TWI284857B - Shading engine - Google Patents

Description

1284857 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種影像處理裝置，特別是關於一種點 著色處理裝置。 【先前技術】 第1圖顯示一種3維（three dimension，3D)點著色 處理系統之示意圖。該點著色處理系統包含一點著色處理 裝置（Shading Engine) 10、一深度測試處理單元丨丨、以及 一深度資訊儲存記憶體12。該點著色處理裝置1 〇包含一 二角形資訊轉換單元101、一線段資訊轉換單元1〇2、以 及一點内插著色處理單元103。當點著色處理裝置1〇接收 一三角形（triangle)資訊τ後，三角形資訊轉換單元ι〇1會 將该二角形資訊T轉換為線段資訊l，並傳送給線段資訊 轉換單元102。該線段資訊轉換單元1〇2再將該些線段資 訊L轉換為線段上每一畫素各顏色屬性參數相關的内插資 訊P ’並傳送給點内插著色處理單元！ 〇3。其中，該内插 h P包含線段上每一畫素各顏色屬性參數值（深度z、 透視係數W、貼圖水平座標u、貼圖垂直座標v、霧效果 F '透明效果A、紅色R、綠色G、藍色b ),以及與該些 參數值相對應之單位變化量（deita)(深度變化量dz、透視 係數變化置DW、水平變化量DU、垂直變化量DV、霧效 果變化量DF、透明效果變化量DA、紅色變化量DR、綠 色變化量DG、藍色變化量DB )。接著，點内插著色處理 單元103由每一晝素的内插資訊p計算出該些晝素之各顏 1284857 色屬性參數的點著色參數值V。（包含深度Z、透視係數w、 貼圖水平座標U、貼圖垂直座標V、霧效果F、透明效果A、 紅色R、綠色G、藍色B · ·等屬性），並將該些點著色參 數值V。傳送給深度測試處理單元丨丨。深度測試處理單元 11接收該些點著色參數值V。後，分別將該些晝素作深度 測試’藉以判斷該些畫素是否被覆蓋，決定應該將哪些畫 素之顏色屬性參數值顯示於顯示器後，產生一資料信號 0，並將該資料信號0送至下一級。同時，深度測試處理 單元11將通過深度測試之晝素的深度資訊Zr，儲存至深 度負訊儲存記憶體12中。 第2圖顯示一般的點内插著色處理單元1〇3之結構 圖，該點内插著色處理單元1〇3包含一運算單元ι〇4、十 個多工器105a〜l〇5e，、五個加法器l〇6a〜i〇6e、一資料 選擇單元107。其中，多工器與加法器之數目隨著顏色屬 性參數值、與其相對應之單位變化量二者數目的多寡而隨 機變動。該運算單元104接收畫素之内插資訊p，並依序 計算出該些晝素之每一顏色屬性參數值及相對應的單位 變化量後’分別將顏色屬性參數Z、W傳送至多工器i〇5a， u、V傳送至多工器！05b，F、A傳送至多工器1〇5c，R、 G傳送至多工器l〇5d, B傳送至多工器1〇5e ;以及分別 將單位變化量DZ、DW傳送至多工器1〇5a，，DU、DV傳 送至多工器105b，，DF、DA傳送至多工器1〇5c，，DR、 DG傳送至多工器105d’，DB傳送至多工器1〇5e，。接著， 該些多工器根據資料選擇單元107之選擇信號8來選擇處 1284857 理哪一組參數值與單位變化量。例如，第一時脈週期（Clock

