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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf Grafikverarbeitung, einschließlich der Verwendung von Grafikprozessoren und Universalprozessoren, die zur Grafikverarbeitung verwendet werden.
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Die Grafikpipeline kann dafür verantwortlich sein, Grafiken für Spiele, Computeranimationen, medizinische Anwendungen und dergleichen zu rendern.
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Der Detaillierungsgrad der Grafikbilder, die generiert werden, kann aufgrund von Einschränkungen in der Grafikpipeline alles andere als linear sein. Je größer das Detail ist, das bereitgestellt wird, desto langsamer ist die resultierende Grafikverarbeitung. Somit gibt es einen Kompromiss zwischen Verarbeitungsgeschwindigkeit und Grafikdetail. Neue Grafikverarbeitungspipelines, wie zum Beispiel Microsoft® DirectX 11, erhöhen das geometrische Detail durch Erhöhen des Tessellationsdetails.
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Tessellation ist die Bildung einer Reihe von Dreiecken, um ein Bild eines Objektes beginnend mit einem groben polygonalen Modell zu rendern. Ein Patch ist eine Grundeinheit auf dem groben Niveau, das einen Steuerkäfig für eine Oberfläche beschreibt. Ein Patch kann eine Kurve oder einen Bereich darstellen. Die Oberfläche kann jede Oberfläche sein, die als eine parametrische Funktion beschrieben werden kann. Ein Steuerkäfig ist ein Modell geringer Auflösung, das von Grafikern verwendet wird, um gleichmäßige Oberflächen zu generieren.
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Somit ist der grafische Detaillierungsgrad, der dargestellt werden kann, höher, indem ein höheres Maß von Tessellation bereitgestellt wird. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit kann jedoch nachteilig beeinflusst werden. Im allgemeinen steigt die Verarbeitungszeit quadratisch mit einem erhöhten Detaillierungsgrad eines Bildes.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Grafikpipeline gemäß einer Ausführungsform;
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2 zeigt eine Darstellung einer inneren Tessellation mit einer maximalen inneren Tessellationsfaktor-Reduktionsfunktion und einer 1-Achse-innerer Tessellationsfaktor-Achsenreduktion gemäß einer Ausführungsform;
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3 zeigt eine Darstellung eines Tessellationsmusters mit einer durchschnittlichen inneren Tessellationsfaktor-Reduktionsfunktion und 1-Achse-innerer Tessellationsfaktor-Achsenreduktion gemäß einer Ausführungsform;
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4 zeigt eine Darstellung eines Tessellationsmusters für eine 1-Achse-Tessellation unter Verwendung einer minimalen inneren Tessellationsfaktor-Reduktionsfunktion gemäß einer Ausführungsform;
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5A zeigt eine Darstellung einer 1-Achse-innerer Tessellationsfaktor-Achsenreduktion gemäß einer Ausführung;
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5B zeigt eine 1-Achse-innere Tessellation, bei der die obere Kante einen anderen Kantendetaillierungsgrad als in 5A aufweist, gemäß einer Ausführungsform;
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5C zeigt eine 1-Achse-innere Tessellation, bei der die linke Kante einen anderen Kantendetaillierungsgrad als die in den 5A und 5B gezeigten Tessellationen aufweist, gemäß einer Ausführungsform;
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6 zeigt eine hypothetische Grafik von Zyklen pro Patch in Abhängigkeit vom Detaillierungsgrad, die den Effekt für eine nichtlineare Beziehung und eine lineare Beziehung unter Verwendung einer 1-Achse Potenz 2(Power2)-Tessellation auf einem Software-Tessellator gemäß einer Ausführungsform zeigt;
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines Mehrkernprozessors gemäß einer Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung
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Gemäß einigen Ausführungsformen steigt die Tessellationszeit lediglich linear mit dem Tessellationsumfang. Herkömmlicherweise steigt die Tessellationszeit als eine quadratische Funktion mit dem Umfang der Tessellationsdetaillierung. Demzufolge kann die Tessellationszeit bei einigen Ausführungsformen niedriger sein und bei anderen Ausführungsformen können weniger leistungsstarke Tessellatoren verwendet werden, um detailliertere Tessellationen durchzuführen.
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Bei einigen Ausführungsformen kann die Tessellationszeit eingespart und/oder die Tessellationsverarbeitungsfähigkeit erhöht werden, indem eine Reihe von vorab berechneten inneren Tessellationen über einen Bereich von Kantendetaillierungsgraden vorab berechnet wird. Dies erspart eine Neuberechnung der inneren Tessellationen während der Laufzeit.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Tessellation eine Domain aus Dreiecks- oder Vierecks-Grundelementen verwenden. Kantenpartionierung kann beinhalten, die Kanten in Intervalle zu unterteilen. Je mehr Intervalle verwendet werden, desto höher ist der mögliche Detaillierungsgrad der Tessellation. Somit kann ein Erhöhen des Kantendetaillierungsgrades die Auflösung der resultierenden Tessellation erhöhen.
