KR20060008017A - 텍스쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 단말기의 텍스쳐 매핑방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 텍스쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 단말기의 텍스쳐 매핑방법에 관한 것으로서, 하드웨어적인 구조의 변경없이 텍스쳐 메모리의 맵을 변경하고 어드레스 비트의 위치를 바꿔 하드웨어적인 오버헤드 없이 어드레스를 변환하여 텍스쳐 이미지를 텍스쳐 메모리에 저장함으로써 더 적은 미스율과 더 작은 텍스쳐 캐쉬 사이즈 및 캐쉬 라인 사이즈로 텍스쳐 매핑을 더욱 저 전력으로 구현하여 3차원 그래픽 전체의 파워를 낮추어 휴대용 기기에서도 적용할 수 있는 이점이 있다.

렌더링, 텍스쳐, 매핑, 캐쉬, 휴대용, 저전력, 그래픽, 미스율

Description

텍스쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 단말기의 텍스쳐 매핑방법{METHOD FOR MAPPING TEXTURE OF MOBILE TERMINAL WITH TEXTURE CACHE}

도 1은 일반적인 렌더링 엔진에서 텍스쳐 매핑이 일어나는 과정을 설명하기 위한 블록구성도이다.

도 2는 종래의 텍스쳐 메모리 맵을 나타낸 도면이다.

도 3은 종래의 텍스쳐 메모리 맵을 사용할 경우 어드레스 비트의 위치만을 바꿈으로써 어드레스를 변환하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 의한 텍스쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 기기에서, 텍스쳐 매핑방법에 의한 텍스쳐 메모리 맵을 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명에 의한 텍스쳐 메모리 맵으로의 텍스쳐 매핑이 일어나는 과정을 설명하기 위한 블록구성도이다.

도 6은 본 발명에 의한 텍스쳐 메모리 맵을 사용할 경우 어드레스 변환 과정을 나타낸 도면이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

10 : 렌더링 엔진 20 : 텍스쳐 매핑 유닛

30 ; 어드레스 변환기 40 : 텍스쳐 캐쉬

50 : 텍스쳐 메모리

본 발명은 텍스쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 단말기의 텍스쳐 매핑방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 텍스쳐 메모리의 맵을 하드웨어적인 구조의 변경없이 작은 캐쉬 라인 사이즈를 갖는 블록들을 단위로 블록화 되도록 변경함으로써 어드레스의 비트를 변경시켜 인덱스 어드레스의 중복이 발생되지 않도록 하여 더 적은 미스율과 더 작은 텍스쳐 캐쉬 사이즈 및 캐쉬 라인 사이즈로 텍스쳐 매핑을 저 전력으로 구현함으로써 3차원 그래픽 전체의 파워를 낮추어 휴대용 기기에서도 적용할 수 있도록 한 텍스쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 단말기의 텍스쳐 매핑방법에 관한 것이다.

개인용 컴퓨터(PC), 워크스테이션(Workstation) 게임기 등을 포함하는 컴퓨터 시스템에서는 보다 효율적이며 시각적인 정보전달을 위해 그래픽을 사용하고 있다. 이러한 그래픽의 요소에는 점, 선, 면 등이 있으며 이들의 적절한 조합으로 컴퓨터 시스템의 디스플레이에 여러 그래픽 정보를 나타낸다.

최근에는 컴퓨터 시스템이 발전함에 따라 이러한 그래픽 정보는 단순한 2차원 그림에서 발전하여 공간상의 물체를 보다 사실감 있게 전달하는 3차원 컴퓨터 그래픽의 영역까지 확장되었다.

3차원 컴퓨터 그래픽에서, 물체의 표면을 보다 현실감있게 나타내기 위해서는 2차원 이미지(텍스쳐)를 물체의 표면에 입히는 과정을 거치며 이 과정을 텍스쳐 매핑(Texture Mapping)이라고 한다.

텍스쳐 매핑은 복잡한 물체의 표면을 미리 준비된 2차원 이미지로 나타낼 수 있기 때문에 널리 사용되고 있는데, 이때, 컴퓨터 화면 위의 한 점(Pixel) 은 수학적 정의와 달리 크기와 면적을 갖게 되므로 컴퓨터 화면 위의 점 하나는 텍스쳐 이미지 위의 특정한 영역으로 나타내지며, 이 영역 위의 모든 텍스쳐 픽셀들인 텍셀(Texel)의 색을 필터링(Filtering)하여 화면 위의 한 점(Pixel)의 색을 결정한다.

