CN102016928B - 用于提高的图形性能的方法、设备 - Google Patents

Abstract

用于提高数字表示图形的产生的性能的方法。该方法包括：接收基本图元的第一表示；提供与顶点位置确定关联的指令集；使用有界运算对所述基本图元的所述第一表示执行所述检索的指令集用于提供所述基本图元的第二表示，以及使所述基本图元的所述第二表示经过剔除处理。也提出对应的设备和计算机程序产品。

Description

用于提高的图形性能的方法、设备

技术领域

本发明涉及数字表示图形并且更具体地涉及用于提高产生数字表示图形的性能的方法、设备和计算机程序产品。 

背景技术

例如计算机图形等数字表示图形在性能上连续不断地提高。在二十世纪八十和九十年代，出现的用于计算机和游戏控制台的显示适配器具有图形加速器，从而在图形产生中对中央处理单元(CPU)卸载。最初，显示适配器提供2D图形的加速，但最后这些也包括对加速的3D图形的支持。现代显示适配器使用常常称为图形处理单元(GPU)的处理单元。 

由于3D图形的复杂性，现今的GPU:s使用大量的它们的处理能力以执行与3D图形相关的计算。 

对于显示适配器的连续不断的问题是性能。一直有新的应用程序和游戏要求更高的帧率(每秒渲染的屏幕图像)、更高的分辨率和更高的图像质量，从而引起要求每个屏幕图像应该尽可能短时间地渲染。也就是说，增加性能一直是重要的。 

增加性能的一个已知的方式是通过使更高的时钟速度成为可能、流水线操作或开发并行计算增加GPU:s的处理能力。然而，这常常产生更多的热，从而引起更多的功耗和更高的用于冷却GPU的风扇噪声。功耗和热是移动装置的主要限制和瓶颈。此外，对每个GPU的时钟速度存在限制。 

因此，对于提高数字表示图形中的性能的不足的能力仍然存在问题。 

发明内容

鉴于上文，本发明的目的是解决或至少减少上文论述的问题。 

一般，上文的目的通过附上的独立专利权利要求达到。 

根据第一方面，本发明通过用于提高数字表示图形的产生的性能的方法实现。该方法包括：接收基本图元(basic primitive)的第一表示；提供与顶点位置确定关联的指令集；使用有界运算(boundedarithmetic)对所述基本图元的所述第一表示执行所述指令集用于提供所述基本图元的第二表示；以及使所述基本图元的所述第二表示经过剔除处理(culling process)。对基本图元进行剔除是有利的，其中基本图元和基本图元的表示可在图形流水线开始处丢弃，其引起性能增益。此外，在完全渲染的图像中不可见的大部分表面不在过程中转发，其也引起性能增益。也就是说，对全部基本图元进行剔除是有利的，其中避免大部分不可见表面的曲面细分(tessellation)，其引起性能增益。 

在计算机图形中，顶点包括与在空间中的位置关联的数据。例如，顶点可是与图元的角关联的所有数据。顶点不仅与三个空间坐标关联也与正确渲染对象必需的其他图形信息关联，例如颜色、反射率性质、纹理和表面法线等。 

连接的顶点集可以用于限定图元。图元可以例如是三角形、四边形、多边形或其他几何形式，或备选地图元可以例如是空间中的表面或点。表示为三角形的图元具有例如三个顶点并且四边形具有四个顶点。 

该方法可包括：从所述基本图元的所述第一表示选择至少一个顶点，对所述至少一个顶点的第一表示执行与顶点位置确定关联的指令集用于提供所述至少一个顶点的第二表示，并且使所述至少一个顶点的所述第二表示经过剔除处理，其中所述剔除处理的输出包括剔除所述至少一个顶点的决定和不剔除所述至少一个顶点的决定中的一个，并且在所述剔除处理的该输出包括剔除所述至少一个顶点的决定的 情况下，则进行：所述接收基本图元的第一表示，所述提供与顶点位置确定关联的指令集，所述使用有界运算对所述基本图元的所述第一表示执行所述指令集用于提供所述基本图元的第二表示，以及所述使所述基本图元的所述第二表示经过剔除处理。这是有利的，因为它引起性能增益。如果例如剔除处理的输出是不剔除所述至少一个顶点的决定，则它产生与根据第一方面的方法相比的较低容量昂贵(lesscapacity expensive)的方法。 