Cycle)T0時，選擇信號S為1，多工器105a、l〇5a，分別輸 出參數Z與單位變化量dz給加法器106a，經加法器106a 相加後，產生一點著色參數值VI給深度测試處理單元 11 ;第二時脈週期T1時，選擇信號S為0，多工器105a、 l〇5a’分別輸出參數w與單位變化量dw給加法器1〇6a , 經加法器106a相加後，產生一點著色參數值VI，給深度测 試處理單元11。其他多工器1〇5b〜1〇5e，、加法器1〇讣〜 l〇6e的配置與運作方式，與多工器1〇5a、ι〇5&，、加法器 l〇6a相同，不再重複說明。習知技術中，為了減少加法器 的數量，該點内插著色處理單元1〇3將顏色屬性參數值與 其相對應之單位變化量利用多工器之切換而共享一加法 器，但相對的要計算出一晝素全部的點著色參數值，就必 屑經過二個處理步驟，亦即二個時脈週期丁丨與才可完 成。 、J而 舨對於一晝素的點著色處理，係在該晝素經 内插著色處理單元103花費二個步驟⑺與；2)、處 :凡畢後’才進行深度測試。測f式失敗將畫素丟棄 ^功才繼續往下處理。依此方式，若多數之畫素均測= 則會耗費許多時間於該些畫素之點著色内插處理中。 ’由於深度測試處理單A u必須對每—畫素進行产 ::甙’其頻繁的存取深度資訊儲存記憶胃 ： :::的雖然-般會一 ° 疋相形之下在點内插著色處理單元103與深度 1284857 之一深度顏色屬性參數值與一深度單位變化量，且經内插 處理後產生一座標深度值，並將該座標深度值輸出。比較 器接收座標深度值與一深度暫存值，經比較後產生_控制 信號與一碰撞信號，當座標深度值大於深度暫存值時，比 較器將控制信號與碰撞信號致能，且當座標深度值小於深 度暫存值時，比較器將控制信號與碰撞信號禁能，並將座 標深度值輸出。資料選擇單元接收控制信號，並根據該控 制信號產生一選擇信號。複數個多工器分別接收二個不^ 之顏色屬性參數值或二個不同之單位變化量，且根據選擇 信號來選擇一資料輸出。第二加法器接收多工器之輸出資 料，並將該些資料相加後產生一資料信號。暫存單元將深 度資訊儲存記憶體中之深度資訊儲存為深度暫存值，並將 該深度暫存值輸出至比較器；及接收座標深度值，並將深 度資訊儲存記憶體中原深度資訊清除，更新為該座標深度 值。 其中’運算單元還接收上述碰撞信號，藉以在碰撞信 號致能時，將尚未處理完顏色屬性參數值與單位變化量之 畫素丟棄，並進行下一畫素之處理。 本發明之點著色處理裝置藉由對畫素進行内插處理 的同時（或提早）進行深度測試，而可減少因多數责素之 深度測試失敗所浪費的時間，進而提升系統之效率=、 【實施方式】 ' 以下參考圖式詳細說明本發明點著色處理裝置，並且 相同的元件將以相同的符號標示。 1284857 第3圖顯示本發明之一種3維點著色處理系統之示意 圖。该圖包含一點著色處理裝置（Shading Engine) 30與一 /木度資訊儲存記憶體12，其中該深度資訊儲存記憶體12 係、用來儲存目前晝面最上層畫素之深度資訊Zr。該點著色 處理裝置30包含一三角形資訊轉換單元101、一線段資訊 轉換單元102、一點内插著色深度測試單元3〇1。本發明 之點著色處理系統係將習知的深度測試處理單元11合併 到點内插著色深度測試單元3〇1，並藉由事先對畫素之深 度進行測試，藉以略過深度測試被覆蓋之畫素的部分處理 來縮短處理時間。 第4A圖顯示本發明點内插著色深度測試單元3〇丨之 結構圖。該點内插著色深度測試單元3〇丨包含一運算單元 302、一第一加法器l〇6a、一比較器303、一資料選擇單元 304、八個多工器1〇5a〜1〇5d，、四個第二加法器1〇讣〜 106e、以及一暫存單元3〇5。 接著，參考第3圖與第4A圖說明本發明之點著色處 理裝置30的處理與運作方式。 該三角形資訊轉換單元1 〇丨接收一三角形資訊T，並 將該三角形資訊T轉換為複數個線段資訊乙。 線段資訊轉換單元102接收線段資訊L，並將該些線 段資訊L轉換為線段上每一畫素各顏色屬性參數相關的内 插資訊P。 運算單元302分別接收每一畫素之内插資訊p，並計 算出該些畫素之每一顏色屬性參數值（深度z、透視係數 1284857 w、貼圖水平座標U、貼圖垂直座標v、霧效果F、透明 效果A、紅色R、綠色G、藍色B )與該些參數值相對應 的單位變化量（delta)(深度變化量DZ、透視係數變化量 DW、水平變化量DU、垂直變化量Dv、霧效果變化量df、 透明效果變化量DA、紅色變化量dr、綠色變化量DG、 藍色變化量DB )，並輸出該些畫素之顏色屬性參數值及單 位變化量。 第一加法器106a接收由運算單元302輸出之一深度顏 色屬性參數值Z與一深度單位變化量DZ ,且經内插處理 後產生並輸出一座標深度值〇zl。 比較器303接收座標深度值〇ζι與一深度暫存值Zt , 經比較後產生一控制信號C1與一碰撞信號hit。當該座標 深度值Oz 1大於深度暫存值Zt時，深度測試失敗，即目前 處理之畫素被覆蓋，將控制信號C1與碰撞信號hit致能； 而當座標深度值〇zl小於該深度暫存值zt時，深度測試成 功，將控制信號C1與碰撞信號hit禁能，並將該座標深度 值〇zl輸出。 資料選擇單元304接收由比較器303輸出之控制信號 C1，並根據該控制信號C1產生一選擇信號s。 多工器105a〜l〇5d，分別接收二個不同顏色屬性參數 值（多工器105a接收W與F、多工器l〇5b接收U與V、 多工器105c接收A與R、以及多工器i〇5(i接收g與B)， 或一個不同單位變化量（多工器l〇5a，接收DW與df、多 工器105b’接收DU與DV、多工器i〇5c，接收DA與DR、 12 1284857 =刪接收Dg # DB)，且根據選擇 :貝料輸出。，當選擇信號S被致能成為高位；，:時， 105a、105a分別輪出w與Dw 罘—加法器 106b， 刀別輪出至第二加法器106c， 版、版’分別

