KR100269118B1 - Rasterization using quadrangle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 래스터화(rasterization) 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사각형을 이용한 레스터화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rasterization method, and more particularly to a rasterization method using a square.
최근의 3차원 컴퓨터 그래픽은 개인용 컴퓨터에까지 급속하게 파급되어 3차원 그래픽 렌더링의 결과 이미지를 빠른 속도로 생성할 수 있다. 이를 위해서는 3차원 렌더링을 위한 전용 하드웨어보드가 필요하며, 이 보드내에는 보통 3차원 렌더링 가속 칩셋(3D rendering acceleration chipset)이 탑재된다. 3차원 가속 칩셋(3D acceleration chipset)은 스크린 좌표계(screen coordinates)에 투영된 삼각형 데이터(triangle data)를 셋업 엔진(setup engine)으로부터 입력받아 정해진 함수를 적용하여 삼각형내의 모든 픽셀에 대해 픽셀값을 생성한다. 일반적으로 이 칩셋을 렌더링 엔진(rendering engine) 또는 래스터 엔진(raster engine)이라 한다.Modern three-dimensional computer graphics are rapidly spreading to personal computers, and can generate images at high speed as a result of three-dimensional graphics rendering. This requires a dedicated hardware board for 3D rendering, which is usually equipped with a 3D rendering acceleration chipset. The 3D acceleration chipset receives triangular data projected from the screen coordinates from a setup engine and applies a predetermined function to generate pixel values for all the pixels in the triangle. do. This chipset is commonly referred to as a rendering engine or raster engine.
도 1은 일반적인 3차원 그래픽 시스템에 대한 블럭도로서, 도 1에 따른 그래픽 시스템은 기하 엔진(geometry engine, 100), 셋업 엔진(110), 렌더링 엔진(120)으로 구성되어 있다. 기하 엔진(100)은 렌더링될 대상물(object)의 기하학적인 변화를 계산하여 그 결과를 스크린 좌표상에 투영(projection)하고, 셋업 엔진(110)은 투영된 다각형(polygon)들로부터 래스터화에 필요한 파라미터를 계산한다. 렌더링 엔진(120)은 셋업 엔진(110)에서 계산된 래스터화 파라미터를 이용하여 최종 픽셀값을 생성한다.FIG. 1 is a block diagram of a general three-dimensional graphics system. The graphics system according to FIG. 1 includes a
셋업 엔진(110)내에는 렌더링 엔진이 삼각형 단위로 렌더링 작업을 수행할 때, 각각의 삼각형을 주사(traverse)하는데 필요한 에지 함수값(edge function value)을 삼각형의 정점으로부터 계산하는 에지 함수값 계산부(112)가 있고, 렌더링 엔진(120)내에는 에지 함수값 계산부(112)에서 계산된 에지 함수값을 저장하는 레지스터들(122)과 픽셀 위치에 따라 삼각형의 세 에지에 대한 에지 함수값을 계산하는 에지 함수 보간부(124)가 있다.In the
한 삼각형의 래스터화를 위해 렌더링 엔진으로 입력되어야 할 데이터의 양 및 종류는 렌더링 엔진이 지원하는 삼각형 주사 방법에 따라 차이가 있다.The amount and type of data to be input to the rendering engine for rasterization of one triangle depends on the triangle scanning method supported by the rendering engine.
일반적으로 삼각형 주사 방법에는 DDA(Digital Differential Analyzer) 알고리즘을 사용하는 방법과 에지 함수값을 사용하는 피네다(Pineda) 방법이 있다.In general, the triangular scanning method includes a method using a digital differential analyzer (DDA) algorithm and a Pineda method using an edge function value.
