專利名稱：用于提高的圖形性能的方法、設備和計算機程序產(chǎn)品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字表示圖形并且更具體地涉及用于提高產(chǎn)生數(shù)字表示圖形的性能 的方法、設備和計算機程序產(chǎn)品。
背景技術：
例如計算機圖形等數(shù)字表示圖形在性能上連續(xù)不斷地提高。在二十世紀八十和 九十年代，出現(xiàn)的用于計算機和游戲控制臺的顯示適配器具有圖形加速器，從而在圖形 產(chǎn)生中對中央處理單元(CPU)卸載。最初，顯示適配器提供2D圖形的加速，但最后這 些也包括對加速的3D圖形的支持?，F(xiàn)代顯示適配器使用常常稱為圖形處理單元(GPU) 的處理單元。由于3D圖形的復雜性，現(xiàn)今的GPU:s使用大量的它們的處理能力以執(zhí)行與3D 圖形相關的計算。對于顯示適配器的連續(xù)不斷的問題是性能。一直有新的應用程序和游戲要求更 高的幀率(每秒渲染的屏幕圖像)、更高的分辨率和更高的圖像質(zhì)量，從而引起要求每個 屏幕圖像應該盡可能短時間地渲染。也就是說，增加性能一直是重要的。增加性能的一個已知的方式是通過使更高的時鐘速度成為可能、流水線操作或 開發(fā)并行計算增加GPU:s的處理能力。然而，這常常產(chǎn)生更多的熱，從而引起更多的功 耗和更高的用于冷卻GPU的風扇噪聲。功耗和熱是移動裝置的主要限制和瓶頸。此外， 對每個GPU的時鐘速度存在限制。因此，對于提高數(shù)字表示圖形中的性能的不足的能力仍然存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上文，本發(fā)明的目的是解決或至少減少上文論述的問題。一般，上文的目的通過附上的獨立專利權利要求達到。根據(jù)第一方面，本發(fā)明通過用于提高數(shù)字表示圖形的產(chǎn)生的性能的方法實現(xiàn)。 該方法包括接收基本圖元(basic primitive)的第一表示；提供與頂點位置確定關聯(lián)的指 令集；使用有界運算(boundedarithmetic)對所述基本圖元的所述第一表示執(zhí)行所述指令 集用于提供所述基本圖元的第二表示；以及使所述基本圖元的所述第二表示經(jīng)過剔除處 理(cullingprocess)。對基本圖元進行剔除是有利的，其中基本圖元和基本圖元的表示可 在圖形流水線開始處丟棄，其引起性能增益。此外，在完全渲染的圖像中不可見的大部 分表面不在過程中轉(zhuǎn)發(fā)，其也引起性能增益。也就是說，對全部基本圖元進行剔除是有 利的，其中避免大部分不可見表面的曲面細分(tessellation)，其引起性能增益。在計算機圖形中，頂點包括與在空間中的位置關聯(lián)的數(shù)據(jù)。例如，頂點可是與 圖元的角關聯(lián)的所有數(shù)據(jù)。頂點不僅與三個空間坐標關聯(lián)也與正確渲染對象必需的其他 圖形信息關聯(lián)，例如顏色、反射率性質(zhì)、紋理和表面法線等。連接的頂點集可以用于限定圖元。圖元可以例如是三角形、四邊形、多邊形或其他幾何形式，或備選地圖元可以例如是空間中的表面或點。表示為三角形的圖元具有 例如三個頂點并且四邊形具有四個頂點。該方法可包括從所述基本圖元的所述第一表示選擇至少一個頂點，對所述至 少一個頂點的第一表示執(zhí)行與頂點位置確定關聯(lián)的指令集用于提供所述至少一個頂點的 第二表示，并且使所述至少一個頂點的所述第二表示經(jīng)過剔除處理，其中所述剔除處理 的輸出包括剔除所述至少一個頂點的決定和不剔除所述至少一個頂點的決定中的一個， 并且在所述剔除處理的該輸出包括剔除所述至少一個頂點的決定的情況下，則進行所 述接收基本圖元的第一表示，所述提供與頂點位置確定關聯(lián)的指令集，所述使用有界運 算對所述基本圖元的所述第一表示執(zhí)行所述指令集用于提供所述基本圖元的第二表示， 以及所述使所述基本圖元的所述第二表示經(jīng)過剔除處理。