多邊形或其 它幾何形狀，或者可替換地，圖元可以例如是空間中的表面或點(diǎn)。例如，表示為三角形的圖 元具有三個(gè)頂點(diǎn)，而表示為四邊形的圖元具有四個(gè)頂點(diǎn)。
[0013]本發(fā)明基于這樣的理解，即，可能對頂點(diǎn)組執(zhí)行剔除。對頂點(diǎn)組執(zhí)行剔除的優(yōu)點(diǎn)在 于可以丟棄頂點(diǎn)組，這會(huì)使得性能得到提升。此外，要被渲染的物體的、在整個(gè)渲染的圖像 中不可見的大部分表面在本處理中不再進(jìn)行渲染，這也使得性能得到提升。換言之，對頂點(diǎn) 組執(zhí)行剔除的優(yōu)點(diǎn)在于避免了對在當(dāng)前幀中不可見的表面進(jìn)行渲染，這會(huì)使得性能得到提 升。
[0014]關(guān)聯(lián)于頂點(diǎn)位置確定的第一指令集可以是頂點(diǎn)剔除指令。當(dāng)執(zhí)行頂點(diǎn)剔除指令 時(shí)，所述頂點(diǎn)剔除指令可以被設(shè)置為用于計(jì)算位置邊界和其它類型的邊界。
[0015] 執(zhí)行第一指令集的步驟可以包括使用限界算法(bounded arithmetic)。
[0016]使用限界算法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以計(jì)算頂點(diǎn)組的第二表示的保守邊界，即，用于保證 包括頂點(diǎn)組的第二表示的邊界。保守邊界的優(yōu)點(diǎn)在于對較簡單并且保守的表示執(zhí)行確定， 這會(huì)使得性能得到提升。
[0017]確定第二表示的步驟還可以包括使用限界算法。
[0018] 當(dāng)確定第二表示時(shí)使用限界算法的優(yōu)點(diǎn)在于，第二表示可以變得更簡單，這使得 對第二表示執(zhí)行第一指令集更加高效，這會(huì)使得性能得到提升。
[0019] 所述方法可以包括:所述限界算法是由泰勒算法、區(qū)間算法以及仿射算法構(gòu)成的 組中的至少一種算法。
[0020] 其優(yōu)點(diǎn)在于，所述方法是靈活的并且支持不同類型的限界算法，并且所述方法不 限于一種限界算法。區(qū)間算法的優(yōu)點(diǎn)在于它是簡單的并由此是快速的。泰勒算法的優(yōu)點(diǎn)在 于，可以通過產(chǎn)生非常緊致的邊界的泰勒模型(假如這些模型具有足夠高的階)來精確地表 示多項(xiàng)式計(jì)算。仿射算法的優(yōu)點(diǎn)在于:與泰勒算法相比較，它更快速，并且與區(qū)間算法相比 較，它提供了更好的邊界。
[0021] 所述頂點(diǎn)組可以包括至少兩個(gè)圖元的頂點(diǎn)。
[0022]其優(yōu)點(diǎn)在于，一次可以處理一個(gè)以上的圖元，這使得性能得到提升。
[0023] 所述方法包括:所述頂點(diǎn)組包括與關(guān)聯(lián)于頂點(diǎn)位置確定的同一指令集相關(guān)聯(lián)的頂 點(diǎn)。
[0024] 其優(yōu)點(diǎn)在于簡化了頂點(diǎn)組的處理。頂點(diǎn)與關(guān)聯(lián)于頂點(diǎn)位置確定的同一指令集相關(guān) 聯(lián)意味著:可以對利用頂點(diǎn)組中的所有頂點(diǎn)確定的所述第二表示使用相同的第一指令集， 而不是使用若干個(gè)第一指令集。
[0025] 所述方法還可以包括從關(guān)聯(lián)于頂點(diǎn)位置確定的第二指令集推導(dǎo)出所述第一指令 集。
[0026]其優(yōu)點(diǎn)在于，可以從頂點(diǎn)著色器(vertex shader)自動(dòng)推導(dǎo)出所述第一指令集，而 無需用戶提供這些指令。用戶無需提供指令使得所述方法更加靈活并易于使用。頂點(diǎn)著色 器包括與頂點(diǎn)位置確定和諸如頂點(diǎn)加亮等其它每個(gè)頂點(diǎn)計(jì)算相關(guān)聯(lián)的指令集。
[0027]關(guān)聯(lián)于頂點(diǎn)位置確定的第二指令集可以是頂點(diǎn)著色器指令?，F(xiàn)有技術(shù)的頂點(diǎn)著色 器包括頂點(diǎn)著色器指令。
[0028]所述方法還可以包括:從所述第二指令集推導(dǎo)出第三指令集，并執(zhí)行所述第三指 令集以提供法線界限。
