TW200539712A - Apparatus and method for performing divide by w operation in a graphics system - Google Patents
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Classifications
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- G06T15/10—Geometric effects
- G06T15/20—Perspective computation
Description
200539712 九、發明說明: 【相關申請案文獻】 本申請案的申請權利項是基於先前美國專利 申請案,案號為10/827983,申請日期為2004年4 月 20 曰,標題為 ”APPARATUS AND METHOD FOR PERFORMING DIVIDE BY W OPERATUIONS IN A GRAPHICS SYSTEM,,〇 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種繪圖系統,特別係關於一種 用來在繪圖系統中執行除以w運算的裝置與方 法,其中w代表一齊次坐標值。 【先前技術】 在習知技術與科學中,三維度電腦繪圖係與三 維度物件之二維度影像之產生或描緣(rendering) 有關’所產生的影像係用以顯示或呈現在一顯示裝 置戒監視器上,例如在陰極射線管(CRT; Cathode Ray Tube)或液晶顯示器(LCD)上。上述物件可以 是〆種簡單的幾何圖元(primitive),如點、線段、 三角形或多邊形。較複雜的物件可以是以呈現該物 件之一連串相連的平面多邊形描繪在顯示裝置 200539712 連串相連的平面三角形來呈 現。所有
為一線段之端點,或是一多邊形之一角。 上,例如以一連串相連的, 的幾何圖元最 描述,例如, 為了產生三維度圖元之二維度投影呈現的資 料,以用來在電腦螢幕或其他顯示裝置上顯示,圖 春兀之頂點會在一圖形描繪之管線 (graphics-rendering pipeline)中經過—連串的 運算或處理階段。一般的管線係一連串串聯的處理 單元或階段,在管線中來自前一階段的輪出會成為 其下一階段之輸入。一繪圖處理器内部(c〇ntext) 所包含的階段可以包含如各頂點運算(per_vertex operations)、圖元組合運算(primitive assembly _ 0Perati〇ns)、像素運算(pixel operations)、材質 組合運算(texture assembly operations)、點陣 化運异(rasterization operations)與片斷運算 (fragment operations) 〇 在一典型圖形顯示系統中,晝面上物件可以是 儲存在一影像資料庫(如一命令列),這些物件係以 200539712 •δ又1固小夕運·; >求描述。物件的表面係由多邊形來覆 盖’以同樣的方式,可以用數個小色磚來覆蓋一牆 面或其他表面。每一個多邊形係被藉由一頂點座標 之(vertex coordinates)清單(在”MODEL”座標系 中的X、Y、Z)與素材表面特性(material surface properties)之規格(如顏色、材質、亮度等等)來描 述’也有可能是對表面上每個頂點處的法線向量來 .描述。對表面具有複雜弧度之三維度物件而言,多 邊形一般為三角形或四邊形,而後者可被拆解為兩 個三角形。 為因應經由使用者輸入所選擇之視角,一轉換 引擎被用來轉換物件座標。另外,使用者可指定視 野辄圍(所要產生之影像的大小),以及指定視景空 間(viewing volume)的後端是否包含或消去背景二。 :旦視景區域被選擇’割截邏輯電路將消去在 厅、品域之外的多邊形,並 之容、息^ m跨視景區域内外 开>。這些被割戴後的多邊形係相應於判 之择:广域内的部份,並且以視景區域所相應 •心、、邛份做為其新邊。多邊形的 % 只”、、占接下來會被 200539712 遞达至下一階段,在下一階段之視景屏幕(viewing screen)的座標(X,y座標)係相應於每一個頂點的 相關深度(z座標)。在典型的系統中,光照模組 (lighting model)接下來會被用來計算光源(light sources) ’之後多邊形會伴隨著其顏色值(c〇1〇r values)被遞送至點陣化裝置(rasterizer)。 就每一個多邊形而言,點陣化裝置會判斷哪些 像素被該多邊形所涵蓋,並且試薯將相關的顏色值 與珠度值寫入圖幅緩衝區(frame buffer)。點陣化 裝置將會比較被處理之多邊形的深度值(新多邊形 像素之深度)與已寫入於圖幅緩衝區像素的深度 值’如果新多邊形像素之深度較小,表示其在所有 目前已寫入圖幅緩衝區内之多邊形的前面,則該深 度值會取代在圖幅缓衝區内的深度值,因為新的多 邊形將遮掩先前被處理並寫入圖幅缓衝區的多邊 形。這樣的處理會反覆被執行,直到所有多邊形都 被點陣化(rasterized)為止。在此,一視訊控制哭 在一顯示器上所顯示之圖幅内容會依點陣 (r a s t e r)(或光拇)順序,一次一條掃睹線依次來顯 示0 200539712 就已知之技術中,在繪圖處理與著色運算 (rendering operations)期間,會有數個轉換與 其他运算會被執行,其中會運用到齊次座標 (homogeneous coordinates) 〇 更進一步,齊次 座標與投影幾何(projective geometry)有著相同 的關係’特別是齊次座標提供了用來在投影幾何 中執行計算(如轉移、旋轉、改變大小等等)的方 法。例如,由三維度卡氏座標(Cartesian coordinatesHx,y,z)轉換成齊次座標時會涉及 一額外變數(w)之加法。 齊次座標提供了在歐基理德空間(Euclidean space)之點上的某些標準運算之方法(或機制), 該方法係以矩陣乘法之裝置來運算。典型地,這 些點2轉變至齊次座標,然後在被轉變回非齊次 座標前會被執行各種轉換,從齊次座標而來的轉 換係以除卩w(齊次座標值)來執H然而這樣在 表示-個點位於—無限遠的距離)時便會產 生問題。在先前系統與方法中為調適這樣的問 通,是在,0時以減去一個非常小的值來取代 w,如此可有效地避免除以〇的問題,卻也導致 9 200539712 了結果上的錯誤(印使復微小 據此,有必要# m十& 供—種改進的方法盥萝罟,丨v 用來執行從齊次命扭^ 次”衣置,以 古4“系統之轉換,在轉換時妒豹 百效地管理,〇 轉換時犯夠 生錯誤。 ,亚且不會對數值結果產
【發明内容】 部份本發明之某此 ^ , R ^ 二目的、優點與特徵將描述如 下,並且未被提及部份 ϊν π ^ + + 仞係S知相關技藝者藉由檢驗 下描述或經由實踐可輕易推知。本發明…與 優點可由申請專利範圍所指出之手段與組成來被 推知。 為達成本發明之優點盘牲外 k将徵,本發明提出一系 統與方法,以用來從齊次座樟3 你壬現中轉換複數個 點,該點係由X,P與w值來定義,其中χ係表示 一幾何座標值,P表示任何選擇屬性(arbitrary attribute)值,並且w表示一齊次座標值。在一具 體貫施例中’該方法包含對每—個點:(丨)判斷該 點的w值是否為0,(2)在w為〇時不對χ或p來 10 200539712 除以W並且設定一旗標,以及(3)在w不為〇時對 X值與ρ值除以w。 四、【實施方式】 本發明在此所探討的方向為一種在繪圖系統 中執行除以W之運算之裝置與方法。