그런데, 3차원 공간상의 물체는 물체의 위치에 따라 컴퓨터 화면 위에 나타나는 물체의 크기가 바뀌게 되며, 이에 따라 화면상의 한 점이 포함하는 텍스쳐 이미지 영역의 크기가 바뀌게 된다. 따라서, 화면 위의 한 점(Pixel)의 색을 결정하기 위해 필요한 텍스쳐 이미지의 텍셀(Texel)의 수가 큰 폭으로 바뀌게 되는데 그 값을 미리 어려운 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 여러 방법들 중에서 MIP(Multium In Parvo : Many things in a small place)맵을 이용한 텍스쳐 매핑방법이 널리 사용되고 있다.

MIP맵 텍스쳐 매핑방법에서는, 원래 크기의 텍스쳐 이미지 이외에 추가로 가로, 세로의 크기가 각각 1/2, 1/4, 1/8, ... 인 텍스쳐 이미지를 미리 준비해 놓는 데 이를 각각 LOD(Level of Detail)라고 한다.

즉, MIP맵을 사용한 텍스쳐 매핑 방법에서는 화면에 물체를 나타낼 때, 처음 LOD 레벨에서 한 픽셀이 차지하는 텍셀의 면적이 다를 경우, 한 픽셀과 한 텍셀이 거의 같은 크기가 되는, 다른 LOD 레벨에서 텍셀을 가져오게 한다. 이를 통해 한 픽셀에 대해 언제나 일정한 개수의 텍셀 억세스를 할 수 있게 하여, 일정한 속도로 텍스쳐 매핑이 가능하게 한다. 이때, 한 픽셀을 위해 가져오는 텍셀의 개수는 텍스쳐 필터링(Texture Filtering) 방법에 따라 다르며, 일반적으로 많이 사용하는 바이리니어 텍스쳐 필터링(Bilinear Texture Filtering)의 경우 4개의 텍셀을 가져온다.

이와 같은 MIP맵 텍스쳐 매핑에 대한 자세한 설명은 미국특허공보 US 6,300,953호에 개재되어 있다.

MIP맵을 사용하는 텍스쳐 매핑의 경우라 할지라도, 항상 한 개 이상의 일정한 개수 즉, 바이리니어 텍스쳐 필터링(Bilinear Texture Filtering)의 경우에는 4개, 트라이리니어 텍스쳐 필터링(Trilinear Texture Filtering)의 경우에는 8개의 텍셀을 억세스하기 때문에, 화면 해상도가 올라감에 따라 1초에 화면에 그려야 할 픽셀의 수(Pixel Fill Rate)가 증가하고, 1초에 억세스 해야 할 텍셀의 수(Texel Fill Rate)도 같이 증가하게 된다. 따라서, 보다 큰 메모리 대역폭(Bandwidth)이 요구되며 이에 따라 3차원 컴퓨터 그래픽 시스템의 가격이 증가하게 된다.

또한, 병렬로 동작하는 텍스쳐 유닛의 개수가 증가함에 따라 필요로 하는 메모리 대역폭이 더욱 증가하게 되어 현재 SDRAM을 사용한 메모리 시스템으로 구현하 기에 많은 어려운 문제점이 있다.

그래서 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 L1 텍스쳐 캐쉬(Texture Cache) (Ziyad S. Hakura : IEEE/ACM ISCA 1997, pp 108-120), L2 텍스쳐 캐쉬(Texture Cache) (Michael Cox : IEEE/ACM ISCA 1997 pp 86-97), 병렬 텍스쳐 캐쉬(Parallel Texture Cache) (Homan Igehy : ACM SIGGRAPH Workshop on GRaphics Hardware 1998), 그리고 그룹핑 텍스쳐 캐쉬(Grouping Texture Cache Requests) (Rivard : US Patent 6,300,953)등의 텍스쳐 캐쉬(Texture Cache)를 사용하여 텍스쳐 메모리 대역폭을 줄이는 여러 방법들이 제시되었다.