這是有利的，因為它引起性能 增益。如果例如剔除處理的輸出是不剔除所述至少一個頂點的決定，則它產(chǎn)生與根據(jù)第 一方面的方法相比的較低容量昂貴(Iesscapacityexpensive)的方法。該方法可包括確定包圍所述基本圖元的所述第二表示的邊界體積；以及使所 述邊界體積經(jīng)過剔除處理。這是有利的，其中不必提供預定界限并且邊界體積自動確 定。該方法可包括執(zhí)行曲面細分處理，其中所述曲面細分處理基于所述剔除處理的 輸出。因此，剔除在曲面細分之前進行。在剔除后進行曲面細分引起性能增益，因為對 較少的基本圖元進行曲面細分并且從而是有利的。所述剔除處理可以是第二表示經(jīng)過的 剔除處理和/或邊界體積經(jīng)過的剔除處理。該方法可包括所述剔除處理是可替換的。這是有利的，其中剔除處理可由例如 用戶修改?？商鎿Q的剔除處理應用于第一方面的所有實施例。該方法可包括有界運算是來自泰勒運算、區(qū)間運算和仿射運算的組的至少一 個。這是有利的，其中該方法是靈活的并且支持不同類型的有界運算并且不限于一個類 型的有界運算。使用泰勒模型是優(yōu)選的，因為曲面和細分方案(其常常在曲面細分中使 用)常?；诙囗検健Ａ硪粋€優(yōu)勢是多項式計算可以由泰勒模型(其導致非常緊密的界 限)精確表示(假如它們具有足夠高的階)。該方法可包括所述邊界體積的確定還包括計算所述第二表示的最小值和最大 值。這是有利的，其中它是確定邊界體積的性能高效的方式。該方法可包括所述第二表示是來自位置界限和法線界限的組的至少一個。位置 和法線界限可用于確定例如基本圖元的第一表示的位置或范圍。另外的優(yōu)勢是位置和法 線界限自動地確定。該方法可包括執(zhí)行所述指令集還包括從與頂點位置確定關聯(lián)的所述指令集導 出第二指令集，和執(zhí)行所述第二指令集用于提供法線界限。這是有利的，其中第二指令 集自動導出并且此外法線界限自動計算。該方法可包括使所述邊界體積經(jīng)過所述剔除處理還包括進行以下其中之一使 所述邊界體積經(jīng)過視錐臺剔除、使所述邊界體積經(jīng)過背面剔除和使所述邊界體積經(jīng)過遮 擋剔除。對于這個的優(yōu)勢是許多不同的剔除技術是可應用的。該方法可包括使所述第二表示(其是位置或法線界限)經(jīng)過所述剔除處理還包括 進行以下其中之一使所述位置界限經(jīng)過視錐臺剔除、使所述位置界限或所述法線界限經(jīng)過背面剔除和使所述位置界限經(jīng)過遮擋剔除。對于這個的優(yōu)勢是許多不同的剔除技術 是可應用的。該方法可包括所述剔除處理的輸出包括丟棄所述基本圖元的決定和曲面細分因 子中的一個。這是有利的，因為丟棄基本圖元暗示要渲染更少的基本圖元，其增加性 能。曲面細分因子可指出該基本圖元將不被曲面細分，其引起性能增益。該方法可包括執(zhí)行曲面細分處理(假使所述剔除處理的輸出包括曲面細分因 子)。這是有利的，其中對于每個不被曲面細分或被較少曲面細分的基本圖元增加性能。 如果所述剔除處理的輸出是丟棄所述基本圖元的決定，則沒有曲面細分處理要執(zhí)行。根據(jù)第二方面，本發(fā)明由適應于產(chǎn)生數(shù)字表示圖形的設備實現(xiàn)，其包括用于提 高數(shù)字表示圖形的產(chǎn)生的性能的電路。所述電路適應于接收基本圖元的第一表示；提 供與頂點位置確定關聯(lián)的指令集；使用有界運算對所述基本圖元的所述第一表示執(zhí)行所 述指令集用于提供所述基本圖元的第二表示；并且使所述基本圖元的所述第二表示經(jīng)過 剔除處理。要注意到本發(fā)明的第二方面可以用對應于本發(fā)明的第一方面的任意特征的特征 的任意組合實施。第一方面的優(yōu)勢是同樣可應用于第二方面。