為了能徹底 • 地瞭解本發明,將在下列的描述中提出詳盡的結 構。顯然地’本發明的施行並未限定於熟知相關技 藝者所熟習的特殊細節。另一方面,眾所周知的組 成或製程步驟並未描述於細節中,以避免造成本發 明不必要之限制。本發明的較佳實施例會詳細描述 如下,然而除了這些詳細描述之外,本發明還可以 廣泛地施行在其他的實施例中,且本發明的範圍不 # 文限疋,其以之後的申請專利範圍為準。 如先前所述,本發明係揭露一種在w(一齊次 座標值)為〇時處理轉換計算之方法與系統。在討 論各具體實施例的細節之前,請先參照第一圖,該 圖係舉例了在繪圖管線(graphics pipeline)中的 某些7C件,這些兀件將在本發明之具體實施例中, 200539712 運用。第一圖中所示之 何程 序 (geometry 或被本發明之具體實施例所 管線元件係一斑、 process) 110、二角形設定(triangle setup)邏輯 電路120、色磚產生器(tile generat〇r) 13〇、屬性 設定區塊140與一像素遮影器(pixel shader) 150,這些元件之功能與運算係熟悉該項 技藝者所熟知,因此其細節不需在此討論。然而幾 何程序1 1 0可以是一運算於主機電腦的程序,該 程序係用以產生圖形資料(如幾何黉料),圖形資料 會被提供給繪圖管線以用來描繪(rendering)與顯 示於一電腦顯示器(未示於圖示)上。幾何程序11〇 所產生的幾何資料與其他圖形資料係被傳遞給邏 輯電路120,以用來執行三角形設定之運算。三角 形設定之特定功能與實施細節會隨實施方式不同 而改全 般而曰’有關二角形圖元(primitives) 的頂點資訊會被送至三角形設定邏輯電路1 2 0,並 且會被執行於許多運算。如第二圖所示,在其他運 异中,某些幾何轉換可能會在三角形設定邏輯電路 1 2 0中被執行。 如圖Τ ’對每一個頂點而t,像是χ,y,z與 200539712 W資訊的幾何資料會被提傲(其中x,y與z係幾何 座標’並且W係齊次座標)。就習知技藝者所知悉, 許多轉換會甴此產生,如模型空間(m 〇 d e 1 s p a c e丨 至自然空間(world space)至眼空間(eye space)、 至投影空間(projection space)、至齊次空間 (homogeneous space)、至規格4匕言史備座標 (nomalized device coordinates; NDC)以及最後 •至屏幕空間(screen space)(由一視角(viewp〇rt) 轉換東執行)。 同樣地,這些各種轉換係習知該項技藝者所熟 知’因此不需在此描述。在此考量下,如習知技蓺 者所已知’由齊次座標至規格化設備座標的轉換會 包含除以W的運算,該運算係在呢為不等於〇時 鲁情形下進行。然而’在w等於〇時會發生除以〇 (違 規運算)的問題。本發明之一具體實施例以設置旗 標並跳過除法運算的方式來處理這個問題,在這情 況下,幾何運算被留在齊次座標空間。 之後(或下游)的邏輯電路區塊在執行某些運 算前會檢查這個旗標的狀態,以此方式,旗標的值 13 200539712 此 、…、隹 目别的貧料是在何種座標系中 <田且+確的運算與轉換才能達成。 本么月之一具體實施例中,邏輯電路1 25 係用於執行此運算(如判^是否為〇’如果是, 2適當的旗標),此運算被併為三角形設定邏 =電路120之一部份。理所當然地,在其他具體 實施例中’邏輯電4 125亦m角形設定邏 輯電路120之外被施行。成對的邏輯電路135與 145被提供於三角形設定邏輯電4 120之後,以 此用來判斷代表W為0的旗標是否被設置,亦即 當相關資料被運算於後續的邏輯電路時,這些元件 能查明資料是維持在齊次座標中,或者已經執行了 至規格化設備座標與/或屏幕座標(似咖 coordinates)的轉換。