KR20030014515A - 3차원 렌더링 프로세서의 매핑 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

실감나는 영상 처리를 위한 3차원 렌더링 프로세서의 매핑 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 각각 독립적으로 구성되는 텍스쳐 매핑, 범프 매핑, 환경 매핑의 하드웨어 로직 일부를 공유하여 하드웨어 비용을 최소화하고, 범프 매핑 및 환경 매핑에도 텍스쳐 매핑의 캐쉬 메모리를 공유하며, 메모리 대역폭을 줄임으로써, 매핑 성능을 향상시킨다.

Description

3차원 렌더링 프로세서의 매핑 처리 장치 및 방법{apparatus and method for processing mapping in 3D rendering processor}
본 발명은 3차원 그래픽을 처리하기 위한 3차원 렌더링 프로세서에 관한 것으로, 특히 실감나는 영상 처리를 위한 3차원 렌더링 프로세서의 매핑 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 3차원 그래픽의 목적은 화면에 현실적인 영상을 나타내기 위한것이다.
그러므로, 현재 3차원 그래픽 처리 기술에서는 보다 사실적인 영상 처리를 위하여 광원에 대한 고려(lighting), 쉐이딩(shading), 안개 효과(fog effect), 섬세함(sharpness), 정확성(correctness) 등과 같은 기법들을 사용하고 있다.
그러나, 이러한 기법들은 기하학적 연산량이 기하급수적으로 증가하기 때문에 그래픽 시스템의 처리 속도를 저하시켜 심각한 성능 저하를 초래한다.
그러므로, 3차원 렌더링 프로세서에서는 이러한 사실적 영상을 위하여 텍스쳐 매핑(texture mapping), 범프 매핑(bump mapping), 환경 매핑(environment mapping)을 지원해 주고 있다.
특히, 텍스쳐 매핑은 3차원 렌더링 프로세서의 성능을 측정할 때, 가장 중요한 척도가 되는 것이며, 범프 매핑과 환경 매핑은 최근에 중요성이 부각되고 있다.
현재 일반적인 3차원 그래픽 프로세서의 매핑 유닛 구조는 도 1에 도시된 바와 같이 각 매핑 유닛별로 구성되어 있다.
텍스쳐 매핑 유닛을 디자인하는데 있어서 커다란 장애 요인은 텍스쳐 매핑의 많은 연산량과 메모리 접근 지연 및 메모리 대역폭 문제이다.
그러므로, 텍스쳐 매핑 유닛은 캐쉬 메모리를 사용하여 메모리 접근 지연 및 메모리 대역폭 문제를 해결하고 있다.
이와는 달리 범프 매핑과 환경 매핑의 경우에는 캐쉬를 사용하지 않고, 직접적으로 디램(DRAM)을 접근하는 구조를 가진다.
그 이유는 3차원 그래픽 처리시, 텍스쳐 매핑에 비해 범프 매핑과 환경 매핑의 수행량이 매우 적기 때문이다.
그러므로, 범프 매핑과 환경 매핑은 직접적으로 디램에 접근하기 때문에 텍스쳐 매핑의 경우와 같이 메모리 접근 지연 및 메모리 대역폭 문제가 일어날 수 있다.
또한, 3차원 그래픽의 실재적인 영상 처리를 위해서는 향후 범프 매핑 및 환경 매핑에 대한 메모리 대역폭의 요구가 점점 커질 것으로 예상되고 있다.
본 발명은 이러한 문제들을 해결하기 위한 것으로, 적은 메모리 대역폭을 갖도록 캐쉬 메모리를 공유하여 범프 매핑 및 환경 매핑의 성능을 향상시킬 수 있는 3차원 렌더링 프로세서의 매핑 처리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 매핑 유닛의 하드웨어 비용 및 전력 소모를 줄일 수 있는 3차원 렌더링 프로세서의 매핑 처리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 매핑 유닛을 개략적으로 보여주는 도면
도 2는 본 발명에 따른 매핑 유닛을 개략적으로 보여주는 도면
도 3은 본 발명에 따른 매핑 유닛을 상세하게 보여주는 블록 구성도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 레벨 정보 계산기12 : 주소 발생기
13 : 캐쉬 메모리14 : 보간기
15 : 정규 벡터 변형기16 : 조명 계산기
17 : 색 혼합기
본 발명에 따른 3차원 렌더링 프로세서의 매핑 처리 장치는 외부로부터 인가되는 텍스쳐 매핑, 범프 매핑, 환경 매핑 중 어느 한 외부 매핑 정보의 거리 레벨을 계산하는 레벨 정보 계산기와, 거리 레벨에 해당하는 외부 매핑 정보의 맵 주소를 계산하는 주소 발생기와, 텍스쳐 매핑, 범프 매핑, 그리고 환경 매핑에 상응하는 내부 매핑 정보들이 저장된 캐쉬 메모리와, 캐쉬 메모리로부터 읽어온 내부 매핑 정보를 보간하는 보간기와, 보간된 내부 매핑 정보에 따라 범프 매핑 정보의 정규 벡터를 변형하는 정규 벡터 변형기와, 범프 매핑 정보의 조명값을 계산하는 조명 계산기와, 텍스쳐 매핑, 범프 매핑, 환경 매핑 중 어느 한 외부 매핑 정보에 해당하는 색깔 값을 매핑하는 색 혼합기를 포함하여 구성된다.