根據(jù)第三方面，本發(fā)明通過計算機程序產(chǎn)品實現(xiàn)，其包括存儲在計算機可讀存 儲介質(zhì)上并且當在處理器上執(zhí)行時執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法的計算機程序代 碼。第一方面的優(yōu)勢是同樣可應用于本發(fā)明的第三方面。本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)勢將從下列詳細公開、從附上的權利要求以及附 圖顯現(xiàn)。一般，在權利要求中使用的所有術語將根據(jù)它們在技術領域中的普通意思解釋 (除非在本文中另外明確地限定)。對“一 / 一個/該[元素、裝置、部件、工具、步驟 等等]”的所有引用將開放地解釋為指所述元素、裝置、部件、工具、步驟等等中的至少 一個實例(除非另外明確地規(guī)定)。本文公開的任意方法的步驟不必采用公開的精確順序 執(zhí)行(除非明確地規(guī)定)。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢將參照附圖從目前優(yōu)選實施例的下列詳細說明變得明 顯，其中。圖1是圖示在根據(jù)現(xiàn)有技術的顯示適配器中不同的實體如何交互的框圖。圖2a是圖示在本發(fā)明的實施例中在設備中的不同實體如何可交互的框圖。圖2b是本發(fā)明的實施例的框圖。圖2c是本發(fā)明的實施例的框圖。圖2d是本發(fā)明的實施例的框圖。圖2e是本發(fā)明的實施例的框圖。圖2f是本發(fā)明的實施例的框圖。圖2g是本發(fā)明的實施例的框圖。圖2h是本發(fā)明的實施例的框圖。
圖3a和3b是示出可以在圖2a-d的設備中執(zhí)行的基本圖元剔除處理的流程圖。圖4示意地圖示圖3a_b的基本圖元剔除處理。圖5示出實現(xiàn)圖2a-d的設備的典型通用計算機的綜覽架構。
具體實施例方式現(xiàn)在將在下文中參照附圖更充分地描述本發(fā)明，其中示出本發(fā)明的某些實施 例。然而，本發(fā)明可采用許多不同的形式實現(xiàn)并且不應該解釋為限制于本文闡述的實施 例；相反，這些實施例通過示例提供使得本公開將是徹底和全面的，并且將充分地表達 本發(fā)明的范圍給那些本領域內(nèi)技術人員。相似的號碼始終指相似的元素。圖1是圖示在本領域內(nèi)技術人員已知的常規(guī)顯示適配器中不同的實體如何交互 的框圖。根據(jù)現(xiàn)有技術的顯示適配器可包括曲面細分器(teSSellatOr)120、頂點著色器 (vertex shader) 130、三角形遍歷單元(triangle traversal unit) 140 和片段著色器 150。根據(jù) 現(xiàn)有技術的顯示適配器的實體對于本領域內(nèi)技術人員是眾所周知的。到曲面細分器120的輸入110是基本圖元，其可以是三角形、四邊形或其他幾何 形式。曲面細分暗示形成許多更小、常常連接的圖元。例如，基本三角形(即，基本圖 元)在曲面細分器120中曲面細分成覆蓋基本三角形的100X100更小、連接的三角形。 這些更小三角形的頂點的位置于是可以在頂點著色器單元130中計算，使得形成曲面。存在不同類型的曲面細分，例如均勻曲面細分、分數(shù)曲面細分和自適應曲面細 分。頂點著色器單元130從曲面細分器120接收每個頂點的重心坐標并且作為重心坐 標(U，V)的函數(shù)計算例如頂點的位置p(U，V)。三角形遍歷單元140負責根據(jù)連接的控制器指出的那樣來建立多邊形。盡管可 以使用任意多邊形，通常使用三角形。對于每個多邊形，三角形遍歷單元140將待渲染 的多邊形分為一個或多個分片(tile)，其中每個分片至少部分由多邊形重疊。一般而言， 分片是片段的組。分片是包含許多片段的二維矩形。