도 1은 일반적인 렌더링 엔진에서 텍스쳐 매핑이 일어나는 과정을 설명하기 위한 일부를 나타낸 블록구성도로써, 렌더링 엔진(10)에는 텍스쳐 매핑 유닛(Texture Mapping Unit)(20)과 텍스쳐 메모리(50) 사이에 텍스쳐 캐쉬(Texture Cache)(40)를 사용하여 텍스쳐 메모리(50)를 억세스하는 구조를 포함하여 이루어지며 텍스쳐 매핑 유닛(20)에서 텍스쳐 캐쉬(40)에 저장하기 위한 어드레스 변환기(30)를 구비하여 이루어진다.

또한, 도 2는 종래의 텍스쳐 캐쉬를 위한 텍스쳐 메모리 맵을 나타낸 도면으로써 (가)는 텍스쳐 이미지 크기가 256×256인 경우 4×4블록 방식의 메모리 맵을 나타낸 도면으로 연속적으로 4개씩 반복되어 매핑되고 있고, (나)는 텍스쳐 이미지 크기가 256×256인 경우 8×8블록 방식의 메모리 맵을 나타낸 도면으로 연속적으로 2개씩 반복되고 있으며, (다)는 텍스쳐 이미지 크기가 256×256인 경우 16×16블록 방식의 메모리 맵을 나타낸 도면이다.

이와 같은 방식의 메모리 맵을 갖는 메모리를 통해 텍스쳐 데이터를 읽고 쓰기 위해서는 어드레스 변환기에서 텍스쳐 메모리에 텍스쳐 데이터를 읽고 쓰기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 텍스쳐 메모리의 블록오프셋과 인덱스와 태그의 형식으로 어드레스를 변환하게 된다.

이때 (가)는 텍스쳐 이미지 크기가 256×256인 경우 4×4 블록 방식으로 메모리 내부의 데이터를 저장했을 때의 어드레스 변환 방식을 보이고 있고, (나)는 텍스쳐 이미지 크기가 256×256인 경우 8×8 블록 방식으로 메모리 내부의 데이터를 저장했을 때의 어드레스 변환 방식을 보이고 있다. 또한, (다)는 텍스쳐 이미지 크기가 256×256인 경우 16×16 블록 방식으로 메모리 내부의 데이터를 저장했을 때의 어드레스 변환 방식을 보이고 있다. 이 어드레스의 변환 방식은 모두 단지 어드레스 비트의 위치를 바꿈으로써 수행되는 것이므로 하드웨어적인 오버헤드는 전혀 없는 방법이다.

이와 같이 이루어진 메모리 맵이 이와 같은 구조의 메모리 맵을 위해 어드레스를 변환하는 방식에서 4×4블록 방식의 메모리 맵보다는 8×8블록 방식의 메모리 맵에서 더 낮은 미스율이 나타나고, 8×8블록 방식의 메모리 맵보다는 16×16블록 방식의 메모리 맵에서 더 낮은 미스율이 나타나고 있다.

이와 같은 큰 블록 방식의 메모리 맵에서 더 낮은 미스율이 발생되는 이유는 4×4블록 방식의 메모리 맵에서처럼 작은 블록 안의 데이터에 대한 주소만이 연속적인 경우에는 아래 부분의 블록들 안의 데이터들을 가리키는 어드레스와 하위 비트쪽이 같을 가능성이 블록 크기를 크게 가져가는 것보다는 훨씬 크게 된다.

이때, 텍스쳐 캐쉬로 입력되는 어드레스는 전체 어드레스의 하위비트 쪽을 가리키는 것으로써 이를 인덱스라고 하는데, 블록 사이즈가 작을 경우엔 도 1의 "A"에 도시된 바와 같이 ① 블록 안의 데이터와 그 아래의 ⓐ 블록 안의 데이터를 각각 가리키는 인덱스 어드레스는 같고 태그의 정보는 다르게 되어 미스가 자주 발생하게 되는 문제점이 있다.

그런데, 이와 같이 인덱스가 중복되지 않게 하기 위해서는 블록 사이즈를 크게 가져가는 것이 좋지만 블록 사이즈를 크게 가져갈 경우에는 텍스쳐 캐쉬의 라인 사이즈도 비슷하게 커져야 하는 조건이 있다.