此判斷可採評估邏輯電路 丄25所設置的旗標來達成,其中—個這樣的檢查或 比較可以是在屬性設定邏輯電路14〇中被完成。 如已知’各種屬性(如材質、、塗霧、透日月等等)會與 各繪圖圖元與像素相關,某些邏輯㈣14〇所做 的屬性設定運算會先於像素遮影器之運算(其判斷 圖元内像素的顏色資訊,圖元内像素係被用來顯示 14 200539712 卜因為像素屬性與相 料有關,系、、统在相關像I之運嘗洽何資 統之知識來運曾,該二 好以相關座標系 ^ 知識取決於旗標被設定與否。 、x月〜具體貫施例中,相似邏輯電路i 可被施彳了於掃晦與色磚產生器之邏輯電路13〇中。 ,考第—圖,其舉例了本發明之一具體實施 中施仃於三角形設定邏輯電路12〇 +㈤某些 電路元件。界面邏輯電路115可被提供來做為三 角形設定邏輯電路125與幾何程序110之中介^ 某些在三角形設定邏輯電路12〇内的傳統邏輯電 路元件包含用來執行除以w運算的邏輯電2 丄22、用來執行視角轉換之邏輯電路123、用來執 行三角形組合之邏輯電路124、與用來執行圖元之 零散拒絕(trivial rej ections)的邏輯電路1 2 6。柜 據本發明之一具體實施例,除以w邏輯電路i 2 2 可包含用來判斷是否目前w值是否為0的邏輯電 路127。若不為〇,則邏輯電路128會執行傳統 的除以W運算。然而如果W被判斷為0,則邏輯 電路129會設定一旗標並且執行不除以w的運 算,在這種情形下,用於相關圖元之視角轉換邏輯 15 200539712 電路1 2 3會被跳過。 所舉例之具體實施例之主要目的係旗標的設 定與識別(當W等於〇時),使得之後的元件在對相 關像素或其他幾何資料之屬性執行運算時能採取 適當的行動。在此考量下,參照第三圖,此圖示係 用以幫助說明在w等於〇時處理屬性設定的示意 _ 圖。為簡化起見,該圖僅舉例一幾何維度(X),不 過其也可以輕易被擴充其他維度。下列命提供之虛 擬碼(pseudo-code)係與第三圖相關,其中舉例了 一個用來處理屬性計算之方法,該方法能調適除以 w的狀況。在下列虛擬碼片段,”//,,表示為非運算 之註解。 //Divide by w stage 鲁 //Pis attribute //Q is attribute in screen space (P divide by w) if (w= = 0) //don’t do divide,but set a flag set flag WZERO else 16 200539712 Q = P/W / / do normal divide,and keep WZERO flag cleared / / Attribute setup stage //Suppose W0! = 0,W1 = = 0 if(WZERO) data = Pl/Xl • //if WZERO flag was previously set, calculate “delta” (slope of attribute line) by computing Pl/Xl in homogenous coordinate space else delta = dQ/dX = (Q1 - Q0"(X1 - XO) //if WZERO flag was not • previously set,calculate “delta” as the change in Q over the change in X, as the conversion to screen space was previously performed / / Interpolation stage Q = QO + (X - XO) * delta 17 200539712 W是否為0或非0可被輕易地檢驗,屬性最 、、’'曰被以屏幕空間來運算。