TWI307054B - Apparatus and method of an improved stencil shadow volume operation - Google Patents

Description

1307054 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 尤其是有關於利用陰影錐 本發明係有關於電腦繪圖系統 產生陰影效果的方法和裝置。 【先前技術】 面的螢幕上把三維物体生成 或多邊形。而更複雜的物件則以相連的平面多彡”二角形 維物件可以是很單純的點、線 所謂三維電腦繪圖就是在平 並顯示為二維影像。 ,^ 形表示，舉制 來έ兒’以一系列的平面二角 H集合成-立體物件。而所有 何兀素最終可以用一個或一 、，員點來描述。舉例來說， (X，Υ，Ζ)定義一個頂& ^ 形的 我個頂點，或_條線的終點 邊角 為了在二維的螢幕上投射出— ^ 判二維影像，該彻值需經過一 系列運异，或繪圖管線中的數道 道耘序。一般繪圖管線僅是一串 相連的處理單元或程序，1中 _ /、中上一道程序的輸出即為下—道程 序的輸入。在一繪圖處理器中 " 卜 —往斤匕3 了，各別頂點運 异，基本組合運算，晝素運算， 狩貝組合運异，點陣轉換 以及片段運算。 、π

在一典型緣圖顯示系統中，一影像資料庫（例如一命令列 表）可儲存—場景中的物件描述。該等物件以數個小多邊形描 述’同樣的’物件表面可以用數個小瓦片（㈣描述。每―多^ ' 形以-系列的頂點座標（模組座標χ，γ，ζ)以及部份材=表 0608-A40446TWF 1307054 面屬性（例如顏色、材質、光澤等)，甚或是每-頂點表面的 法向量。對於具有複雜曲面的三維物體而言，多邊形一般而言 必須是三角形或四角形，其中後者可以拆成—對三角形。 -轉換引擎根據使用者輸入的視角切換物件的座標。此 外’使用者可以指定視野，影像大小，視錐背端’藉以決定要 包含或去除背景。 一旦選定視線區域，-剪輯邏輯電路消除該視線區域以外 的多邊形（三㈣），並修”些部份在外、部份在内的多邊 形。被修剪的多邊形的新邊緣即為視線區域的邊緣。該等多邊 :頂點接著被傳送至下—階段，對應榮幕的座標（X，丫），每 、一頂點具有對應的深度值（z座標）。在典型系統中，接著以光 原模4錢源，將該等多邊形的顏色值傳送至—點陣轉換 對每一多邊形而言，該點陣轉換器決定在哪—畫素放置 :邊形，並嘗試將對應的顏色值與深度(z‘e)寫入晝面 立° ’點陣轉換器比對該多邊形㈣度值和畫素的深度值 八中該畫素可能已經寫入全 ‘”、里面緩衝器。如果新的多邊形之深 值值較小，表示其位於先 _ M j冩入的晝素的前面，所以將畫面 衝器中該位置的值替換撞。 比 、 匕程序持續進行直到所有的多邊 白通過點陣轉換器。至 # 燴圖控制器顯示該晝面緩衝器的 -於顯示器上’依掃描線逐行顯示。

0608-A40446TWF 1307054 第1圖係為習知繪圖管線的運算流程圖。緣圖管線中的元 件可能因系統而異，也可以各種方式表達…電腦主機10(或