该方法可包括：确定包围所述基本图元的所述第二表示的边界体积；以及使所述边界体积经过剔除处理。这是有利的，其中不必提供预定界限并且边界体积自动确定。 

该方法可包括执行曲面细分处理，其中所述曲面细分处理基于所述剔除处理的输出。因此，剔除在曲面细分之前进行。在剔除后进行曲面细分引起性能增益，因为对较少的基本图元进行曲面细分并且从而是有利的。所述剔除处理可以是第二表示经过的剔除处理和/或边界体积经过的剔除处理。 

该方法可包括所述剔除处理是可替换的。这是有利的，其中剔除处理可由例如用户修改。可替换的剔除处理应用于第一方面的所有实施例。 

该方法可包括有界运算是来自泰勒运算、区间运算和仿射运算的组的至少一个。这是有利的，其中该方法是灵活的并且支持不同类型的有界运算并且不限于一个类型的有界运算。使用泰勒模型是优选的，因为曲面和细分方案(其常常在曲面细分中使用)常常基于多项式。另一个优势是多项式计算可以由泰勒模型(其导致非常紧密的界限)精确表示(假如它们具有足够高的阶)。 

该方法可包括所述边界体积的确定还包括计算所述第二表示的最小值和最大值。这是有利的，其中它是确定边界体积的性能高效的方式。 

该方法可包括所述第二表示是来自位置界限和法线界限的组的 至少一个。位置和法线界限可用于确定例如基本图元的第一表示的位置或范围。另外的优势是位置和法线界限自动地确定。 

该方法可包括执行所述指令集还包括：从与顶点位置确定关联的所述指令集导出第二指令集，和执行所述第二指令集用于提供法线界限。这是有利的，其中第二指令集自动导出并且此外法线界限自动计算。 

该方法可包括使所述边界体积经过所述剔除处理还包括进行以下其中之一：使所述边界体积经过视锥台剔除、使所述边界体积经过背面剔除和使所述边界体积经过遮挡剔除。对于这个的优势是许多不同的剔除技术是可应用的。 

该方法可包括使所述第二表示(其是位置或法线界限)经过所述剔除处理还包括进行以下其中之一：使所述位置界限经过视锥台剔除、使所述位置界限或所述法线界限经过背面剔除和使所述位置界限经过遮挡剔除。对于这个的优势是许多不同的剔除技术是可应用的。 

该方法可包括所述剔除处理的输出包括丢弃所述基本图元的决定和曲面细分因子中的一个。这是有利的，因为丢弃基本图元暗示要渲染更少的基本图元，其增加性能。曲面细分因子可指出该基本图元将不被曲面细分，其引起性能增益。 

该方法可包括执行曲面细分处理(假使所述剔除处理的输出包括曲面细分因子)。这是有利的，其中对于每个不被曲面细分或被较少曲面细分的基本图元增加性能。如果所述剔除处理的输出是丢弃所述基本图元的决定，则没有曲面细分处理要执行。 

根据第二方面，本发明由适应于产生数字表示图形的设备实现，其包括用于提高数字表示图形的产生的性能的电路。所述电路适应于：接收基本图元的第一表示；提供与顶点位置确定关联的指令集；使用有界运算对所述基本图元的所述第一表示执行所述指令集用于提供所述基本图元的第二表示；并且使所述基本图元的所述第二表示经过剔除处理。 

要注意到本发明的第二方面可以用对应于本发明的第一方面的任意特征的特征的任意组合实施。 

第一方面的优势是同样可应用于第二方面。 

根据第三方面，本发明通过计算机程序产品实现，其包括存储在计算机可读存储介质上并且当在处理器上执行时执行根据本发明的第一方面的方法的计算机程序代码。第一方面的优势是同样可应用于本发明的第三方面。 

本发明的其他目的、特征和优势将从下列详细公开、从附上的权利要求以及附图显现。 

一般，在权利要求中使用的所有术语将根据它们在技术领域中的普通意思解释(除非在本文中另外明确地限定)。对“一/一个/该[元素、装置、部件、工具、步骤等等]”的所有引用将开放地解释为指所述元素、装置、部件、工具、步骤等等中的至少一个实例(除非另外明确地规定)。本文公开的任意方法的步骤不必采用公开的精确顺序执行(除非明确地规定)。 