그 중 피네다 방법은 삼각형의 좌측 에지를 따라가며 소정의 갯수로 이루어진 펄스열인 스팬(span)의 시작점을 찾아가는 방법으로 에지함수값(edge function value)을 이용한다. 여기서, 에지함수값은 에지를 구성하는 각 픽셀이 갖는 강도(intensity)를 나타낸다. 스크린 좌표상에서 삼각형의 각 에지는 투영된 삼각형의 각 정점으로부터 계산되며, 삼각형의 세 에지에 대한 에지함수 초기값 에지0, 에지1, 에지2와 각 에지의 보간 파라미터 dE0dx, dE1dx, dE2dx, dE0dy, dE1dy, dE2dy는 셋업엔진에서 다음과 같이 계산되어 렌더링 엔진으로 입력된다.Among them, the Pineda method uses an edge function value along the left edge of a triangle to find the starting point of a span, which is a predetermined number of pulse trains. Here, the edge function value represents the intensity of each pixel constituting the edge. In the screen coordinates, each edge of the triangle is calculated from each vertex of the projected triangle, and the edge function initial values edge0, edge1, and edge2 for the three edges of the triangle and the interpolation parameters dE0dx, dE1dx, dE2dx, dE0dy, dE1dy and dE2dy are calculated by the setup engine as follows and entered into the rendering engine.
여기서, sx, sy는 삼각형의 실세계좌표상의 값과 스크린 좌표상의 값의 차이고, Vx, Vy는 스크린 좌표상의 삼각형의 정점좌표값이다.Here, sx and sy are the difference between the value in the real world coordinate of the triangle and the value in the screen coordinate, and Vx and Vy are the vertex coordinate values of the triangle in the screen coordinate.
삼각형의 좌측 에지를 따라가며 스팬의 시작점을 찾는 에지 워킹(Edge Walking)시 에지함수값은 에지함수 초기값에서 출발하여 한 워킹 스텝마다 방향에 맞는 보간 파라미터로 보간된 다음, 보간된 값의 부호에 따라 삼각형의 내부, 외부가 판단되며, 워킹 스텝의 다음 방향이 결정된다.In Edge Walking, which follows the left edge of the triangle and finds the starting point of the span, the edge function is interpolated with the interpolation parameters for each walking step starting from the initial value of the edge function and then added to the sign of the interpolated value. Accordingly, the inside and outside of the triangle are determined, and the next direction of the walking step is determined.
에지워킹의 방향은 도 2a에 도시된 바와 같이 진행되는데, 한 스팬(span)씩 진행될 때마다 해당방향의 에지0 함수 보간값이 초기 에지0 함수값에 더해지고, 에지0 함수값의 부호가 점검된다. 이 때 모든 함수값 보간기(색상, xy-좌표, 깊이정보(depth value), 텍스쳐 좌표(texture-coords), 알파효과(alph-value), 안개효과(fog-value)) 및 에지1, 에지2도 에지0이 한 스팬씩 진행될 때마다 해당방향의 해당 보간값을 더해준다. 보간결과 계산된 에지0의 함수값이 음수이면(즉, 삼각형의 외부), 진행방향은 아래쪽으로 전환된다. 에지워킹은 중간정점을 기점으로 에지1을 따라 진행되며, 이 때 삼각형의 내??외부 점검은 에지1 함수값의 부호에 따라 이루어진다. 에지1은 에지0와 반대로 우측으로 진행되다가 에지1의 함수값이 양수(즉, 삼각형의 내부)일 경우 아래쪽으로 방향전환된다.The direction of edge walking proceeds as shown in FIG. 2A. Each time one span is advanced, the edge 0 function interpolation value in the corresponding direction is added to the initial edge 0 function value, and the sign of the edge 0 function value is checked. do. All function value interpolators (color, xy-coordinates, depth value, texture-coords, alpha-value, fog-value) and