電腦上執行的一繪圖康用寂+ R 園應用程式界面）產生-命令串列12,包含 -系綱指令和資料，用以產生一「環境」於一纷圖顯示器 上。該緣圖管線中的元件對該命令串列12甲的資料和指令做 運算，以在顯示器上產生畫面。 一解譯器u從該命令$列12截取資料以解譯命令和沿繪 圖管線傳送原始繪圖資料。原始繪圖資料包含位置（XU 和W座標），及光源和材質資訊。這些原始繪圖資料被料器 14從命令串列12中讀取後，傳送到一頂點轉換器16(她x shade小該頂點轉換器16則對該原始綠圖資料執行各種轉換 程序。這些資料必須從世界座標轉換成餘視野座標，投射座 標’最後轉成榮幕座標。該頂點轉換器16中的功能為習知技 術。接著繪圖資料被傳送到點陣轉換器18，進行點陣轉換。 一深度測試器20接著對該原始資料中的每一晝素進行處 理’比對-畫素所對應的已儲存的和新輪入的深度值。該深度 值係用以表示畫素位置的深度值。如果新輸入的深度值代表的 深度較靠近視者’則取代已儲存的深度值，而在繪圖緩衝器Μ 中相關的顏色資訊亦被取代（由畫素轉換器22處理）。反之如 果新的深度值深度較遠’則無任何處理。顏色資訊包含該畫素 是否位於陰影中，其判斷的方法使用了習知的陰影錐演算法。 0608-A40446TWF 7 1307054 第2圖係為陰影錐演算法示意圖。該陰影錐34(shadow )定義了一障礙物32 ( )在一光源％下的陰影 二間。如果—晝素料在於該陰影錐34的範圍内，所產生的 &像便顯不出在陰影下的效果。該陰影錐演算法判斷一畫素 Μ是否位於陰影錐34之中，計算光㈣，以及觀察者36 進入點33和離開點37的次數。如果進人點μ和離開㈣的 次數相等則不在陰影中。舉例來說，從觀察者％到畫素則 光,35具有—次進入點33而沒有離開點37。因此，晝素38 就是位在陰影中。同樣的，從觀察者％出發的光線μ到達畫 素39前進入點33 一次並離開點37 一次，所以晝素外不 陰影中。 光跡追蹤相虽耗時，尤其是在多阻隔與多光源時。模板陰 影錐演算法簡化了計篁招皮 序，僅利用一模板緩衝器（stencil -版）執行簡單的輸入輸出運算，又稱為第二級模板緩衝器 或SL2。該模板緩衝器，紅2，储存並執行每一畫素資料以產 生各種功能包含模板陰影錐演算*。—畫素是否位於陰影中， "藉在陰和錐多邊形上的前平面和後平面（相對於視者或 最深平面）上進行深度測試（z-t⑻來判斷。舉例來說，如果 前平面通似侧職模板緩衝值累加，如果後Wtest 則該模板緩衡值累減r 系減（deCrement)。因此如果最後的模板值

(StendIvaIue)為零’該畫素就不在陰影中。 0608-A40446TWF 1307054 第3圖係為模板陰影錐演算法的流程圖。步驟40，初始化 清除模板緩衝器，步驟42，以漫射顏色（diffuse color)產生 場景。在步驟43中，提供資料給顏色緩衝器和深度緩衝器（又 稱為Z-buffer)。在步驟44中，該深度緩衝器和顏色緩衝器更 新關閉除了模板值留在深度緩衝器中之外。在步驟46中，對 每一道光而言，每一阻礙物皆產生一模板值，並描纟會出每一模 板值的多邊形前平面（front facing polygon )。步驟47，對於每 一被描繪了多邊形前平面的晝素累加模板緩衝值。步驟48,對 每一多邊形後平面亦執行同樣步驟，步驟49，對每一被描繪了 多邊形後平面的晝素，累減其模板緩衝值。這些累加和累減的 步驟稱為模板陰影錐程序。步驟50，具有非零模板值的物體即 位在陰影中，並據以描繪。步驟52，具有模板值為零的物體即 不在陰影中，故以鏡面顏色（specular color )描繪。此步驟又 稱為鏡面著色程序。如第1圖所示，晝素轉換器22計算出顏 色資訊之後，儲存在顯示緩衝器24 ( frame buffer )中。 