[0029] 其優(yōu)點(diǎn)在于，可以從頂點(diǎn)著色器自動(dòng)推導(dǎo)出第三指令集，而無需用戶提供指令，此 外，還可以自動(dòng)計(jì)算法線邊界。法線邊界的優(yōu)點(diǎn)在于可以執(zhí)行背面剔除，這使得性能得到提 升。
[0030] 關(guān)聯(lián)于頂點(diǎn)位置確定的第三指令集可以是頂點(diǎn)法線剔除指令。當(dāng)執(zhí)行頂點(diǎn)法線剔 除指令時(shí)，所述頂點(diǎn)法線剔除指令可以被設(shè)置為用于計(jì)算法線邊界。
[0031] 接收第一指令集的步驟還可以包括:如果所述頂點(diǎn)組中的頂點(diǎn)數(shù)超過閾值，則將 所述頂點(diǎn)組劃分成至少兩個(gè)子組，其中，所述至少兩個(gè)子組包括與關(guān)聯(lián)于頂點(diǎn)位置確定的 同一指令集相關(guān)聯(lián)的頂點(diǎn)。
[0032] 劃分成子組的優(yōu)點(diǎn)在于可以操控適當(dāng)大小的組。子組越小，剔除處理導(dǎo)致對至少 一個(gè)頂點(diǎn)組執(zhí)行剔除的可能性越大。此外，越小的組(子組)一般意味著包圍這些組的邊界 越緊致。越緊致的邊界使得計(jì)算越高效，這會(huì)使得性能得到提升。子組包括與關(guān)聯(lián)于頂點(diǎn)位 置確定的同一指令集相關(guān)聯(lián)的頂點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)在于，可以對利用頂點(diǎn)組中的所有頂點(diǎn)確定的第 二表示使用相同的第一指令集。這意味著不必為頂點(diǎn)組中的每個(gè)頂點(diǎn)提供關(guān)聯(lián)于頂點(diǎn)位置 確定的、用于確定第二表示的新指令集。
[0033] 確定第二表示的步驟還可以包括:計(jì)算所述頂點(diǎn)組的所述第二表示，并將所述頂 點(diǎn)組的所述第二表示存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
[0034] 其優(yōu)點(diǎn)在于無需每次都執(zhí)行所述第二表示的計(jì)算。作為替換，可以從存儲(chǔ)器中取 回所述第二表示，這使得性能得到提升。
[0035] 確定第二表示的步驟還包括:從存儲(chǔ)器中取回所述頂點(diǎn)組的所述第二表示。
[0036] 其優(yōu)點(diǎn)在于可以從存儲(chǔ)器中取回所述第二表示，并且無需再進(jìn)行計(jì)算，這使得性 能得到提升。
[0037] 所述方法還可以包括:從所述頂點(diǎn)組中選擇至少一個(gè)頂點(diǎn)；對所述至少一個(gè)頂點(diǎn) 的第一表示執(zhí)行與頂點(diǎn)位置確定相關(guān)聯(lián)的指令集，以提供所述至少一個(gè)頂點(diǎn)的第二表示； 以及對所述至少一個(gè)頂點(diǎn)的所述第二表示進(jìn)行剔除處理，其中，所述剔除處理的結(jié)果包括 剔除所述至少一個(gè)頂點(diǎn)的決定和不剔除所述至少一個(gè)頂點(diǎn)的決定中的一個(gè)決定，并且在所 述剔除處理的結(jié)果包括剔除所述至少一個(gè)頂點(diǎn)的決定的情況下，執(zhí)行以下步驟:接收頂點(diǎn) 組的第一表示;確定所述頂點(diǎn)組的第二表示;對所述頂點(diǎn)組的所述第二表示執(zhí)行與頂點(diǎn)位 置確定相關(guān)聯(lián)的第一指令集，以提供所述頂點(diǎn)組的第三表示；以及對所述頂點(diǎn)組的所述第 三表示進(jìn)行剔除處理。
[0038] 由于它使得性能得到提升，因此這是有利的。例如，如果剔除處理的結(jié)果是決定不 剔除所述至少一個(gè)頂點(diǎn)，則與根據(jù)第一方案的方法相比較，它得到了一種花費(fèi)更少容量的 方法。
[0039] 所述方法還可以包括:對包圍所述頂點(diǎn)組的所述第三表示的包圍體進(jìn)行確定，并 對所述包圍體進(jìn)行剔除處理。
[0040] 其優(yōu)點(diǎn)在于，與對第三表示執(zhí)行剔除處理相比較，可以對包圍體執(zhí)行更簡單并且 更快速的剔除處理，并且其優(yōu)點(diǎn)還在于可以自動(dòng)確定所述包圍體。
[0041 ]對所述包圍體進(jìn)行所述剔除處理的步驟還可以包括執(zhí)行以下操作中的至少一個(gè) 操作:對所述包圍體進(jìn)行視域剔除(view frustum culling);對所述包圍體進(jìn)行背面剔除； 以及對