刪、·分別輸出G與的至第二加法器版； 擇錢S被禁能成為低位準㈣，多卫器⑽^心， 出F與DF至第二加法器，多工器祕、刪， 出V與DV至第二加法器版，多工器i〇5c i〇5c， 出尺與⑽至第二加法器106d’多工器105d、105d， 出B與DB至第二加法器1〇6e。

以及多 選擇一 多工器 多工器 多工器 多工器 而當選 分別輸 分別輸 分別輸 分別輸 第二加法器106b〜l〇6e接收多工器1〇5a〜1〇5d，之輸 出資料，且將該些資料相加後產生一資料信號，並輸出至 下一級。其中，第二加法器106b接收w與Dw，或f與 DF，經過相加後產生一資料信號〇2或〇2,，並輸出至下 一級；第二加法器l〇6c接收U與DU，或v與DV，經過 相加後產生一資料信號03或03,，並輸出至下一級。第 二加法器106d接收A與DA，或R與DR，經過相加後產 生一資料信號04或04,，並輸出至下一級。第二加法器 l〇6e接收G與DG，或B與DB，經過相加後產生一資料 信號05或05’，並輸出至下一級。 暫存單元305係用來將目前深度資訊儲存記憶體12 中之深度資訊Zr儲存為一深度暫存值Zt，並將該深度暫 存值Zt輸出至比較器303 ;及當目前處理之畫素深度測試 13 1284857 成功，控制信號Cl與碰撞信號hit被禁能時，暫存單元3〇5 接收由比較1 303輸出之座標深度i 〇zl，並將深度資訊 儲存記憶體12中原深度資訊Zr清除，更新為該座標深度 值0z：l。在本實施例中，運算單元302還接收由比較器3〇3 產生之碰撞信號hit，藉以在碰撞信號hit致能時，將尚未 處理完顏色屬性參數值與單位變化量之該晝素丟棄，並進 行下一畫素之處理。 第4B圖為使用有限狀態機3〇4，來實施本發明之資 料選擇單元304並產生選擇信號S之狀態變化圖，且每個 狀態之輸出為選擇信號S。從該狀態圖可以清楚了解到， 只要控制信號C1被致能為1，狀態一定跳回狀態s〇，且 該狀態S0的輸出〇〇為1，亦即選擇信號s值為1。該狀 態機304’之動作說明如下。當控制信號C1被禁能由1變 為0時，該狀態機304，之狀態由狀態S0變化為狀態S卜 因此該狀態機304’之輸出變為〇1，即選擇信號S值為〇; 當控制信號C1被致能由〇變為1時，該狀態機之狀態由狀 態S1變化為狀態S0,因此該狀態機304’之輸出變為〇〇, 即選擇信號S值為1。之後，當控制信號C1還是持續為〇 時，該狀態機304’之狀態在狀態S 1與狀態S0之間交互 變化。 第5圖顯示以習知技術之3維點著色處理系統（第i 圖與第2圖）計算畫素之點著色參數值的時序圖。如該圖 所示，當每一管線（pipeline )(Z、W、U、V、F、a、r、 G、B)對6個晝素0、1、2、3、4、5依序進行處理時， 14 1284857 每畫素之所有顏色屬性均須經過2個時脈週期的處理後 - 產生回位準1之準備好信號pxl-rdy，才處理完成。因此 對於6個畫素的處理，該系統必須花費τ〇〜τιι總丘 • 物、週期的時間。但是，假設上述6個晝素中有V個畫 素1、2、3經過深度測試後測試失敗，則會浪費6個時脈 〜 週期的處理時間在上述3個畫素之處理上。 、而如第6圖所示，本發明之3維點著色處理系統由於 力口入深度測試機制，對於處理上述相同的6個畫素，僅需 花費8個時脈週期的時間TO〜T7。該圖中，時脈週期τ〇 時，點内插著色深度測試單元3〇1之加法器i嶋〜⑽。 =別對畫素0之顏色屬性z〇、w〇、u〇、R〇、則作相加計 异，並將結果輸出至下-級，同時將求出之深度顏色屬性 別的座標深度值Ozl〇傳送至比較器3〇3作深度測試，得 到測試結果為成功，使時序圖之z測試信號變為位準卜 且比較器303將控制信號C1與碰撞信號仙禁能。時脈週 期T1時，加法器106a對畫素i之深度顏色屬性作相 加計算，而106b〜l〇6e則分別對畫素〇之顏色屬性F〇、 φ V〇、A〇、G0作相加計算後，將結果輸出至下-級，同時 將求出之深度顏色屬性zi的座標深度值〇zll傳送至比較 器303作深度測試，得到測試結果為失敗，而使時序圖之 z測試信號變為位準〇，且比較器3〇3將控制信號a與碰 撞仏號hit致能，結果畫素丨在時脈週期τ丨時被運算單元 3〇2丟棄。