如第2圖所示，該畫素38的模板緩衝值被累加了 一次， 因進入點33陰影錐多邊形前平面的次數為一，且沒有通過任 何陰影錐多邊形後平面所以模板緩衝值未被累減。於是晝素38 的模板緩衝值不為零。同樣的，晝素39進入點33，模板緩衝 值加一，並離開點3 7，模板緩衝值減一。因此描繪時以鏡面顏 0608-A40446TWF 9 1307054 色描緣。本例僅包含單一障礙物和單一光源，但本模板陰影錐 廣算法可適用於多障礙物與多光源的場合。 第4圖係為習知的壓縮深度資料（z_data)處理單元，又 稱為ZL1。利帛ZL1處理—區塊或一瓦片的深度資料，可以增 進系統效能。瓦片中有些畫素的深度f料超過zu的壓縮格式 範圍，需由另-畫素深度資料處理單元（又稱為ZL2)處理。 ZL1和ZL2通常代表第一階深度緩衝器和第二階深度緩衝 器。這類演算法又有各種名稱，例如Hyper z和Heirarchy z Buffer。這兩階深度緩衝器可以為更大處理單元和最小顆㈣ 存更兩階深度資訊，例如一瓦片（tile)，或螢幕上的一畫素。 ZL1的其中一項好處是在描繪管線（rendering pipeiine)中可 以減低計算深度資料的複雜度。 一瓦片產生器60為複數畫素組成的一瓦片產生瓦片資料 (tile data)’例如八乘以八，並傳送一要求至一 zu快取記憶 體64。該瓦片資料被送至一壓縮深度資料處理單元（zli) 62。 該ZL1 62亦與該ZL1快取記憶體64溝通。對於深度資料不能 被ZL1 62處理的晝素’則由晝素深度資料處理單元（μ) 搭配ZL2快取記憶體68處理。在本例中該ZL1 62 一週期可以 拒絕多達64晝素，而未被拒絕的晝素則標上「接受」或「重 試」以減輕ZL2 66的流量。 0608-A40446TWF 10 ⑧ 1307054 雖然ZLl 62降低了 ZL2 66的記憶體讀取流量，對解決模 板運算並不算是很有效率。當進行模板運算時，ZL1 62將所有 晝素標上「重試」以確保每一模板運算不會遺漏。被拒絕的畫 素亦會對ZL2 66發出模板運算要求。因此在模板運算期間， ZL1 62必須耗費大量流量以濾除該結果。 當一 ZL1瓦片（子瓦片）在深度比對（Z-compare)功能 之後被接受或拒絕，這個現象尤其明顯。因為即使該子瓦片通 過Z-test，模板運算依然進行，ZL1 62必須將該子瓦片從接受 狀態切換成重試狀態，並傳送至ZL2 66。這時ZL2 66和該模 板緩衝器SL2結合，使ZL2/SL2處理單元為32位元，包含24 位元深度值和8位元模板值。在接受和拒絕狀態下，為了那8 位元的模板值，整個32位元的深度值/模板值必須全部被讀 取。導致記憶體流量效率極差。其中一種解決方法是使用個別 的模板緩衝器和深度緩衝器，使記憶體要求量降至極小。舉例 來說，對八個畫素而言，對一 8位元模板值的晝素的記憶體要 求只需要64位元，造成很大的記憶體流量浪費。 【發明内容】 本發明的一實施例提供一電腦繪圖裝置，以增進模板陰影 錐運算（stencil shadow volume operation)的效能。該電腦繪 圖裝置包含一壓縮模板緩衝器以及一壓縮模板緩衝器快取記 憶體。其中該模板緩衝器包含一壓縮模板陰影錐紀錄，對應一 0608-A40446TWF 11 1307054 - 組畫素。該壓縮模板陰影錐紀錄包含一瓦片參考模板值（tile reference stencil value)。