附图说明

本发明的其他特征和优势将参照附图从目前优选实施例的下列详细说明变得明显，其中。 

图1是图示在根据现有技术的显示适配器中不同的实体如何交互的框图。 

图2a是图示在本发明的实施例中在设备中的不同实体如何可交互的框图。 

图2b是本发明的实施例的框图。 

图2c是本发明的实施例的框图。 

图2d是本发明的实施例的框图。 

图2e是本发明的实施例的框图。 

图2f是本发明的实施例的框图。 

图2g是本发明的实施例的框图。 

图2h是本发明的实施例的框图。 

图3a和3b是示出可以在图2a-d的设备中执行的基本图元剔除处理的流程图。 

图4示意地图示图3a-b的基本图元剔除处理。 

图5示出实现图2a-d的设备的典型通用计算机的综览架构。 

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更充分地描述本发明，其中示出本发明的某些实施例。然而，本发明可采用许多不同的形式实现并且不应该解释为限制于本文阐述的实施例；相反，这些实施例通过示例提供使得本公开将是彻底和全面的，并且将充分地表达本发明的范围给那些本领域内技术人员。相似的号码始终指相似的元素。 

图1是图示在本领域内技术人员已知的常规显示适配器中不同的实体如何交互的框图。根据现有技术的显示适配器可包括曲面细分器(tessellator)120、顶点着色器(vertex shader)130、三角形遍历单元(triangle traversal unit)140和片段着色器150。根据现有技术的显示适配器的实体对于本领域内技术人员是众所周知的。 

到曲面细分器120的输入110是基本图元，其可以是三角形、四边形或其他几何形式。曲面细分暗示形成许多更小、常常连接的图元。例如，基本三角形(即，基本图元)在曲面细分器120中曲面细分成覆盖基本三角形的100×100更小、连接的三角形。这些更小三角形的顶点的位置于是可以在顶点着色器单元130中计算，使得形成曲面。 

存在不同类型的曲面细分，例如均匀曲面细分、分数曲面细分和自适应曲面细分。 

顶点着色器单元130从曲面细分器120接收每个顶点的重心坐标并且作为重心坐标(u，v)的函数计算例如顶点的位置p(u，v)。 

三角形遍历单元140负责根据连接的控制器指出的那样来建立多 边形。尽管可以使用任意多边形，通常使用三角形。对于每个多边形，三角形遍历单元140将待渲染的多边形分为一个或多个分片(tile)，其中每个分片至少部分由多边形重叠。一般而言，分片是片段的组。分片是包含许多片段的二维矩形。这些片段中的每个对应于像素并且包含渲染像素和测试像素是否应该在屏幕上渲染所要求的所有数据。分片的常见尺寸是8乘8片段，但任何分片尺寸在本发明的范围内。 

三角形遍历单元140的另一个重要任务是找到在正渲染的几何图元(例如，三角形)内的片段。这可以使用各种技术完成，这些技术对于本领域内技术人员是已知的。 

片段着色器150对传递到该单元的每个片段执行片段着色器程序。这些片段中的每个对应于像素并且包含渲染像素和测试像素是否应该在屏幕上渲染所要求的数据。片段数据包括光栅位置、深度、颜色、纹理坐标、模板、alpha(用于混合)等等。对于每个像素可存在多个片段样本。 

片段进一步处理以便例如结合之前估计的颜色与纹理，以及增加例如雾等效果，以及当可能时识别不需要渲染的片段，即片段剔除。 

片段着色器150可在片段写入目标缓冲器之前进一步执行深度测试、alpha测试和混合。 

来自根据现有技术的显示适配器的输出150可在显示器上显示。 

要注意到从这里开始，将描述本发明。 

根据本发明适应于产生数字表示图形的设备的不同实施例将在下文参照图2描述。该设备包括用于提高数字表示图形的产生的性能的电路。所述设备可实现为显示适配器并且将在下文中称为显示适配器。 

图2a是图示根据本发明的显示适配器205的实施例的框图。显示适配器205包括用于提高数字表示图形的产生的性能、形成基本图元剔除单元212的电路。 

到基本图元剔除单元212的输入210是基本图元的第一表示。在 计算机图形领域中的几何图元通常解释为系统可以处理(例如绘制或存储)的原子几何对象。所有其他图形元素由这些图元建立。 