결국 에지워커가 아래쪽으로 진행될 때마다 하나의 스팬이 계산되고 , 이 스팬 데이터는 스팬 보간기에 입력되어 그 스팬상에 존재하는 각 픽셀의 함수값이 생성된다. 스팬보간시에도 에지워킹과 마찬가지로 에지함수값을 이용하여 삼각형의 각 에지를 점검하는데, 도 2b와 같이 중간정점이 가장 긴 에지의 우측에 있는 시계방향을 갖는 삼각형일 경우, 중간정점을 중심으로 상위 스팬은 에지2의 함수값, 하위 스팬은 에지1의 함수값으로 보간하고 그 결과값의 부호를 점검하여 삼각형의 우측 경계를 판별한다. 화살표는 스팬보간방향을 나타내고, 스팬보간은 스크린 s에 의해 클리핑(clipping)이 일어난 부분까지 이루어진다.As a result, one span is calculated each time the edge worker goes downward, and the span data is input to the span interpolator to generate a function value of each pixel present on the span. In span interpolation, as in edge walking, each edge of a triangle is checked using an edge function value. When the middle vertex is a clockwise triangle to the right of the longest edge as shown in FIG. The span is interpolated by the function value of edge 2 and the lower span is interpolated by the function value of
그러나 종래의 삼각형 주사방법은 한 물체를 렌더링하기 위해 셋업엔진에서 렌더링엔진으로 입력되는 데이터량이 많으며, 특히 미디어 칩셋(media chipset)과 같이 다기능이 한 칩내에 복합되어 구현되는 경우 내부 데이터 버스가 여러 기능의 로직 블록(logic block)과 공유하게되므로 서로에게 할당되는 버스 마스터링(bus mastering)시간은 제약된다. 결국 많은 데이터량은 보다 많은 버스 마스터링을 요구하게되어 전체적인 시스템의 성능을 저하시킨다. 또한, 삼각형의 도형 특성상 프레임 버퍼(frame buffer)로 사용되는 메모리를 엑세스할 때 잦은 페이지 손실(page miss)을 유발할 수 있다. 페이지 손실이 발생하면 메모리는 새로운 로우(row)를 활성화시키기위해 프리차지 시간(precharge time)이 필요한데 이는 데이터 엑세스 시간을 길게한다. 결국 데이터 엑세스 시간을 최소화하기 위해서는 원하는 데이터가 동일 로우상에 존재하여야하나 삼각형의 특성상 동일 로우상에 데이터가 존재하지 못하는 경우가 많다.However, the conventional triangular scanning method has a large amount of data input from the setup engine to the rendering engine to render a single object, and especially when the multifunction is implemented in a single chip such as a media chipset, the internal data bus has many functions. Because they are shared with the logic block of the bus, the bus mastering time allocated to each other is limited. As a result, large amounts of data require more bus mastering, which degrades the overall system performance. In addition, due to the triangular shape of the triangle, frequent page misses may occur when the memory used as the frame buffer is accessed. When a page loss occurs, the memory needs a precharge time to activate a new row, which lengthens the data access time. In order to minimize the data access time, desired data must exist on the same row, but data may not exist on the same row due to the characteristics of a triangle.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 한 에지를 공유하는 삼각형을 사각형으로 간주하여 주사하므로써 한 물체를 레스터화하기 위해 셋업엔진에서 렌더링엔진으로 입력되어야하는 전체적인 데이터를 줄이고 레스터화의 결과로 발생된 픽셀 데이터의 저장을 위한 메모리 엑세스 시간을 줄이는 사각형을 이용한 래스터화 방법을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to consider the triangles sharing one edge as a rectangle and scan the pixel data generated as a result of the rasterization while reducing the overall data that must be input from the setup engine to the rendering engine in order to rasterize an object. To provide a rasterization method using a rectangle to reduce the memory access time for the storage of.
도 1은 일반적인 3차원 그래픽 시스템에 대한 블럭도이다.1 is a block diagram of a general three-dimensional graphics system.
도 2a는 에지함수값을 이용한 에지워킹 방법을 도시한 것이다.2A illustrates an edge walking method using an edge function value.
도 2b는 에지함수값을 이용한 스팬보간과정을 도시한 것이다.2B illustrates a span interpolation process using edge function values.
도 3은 본 발명에 따른 사각형을 이용한 래스터화 방법에 대한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a rasterization method using a rectangle according to the present invention.
도 4a 및 도 4b는 본 발명이 적용되는 사각형 형태를 도시한 것이다.4A and 4B illustrate a rectangular shape to which the present invention is applied.