此外,所舉例方法中所 執行之插入法(1214印〇1&1:|〇11)係一致的,並且可以 、避免在w等於Q時因減去一非〇值以取代W所 引起的不正確。另外,被用於本發明之一具體實施 例中之一旗標係一單位元旗標,係用以提供一簡便 方法或機制來遞送相關資訊給後續的處理區塊。在 此考里下,在一些具體實施例中,數個後續的區塊 需要知道這些資訊,這些後續的區塊可以是包含一 三角形判斷計算(a triangle determinant calCUlatlon (DET))、被掃描與色磚產生器所執行 之邊計算、與屬性設定運算。在許多系統中w值 可以是傳送給屬性設定區塊,通常不是送給三角形 判斷計算或邊計算。不過單位元值易於管理,可輕 易成為送給這些區塊之資訊的一外加部份。 在本具體實施例所描述之領域與精神中,旗標 一詞係為廣義的,可以是提供一二進位或真(tru^ /偽(false)之指示(如是否w = 〇)的一機制。並 且在貫施上,以旗標是否被設置(set)或清除 (cleared)來表示w==〇的狀況並不是絕對的。 18 200539712 芩考第四圖,其舉例了本發明之一具體實施例 之某些元件,在第四圖之具體實施例中,一繪圖管 線包含繪圖管線邏輯電路2〇〇。除了數個標準或傳 統邏輯電路元件’此㈣管線邏輯電$ 200並且 包含用來執行除以w運算之邏輯電路21〇。在邏 輯電路2 10之一部份提供了一邏輯電路215,當 …被判斷為0時’邏輯電路Μ被用來設置一旗 標,並且對纟會圖元件之除以〇運算將會被省略。協 同的邏輯電路被用於執行在後續繪圖元件上的之 各種運算,這些運算可以是包含有幾何或屬性設定 運算。邏輯轉225被提供來為特定繪圖元件判 斷表示w等於0旗標是否被設置,如果沒有,該 元件上的運算會被進行,該運算係於屏幕空間内被 處理’在此之刖轉至屏幕空間之轉換已預先於繪圖 管線邏輯電路200中被執行。否則,_圖元件的 處理係在齊次座標内,此時尚未執行轉至屏幕空間 之轉換。 在第五圖中墓如γ 一種施行後者功能的機 调,其中所使用的旗標值 jr „ 〇,η Λ 『以被用來發出信號給多 口口 250的選擇線路。 旦 隹此考里下,邏輯電路252 19 200539712 可以被提供來處理齊次座標中的幾何或屬性,而並 他邏輯電肖254可以被提供來處理在屏幕座桿; 的幾何與屬性資訊。表“等於〇之旗標的狀態 可以用來判斷哪個邏輯電路對之後管線運算是可 以用的或有效的。從第五圖的例子中可以述 僅僅意指於-個實體或電路的運算,更確切地 祝疋-種功能運算的呈現’此功能運算係有關於如 何將單位元旗標運用在處理除以评的運算。 ”、、頁然地,依照上面實施例中的描述,本發明可 此有許多的修正與差異。因此需要在其附加的權利 要求項之範圍内加以理解,除了上述詳細的描述 外、’本發明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。 、僅為本叙明之較佳實施例而已,並非用以限定 本發明之申請專利範圍;凡其它未脫離本發明所揭 7、神下所元成的等效改變或修飾,均應包含在 下述申請專利範圍内。 20 200539712 【圖式簡單說明】 第一圖係為本發明之一具體實施例中一繪圖管線架構下的某 些元件之功能區塊示意圖; 第二圖係為本發明之一具體實施例中位於第一圖之三角形設 定之某些元件的功能區塊示意圖; 第三圖係在比較一幾何座標時對任意屬性之斜率計算之示咅 圖,此斜率計算係被用於本發明之一具體實施例中; 第四圖係為本發明之一具體實施例中某些邏輯電路元件之功 能區塊示意圖;以及 第五圖係為本發明之-具體實施例以一多工器來選擇對某些 運算之邏輯處理之示意圖。 