여기서, 주소 발생기는 텍스쳐 매핑 또는 범프 매핑에 상응하는 맵 주소를 계산하는 제 1 주소 발생기와, 환경 매핑에 상응하는 맵 주소를 계산하는 제 2 주소 발생기로 구성된다.
그리고, 본 발명에 따른 3차원 렌더링 프로세서의 매핑 처리 방법은 외부로부터 인가되는 텍스쳐 매핑, 범프 매핑, 환경 매핑 중 어느 한 외부 매핑 정보의 거리 레벨을 계산하는 단계와, 거리 레벨에 해당하는 외부 매핑 정보의 맵 주소를 계산하는 단계와, 계산된 맵 주소로부터 내부 매핑 정보를 읽어오는 단계와, 외부 매핑 정보를 이용하여 내부 매핑 정보를 보간하는 단계와, 보간된 내부 매핑 정보가 범프 매핑에 해당하는 정보인지를 판단하는 단계와, 보간된 내부 매핑 정보가 범프 매핑에 해당하는 정보이면, 상응하는 범프 매핑 정보의 정규 벡터를 변형하는 단계와, 정규 벡터가 변형된 범프 매핑 정보의 조명 값을 계산하는 단계와, 변형된 정규 벡터 값 및 조명 값에 따라 계산된 색깔 값을 해당하는 픽셀에 매핑하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 보간된 내부 매핑 정보가 범프 매핑에 해당하는 정보가 아니라면, 보간된 내부 매핑 정보에 따라 계산된 색깔 값을 해당하는 픽셀에 바로 매핑한다.
이와 같이, 본 발명은 텍스쳐 매핑 뿐만 아니라 범프 매핑 및 환경 매핑에도 하나의 캐쉬 메모리를 공유함으로써, 범프 매핑 및 환경 매핑의 성능이 향상된다.
또한, 본 발명은 텍스쳐 매핑, 범프 매핑 및 환경 매핑에서 하드웨어의 일부 로직들을 공유함으로써 하드웨어 비용 및 전력 소모를 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 개념은 각각 독립적으로 구성되는 텍스쳐 매핑, 범프 매핑, 환경 매핑의 하드웨어 로직 일부를 공유하여 하드웨어 비용을 최소화하고, 범프 매핑 및 환경 매핑에도 텍스쳐 매핑의 캐쉬 메모리를 공유하고, 메모리 대역폭을 줄임으로써, 매핑 성능을 향상시키는데 있다.
도 2는 본 발명에 따른 매핑 유닛을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 텍스쳐 매핑 뿐만 아니라 범프 매핑 및 환경 매핑에도 캐쉬 메모리를 적용하고 있다.
즉, 종래에는 텍스쳐 매핑 유닛만이 캐쉬 메모리를 사용하였지만, 본 발명에서는 텍스쳐 매핑 유닛, 범프 매핑 유닛, 그리고 환경 매핑 유닛이 하나의 캐쉬 메모리를 공유해서 사용하고 있다.
또한, 종래에는 각 매핑 유닛이 독립적인 하드웨어 로직으로 구성되지만, 본 발명은 세 가지 매핑 하드웨어 로직을 일부 공유하여 사용하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 매핑 유닛을 상세하게 보여주는 블록 구성도로서, 본 발명의 매핑 유닛은 레벨 정보 계산기(11), 주소 발생기(12), 캐쉬 메모리(13), 보간기(14), 정규 벡터 변형기(15), 조명 계산기(16), 색 혼합기(17)로 구성된다.
여기서, 주소 발생기(12)는 텍스쳐 매핑 또는 범프 매핑에 상응하는 맵 주소를 계산하는 제 1 주소 발생기(12a)와, 환경 매핑에 상응하는 맵 주소를 계산하는 제 2 주소 발생기(12b)로 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 각 매핑 유닛의 수행 순서는 다음과 같다.
먼저, 텍스쳐 매핑의 경우, 외부로부터 텍스쳐 매핑 정보가 인가되면, 레벨 정보 계산기(11)는 텍스쳐 매핑 정보의 거리 레벨인 LOD(Level-of-detail) λ값을 계산한다.