도 4c 및 도 4d는 본 발명이 적용되지 않는 사각형 형태를 도시한 것이다.4C and 4D illustrate rectangular shapes to which the present invention is not applied.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 사각형을 이용한 레스터화 방법은 삼각형으로 구성되어 스크린 좌표상에 투영된 대상물 영상으로부터 한 에지를 공유한 두 삼각형으로 이루어진 사각형을 추출하는 제1단계; 상기 스크린 좌표상에서 추출된 두 삼각형이 공유하는 두 정점의 수직축 좌표값 각각이 상기 두 삼각형이 공유하지않는 다른 두 정점의 수직축 좌표값들의 사이에 존재하면, 상기 사각형의 4개의 에지 및 상기 두 삼각형이 공유하는 공유 에지에 대한 에지함수값을 계산하는 제2단계; 상기 사각형의 좌측에지에서 스팬시작점을 구하는 제3단계; 및 구해진 에지함수값과 스팬시작점으로부터 수평방향으로 스팬보간하되, 스팬이 상기 공유에지를 통과하여 한 삼각형 내부에서 다른 삼각형의 내부로 진행하여 이루어지는 경우 상기 다른 삼각형에 대해 스팬보간을 하는 제4단계를 포함함을 특징으로한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a rasterization method using a quadrangle, comprising: extracting a quadrangle consisting of two triangles sharing one edge from an object image projected on screen coordinates; If each of the vertical coordinate coordinates of the two vertices shared by the two triangles extracted from the screen coordinates is present between the vertical coordinate coordinates of the other two vertices not shared by the two triangles, the four edges of the rectangle and the two triangles are Calculating an edge function value for a shared shared edge; Obtaining a span starting point at the left edge of the quadrangle; And performing a span interpolation in the horizontal direction from the obtained edge function value and the span starting point, and performing a span interpolation for the other triangle when the span passes through the shared edge and proceeds from one triangle to another. It is characterized by including.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명에 따른 사각형을 이용한 래스터화 방법에 대한 흐름도이다. 도 3에 따른 사각형을 이용한 래스터화 방법은 한 에지를 공유한 두 삼각형을 추출하는 단계(300), 사각형으로 레스터화가 가능한지를 판별하는 단계(302), 사각형으로 레스터화하는 단계(306 내지 314) 및 삼각형으로 레스터화하는 단계(304)를 포함한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. 3 is a flowchart illustrating a rasterization method using a rectangle according to the present invention. The rasterization method using the quadrangle according to FIG. 3 includes extracting two triangles sharing one edge (300), determining whether the rasterization is possible with the square (302), and rasterizing the square (306 to 314). And rasterizing into
그 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 렌더링될 대상물은 세 개의 정점을 갖는 삼각형으로 구성되어 스크린 좌표로 투영되고, 투영된 대상물의 영상으로부터 하나의 에지를 공유하는 두 삼각형, 즉 4개의 정점을 추출한다(300단계).The operation will be described in more detail as follows. First, the object to be rendered is composed of triangles having three vertices, projected to screen coordinates, and two triangles that share one edge, that is, four vertices are extracted from the projected object image (step 300).
추출된 두 삼각형에서 공유하는 에지의 양 끝점(이하 공유정점이라 함)의 y좌표값이 두 삼각형이 공유하지않는 각 정점의 y좌표값을 비교한다(302단계).The y-coordinate values of both endpoints (hereinafter referred to as shared vertices) of the edges shared by the extracted two triangles are compared with the y-coordinate values of each vertex not shared by the two triangles (step 302).
비교결과, 공유정점의 두 y좌표값이 공유하지않는 정점들의 y좌표값보다 크거나 작으면 사각형으로 레스화가 가능하지않은 것으로 판단하여 두 삼각형을 개별적으로 레스터화한다(304단계). 이에 대한 예가 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있다. 즉, 도 4a에 도시된 것처럼 공유정점의 두 y좌표값 모두가 공유하지않는 정점의 y좌표값보다 크다면, 좌측 에지 (v1s1)에서부터 스팬 보간할 때, 사각형(v1,s1,v0,s0)의 내부중 스팬 보간이 이루어지지않는 부분이 발생한다. 마찬가지로, 도 4b에 도시된 것처럼 공유정점의 두 y좌표값 모두가 공유하지않는 정점의 y좌표값보다 작으면 좌측 에지 (v0s0)로부터 스팬 보간시 사각형(v0,s0,v1,s1)의 내부중 스팬 보간이 이루어지지않는 부분이 발생한다. 이러한 경우에는 두 삼각형을 개별적으로 레스터화한다. 즉, 두 삼각형 각각에 대해 좌측 에지로부터 에지 워킹을 수행하고 스팬 보간을 수행하여 레스터화한다.As a result of the comparison, if the two y coordinate values of the shared vertices are larger or smaller than the y coordinate values of the non-shared vertices, it is determined that it is not possible to erase the rectangles, and the two triangles are rasterized separately (step 304). An example of this is shown in FIGS. 4A and 4B. That is, when both y-coordinate values of the shared vertices are larger than the y-coordinate values of the non-shared vertices as shown in FIG. 4A, when span interpolating from the left edge v1s1, the rectangles (v1, s1, v0, s0) Span interpolation occurs inside of the module. Similarly, as shown in FIG. 4B, when both y-coordinate values of the shared vertices are smaller than the y-coordinate values of the non-shared vertices, the inside weight of the rectangle v0, s0, v1, s1 during span interpolation from the left edge v0s0 is shown. A part where span interpolation is not performed occurs. In this case, the two triangles are rasterized separately. That is, rasterization is performed by performing edge walking and span interpolation on each of the two triangles.