該組晝素包含一瓦片，該瓦片包含複 數子瓦片，每一子瓦片包含複數區塊（block )。該壓縮模板陰 影錐紀錄更進一步包含複數區塊參考值，對應於每一區塊。該 壓縮模板陰影錐紀錄更進一步包含複數畫素級差值（pixel delta value)，每一晝素級差值對應該瓦片中的一畫素。該壓縮模板 陰影錐紀錄更進一步包含複數子瓦片修改旗號位元（suMile ® dirty bit)，每一子瓦片修改旗號位元對應該瓦片中的一子瓦 片。一畫素模板值包含該等子瓦片修改旗號位元其中之一，該 瓦片參考模板值，該等區塊參考值其中之一，以及該等畫素級 差值其中之一。

本發明的另一實施例提供一繪圖系統，包含一第一模板緩 衝器’用於-組畫素的一模板陰影雜運算，其令該組晝素包含 一瓦片。該第—模板緩衝器更進-步用於運算該組晝素中一畫 素的模板。該_系統亦包含―、㈣處理器，用以產生一陰 影效果’其中該陰影效果係透過該模板陰影錐運算產生，該綠 圖處理^儲存—瓦片模板紀錄於該第-模板範衝器中。該緣圖 系統更包含一第-模板緩衝器快取記憶體，耦接該第-模板緩 衝。該續"圖糸纪苗& 系統更進一步包含-第-深度緩衝器（depth buffe )肖以儲存一瓦片深度紀錄。該繪圖系統更進—步包含 一第二深度緩衝器’用以健存一畫素深度紀錄，以及—第二模

0608-A40446TWF 12 1307054 板緩衝器’用以儲存一畫素模板紀錄。其中該第二深度緩衝器 和該第二模板緩衝器結合，該晝素模板紀錄和該晝素深度紀錄 結合。該繪圖系統，更進一步包含複數子瓦片，包含該瓦片， 以及複數區塊’包含該等子瓦片其中之一。其中該瓦片模板紀 錄更進一步包含一瓦片參考模板值，複數區塊模板值，各對應 該等區塊其中之―’複數晝素級差值’各對應該瓦片中之一晝 素’以及複數子瓦片值’各對應該瓦片中複數子瓦片其中之一。 本發明的另一實施例提供一種繪圖方法，用於運算模板陰 影錐，包含下列步驟。首先，產生一瓦片模板陰影紀錄，一晝 素模板陰影紀錄，以及一瓦片三角值。最後利用該瓦片模板陰 影紀錄和該晝素模板陰影紀錄進行一模板陰影錐運算。其中複 數畫素包含一區塊，複數區塊包含一子瓦片，複數子瓦片包含 一瓦片，以及該瓦片模板陰影紀錄包含每一區塊的模板資料。 本發明的另一實施例提供—陰影產生方法，用於一電腦繪 圖系統’包含下列步驟。首先，求得一子瓦片，用於壓縮，該 子瓦片關聯於一壓縮深度資料緩衝器。接著選擇性地將該子瓦 片凊掃至畫素冰度-貝料/模板緩衝器，該子瓦片在一壓縮模板 緩衝器中並無壓縮。最後在一壓縮模板緩衝器中進行模板陰影 錐運算。其中該求得子瓦片的步驟更進κ貞測—子瓦片狀 態。其中該子瓦片狀態包含「重試」、「拒絕」和「接受」。

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1307054 本發明的另一實施例提供一繪圖方法，使電腦繪圖系統在 模板陰影錐運算時合併壓縮模板資料至一晝素模板緩衝器，包 含下列步，驟。首先判斷一+瓦片滿足一第一條件或一第二條 件/、中該第一條件包含子瓦片過低（underflow )，該第二條 件包含子瓦片滿溢（overflow)。當該第一條件或第二條件其中 之一符合時’將一子瓦片狀態從「接受」改變為「重試」。接 著設定一子瓦片合併遮罩，用以確認在一壓縮模板緩衝器中的 壓縮模板資料，以清掃（flush)至一晝素模板緩衝器。