基本图元是适当的几何表示，其可以曲面细分成许多更小的几何图元，例如三角形。基本图元是非曲面细分的。基本图元的示例是三角形、四边形、直线(line)、曲线(curve)、Bezier曲面等等。 

多边形使用连接的顶点集限定。三角形具有例如三个顶点并且四边形具有四个顶点。在计算机图形中，顶点不仅与三个空间坐标关联也与正确渲染对象必需的其他图形信息关联，例如颜色、反射率性质、纹理和表面法线等。 

基本图元的第一表示可以是属性集。该属性集可以例如是来自控制点、顶点位置、法线、纹理坐标等等的组的其中之一。例如，三角形可以使用三个顶点位置描述，并且四边多边形也使用四个顶点位置描述。每个顶点位置还可与其他属性关联，例如法线和纹理坐标。另一个示例是Bezier三角形或补片，其可以使用顶点位置和控制点的集描述。 

在基本图元剔除单元212中，剔除对基本图元和对基本图元的表示执行。从基本剔除单元的输出222可以是基本图元将被丢弃。在另一个实施例中，输出222可是创建曲面细分因子。该曲面细分因子可设置为指出基本图元将被丢弃的值。备选地，该曲面细分因子可设置为指出基本图元可以不被丢弃的值。此外，该曲面细分因子可设置为指出基本图元将不被执行曲面细分、将被粗糙地进行曲面细分或将采用低比率被执行曲面细分的值。 

基本图元剔除的细节和效果在下文中与图3a和图3b结合进一步描述。 

从显示适配器205的输出224可在显示器上显示。 

在另一个实施例中，参见图2b，显示适配器205包括基本图元剔除单元212和曲面细分器214。曲面细分器214可具有与上文参照图1描述的曲面细分器120相似的类型。 

基本图元剔除单元212、到基本图元剔除单元212的输入210和从显示适配器205的输出224之前已经结合图2a描述。 

如果曲面细分器214从基本图元剔除单元212接收基本图元和指出将不对该基本图元曲面细分的曲面细分因子，曲面细分器不对该基本图元曲面细分。 

如果曲面细分器214从基本图元剔除单元212接收基本图元但没有接收指出将不对该基本图元曲面细分的曲面细分因子，则曲面细分器214对该基本图元曲面细分。 

图2c是图示在本发明的实施例中在显示适配器205中的不同实体如何可交互的框图。该显示适配器205包括基本图元剔除单元212、曲面细分器214、顶点着色器216、三角形遍历单元218和片段着色器220。实体214、216、218和220可具有与上文参照图1描述的那些相似的类型。 

基本图元剔除单元212、到基本图元剔除单元212的输入210和从显示适配器205的输出224之前已经结合图2a描述。 

在再另一个实施例中，参见图2d，显示适配器205包括基本图元剔除单元212、曲面细分器214、顶点着色器216、三角形遍历单元218、可编程剔除单元(PCU)226和片段着色器220。实体214、216、218和220可具有与上文参照图1描述的那些相同或相似的类型。基本图元剔除单元212、到基本图元剔除单元212的输入210和从显示适配器205的输出224之前已经结合图2a描述。 

在可编程剔除单元226中，剔除根据可替换剔除程序(也称为可替换剔除模块)对分片执行。该剔除程序的细节和效果在未公开的瑞典专利申请SE0700162-1中更详细地说明，其的内容通过引用结合于此。 

图2a的显示适配器205可进一步包括基本图元探测单元211，参见图2e。该基本图元探测单元211设置成检查是否可以剔除基本图元中的至少一个顶点。选择来自该基本图元的至少一个顶点。该至少一 个顶点可以例如是该基本图元的顶点或该基本图元的中心点。如果该基本图元的该至少一个顶点不可以剔除，它暗示该基本图元不可以剔除，于是最好不在基本图元剔除单元212中执行基本图元剔除，因为基本图元剔除是需要容量的。 

如在图2f中示出的，图2b的显示适配器205可进一步包括基本图元探测单元211。此外，图2c的显示适配器205可包括基本图元探测单元211，参见图2g。图2d的显示适配器205可包括基本图元探测单元211，参见图2h。 