這些片段中的每個對應于像素并且 包含渲染像素和測試像素是否應該在屏幕上渲染所要求的所有數(shù)據(jù)。分片的常見尺寸是 8乘8片段，但任何分片尺寸在本發(fā)明的范圍內(nèi)。三角形遍歷單元140的另一個重要任務是找到在正渲染的幾何圖元(例如，三角 形)內(nèi)的片段。這可以使用各種技術完成，這些技術對于本領域內(nèi)技術人員是已知的。片段著色器150對傳遞到該單元的每個片段執(zhí)行片段著色器程序。這些片段中 的每個對應于像素并且包含渲染像素和測試像素是否應該在屏幕上渲染所要求的數(shù)據(jù)。 片段數(shù)據(jù)包括光柵位置、深度、顏色、紋理坐標、模板、alpha(用于混合)等等。對于 每個像素可存在多個片段樣本。片段進一步處理以便例如結(jié)合之前估計的顏色與紋理，以及增加例如霧等效 果，以及當可能時識別不需要渲染的片段，即片段剔除。片段著色器150可在片段寫入目標緩沖器之前進一步執(zhí)行深度測試、alpha測試 和混合。來自根據(jù)現(xiàn)有技術的顯示適配器的輸出150可在顯示器上顯示。要注意到從這里開始，將描述本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明適應于產(chǎn)生數(shù)字表示圖形的設備的不同實施例將在下文參照圖2描 述。該設備包括用于提高數(shù)字表示圖形的產(chǎn)生的性能的電路。所述設備可實現(xiàn)為顯示適 配器并且將在下文中稱為顯示適配器。圖2a是圖示根據(jù)本發(fā)明的顯示適配器205的實施例的框圖。顯示適配器205包 括用于提高數(shù)字表示圖形的產(chǎn)生的性能、形成基本圖元剔除單元212的電路。到基本圖元剔除單元212的輸入210是基本圖元的第一表示。在計算機圖形領 域中的幾何圖元通常解釋為系統(tǒng)可以處理(例如繪制或存儲)的原子幾何對象。所有其 他圖形元素由這些圖元建立。基本圖元是適當?shù)膸缀伪硎?，其可以曲面細分成許多更小的幾何圖元，例如三 角形。基本圖元是非曲面細分的。基本圖元的示例是三角形、四邊形、直線(line)、曲 線(curve)、Bezier曲面等等。多邊形使用連接的頂點集限定。三角形具有例如三個頂點并且四邊形具有四個 頂點。在計算機圖形中，頂點不僅與三個空間坐標關聯(lián)也與正確渲染對象必需的其他圖 形信息關聯(lián)，例如顏色、反射率性質(zhì)、紋理和表面法線等?；緢D元的第一表示可以是屬性集。該屬性集可以例如是來自控制點、頂點位 置、法線、紋理坐標等等的組的其中之一。例如，三角形可以使用三個頂點位置描述， 并且四邊多邊形也使用四個頂點位置描述。每個頂點位置還可與其他屬性關聯(lián)，例如法 線和紋理坐標。另一個示例是Bezier三角形或補片，其可以使用頂點位置和控制點的集 描述。在基本圖元剔除單元212中，剔除對基本圖元和對基本圖元的表示執(zhí)行。從基 本剔除單元的輸出222可以是基本圖元將被丟棄。在另一個實施例中，輸出222可是創(chuàng) 建曲面細分因子。該曲面細分因子可設置為指出基本圖元將被丟棄的值。備選地，該曲 面細分因子可設置為指出基本圖元可以不被丟棄的值。此外，該曲面細分因子可設置為 指出基本圖元將不被執(zhí)行曲面細分、將被粗糙地進行曲面細分或?qū)⒉捎玫捅嚷时粓?zhí)行曲 面細分的值?；緢D元剔除的細節(jié)和效果在下文中與圖3a和圖3b結(jié)合進一步描述。從顯示適配器205的輸出224可在顯示器上顯示。在另一個實施例中，參見圖2b，顯示適配器205包括基本圖元剔除單元212和曲 面細分器214。曲面細分器214可具有與上文參照圖1描述的曲面細分器120相似的類型。基本圖元剔除單元212、到基本圖元剔除單元212的輸入210和從顯示適配器 205的輸出224之前已經(jīng)結(jié)合圖2a描述。