接著合 併該壓縮模板資料至該畫素模板緩衝器，藉此產生一結果，為 該壓縮模板資料和該晝素模板緩衝器的模板資料總和。最後重 置該壓縮模板緩衝器中的一子瓦片修改旗號位元，使其值為 零’以及清除該壓縮模板緩衝器中的壓縮模板值。 【實施方式】 第5圖係為本發明實施例的基本架構圖。一電腦繪圖裝置 500中包含一繪圖處理器510和記憶體520。該記憶體520也 可以是系統或主記憶體，與該繪圖處理器510搭配使用。該記 憶體520中特定的位址用做為深度緩衝器53〇，以及模板緩衝 器540。該深度緩衝器53〇和模板緩衝器54〇資料結構亦可結 合成一單一緩衝器550。舉例來說，該資料紀錄是32位元，其 中的24位元是深度值，而8位元是模板值。該單一緩衝器550 儲存每一畫素的紀錄。

0608-A40446TWF 1307054 δ己憶體520中另有特定位址做為壓縮深度緩衝器ZL1 560,用以儲存一組畫素的深度資料（z_data) 562。該組畫素 可以疋一瓦片，一子瓦片或複數瓦片。此外該記憶體52〇包含 壓縮模板緩衝器SL1 570 ’用以儲存一瓦片的畫素中的模板值 572。一瓦片的畫素可以是8乘以8，8乘以16或其他比例， 視所需要的效能而定。 繪圖處理器510中包含一快取記憶體5〗2做為壓縮模板緩 衝器SL1 570，和一快取記憶體511用於壓縮深度緩衝器ZL1 560，各用以儲存壓縮深度緩衝器ZL1 560和壓縮模板緩衝器 SL1 570紀錄。繪圖處理器510亦包令—快取記憶體514，用以 儲存單一緩衝器550紀錄。該等快取記憶體512，快取記憶體 511和快取記憶體514又稱為SL1，Z11和ZL2/SL2。繪圖處理 器510更進一步包含邏輯電路電路516，用以在模板陰影錐運 算中控制壓縮深度緩衝器ZL1 560，壓縮模板緩衝器SL1 570， 冰度緩衝器530和模板緩衝器540。該邏輯電路電路516亦可 進行深度和模板陰影資料的壓縮。該邏輯電路電路516可更進 一步產生未壓縮模板陰影資料542。此外，該邏輯電路電路516 可選擇性的合併關聯於壓縮模板緩衝器SL1 570和模板緩衝器 540的模板值572和未壓縮模板陰影資料542。 第6圖係為一瓦片格式的實施例。該瓦片610包含64個 晝素640 ’以8乘以8方式排列。該瓦片610亦分為四個子瓦 0608-A40446TWF 15 ⑧ 1307054 - 片620，各包含8乘以2個畫素。該瓦片610可以更進一步分 割成16個區塊630，各包含2乘以2個晝素。 第7圖係為壓縮模板緩衝器SL1 570資料紀錄格式的實施 例。在壓縮模板緩衝器SL1 570中的模板值572包含每一瓦片 610的紀錄’對應壓縮深度緩衝器ZL1 560中每一瓦片。該資 料紀錄格式700代表一個8乘以8的瓦片610，其中分為四個 8乘以2的子瓦片620。該瓦片610更進一步分成16個2乘以 ί 2的區塊630。該資料紀錄格式700包含一 8位元參考值710 用於該瓦片，一 3位元參考值720用於該16個區塊630，以及 1位元三角值730用於每64個晝素，和1位元修改旗號位元 740用於每個子瓦片。 該區塊資料以4位元的半位元組（nibble )以及3位元的 進位位元（carry)表示。該4位元各代表該區塊中每一畫素的 畫素級差值（pixel delta value)。該3位元進位位元代表該區塊 ί 的參考值。