图3a示出可以在图2a、b、c和d的基本图元剔除单元212中执行的基本图元剔除程序的流程图。 

在步骤310中，接收基本图元的第一表示。 

在步骤320中，提供指令集。该提供的指令集与顶点位置确定关联。顶点位置例如使用重心坐标对每个顶点计算为p(u，v)(如结合顶点着色器单元216描述的)。该指令集从可以在顶点着色器单元216中执行的顶点着色器程序导出或检索。然后分析该指令集，并且分离用于计算顶点位置的所有指令、运算指令。这些指令重新限定为根据有界运算(例如泰勒运算、区间运算、仿射运算、或本领域内技术人员已知的另一个适合的运算)操作。在一个实施例中，这些指令重新限定为根据泰勒模型(代替浮点数)操作并且到新指令的输入重新限定为泰勒模型。 

接着是泰勒模型的简短说明以便便于下列步骤的理解。 

在泰勒模型中使用区间，并且下列表示用于区间： 

$\hat{a}=[\underset{\‾}{a},\stackrel{\‾}{a}]=\left\{x\right|\underset{\‾}{a}\≤x\≤\stackrel{\‾}{a}\}$ 等式(1) 

给定n+1次可微分函数f(u)，其中u∈[u₀，u₁]，f的泰勒模型由泰勒多项式T_f和区间余项 

构成。在域u∈[u₀，u₁]上第n阶泰勒模型(这里表示为 

)则是： 

$\tilde{f}\left(u\right)\∈\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{f^{\left(k\right)}\left(u_0\right)}{k!}\·{(u-u_0)}^k+[\underset{\‾}{r_f},\stackrel{\‾}{r_f}]=\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_k{u}^k+{\hat{r}}_f,$ 等式(2) 

其中 

是泰勒多项式并且 是区间余项。该表示称为泰勒模型，并且是函数f在域u∈[u₀，u₁]上的保守封闭空间(conservative enclosure)。根据泰勒模型限定运算算子也是可能的，其中结果也是保守封闭空间(另一个泰勒模型)。作为简单示例，假设将计算f+g，并且这些函数表示为泰勒模型 

和 

该和的泰勒模型则是 还可以导出更复杂的算子，像乘法、正弦、对数、指数、倒数等等。这些算子的实现细节在BERZ，M.和HOFFSTATTER，G.1998，Computation and Applicationof Taylor Polynomials with interval Remainder Bounds(具有区间余界的泰勒多项式的计算和应用)，Reliable Computing，4，1，83-97中描述。 

重心坐标可重新限定为泰勒模型，如下： 

在步骤330中，提供的指令集使用有界运算在基本图元的第一表示上执行。所述指令集的该执行的输出是基本图元的第二表示。 

基本图元的所述第二表示可以是泰勒模型并且可以是顶点位置属性的多项式近似。更具体地，从步骤330的输出可以是位置界限： 

其是四个泰勒模型。对于单个分量(例如x)，这可以在幂的基础上表示如下(为了清楚起见，余项 已经省略)： 

$p(u,v)=\underset{i+j\≤n}{\mathrm{\Σ}}{a}_{\mathrm{ij}}{u}^i{v}^j$ 等式(3) 

在步骤330中使用的有界运算可例如是泰勒运算、区间运算、仿射运算或本领域内技术人员已知的另一个适合的运算。 

在一个实施例中，所述基本图元的所述第二表示可以是法线界限。对于参数化的表面，非规格化的法线n可以计算为： 

$n(u,v)=\frac{\∂p(u,v)}{\∂u}\×\frac{\∂p(u,v)}{\∂v}$ 等式(4) 

作为法线的泰勒模型的法线界限然后计算为 

$\tilde{n}(u,v)=\frac{\∂\tilde{p}(u,v)}{\∂u}\×\frac{\∂\tilde{p}(u,v)}{\∂v}$ 等式(5) 

在一个实施例中，步骤330，执行所述指令集可包括步骤331(图3b)。步骤331包括从与顶点位置确定关联的所述指令集导出第二指令集。该第二指令集从在顶点着色器单元216中执行的顶点着色器程序检索，分析指令并且分离用于计算顶点位置的所有指令、运算指令。指令重新限定为根据泰勒模型(代替浮点数)操作并且到新指令的输入重新限定为泰勒模型。该第二指令集然后执行用于提供法线界限。 