따라서, 텍스쳐 캐쉬의 라인 사이즈가 커지게 되면 미스가 일어날 경우 텍스쳐 메모리에서 라인 사이즈가 커진 만큼을 읽어 와야 하기 때문에 미스 패널티가 커지게 되며, 저전력 관점에서 볼 때 휴대용 기기에서는 바람직하지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 텍스쳐 메모리의 맵을 하드웨어적인 구조의 변경없이 작은 캐쉬 라인 사이즈를 갖는 블록들을 단위로 블록화 되도록 변경함으로써 어드레스의 비트를 변경시켜 인덱스 어드레스의 중복이 발생되지 않도록 하여 더 적은 미스율과 더 작은 텍스쳐 캐쉬 사이즈 및 캐쉬 라인 사이즈로 텍스쳐 매핑을 저 전력으로 구현함으로써 3차원 그래픽 전체의 파워를 낮추어 휴대용 기기에서도 적용할 수 있도록 한 텍스 쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 단말기의 텍스쳐 매핑방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 텍스쳐 캐쉬를 사용하여 텍스쳐 메모리에 텍스쳐 데이터를 저장하기 위한 텍스쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 단말기의 텍스쳐 매핑 방법에 있어서, 상기 텍스쳐 메모리를 텍스쳐 이미지의 M×M블럭을 연속적으로 저장한 후 M×M블럭을 N×N블록 형태로 연속적으로 저장되도록 매핑하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 텍스쳐 이미지가 256×256일 때 M는 4이고 N은 2인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, M×M블럭을 N×N블록 형태로 연속적으로 저장되도록 텍스쳐 메모리로 입력되는 어드레스 비트의 위치를 바꾸어 매핑하는 것을 특징으로 한다.

위와 같이 이루어진 본 발명은 텍스쳐 이미지를 M×M블럭으로만 연속적으로 저장하지 않고 M×M블럭으로 저장한 후 M×M블럭을 다시 N×N블록 형태로 저장되도록 매핑함으로써 텍스쳐 메모리로 입력되는 인덱스 어드레스가 중복되지 않도록 할 뿐만 아니라 [M×(N×N)]×[M×(N×N)]의 큰 블록 사이즈의 효과를 갖으면서 M×M의 작은 캐쉬 라인 사이즈를 갖도록 함으로써 낮은 미스율과 저 전력으로 텍스쳐 매핑을 구현할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.

도 4는 본 발명에 의한 텍스쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 기기에서 텍스쳐 메모리 맵을 나타낸 도면이다.

여기에 도시된 바와 같이 텍스쳐 이미지 크기가 256×256인 경우 4×4블록을 연속적으로 저장한 후 4×4블록 4개를 2×2블록 형태로 연속적으로 저장되도록 매핑한다.

따라서, 도 1의 (가)에 도시된 4×4블록 방식의 경우 4×4블록 4개가 연속적으로 매핑되는 것과는 달리, 4×4블록 4개를 2×2블록 형태로 연속적으로 저장되도록 매핑함으로써 텍스쳐 메모리로 입력되는 어드레스 비트의 위치가 바뀌어 매핑된다.

도 5에 도시된 바와 같이 텍스쳐 매핑 과정에서 텍스쳐 메모리(50)에서 ① 블록 안의 데이터와 그 아래의 ③ 블록 안의 데이터를 각각 가리키는 인덱스 어드레스를 비교할 때 "B"에 도시된 바와 같이 인덱스 어드레스가 중복되지 않게 된다.

이는 텍스쳐 메모리의 매핑이 4×4블록 4개를 2×2블록 형태로 연속적으로 저장되도록 매핑함으로써 도 6에 도시된 바와 같이 어드레스 비트의 인덱스 어드레스의 비트가 도 3의 (다)에 도시된 어드레스 비트와는 다른 형태를 갖기 때문에 인접한 블록간에 인덱스 어드레스 비트가 서로 중복되지 않게 된다.

이와 같이 텍스쳐 매핑시 4×4의 블록들이 4묶음 단위로 묶이기 때문에 이들 블록 안에 있는 데이터들은 모두 연속적이므로 어드레스의 하위비트 즉, 캐쉬의 입력으로 들어가는 인덱스 어드레스는 절대 중복될 수 없다.

다시말해, 4×4 소블록 안의 데이터들 뿐 아니라 4개 묶음 안의 전체 데이터들에 대한 각각의 인덱스 어드레스는 서로 다르며, 내부적으로 작은 블록을 가지기 때문에 캐쉬의 한 라인이 4×4 블록 4개에 해당하는 데이터들을 포함할 필요가 없고 캐쉬 자체가 4×4 블록 4개를 충분히 포함할 수만 있다면, 종래의 16×16 블록 방식의 텍스쳐 메모리 맵 방식과 다를 바가 없다.