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Die innere Tessellation ist die Tessellation von Grundelement-Punkten innerhalb des Außenumfanges des Grundelements. Der äußere Bereich besteht aus dem Umfang des Grundelements.
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Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Grafikpipeline in einem Grafikprozessor als eine dedizierte integrierte Standalone-Schaltung, in Software, durch Software implementierte Universalprozessoren oder durch Kombinationen von Software und Hardware implementiert sein.
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Der Eingabe-Assembler 12 liest unter Verwendung fester Funktionsoperatoren Eckpunkte aus dem Speicher aus, wobei Geometrie gebildet wird und Pipeline-Arbeitsobjekte erzeugt werden. Automatisch generierte Kennzeichner ermöglichen eine Kennzeichner-spezifische Verarbeitung, wie auf der gepunkteten Linie rechts in 1 angezeigt. Eckpunktkennzeichner und Instanzkennzeichner sind ab dem Vertex-Shader 14 abrufbar. Grundelementkennzeichner sind ab dem Hull-Shader 16 abrufbar. Die Steuerpunktkennzeichner sind lediglich in den Hull-Shader 16 abrufbar.
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Der Vertex-Shader 14 führt Operationen, wie zum Beispiel Transformation, Skinning oder Ausleuchtung, aus. Er gibt einen Eckpunkt ein und gibt einen Eckpunkt aus. In der Steuerpunkt-Phase, die pro Ausgabe-Steuerpunkt aktiviert und jeweils durch einen Steuerpunktkennzeichner identifiziert wird, ist der Vertex-Shader in der Lage, alle Eingabe-Steuerpunkte für ein Patch unabhängig von der Anzahl der Ausgaben zu lesen. Der Hull-Shader 16 gibt den Steuerpunkt pro Abruf aus. Die vereinigte Ausgabe ist eine geteilte Eingabe an die nächste Hull-Shader-Phase und an den Domain-Shader 20. Konstante Patch-Phasen können einmal pro Patch mit geteilter Leseeingabe aller Eingabe- und Ausgabe-Steuerpunkte aktiviert werden. Der Hull-Shader 16 gibt Kantentessellationsfaktoren und andere konstante Patch-Daten aus. Wie hierin verwendet, können Kantentessellationsfaktor und Kantendetaillierungsgrad mit einer Anzahl von Intervallen pro Kante der Grundelement-Domain synonym verwendet werden. Codes sind in Segmente unterteilt, so dass eigenständige Arbeit mit paralleler Beendigung mit einem Verbindungsschritt am Ende ausgeführt werden kann.
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Der Tessellator 18 kann in Hardware oder in Software implementiert sein. Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen kann der Tessellator ein Software implementierter Tessellator sein. Indem die Geschwindigkeit des Tessellatorbetriebs, wie hierin beschrieben, beschleunigt wird, können die Kerne die Tessellationsoperationen durchgeführt haben, freigegeben werden, um andere Aufgaben durchzuführen. Der Tessellator 18 kann von dem Hull-Shader Zahlen eingeben, die definieren, wie viel tesselliert werden soll. Er generiert Grundelemente, wie zum Beispiel Dreiecke oder Quadrate und Topologien, wie zum Beispiel Punkte, Linien oder Dreiecke. Bei einer Ausführungsform gibt der Tessellator eine Domain-Position pro geteilter Nurleseeingabe aller Hull-Shader-Ausgaben für das Patch ein. Er kann einen Eckpunkt ausgeben.
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Der Geometrie-Shader 22 kann ein Grundelement eingeben und bis zu vier Datenströme ausgeben, von denen jeder unabhängig null oder mehr Grundelemente empfängt. Ein an dem Ausgang des Geometrie-Shaders stehender Datenstrom kann dem Rasterizer 24 Grundelemente bereitstellen, während bis zu vier Datenströme mit Puffer 30 verknüpft sein können. Mittels des Rasterizers 24 können Clipping, Perspektiventeilung, Ansichtsfenster und Scissor-Auswahlimplementierung und Erstellung von Grundelementen implementiert werden.
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Der Pixel-Shader 26 gibt ein Pixel ein und gibt ein Pixel an derselben Stelle oder kein Pixel aus. Der Ausgabe-Merger 28 stellt festes Funktionszielrendering, Mischung, Tiefe und Stencil-Operationen bereit.