对象集的边界体积是完全包含该集中的对象的联合的封闭体积。边界体积可具有各种形状，例如立方体或矩形、球体、圆柱体、多面体和凸形外壳等的盒。 

在一个实施例中，确定包围所述基本图元的所述第二表示的边界体积(步骤350图3b)，并且该边界体积经过剔除处理。该剔除处理结合步骤340进一步描述。 

发明性边界体积是紧密边界体积。该边界体积是紧密的，暗示该边界体积的面积或体积尽可能地小但仍然完全包围所述基本图元的所述第二表示。 

在一个实施例中，该边界体积通过计算所述第二表示的最小值和最大值确定(步骤351)。 

基本图元的第二表示可以是幂形式的泰勒多项式。 

确定该边界体积的一个方式可以是通过计算该泰勒多项式的导数并且从而找到该第二表示的最小值和最大值。 

确定该边界体积的另一个方式可以是根据以下内容。该泰勒多项式转换成Bernstein形式。由于Bernstein基础的凸形外壳性质保证多项式的曲线或实际表面位于采用Bernstein基础获得的控制点的凸形外壳内的事实，该边界体积通过找到在每个维度中的最小和最大控制点值计算。变换等式3为Bernstein基础给出 

$p(u,v)=\underset{i+j\≤n}{\mathrm{\Σ}}{p}_{\mathrm{ij}}{B}_{\mathrm{ij}}^n(u,v)$ 等式(6) 

其中 

是在三角形域上二元情况下的Bernstein多项式。该转换使用下列公式进行，该公式在HUNGERBUHLER，R.和GARLOFF，J.1998，Bounds for the Range of aBivariate Polynomial over a Triangle(在三角形上的二元多项式的范围的界限).Reliable Computing，4，1，3-13中描述： 

$p_{\mathrm{ij}}=\underset{l=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\left(\begin{array}{c}i\\ l\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}j\\ m\end{array}\right)}{\left(\begin{array}{c}n\\ l\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}n-1\\ m\end{array}\right)}{a}_{\mathrm{lm}}$ 等式(7) 

为计算边界盒，简单地对每个维度x、y、z和w计算在所有p_ij上的最小和最大值。这给出在裁剪空间中的边界盒 

其中每个元素是区间(例如 

)。 

在步骤340中，基本图元的所述第二表示经过剔除处理。 

进行剔除以便避免绘制看不见的对象或对象的部分。 

现有技术GPU:s对曲面细分的多边形进行剔除。本发明在曲面细分甚至发生之前进行剔除，其引起性能增益。 

在该方式中，上文导出的位置界限、法线界限和边界体积用于对基本图元应用不同的剔除技术。 

在一个实施例中，视锥台剔除使用所述位置界限或所述边界体积进行(步骤341图3b)。 

在一个实施例中，背面剔除使用来自所述法线界限、所述位置界限和所述边界体积的组的至少一个进行(步骤342图3b)。 

在一个实施例中，遮挡剔除使用所述位置界限或所述边界体积进行(步骤343图3b)。 

在一个实施例中，执行步骤341-343中的至少一个。 

下文公开的剔除技术不解释为限制性的，而它们通过示例的方式提供。背面剔除、遮挡剔除和视锥台剔除可使用除下文描述的那些之 外的各种不同的技术进行，这对本领域内技术人员是明显的。 

视锥台剔除是基于将仅绘制将是可见的、位于当前视锥台内的对象的事实的剔除技术。该视锥台可限定为在可出现在屏幕上的在建模的世界中的空间的区域。绘制该锥台外的对象将是对时间和资源的浪费，因为它们无论如何是不可见的。如果对象全部在该视锥台外，它不可能是可见的并且可以被丢弃。 

在一个实施例中边界体积的位置界限针对视锥台的平面测试。因为边界体积 

在均匀裁剪空间中，测试可在裁剪空间中进行。可使用对于平面盒测试的标准最优化，其中仅边界体积的单个角落(边界体积是边界盒)用于估计平面等式。每个平面测试然后相当于加法和比较。例如，使用 

进行测试体积是否在左平面外。该测试还可使用位置界限 

进行。因为这些测试是时间和资源高效率的，让视锥台测试为第一测试是有利的。 

背面剔除丢弃背对观看者的对象，其是背离观看者的对象的法线矢量。这些对象将是不可见的并且因此不需要绘制它们。 

给定在表面上的点p(u，v)，背面剔除一般计算为： 

c＝p(u，v)·n(u，v)                    等式(8) 