該資料格式係基於對於統計上某個比例畫素而言， 相鄰兩畫素的模板值差異通常不大一。雖然相鄰兩畫素的模板 值差異在SL1中不能大於1 ’使用下列編碼方式的晝素卻能達 到動態範圍-4到+4。 0608-A40446TWF 16 1307054 表1 區塊參考值 畫素級差值=0 畫素級差值=1 —_ 000 -4 -3 __ 001 -3 -2 -_ 010_ 011 ---\-- ---Λ______ 0 __100 0 + 1 __ 101 + 1 +2 __110 +2 ._ 111 +3 +4

第8圖係為在ZL1中偵測子瓦片狀態的邏輯電路之實施 例。在步驟800中檢查該子瓦片的D_Mask位元值。該D 係為該ZL1紀錄中的一個位元，用以表示該子瓦片是否需要描 繪。在步驟810中，如果該D_Mask的值是零，則跳至步驟86〇, 將該子瓦片的狀態設為拒絕。反之跳至步驟82〇，檢查該子瓦 片的T—Mask值。在步驟830中，如果該τ—Mask的值為〇，則 跳至步驟850，將該子瓦片的狀態設為接受。反之如果該 T_Mask的值為卜則跳至步驟84〇，將該子瓦片的狀態設為重 試。這些狀態係用來判斷該子瓦片是否適合su運算。 第9圖係為本發明其中一實施例。其中在模板陰影錐運算 中的壓縮模板緩衝器，SL1可以有許多不同的實作手法，本發 明之精神並不限定於此。在步驟912中，在判斷子瓦片深度資 料的狀態為「重試」、「接受」和「拒絕」之後，則判斷該子瓦 片是否需要經過SL1處理。在步驟914中，如果該子瓦片為重 試，則表示該子瓦片不適合SL1處理，步驟跳至93〇，由sl2 0608-A40446TWF 17 1307054 進行畫素或區塊等級的處理。反之，如果狀態為「拒絕」或「接 欠」，則判定為適合SL1處理，跳至步驟916,判斷該子瓦片資 訊疋否可以壓縮。判斷原則是檢查SL1是否足夠容納該子瓦片 資料。如果不能壓縮，跳至步驟918，將該子瓦片模板資料清 掃至SL2 ^如果該子瓦片資料可以根據SL1資料紀錄格式壓縮 至SL1，在步驟941中，在su中對該子瓦片進行模板運算。 在步驟940中，在SL1中對該子瓦片進行模板運算時，一 ^ SL1處理器92〇，發出一 su要求至似快取記憶體922，並 將該子瓦片模板紀錄的快取資訊放入SL1 FIFO堆疊中924 中。該SL1運算器926進行模板陰影錐演算法的累加和累減運 算，並合併壓縮資料至SL2 930。此外，該SL1運算器926檢 查模板資料紀錄的滿溢或過少狀態，以避免資料錯誤。 第10圖係為SL1預處理程序的實施例。在步驟1〇1〇中， ZL1中的子瓦片已知皆具有接受或拒絕狀態，並需要sli紀 ^ 錄。在步驟1020中，對SL1快取記憶體執行快取命中測試， 而SL1進入點則存入一 FIF〇堆疊以補償記憶體存取的延遲。 在步驟1030中’如果快取命中測試的結果是失誤，則在步驟 1040中產生一 SL1記憶體要求。步驟1〇5〇, su進入堆疊。 第11圖係為在SL1中累加運算的實施例。步驟111〇中， 根據模板資料紀錄的格式判斷該瓦片參考值是否位於最大 值。如果是，在步驟1120中，該SL1將整個瓦片的模板資料 0608-A40446TWF 18 1307054 清掃至SL2使模板運算得以進奸—畫素等級。如果否，在步 驟1140中，判斷是否每一瓦片具有「接受」狀態。如果每一瓦 片皆為接受狀態，則在步驟1130中，累加瓦片參考值完成累 加運算程序。如果並非全部為接受狀態，則在步驟⑽中，檢 查每-區塊的滿溢狀態。如果有任何一區塊中的晝素為滿溢狀 態，則該區塊為滿溢狀態。在步驟中，如果區塊中沒有任