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Unter Bezugnahme auf 2 weist somit gemäß einer Ausführungsform, bei der das Grundelement ein Viereck ist, ein Viereck 32 eine Oberseite 32t, eine rechte Seite 32r, eine Unterseite 32b und eine linke Seite 32l auf. Bei diesem Beispiel verfügt die Oberseite 32t über ein Intervall, die rechte Seite 32r über acht Intervalle, die Unterseite 32b über vier Intervalle und die linke Seite 32l über zwei Intervalle. Die Intervalle entsprechen dem Kantendetaillierungsgrad und dem Tessellationsfaktor. In dem Tessellator 18 kann eine innere Tessellation entweder eine minimale, maximale oder durchschnittliche Faktor-Reduktionsfunktion verwenden. 2 zeigt eine maximale Reduktionsfunktion. In diesem Fall ist die Tessellation unter Verwendung der Kante 32r implementiert, da sie die maximale Anzahl von Intervallen aufweist. Bei dieser Ausführungsform wird lediglich ein Maximum berechnet. Bei weiteren Ausführungsformen kann ein Dreieck als das Grundelement verwendet werden und können weitere innere Tessellations-Reduktionsfunktionen verwendet werden.
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3 zeigt ein Viereck nach einer Verarbeitung mit einer durchschnittlichen Tessellationsfaktor-Reduktionsfunktion. Hier basiert ein Durchschnitt auf dem Durchschnitt der Intervalle der vier Seiten. Schließlich zeigt 4 das Ergebnis des minimalen Tessellations-Reduktionsfaktors unter Verwendung der minimalen Seite, welches die Oberseite 32t wäre.
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Als nächstes auf die 5A–5C Bezug nehmend, kann das Viereck in einen äußeren Bereich 36a und eine innere Tessellation 38 unterteilt werden. Der äußere Bereich 36a umfasst alles entlang des Umfanges der Grundelement-Domain, in diesem Fall ein Viereck, und die innere Tessellation umfasst den Rest. 5A–5C zeigen, dass bei einem Beispiel einer 1-Achse-innerer Tessellationsfaktor-Reduktion die innere Tessellation ungeachtet der in dem äußeren Bereich verwendeten Anzahl von Intervallen die gleiche ist, solange das Maximum der äußeren Tessellationen das gleiche bleibt. Bei diesem Beispiel ist die Tessellationsfaktor-Reduktionsfunktion das Maximum und die Tessellationsfaktor-Achsenreduktion die 1-Achse. Somit bleibt die innere Tessellation ungeachtet des Kantendetaillierungsgrades oder Tessellationsfaktors die gleiche. Demzufolge ist es möglich, die inneren Tessellationen für viele unterschiedliche Kantendetaillierungsgrade vorab zu berechnen, zu speichern und sie einfach anzuwenden, wenn sie während der Laufzeit benötigt werden. Somit können die vorab berechneten inneren Tessellationen für einen Bereich von Kantendetaillierungsgraden wiederverwendet werden und müssen nicht während der Laufzeit erneut berechnet werden, was die Berechnung beschleunigt.
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Unter Bezugnahme auf die 6 steigt die Tessellationszeit mit steigendem Tessellationsdetail, wie durch die kreuzweise schraffierten Balken angezeigt, unter Verwendung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung linear an. Mit anderen Techniken steigt jedoch die Tessellationszeit nicht linear oder quadratisch mit zunehmendem Tessellationsdetail, wie durch die schraffierten Balken angezeigt. Das in der 6 gezeigte Beispiel verwendet 1-Achse-Tessellationsreduktion unter Verwendung von Potenz 2 (power 2)-Kantenpartionierung und Reduktionsfunktionen mit maximalem Tessellationsfaktor. Bei diesem Beispiel wurde eine Software basierte Tessellation verwendet. Wenn der Detaillierungsgrad steigt, steigt somit die Anzahl von Zyklen pro Patch in einem größeren Umfang bei dem nichtlinearen Beispiel, aber linear bei dem Beispiel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit einigen Hardware basierten Lösungen können die Unterschiede zwischen vorab berechneten inneren Tessellationen und nicht vorab berechneten inneren Tessellationen weniger dramatisch sein.
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Unter Bezugnahme auf 7 beginnt der Tessellator 18 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Vorabberechnung und Speichern der u- und der v-Werte für die innere Tessellation, wie in Block 40 angezeigt. Die u- und v-Werte sind einfach die Koordinaten oder Intervalle der Punkte, wie zum Beispiel in 5A dargestellt, entlang der horizontalen Achse u und der vertikalen Achse v. Ferner kann die Triangulation für die innere Tessellation vorab berechnet werden, wie in Block 42 angezeigt, und gespeichert werden. Somit können in einer Ausführungsform für alle verschiedenen Kantendetaillierungsgrade ein vorab berechneter Wert der zahlreichen Punkte und die resultierende Triangulation für die innere Tessellation vorab bestimmt und gespeichert werden. Dann werden die u-, v-Werte entlang des äußeren Bereichs des Grundelements während der Laufzeit berechnet, wie in Block 44 angezeigt. Außerdem wird die Triangulation für den äußeren Bereich, wie bei Block 46 angezeigt, während der Laufzeit berechnet. Dann sieht der Tessellator 18 die geeigneten vorab berechneten Werte für die inneren Tessellationen auf der Basis des geeigneten Detaillierungsgrads nach.