따라서, 캐쉬의 라인 사이즈를 작게 가져갈 수 있게 되며, 이로 인해 캐쉬의 미스율도 낮출 수 있고 아울러 캐쉬의 라인 사이즈를 작게 가져감으로써 미스가 일어났을 경우 가질 수 있는 패널티도 동시에 줄일 수 있게 된다.

본 발명에 의한 텍스쳐 매핑 방법에 의한 텍스쳐 캐쉬의 성능을 살펴보면, 캐쉬의 라인 사이즈가 8개의 텍셀 정보를 포함하고 있을 때에는 기존의 8×8블록 방식을 사용할 때보다 본 발명에 의한 텍스쳐 매핑 방법을 사용할 경우 27% 의 미스율 절감을 얻을 수 있으며, 게다가 본 발명에 의한 텍스쳐 매핑 방법을 사용하고 1/2배의 캐쉬 사이즈를 사용할 경우 더 낮은 미스율을 얻을 수 있다.

또한, 캐쉬의 라인 사이즈가 16개의 텍셀 정보를 포함하고 있을 때에는 기존의 16×16 블록 방식을 사용할 때보다 본 발명에 의한 텍스쳐 매핑 방법을 사용할 경우 55% 의 미스율 절감을 얻을 수 있으며, 게다가 본 발명에 의한 텍스쳐 매핑 방법을 사용하고 1/4배의 캐쉬사이즈를 사용하는 것이 더 낮은 미스율을 얻을 수 있다.

이와 같은 결과는 텍스쳐 캐쉬의 크기가 256Byte, 512Byte, 1KByte, 2KByte, 4KByte 에 대해 실행한 것이며, 이는 휴대용 기기에 사용된다는 전제조건에서 결정된 사항들이다. 1KByte 이상의 캐쉬 사이즈로 갖으면서 캐쉬의 크기를 일정하게 했을 때 캐쉬의 라인사이즈가 8개의 텍셀 정보를 포함하고 본 발명에 의한 텍스쳐 매핑 방법에 의한 텍스쳐 맵을 사용했을 경우가 캐쉬의 라인사이즈가 16개의 텍셀 정보를 포함하고 기존의 16×16 블록 방식의 텍스쳐 맵을 사용했을 경우보다 더 낮은 미스율을 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 텍스쳐 메모리의 맵을 하드웨어적인 구조의 변경없이 작은 캐쉬 라인 사이즈를 갖는 블록들을 단위로 블록화 되도록 변경함으로써 어드레스의 비트를 변경시켜 인덱스 어드레스의 중복이 발생되지 않도록 하여 더 적은 미스율과 더 작은 텍스쳐 캐쉬 사이즈 및 캐쉬 라인 사이즈로 텍스쳐 매핑을 저 전력으로 구현함으로써 3차원 그래픽 전체의 파워를 낮추어 휴대용 기기에서도 적용할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 텍스쳐 캐쉬의 크기를 늘이는 방법보다도 더 적은 미스율을 얻을 수 있는 이점이 있다.

또한, 캐쉬의 라인 사이즈도 줄임으로써 캐쉬의 저전력을 얻을 수 있으며 캐쉬의 미스 패널티를 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 텍스쳐 캐쉬를 사용하여 텍스쳐 메모리에 텍스쳐 데이터를 저장하기 위한 텍스쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 단말기의 텍스쳐 매핑방법에 있어서,

   상기 텍스쳐 메모리를 텍스쳐 이미지의 M×M블럭을 연속적으로 저장한 후 M×M블럭을 N×N블록 형태로 연속적으로 저장되도록 매핑하는 것

   을 특징으로 하는 텍스쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 단말기의 텍스쳐 매핑방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기에서 텍스쳐 이미지가 256×256일 때 M는 4이고 N은 2인 것을 특징으로 하는 텍스쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 단말기의 텍스쳐 매핑방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기에서 M×M블럭을 N×N블록 형태로 연속적으로 저장되도록, 텍스쳐 메모리로 입력되는 어드레스 비트의 위치를 바꾸어 매핑하는 것을 특징으로 하는 텍스쳐 캐쉬를 갖는 휴대용 단말기의 텍스쳐 매핑방법.

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