如果曲面細分器214從基本圖元剔除單元212接收基本圖元和指出將不對該基本 圖元曲面細分的曲面細分因子，曲面細分器不對該基本圖元曲面細分。如果曲面細分器214從基本圖元剔除單元212接收基本圖元但沒有接收指出將不 對該基本圖元曲面細分的曲面細分因子，則曲面細分器214對該基本圖元曲面細分。圖2c是圖示在本發(fā)明的實施例中在顯示適配器205中的不同實體如何可交互的 框圖。該顯示適配器205包括基本圖元剔除單元212、曲面細分器214、頂點著色器216、 三角形遍歷單元218和片段著色器220。實體214、216、218和220可具有與上文參照圖1描述的那些相似的類型?；緢D元剔除單元212、到基本圖元剔除單元212的輸入210和從顯示適配器 205的輸出224之前已經(jīng)結(jié)合圖2a描述。在再另一個實施例中，參見圖2d，顯示適配器205包括基本圖元剔除單元212、 曲面細分器214、頂點著色器216、三角形遍歷單元218、可編程剔除單元(PCU) 226和片 段著色器220。實體214、216、218和220可具有與上文參照圖1描述的那些相同或相似 的類型?；緢D元剔除單元212、到基本圖元剔除單元212的輸入210和從顯示適配器 205的輸出224之前已經(jīng)結(jié)合圖2a描述。在可編程剔除單元226中，剔除根據(jù)可替換剔除程序(也稱為可替換剔除模塊) 對分片執(zhí)行。該剔除程序的細節(jié)和效果在未公開的瑞典專利申請SE0700162-1中更詳細 地說明，其的內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。圖2a的顯示適配器205可進一步包括基本圖元探測單元211，參見圖2e。該基 本圖元探測單元211設置成檢查是否可以剔除基本圖元中的至少一個頂點。選擇來自該 基本圖元的至少一個頂點。該至少一個頂點可以例如是該基本圖元的頂點或該基本圖元 的中心點。如果該基本圖元的該至少一個頂點不可以剔除，它暗示該基本圖元不可以剔 除，于是最好不在基本圖元剔除單元212中執(zhí)行基本圖元剔除，因為基本圖元剔除是需 要容量的。如在圖2f中示出的，圖2b的顯示適配器205可進一步包括基本圖元探測單元 211。此外，圖2c的顯示適配器205可包括基本圖元探測單元211，參見圖2g。圖2d 的顯示適配器205可包括基本圖元探測單元211，參見圖2h。圖3a示出可以在圖2a、b、c和d的基本圖元剔除單元212中執(zhí)行的基本圖元剔 除程序的流程圖。在步驟310中，接收基本圖元的第一表示。在步驟320中，提供指令集。該提供的指令集與頂點位置確定關聯(lián)。頂點位置 例如使用重心坐標對每個頂點計算為ρ (U，ν)(如結(jié)合頂點著色器單元216描述的)。該 指令集從可以在頂點著色器單元216中執(zhí)行的頂點著色器程序?qū)С龌驒z索。然后分析該 指令集，并且分離用于計算頂點位置的所有指令、運算指令。這些指令重新限定為根據(jù) 有界運算(例如泰勒運算、區(qū)間運算、仿射運算、或本領域內(nèi)技術人員已知的另一個適 合的運算)操作。在一個實施例中，這些指令重新限定為根據(jù)泰勒模型(代替浮點數(shù)) 操作并且到新指令的輸入重新限定為泰勒模型。接著是泰勒模型的簡短說明以便便于下列步驟的理解。在泰勒模型中使用區(qū)間，并且下列表示用于區(qū)間
權利要求
1.一種用于提高數(shù)字表示圖形的產(chǎn)生的性能的方法，所述方法包括 接收基本圖元的第一表示，提供與頂點位置確定關聯(lián)的指令集，使用有界運算對所述基本圖元的所述第一表示執(zhí)行所述指令集用于提供所述基本圖 元的第二表示，以及使所述基本圖元的所述第二表示經(jīng)過剔除處理。