於時脈週期T2時，加法器1〇以對晝素2之深 度顏色屬性Z2作相加計算，且將求出之座標深度值 15 1284857 ^至比較器303作深度測試，得到測試結果為失敗，使 時序圖之2測試信號變為位準〇，且比較器3〇3將控制信 號C1與碰撞信號hit致能，結 ° 妯遝瞀m 不旦I 2在時脈週期T2時 被運算早兀302丟棄。時脈週期τ3 試失敗，被運算單元车喜 令旦素3亦深度測 連异早το 302丟棄。於時脈週期Τ4時， 器⑽a〜驗分別對畫素4之顏色屬性ζ4,督以 加計算後，將結果輸出至下—級，同㈣求出之深 ^顏色屬性Z4的座標深度值〇山傳送至比較器％ =得到測試結果為成功，使時序圖之2測試信號變 為位準1，且比較器303將控 能。時脈週…，加…二畫素5=號= 7作相加計算，而加法器―則 =色：性……、⑷乍相加計算^將結果輸出 至下一級’同時將求出之深度顏色屬十生z 〇山傳送至比較器3。3作深度測試，得到測試LG 功’使時序圖之2測試信號變為位準：：果為成 控制信號C1與碰撞信號hit栘铲。 乂态303將 薄_ , 時脈週期T6時，加法 器1〇6卜黯分別對晝素5之顏色屬子生W5、U5、R5 IT:二計算，並將結果輸出至下'級。時脈週期π時， 器嶋〜驗分別對畫素5之顏色屬性F5、V5、A5、 ^作相加計算，將結果輸出至下一級，同時完成六個書素 二著二果里Γ素η、3均測試失敗時，本發明之 3:點者色處理系統只需花費8個時脈週期 之處理，比習知系統減少了 4個時脈週 -素 16 1284857 素〇須二者’在本實施例中，運算單元302係依序將畫 3、4、5之所有屬性參數，包含乙與dz 與而、…u、v與DV、F與df、4Da 與郎全部計算完畢後，再-起輸出。而如第 查去不 另一實施财，運算單元302係先計算每一 i色二生1二、3、4、5之深度顏色屬性參數Z ’並在其他 顏色屬性參數尚未完成計算並輸出之前，事先將每一 =顏色屬性參數Z與深度單位變化量dz輸出至：法 ° 進行相加，並送至比較器3〇3作深度測試，提早完 成畫素之深度測試處理，進而提升系統之處理效率。第7 =在時：週期T0之前’畫素Ο、"」事先完成深 又、1 =冑知本發明之3維點著色處理系統只需花費6個 時脈週期即可完成晝素之處理，比習知3維點著色處理系 統減少了 6個時脈週期的時間。其中’由於本實施例之運 算單元302記憶各顏色屬性之單位變化量（仙心的記憶 長度係預設為1〜4個晝素的單位變化量，例如DZ0〜DZ3 為4個晝素的單位變化量長度。因此，第7圖中可事先對 個畫素0 1、2、3進行深度測試；在另一實施例中，可 依需求任意增減運算單元302記憶各顏色屬性之單位變化 量的記憶長度。 —屑/主思者，本實施例之點内插著色深度测試單元 计异畫素點著色參數值之方式是利用多工器分為二個時 脈週期’亦即為二個步驟來進行（也就是多工器分時接收 二個資料來進行處理）；在另一實施例中，還可分為二個 17 1284857 以上之步驟來進行處理 料來進行處理），例如八個；^7工器分時接收複數個資 處理之步驟越多，本發明：色二個：脈週期)。當然， 主^ 霄乃之點者色處理裝置30，在多數查 素均深度測試失敗時所節省㈣㈣越多，效率愈高/ 以上雖以實施例說明本發明，但並不因 =’例如’本實施例中的第一加法器106a與第二= 6b〜1G6e亦可利用其他計算器來實施，且只要能夠達 到相同的效果、不脫離本發明之要旨，該行#者可 種變形或變更。例如以乘法器·.等計算器取代加 施本發明。 衣窃术貫 【圖式簡單說明】 第1圖顯示一種習知3維點著色處理系統之示意圖。 第2圖顯示習知點内插著色處理單元之結構圖。 第3圖顯示本發明之一種3維點著色處理系立 圖。 心不思 深度測試單元 資料選擇單元 第4Α圖顯示本發明之一種點内插著色 之結構圖。 第4B圖顯示以有限狀態機實施本發明 之不意圖。 第5 第6 時序圖。 圖顯示習知3維點著色處理系統運作之時序圖 圖顯示本發明之一種3維點著色處理系統運作之 第 時序圖。 圖顯示本發明另一種3維點著色處理系统運作之 18 1284857 圖式編號 10、30 點著色處理裝置 101 三角形資訊轉換單元 102 線段資訊轉換單元 103 點内插著色處理單元 104、302 運算單元 105a〜105e’ 多工器 106a〜106e 加法器