其中n(u，v)是在(u，v)的法线矢量。如果c＞0，那么p(u，v)是(u，v)的该特定值的背向。如此，该公式还可以用于剔除整个三角形，其仅具有单个法线。该点积的泰勒模型(参见等式5和8)计算为： 

为了能够背面剔除，必须在整个三角形域上保持如下： 关于 

的下界使用Bernstein形式的凸形外壳性质再次保守地估计。这给出区间 

并且三角形(其在该点未曲面细分)可以剔除(如果c＞0)。 

在另一个实施例中，对法线计算区间界限，用于检查是否满足背面条件。 

测试还可使用位置界限 

或备选地边界体积进行。 

遮挡剔除暗示丢弃遮挡的对象。在下面，遮挡剔除针对边界盒描述但在其他类型的边界体积上进行遮挡剔除也是可能的，这对于本领域内技术人员是明显的。 

遮挡剔除技术与分级深度缓冲非常相似，不同在于在深度缓冲器中仅使用单个额外等级(8×8像素分片)。最大深度值 

存储在每个分片中。这是在GPU中当光栅化三角形时使用的标准技术。设计裁剪空间边界盒b并且访问与该轴对准盒重叠的所有分片。在每个分片，进行经典遮挡剔除测试： 

其指出如果满足该比较则盒在当前分片处被遮挡。盒的最小深度 

从裁剪空间边界盒获得，并且分片的最大深度 

从分级深度缓冲器(其在同时代的GPU中已经存在)获得。注意该测试可以一发现分片没有被遮挡就结束，并且向分级深度缓冲器增加更多等级是简单的。遮挡剔除测试可以看作待曲面细分的三角形的边界盒的非常廉价的预光栅化器。因为它在分片基础上操作，它比遮蔽查询更廉价。 

在另一个实施例中，测试还可使用位置界限 

进行。 

在一个实施例中，剔除处理是可替换的。这暗示对基本图元剔除单元212可供应用户限定剔除处理。 

步骤340(和350)(执行剔除处理)可具有不同的输出。在一个实施例中，该剔除处理的输出可以是基本图元将被丢弃。在另一个实施例中，该剔除处理的输出可以是创建曲面细分因子。该曲面细分因子可设置为指出基本图元将被丢弃的值。备选地，该曲面细分因子可设置为指出基本图元可以不被丢弃的值。此外，该曲面细分因子可设置为指出将不对基本图元曲面细分的值。 

在一个实施例中，在步骤340(和步骤350)执行剔除处理后，剔除处理的执行的输出发送给曲面细分器214。执行曲面细分处理(步骤360图3b)。如果曲面细分器214接收基本图元和指出将不对该基本图元曲面细分的曲面细分因子，则曲面细分器不对该基本图元进行 曲面细分。 

如果曲面细分器214接收没有在剔除处理中丢弃的基本图元但没有接收指出该基本图元将不曲面细分的曲面细分因子，则曲面细分器214曲面细分该基本图元。 

结合图3a和b描述的步骤可在本发明的设备205中进行。 

图4图示在图3a和b的步骤中的结果。图4a描绘采用基本三角形405的形式的基本图元。图4b示出在该基本三角形405上所得的产生的表面410，其由顶点着色器单元216(和曲面细分频率)确定。在图4c中该基本三角形405采用泰勒形式(多项式415和区间余项420、425)表示，从而获得表面410的保守估计。在图4d中，泰勒多项式采用Bernstein形式430扩展用于有效范围定界(使用凸形外壳性质)。在图4e中，区间余项420、425从泰勒模型增加到Bernstein界限430，从而获得保守表面界限445、450。 

图5示出实现图2的显示适配器205的典型通用计算机583的综览架构。该计算机583具有控制器570，例如CPU等，其能够执行软件指令。该控制器570连接到易失性存储器571(例如随机存取存储器(RAM)等)和显示适配器500，该显示适配器对应于图2的显示适配器205。该显示适配器500进而连接到显示器576，例如CRT监视器、LCD监视器等等。该控制器570还连接到持久性存储器573(例如硬盘驱动器或闪存)和光学存储器574(例如光学介质(例如CD、DVD、HD-DVD或蓝光等)的读取器和/或写入器)。网络接口581也连接到该控制器570用于提供对网络582(例如局域网、广域网(例如互联网)、无线局域网或无线城域网等)的访问。通过外围接口577(例如典型的通用串行总线、无线通用串行总线、火线、RS232串行、Centronics并行、PS/2的接口)，该控制器570可以与鼠标578、键盘579或任何其他外围设备580(包括操纵杆、打印机、扫描仪等等)通信。 