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Somit gibt es bei einigen Ausführungsformen, wie zum Beispiel DirectX 11, lediglich 64 diskrete Kantendetaillierungsgrade. Andere Ausführungsformen können andere Anzahlen von Kantendetaillierungsgraden verwenden. Die innere Tessellation kann für jeden dieser Kantendetaillierungsgrade vorab berechnet und zur Verwendung während der Laufzeit gespeichert werden.
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Wenn ein Bild bearbeitet wird, können während der Laufzeit unterschiedliche Kantendetaillierungsgrade für unterschiedliche Bereiche des Bildes spezifiziert werden. Typischerweise werden Dinge, die näher zur Kamera liegen (und somit diejenigen, die einen größeren Bildschirmbereich einnehmen) mehr als diejenigen tesselliert, die sich von der Kamera weiter weg befinden. Bei einer Animation, bei der ein Faustschlag versetzt wird, kann somit der Detaillierungsgrad für die Faust am höchsten sein und können die Bereiche, die sich fern von der Faust befinden, einen geringeren Detaillierungsgrad verwenden. Somit kann ein relativ realistisches Rendern erzeugt werden, weil Benutzer die unterschiedlichen Detaillierungsgrade, die in Bereichen von geringerem Interesse verwendet werden, in der Darstellung nicht bemerken können. Demzufolge kann eine große Vielzahl von Kantendetaillierungsgraden auftreten. Anstelle der Berechnung von jedem dieser Detaillierungsgrade für die innere Tessellation während der Laufzeit, wenn sie auftreten, können sie bei einigen Ausführungsformen alle vorab berechnet werden und dann während der Laufzeit nachgesehen und einfach verwendet werden, ohne die Laufzeitberechnung mit der Bestimmung der Werte der Punkte der inneren Tessellation und Verbindbarkeit oder Triangulation zu verzögern.
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Bei einigen Ausführungsformen können die Patches basierend auf ihrem inneren Tessellationsfaktor unter Verwendung von Threading und Vektorisierung sortiert werden. Die Patches mit dem gleichen Detaillierungsgrad werden dann, wie in 8 angezeigt, auf dem gleichen physikalischen Kern eines Mehrkernprozessors 50 tesselliert. Nach dem Sortieren und Gruppieren in Patch-Sortierer 52 können alle zu tessellierenden Patches mit dem gleichen inneren Tessellationsdetaillierungsgrad an den gleichen Kern 54 oder 56 gesendet werden und können dann alle Threads auf diesem Kern lediglich eine Kopie in den Level-1 58 und Level-2 60-Caches des Kerns verwenden. Die Dreiecke können dann unter Verwendung der Patch-Grundelement-ID zu einem späteren Zeitpunkt umsortiert werden. Die Tessellation des äußeren Bereichs ist variabel, sowohl hinsichtlich der Anzahl von Punkten, die bei der Triangulation generiert werden. Somit kann ein Doppel-Puffer-Ansatz verwendet werden, indem in dem ersten Puffer 62 die bekannten inneren Tessellationen, die vorberechnet wurden, platziert werden. Dann wird der variable Teil der äußeren Tessellation berechnet und in dem zweiten Puffer 64 gespeichert. Obwohl lediglich zwei Kerne in 8 dargestellt sind, können beliebig viele Kerne verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Pseudo-Code wie folgt implementiert werden:
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Die hierin beschriebenen Grafikbearbeitungstechniken können in verschiedenen Hardware-Architekturen implementiert werden. Beispielsweise kann Grafikfunktionalität innerhalb eines Chipsatzes integriert sein. Alternativ kann ein separater Grafikprozessor verwendet werden. Als noch weitere Ausführungsform können die Grafikfunktionen durch einen Universalprozessor, einschließlich eines Mehrkernprozessors, implementiert werden.
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Verweise in dieser Beschreibung auf „eine Ausführungsform” bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder Charakteristik, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, mindestens in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Somit beziehen sich die Verwendungen des Ausdrucks „bei einer Ausführungsform” nicht notwendigerweise immer auf dieselbe Ausführungsform. Des Weiteren können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Charakteristika in anderen geeigneten Formen als der dargestellten bestimmten Ausführungsform eingesetzt sein, und alle derartigen Formen können in diesen Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung umfasst sein.
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Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute auf dem Gebiet zahlreiche Modifikationen und Varianten davon erkennen. Die beigefügten Ansprüche sollen alle derartigen Modifikationen und Varianten, wie sie in den wahren Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung fallen, abdecken.