이어, 제 1 주소 발생기(12a)는 계산된 LOD λ값에 의해 텍스쳐 매핑 정보의 거리 레벨에 해당하는 텍스쳐 맵의 주소를 계산한다.
그 다음으로, 보간기(14)는 계산된 텍스쳐 맵의 주소에 따라 캐쉬 메모리(13)의 텍스쳐 맵으로부터 텍셀(texel)의 색깔 값을 읽어온다.
여기서, 캐쉬 메모리(13)에는 텍스쳐 매핑, 범프 매핑, 그리고 환경 매핑에 상응하는 내부 맵 정보 값들이 저장되어 있다.
그러나, 캐쉬 메모리(13)에 텍스쳐 맵의 주소에 상응하는 정보가 없는 경우, 즉 캐쉬 접근이 실패인 경우에 텍스쳐, 범프, 그리고 환경 맵의 정보 값들이 저장된 외부 메모리에 접근하여 원하는 정보를 캐쉬 메모리(13)로 가져온다.
그리고, 보간기(14)는 캐쉬 메모리(13)의 텍스쳐 맵으로부터 읽어온 텍셀의 색깔 값들에 대해 이선형 보간(bi-linear interpolation) 또는 삼선형 보간(tri-linear interpolation)을 수행한다.
이어, 보간에 의해 계산된 텍셀의 색깔 값들이 범프 매핑에 해당하는 정보인지를 판단한다.
여기서는 보간된 텍셀의 색깔 값들이 범프 매핑에 해당하는 정보가 아니므로, 색혼합기(17)는 바로 보간된 텍셀의 색깔 값을 해당하는 픽셀에 매핑하여 텍스쳐 매핑을 수행한다.
한편, 범프 매핑의 경우, 외부로부터 범프 매핑 정보가 인가되면, 레벨 정보 계산기(11)는 범프 매핑 정보의 거리 레벨인 LOD(Level-of-detail) λ값을 계산한다.
이어, 제 1 주소 발생기(12a)는 계산된 LOD λ값에 의해 범프 매핑 정보의 거리 레벨에 해당하는 범프 맵의 주소를 계산한다.
그 다음으로, 보간기(14)는 계산된 범프 맵의 주소에 따라 캐쉬 메모리(13)의 범프 맵으로부터 편미분된 범프 값인 Bu, Bv등을 읽어온다.
이 때, 캐쉬 메모리(13)의 동작은 상기 텍스쳐 매핑시와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 보간기(14)는 범프 맵으로부터 읽어온 정보 값들에 대해 이중선형 보간(bi-linear interpolation)을 수행한다.
이어, 보간에 의해 계산된 정보 값들이 범프 매핑에 해당하는 정보인지를 판단한다.
여기서는 보간에 의해 계산된 정보 값들이 범프 매핑에 해당하는 정보이므로, 정규 벡터 변형기(15)는 범프 매핑 정보의 정규 벡터(normal vector)를 변형(perturbation)한다.
그리고, 정규 벡터가 변형된 범프 매핑 정보의 조명 값을 계산한 다음, 변형된 정규 벡터 값 및 조명 값에 따라 계산된 색깔 값을 해당하는 픽셀에 매핑하여 범프 매핑을 수행한다.
마지막으로, 환경 매핑의 경우, 외부로부터 환경 매핑 정보가 인가되면, 레벨 정보 계산기(11)는 환경 매핑 정보의 거리 레벨인 LOD λ값을 계산한다.
이어, 제 2 주소 발생기(12b)는 계산된 LOD λ값에 의해 환경 매핑 정보의 거리 레벨에 해당하는 환경 맵의 주소를 계산한다.
그 다음으로, 보간기(14)는 계산된 환경 맵의 주소에 따라 캐쉬 메모리(13)의 환경 맵으로부터 텍셀(texel)의 색깔 값을 읽어온다.
그리고, 보간기(14)는 캐쉬 메모리(13)의 텍스쳐 맵으로부터 읽어온 텍셀의 색깔 값들에 대해 이선형 보간(bi-linear interpolation) 또는 삼선형 보간(tri-linear interpolation)을 수행한다.
이어, 보간에 의해 계산된 텍셀의 색깔 값들이 범프 매핑에 해당하는 정보인지를 판단한다.
여기서는 보간된 텍셀의 색깔 값들이 범프 매핑에 해당하는 정보가 아니므로, 색혼합기(17)는 바로 보간된 텍셀의 색깔 값을 해당하는 픽셀에 매핑하여 환경 매핑을 수행한다.
이와 같이, 세 가지의 매핑을 수행하는 단계들로부터 공통적으로 수행되는루틴(routine)이 존재하는데, 본 발명에서는 이러한 공통의 수행 루틴을 상호 공유함으로써, 구조를 단순화하였다.