【圖式簡單說明】 110幾何程序 115界面邏輯電路 120三角形設定邏輯電路 122除以…邏輯電路 123視角轉換邏輯電路 124三角形組合邏輯電路 125除以…邏輯電路(如果w==〇則設定旗標) 126零散拒絕邏輯電路 21 200539712 127 w=0判斷邏輯電路 128除以w邏輯電路 129旗標設定邏輯電路(不除) 130掃瞄與色碑產生器邏輯電路 135判斷旗標被設定之邏輯電路 14 ◦屬性設定邏輯電路 145判斷旗標被設定之邏輯電路 _ 150像素遮影器邏輯電路 200繪圖管線邏輯電路 210執行除以w之邏輯電路 215當w=0時用來設置旗標之邏輯電路 220執行幾何或屬性之邏輯電路 225判斷旗標是否被設置之邏輯電路 252在齊次座標中處理幾何/屬性之邏輯電路 • 254在屏幕座標中處理幾何/屬性之邏輯電路 22
Claims (1)
- 200539712 十、申請專利範圍: 1. -種從齊次座標线觀概個狀方法,該魏個點係以 X、P與w值來定義,其中x代表一幾何座標值,p代表任何 選擇屬性(arbitrary attribute)值,並且w代表一齊次座標 值,該從齊次座標呈現轉換複數個點之方法包含: 對每一點: 判斷該點的W值是否為〇 ; 在w值為〇時,不對x值或p值除以賀值,但設置一 旗標;以及 在W值不為0時,對χ值與p值除以w值。 2·在一種電腦圖形描繪程序中,一方法包含: 從齊次座標呈現轉換複數個點之方法,該複數個點係以X、P 與W值來定義,其中χ代表一幾何座標值,p代表任何選擇屬 性(arbitrary attribute)值,並且W代表一齊次座標值,其中 對每一個點: 判斷該點的w值是否為〇 ; 在W值為0時,不對χ值或p值除以…值,但設置一旗標; 以及 在w值不為0時,對X值與p值除以W值。 3·如申請專利範圍第2項所述之方法,更包含在該轉換後被執行 <一後績運算中判斷該旗標是否被設置,並且在該旗標被設置 23 200539712 時,對_叙_ wig錢行―減法運算。 4· 一繪圖系統,包含·· 用來從齊次座標呈現中鏟值益垂 乂 轉、歿焱個點之邏輯電路,該複數個點 係以x、p與w值來定義,苴由 一中X代表一幾何座標值,p代表 任何選擇屬性值,並且w代矣—淑a \表 μ 乂座“值,該邏輯電路包含: 判斷該點的w值是否為〇之邏輯電路; 田w值為G ’不對χ值或ρ值除以w值但是奴—旗標之邏 輯電路;以及 當W值不為〇,對χ值與p值除以w值之邏輯電路。 5. 辦請專概_ 4項所述之系統,更包含執行—屬性設定運 ^之屬性邏輯電路,該屬性邏輯電路仙以檢查該旗標之狀 心並且基於該旗標之該狀態執行兩種不同之屬彳銳定運算。 6. 如申請專利範圍第4項所述之繪圖桃,其中上述之兩種^ 之屬性設妓算之[種係假設該屬性p被除以w時被執 行,並且該兩種不同之屬性設定運算之第二種係假設該屬 未被除以W時被執行。 7. =申料利範圍第4項所述之_系统,更包含可以執行邊設 定運算之邏輯電路,用讀查鋪標之狀態並且基於該旗禪= 該狀態執行兩種不同之屬性設定運算之邏輯電路。、7"之 8· —繪圖系統,包含·· 其中w 對一給定之被轉換點判斷是否W等於〇之邏輯電路 24 200539712 代表一齊次座標值; 轉換在該給定點上相關於一三角形設定運算之轉換的邏輯電 路,該轉換係在該W被判斷為非0時被轉換; 設置一指示(indicator)並且跳過在該給定點上執行該轉換之 邏輯電路,該指示係在該评被判斷為〇時設置;以及 在三角形設定運算之後執行後續運算之邏龍路,該在三角形 設定運算之後進行後續運算之邏輯電路係用來檢查該指示之 • 狀態’並且在該指示之狀態係表示該w為〇時計算該給定點 在齊次座標中之一相關屬性。 9·如申請專利範圍第8項所述之_系統,其中上述之指示係一 旗標。 10.如申請專利範圍第8項所述之緣圖系統,更包含在對該屬性運 算之後運算之-邏輯電路,該邏輯電路係用以在該指示之該狀 時轉換該給定點至屏幕座 態表示相應於該給定點之該w為〇
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