何畫素滿溢，則累加該子瓦片。在步驟117〇中，任一子瓦片的 該模板資料若具有滿溢狀態’則被清掃至SL2供模板運算。例 如’在晝料級上的運算可在—區塊或其他賴電路畫素组上 進行。 考慮一子瓦片在壓縮模板緩衝紀錄中的累加運算，瓦片參 考值界於最小和最大值之間，而瓦片被切割為四個子瓦片，A， B，C和D。假設子瓦片c因為其中16個區塊中至少一個過少 而不具有接受狀態，而該瓦片中其他區塊沒有過少狀態。再假 s免子瓦片D因為其中16個區塊中至少一個滿溢而不具有接受 狀態，而該瓦片中沒有其他區塊滿溢。因子瓦片A，B*C不 具有滿溢區塊，對應該等區塊的區塊參考值被累加。因子瓦片 D沒有累加’則子瓦片D中所有畫素的模板值被清掃至晝素模 板緩衝器。 第12圖係為本發明實施例之一的SL1累減運算。在步驟 1210中’根據該模板資料紀錄的格式判斷瓦片參考值是否位於 0608-A40446TWF 19 ⑧ 1307054 ' 最小值。如果瓦片參考值是最小值，則在步驟1220中，SL1 將整個瓦片的模板資料清掃至SL2。如果瓦片參考值不是最小 值，則在步驟1240中，檢查瓦片中每個子瓦片是否具有接受 狀態。如果瓦片元全疋接受狀態’在步驟1230中，該瓦片參 考值被累減’完成累減運算。如果瓦片不完全是接受狀態，則 跳至步驟1250,檢查過少狀態。如果有任何區塊中的畫素為過 少狀態’則該區塊為過少狀態。如果沒有任何區塊為過少狀 ® 態’則跳至步驟1260 ’累減該子瓦片。在步驟1270中，任何 具有過少狀態區塊的子瓦片，被清掃至SL2。 以上述實施例中的壓縮模板緩衝器紀錄考慮累減運算。因 子瓦片A，B和D不具有任何滿溢區塊，在子瓦片中所有區塊 中的區塊參考值被累減。子瓦片C因為一個區塊參考值過少而 不能被累減，該子瓦片C中所有畫素的模板值被清掃至該畫素 模板緩衝器。如果上述瓦片中所有子瓦片皆具有接受狀態，則 ^ 該瓦片參考值根據對應的累加和累減運算而改變。 如上所述’當SL1中一子瓦片修改旗號位元被設定，該SL1 資料被合併至SL2。該合併運算求出SL1和SL2中該模板值的 最終分布狀況。合併運算可以在模板陰影錐程序或鏡面著色程 ' 序進行。在模板陰影錐程序中，如第13圖所示，步驟1310， • 判斷該子瓦片是否滿溢或過少。在步驟1320中，如果判斷結 果為真’則該子瓦片狀態轉換為重試。此外，在步驟13 3 〇中， (S) 0608-A40446TWF 川 1307054 產生一 SM_Mask，用以從SL1和SL2中合併資料。該SM_Mask 係為一額外遮罩，由SL1所輸出，用以指出該SL1和SL2是否 要合併。最後的值，即SL1+SL2，在步驟1340中寫入SL2。在 ' 步驟1350中，如果資料已合併至SL2，則該SL1子瓦片修改 * 旗號位元重置為零，以代表該子瓦片已清乾淨，在步驟1360 * 中，藉此將該子瓦片模板值清除。動態合併法降低了每一子瓦 片滿溢和過少的機率。 • 第14圖係鏡面著色程序的實施例，一 ZL1中的位元控制 SL1和SL2合併運算的觸發機制。步驟1410,開始。步驟1420， 檢查ZL1中的SL1瓦片修改旗號位元是否設定，步驟1430， 檢查SL1子瓦片修改旗號位元是否設定。