상술한 302단계에서 비교결과, 공유정점의 두 y좌표값이 공유하지않는 정점들의 y좌표값들 사이에 존재한다면 사각형으로 레스터화가 가능하다고 판단하고, 사각형으로 레스터화한다(306단계 내지 314단계). 이러한 경우가 도 4c 및 도 4d에 도시되어 있다. 두 삼각형을 사각형으로 레스터화하기 위해서 사각형을 구성하는 4개의 에지 및 두 삼각형이 공유하는 공유에지에 대한 에지함수값을 공지의 방법으로 구한다(306단계). 구해진 에지함수값으로부터 사각형의 좌측 에지를 에지워킹하면서 스팬 시작점을 찾는다(308단계). 스팬 시작점이 찾아지면, 도 4c의 공유에지 (s0s1)와 우측 에지(s1v1)에 대해서 스팬 및 에지함수값을 보간하고, 그 스팬상에 포함되는 각 픽셀의 함수값들을 생성한다(310단계). 스팬 보간시에는, 도 4c를 참조하여 설명하면, 삼각형 t0는 도 2b와 같은 시계방향 삼각형의 스팬보간이 이루어지고, t1은 도 2a와 같은 보간이 이루어지게 되어 공유에지(s0s1)과 우측 에지(s1v1)에 대한 2개의 함수값이 보간된다. 스팬보간결과, 스팬이 공유에지(s0s1)를 통과하게되면(312단계), 보간된 에지함수값이 양의 값에서 음의 값으로 전환되며 이때부터 t1 삼각형에 대한 보간 파라미터로부터 함수값, 예를 들어 에지함수값, 색상, 깊이정보 등과 같은 값이 계산된다(314단계).As a result of the comparison in
본 발명에 의하면, 2개의 삼각형을 래스터화하기 위해서 렌더링 엔진으로 5개의 에지함수값이 입력되므로 약 17%의 데이터 전송을 줄일 수 있다. 이는 내부 데이터 버스를 다른 로직 블록과 공유하여 사용하고 있는 칩셋 제작시 버스 소유시간을 단축할 수 있다. 또한 효율적인 메모리 엑세스가 가능하다. 즉, 래스터화할 삼각형이 대략 50픽셀로 이루어져있고 한 스팬의 길이가 3~5 픽셀로 구성되어있다고 가정하면, 3~5번의 메모리 읽기/쓰기 동작 후 메모리 로우의 페이지 손실이 발생하여 다른 로우를 구동해야하는 프리차지 시간이 필요하나, 본 발명에 의한 사각형 단위의 래스터화방법은 프리차지 시간을 20~50%정도 감소시킨다.According to the present invention, since five edge function values are input to the rendering engine to rasterize two triangles, data transmission of about 17% can be reduced. This can reduce bus ownership time when creating chipsets that share an internal data bus with other logic blocks. It also allows efficient memory access. In other words, assuming that the triangle to be rasterized consists of approximately 50 pixels and the span consists of 3 to 5 pixels in length, after 3 to 5 memory read / write operations, page loss of the memory row occurs, driving another row. Although precharge time is required, the square rasterization method according to the present invention reduces the precharge time by about 20 to 50%.
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