2.如權利要求1所述的方法，還包括從所述基本圖元的所述第一表示選擇至少一個頂點，對所述至少一個頂點的第一表示執(zhí)行與頂點位置確定關聯(lián)的指令集用于提供所述至 少一個頂點的第二表示，以及使所述至少一個頂點的所述第二表示經(jīng)過剔除處理，其中所述剔除處理的輸出包括 剔除所述至少一個頂點的決定和不剔除所述至少一個頂點的決定中的一個，以及 假使所述剔除處理的輸出包括剔除所述至少一個頂點的決定，則進行 所述接收基本圖元的第一表示， 所述提供與頂點位置確定關聯(lián)的指令集，所述使用有界運算對所述基本圖元的所述第一表示執(zhí)行所述指令集用于提供所述基 本圖元的第二表示，以及所述使所述基本圖元的所述第二表示經(jīng)過剔除處理。
3.如權利要求1-2中任一項所述的方法，還包括確定包圍所述基本圖元的所述第二表示的邊界體積，以及 使所述邊界體積經(jīng)過剔除處理。
4.如權利要求1-3中任一項所述的方法，還包括執(zhí)行曲面細分處理，其中所述曲面細 分處理基于所述剔除處理的輸出。
5.如權利要求1-4中任一項所述的方法，其中所述剔除處理是可替換的。
6.如權利要求1-5中任一項所述的方法，其中所述有界運算是來自泰勒運算、區(qū)間運 算和仿射運算的組中的至少一個。
7.如權利要求3所述的方法，其中所述邊界體積的所述確定還包括計算所述第二表示 的最小值和最大值。
8.如權利要求1-7中任一項所述的方法，其中所述第二表示是來自位置界限和法線界 限的組中的至少一個。
9.如權利要求1所述的方法，其中執(zhí)行所述指令集還包括 從與頂點位置確定關聯(lián)的所述指令集導出第二指令集，以及 執(zhí)行所述第二指令集用于提供法線界限。
10.如權利要求3所述的方法，其中使所述邊界體積經(jīng)過所述剔除處理還包括進行下 列中的至少一個使所述邊界體積經(jīng)過視錐臺剔除， 使所述邊界體積經(jīng)過背面剔除，以及 使所述邊界體積經(jīng)過遮擋剔除。
11.如權利要求8所述的方法，其中使所述第二表示經(jīng)過所述剔除處理還包括進行下列中的至少一個使所述位置界限經(jīng)過視錐臺剔除，使所述位置界限或所述法線界限經(jīng)過背面剔除，以及使所述位置界限經(jīng)過遮擋剔除。
12.如權利要求1-11中任一項所述的方法，其中所述剔除處理的輸出包括下列中的一個丟棄所述基本圖元的決定，以及 曲面細分因子。
13.如權利要求12所述的方法，還包括假使所述剔除處理的輸出包括曲面細分因子則 執(zhí)行曲面細分處理。
14.一種適應于產(chǎn)生數(shù)字表示圖形的設備，其包括用于提高數(shù)字表示圖形的產(chǎn)生的性 能的電路，所述電路適應于接收基本圖元的第一表示， 提供與頂點位置確定關聯(lián)的指令集，使用有界運算對所述基本圖元的所述第一表示執(zhí)行所述指令集用于提供所述基本圖 元的第二表示，以及使所述基本圖元的所述第二表示經(jīng)過剔除處理。
15.一種計算機程序產(chǎn)品，其包括存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)上并且當在處理器上執(zhí) 行時執(zhí)行如權利要求1-13中任一項所述的方法的計算機程序代碼。
全文摘要
用于提高數(shù)字表示圖形的產(chǎn)生的性能的方法。該方法包括接收基本圖元的第一表示；提供與頂點位置確定關聯(lián)的指令集；使用有界運算對所述基本圖元的所述第一表示執(zhí)行所述檢索的指令集用于提供所述基本圖元的第二表示，以及使所述基本圖元的所述第二表示經(jīng)過剔除處理。也提出對應的設備和計算機程序產(chǎn)品。
文檔編號G06T15/40GK102016928SQ200980103541
公開日2011年4月13日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權日2008年1月23日
發(fā)明者J·哈塞爾格倫, J·蒙克貝里, P·克拉貝里, T·阿克尼內(nèi)-莫勒 申請人:英特爾公司