즉, 본 발명에서는 세 가지 매핑에 관한 거리 레벨 계산을 하나의 레벨 정보 계산기(11)에서 공통으로 수행하도록 하였고, 텍스쳐 및 범프 맵의 주소 계산은 제 1 주소 발생기(12a)를 통해 수행하고, 환경 맵의 주소 계산은 제 2 주소 발생기(12b)를 통해 수행하고 있다.
그리고, 본 발명은 각 매핑 수행시, 하나의 캐쉬 메모리(13)만을 공유하므로 하드웨어 비용을 줄이고, 범프 매핑과 환경 매핑의 메모리 접근 지연 및 메모리 대역 폭 문제를 해결하여 성능을 향상시킨다.
또한, 캐쉬 메모리(13)의 각 맵으로부터 읽어온 텍셀 값, 편미분된 범프 값 등의 데이터들을 보간하는 보간기(14)를 상호 공유한다.
그리고, 범프 매핑의 정규 벡터 변형기(15)와 변형된 정규 벡터 및 조명 인자에 의해 재구성된 조명 환경에서의 조명 계산을 수행하는 조명 계산기(16)는 범프 매핑 전용으로 따로 두었다.
마지막으로, 세 가지 매핑에 의해 생성되는 각각의 색깔 값을 혼합하는 색 혼합기(17)를 서로 공유하도록 하였다.
이와 같이, 제작되는 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 텍스쳐 매핑 뿐만 아니라 범프 매핑과 환경 매핑에도 캐쉬 구조를 적용하여 텍스쳐 매핑과 하나의 캐쉬 메모리를 공유함으로써, 범프 매핑 및 환경 매핑의 메모리 접근 지연과 메모리 대역 폭 요구를 줄일 수 있다.
둘째, 텍스쳐 매핑, 범프 매핑 및 환경 매핑에서 하드웨어의 일부 로직들을 공유함으로써, 하드웨어 비용 및 전력 소모를 줄일 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (4)

  1. 외부로부터 인가되는 텍스쳐 매핑, 범프 매핑, 환경 매핑 중 어느 한 외부 매핑 정보의 거리 레벨을 계산하는 레벨 정보 계산기;
    상기 거리 레벨에 해당하는 외부 매핑 정보의 맵 주소를 계산하는 주소 발생기;
    상기 텍스쳐 매핑, 범프 매핑, 그리고 환경 매핑에 상응하는 내부 매핑 정보들이 저장된 캐쉬 메모리;
    상기 캐쉬 메모리로부터 읽어온 내부 매핑 정보를 보간하는 보간기;
    상기 보간된 내부 매핑 정보에 따라 상기 범프 매핑 정보의 정규 벡터를 변형하는 정규 벡터 변형기;
    상기 범프 매핑 정보의 조명값을 계산하는 조명 계산기; 그리고,
    상기 텍스쳐 매핑, 범프 매핑, 환경 매핑 중 어느 한 외부 매핑 정보에 해당하는 색깔 값을 매핑하는 색 혼합기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 렌더링 프로세서의 매핑 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주소 발생기는 텍스쳐 매핑 또는 범프 매핑에 상응하는 맵 주소를 계산하는 제 1 주소 발생기와, 환경 매핑에 상응하는 맵 주소를 계산하는 제 2 주소 발생기로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 렌더링 프로세서의 매핑 처리 장치.
  3. 외부로부터 인가되는 텍스쳐 매핑, 범프 매핑, 환경 매핑 중 어느 한 외부 매핑 정보의 거리 레벨을 계산하는 단계;
    상기 거리 레벨에 해당하는 외부 매핑 정보의 맵 주소를 계산하는 단계;
    상기 계산된 맵 주소로부터 내부 매핑 정보를 읽어오는 단계;
    상기 외부 매핑 정보를 이용하여 상기 내부 매핑 정보를 보간하는 단계;
    상기 보간된 내부 매핑 정보가 범프 매핑에 해당하는 정보인지를 판단하는 단계;
    상기 보간된 내부 매핑 정보가 범프 매핑에 해당하는 정보이면, 상기 상응하는 범프 매핑 정보의 정규 벡터를 변형하는 단계;
    상기 정규 벡터가 변형된 범프 매핑 정보의 조명 값을 계산하는 단계; 그리고,
    상기 변형된 정규 벡터 값 및 조명 값에 따라 계산된 색깔 값을 해당하는 픽셀에 매핑하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 렌더링 프로세서의 매핑 처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 보간된 내부 매핑 정보가 범프 매핑에 해당하는 정보가 아니라면, 상기 보간된 내부 매핑 정보에 따라 계산된 색깔 값을 해당하는 픽셀에 바로 매핑하는 것을 특징으로 하는 3차원 렌더링 프로세서의 매핑 처리 방법.
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