要注意到尽管上文描述通用计算机以实现本发明，本发明同样可 以在利用数字图形(并且特别地3D图形)的任何环境(例如，游戏控制台、移动电话、MP3播放器等等)中很好地实现。 

此外本发明可采用更多通用架构实现。该架构可以例如由许多小的可以执行任何类型程序的处理器核构成。这暗示与更多硬件中心GPU:s相反的一类软件GPU。 

本发明在上文中已经主要参照一些实施例描述。然而，如容易由本领域内技术人员意识到的，除上文公开的那些实施例之外的其他实施例同样可能在如由附上的专利权利要求限定的本发明的范围内。 

Claims (14)

1.一种用于提高数字表示图形的产生的性能的方法，所述方法包括

接收基本图元的第一表示，

提供与顶点位置确定关联的指令集，

使用有界运算对所述基本图元的所述第一表示执行所述指令集用于提供所述基本图元的第二表示，以及

使所述基本图元的所述第二表示经过剔除处理，

其中，采用位置和法线界限来确定基本图元的第一表示的位置或范围，并且其中，位置和法线界限自动地确定。

2.如权利要求1所述的方法，还包括

从所述基本图元的所述第一表示选择至少一个顶点，

对所述至少一个顶点的第一表示执行与顶点位置确定关联的指令集用于提供所述至少一个顶点的第二表示，以及

使所述至少一个顶点的所述第二表示经过剔除处理，其中所述剔除处理的输出包括剔除所述至少一个顶点的决定和不剔除所述至少一个顶点的决定中的一个，以及

假使所述剔除处理的输出包括剔除所述至少一个顶点的决定，则进行

所述接收基本图元的第一表示，

所述提供与顶点位置确定关联的指令集，

所述使用有界运算对所述基本图元的所述第一表示执行所述指令集用于提供所述基本图元的第二表示，以及

所述使所述基本图元的所述第二表示经过剔除处理。

3.如权利要求1所述的方法，还包括

确定包围所述基本图元的所述第二表示的边界体积，以及

使所述边界体积经过剔除处理。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，还包括执行曲面细分处理，其中所述曲面细分处理基于所述剔除处理的输出。

5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述剔除处理是可替换的。

6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述有界运算是来自泰勒运算、区间运算和仿射运算的组中的至少一个。

7.如权利要求3所述的方法，其中所述边界体积的所述确定还包括计算所述第二表示的最小值和最大值。

8.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述第二表示是来自位置界限和法线界限的组中的至少一个。

9.如权利要求1所述的方法，其中执行所述指令集还包括：

从与顶点位置确定关联的所述指令集导出第二指令集，以及

执行所述第二指令集用于提供法线界限。

10.如权利要求3所述的方法，其中使所述边界体积经过所述剔除处理还包括进行下列中的至少一个：

使所述边界体积经过视锥台剔除，

使所述边界体积经过背面剔除，以及

使所述边界体积经过遮挡剔除。

11.如权利要求8所述的方法，其中使所述第二表示经过所述剔除处理还包括进行下列中的至少一个：

使所述位置界限经过视锥台剔除，

使所述位置界限或所述法线界限经过背面剔除，以及

使所述位置界限经过遮挡剔除。

12.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述剔除处理的输出包括下列中的一个：

丢弃所述基本图元的决定，以及

曲面细分因子。

13.如权利要求12所述的方法，还包括假使所述剔除处理的输出包括曲面细分因子则执行曲面细分处理。

14.一种适应于产生数字表示图形的设备，其包括用于提高数字表示图形的产生的性能的电路，所述电路适应于：

接收基本图元的第一表示，

提供与顶点位置确定关联的指令集，

使用有界运算对所述基本图元的所述第一表示执行所述指令集用于提供所述基本图元的第二表示，以及

使所述基本图元的所述第二表示经过剔除处理，

其中，采用位置和法线界限来确定基本图元的第一表示的位置或范围，并且其中，位置和法线界限自动地确定。

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