107、304 資料選擇單元 304’ 有限狀態機 11 深度測試處理單元 12 深度資訊儲存記憶體 301 點内插著色深度測試單元 303 比較器 305 暫存單元

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Claims (1)

1284857 述多工器之輸出資料，並將輸出資料計算後產生一資料作 號；以及一暫存單元，係將前述深度資訊儲存記憶體中之 深度資訊儲存為前述深度暫存值，並將深度暫存值輸出至 前述比較器，及當前述控制信號與碰撞信號被禁能時接收 前述座標深度值，並將深度資訊儲存記憶體中之深度資訊 清除，更新為座標深度值； 其中，前述運算單元還接收前述碰撞信號，於該碰撞信號被致 能時，將尚未處理完顏色屬性參數值與單位變化量之晝素 丢棄。 ” 2·如申請專利範圍第1項記載之點著色處理裝置，其中前述 身料選擇單元為一有限狀態機，且該有限狀態機係根據前 述控制信號的變化產生預設之輸出值作為前述選擇信號。 如申明專利範圍第1項記載之點著色處理裝置，其中前述 運算單元係將前述畫素之全部顏色屬性參數值與單位變 化量計算完畢後輸出。 4·如申請專利範圍帛i項記載之點$色處理裝置，其中前述 運算單元係先計算前述每一畫素之深度顏色屬性參數值 與深度單位變化量，並在其他顏色屬性參數與單位變化量 尚未疋成計算並輸出之前，事先將該些深度顏色屬性參數 值與該些深度單位變化量相加並作深度測試。 5·如申請專利範圍第1項記載之點著色處理裝置，其中前述 運算單元圮憶前述單位變化量的記憶長度，係預設為1〜 4個畫素的單位變化量。 21 1284857 6. 如申請專利範圍第1項記載之點著色處理裝置，其中前述 運算單元記憶前述單位變化量的記憶長度，可依需求任意 增減。 7. 如申請專利範圍第1項記載之點著色處理裝置，其中前述 顏色屬性參數值包含深度、透視係數、貼圖水平座標、貼 圖垂直座標、霧效果、透明效果、紅色、綠色、藍色等屬 性參數值。

8. 如申請專利範圍第7項記載之點著色處理裝置，其中前述 單位變化量包含深度變化量、透視係數變化量、水平變化 量、垂直變化量、霧效果變化量、透明效果變化量、紅色 變化量、綠色變化量、藍色變化量等屬性之單位變化量。 22