如果上述步驟皆肯定 答案，則在步驟1440中設定SM_Mask以通知ZL2進行SL1 和SL2的合併。接著在步驟1450中，在模板比對之前進行SL1 和SL2的合併，最後在步驟1460中將SL1和SL2的總和寫入 ® SL2。 SL1和S12的合併，由SM_Mask位元的設置而表示。第 15圖係為一般合併程序的實施例。在步驟1510中，從SL1中 讀取該SM_Mask的值。在步驟1530中，如果該SM_Mask的 . 值是零，則跳至步驟1520，沒有任何事情發生。反之，如果 . SM_Mask的值是一，則在步驟1540中，產生該SL1和SL2的 總和，並在步驟1550中將最後值寫入SL2。 0608-A40446TWF 21 1307054 第16圖代表本發明模板陰影錐運算時壓縮模板緩衝器的 實施例。在步驟1610中，產生一瓦片模板陰影紀錄，對應一 瓦片，其中該瓦片又分割為複數子瓦片，其中子瓦片再分割為 複數區塊，包含數個晝素。此外’在步驟162〇中，搭配瓦片 模板陰影紀錄，產生一晝素模板陰影紀錄以容納每一晝素的模 板陰影值。在子瓦片模板資料超過該瓦片模板陰影紀錄容量的 情況下，該畫素模板陰影紀錄是必要的。此外，在步驟1630 中，產生一瓦片深度紀錄，對應該瓦片模板陰影紀錄中畫素的 深度資料。在步驟1640中，盡可能利用瓦片模板陰影紀錄執 行模板陰影錐運算》若該瓦片模板陰影紀錄不能容納該模板陰 影運算’則該運算在畫素等級利用晝素模板陰影紀錄而進行。 以上提供之實施例已突顯本發明之諸多特色。本發明雖以 較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何 熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可做各 種的更動與潤飾。。 【圖式簡單說明】 第1圖為習知繪圖管線方塊圖； 第2圖為習知陰影錐的二維表示圖； 第3圖為習知模板陰影錐運算的方塊圖； 第4圖為習知壓縮z緩衝器的方塊圖； 第5圖為本發明實施例之一的繪圖系統；

0608-A40446TWF 22 ⑧ :1307054 第6圖為本發明實施例所使用的瓦片格式； 第7圖為本發明實施例之一的壓縮模板緩衝資料格式； 第8圖為本發明實施例之一的ZL1子瓦片狀態偵測邏輯電 路； 第9圖為本發明壓縮模板緩衝器運算的實施例； 第10圖為本發明實施例的SL1預處理步驟； 第11圖為本發明實施例的SL1累加運算； 第12圖為本發明實施例的sli累減運算； 第13圖為本發明實施例的模板陰影錐程序合併運算； 第14圖為本發明實施例的球面色彩合併運算； 第15圖為本發明實施例的壓縮模板緩衝器合併運算；以 及 第16圖為本發明實施例的模板陰影錐運算中的壓縮模板 緩衝器。 【主要元件符號說明】 10、 “電腦主機 12〜 命令串列 14〜 解譯器 16〜 頂點轉換器 18〜 點陣轉換器 16〜 深度測試器 22〜 畫素轉換器 24〜 繪圖緩衝器 30〜 光源 35〜光線 31〜 光線 32〜 障礙物 0608-A40446TWF 23 1307054 34- 〜陰影錐 38〜晝素 39- -晝素 33〜進入點 37- -離開點 60〜瓦片產生器 62- /壓縮深度資料處理單元ZL1 510〜繪圖處理器 512〜快取記憶體 516〜邏輯電路電路 530〜深度緩衝器 550〜單一緩衝器 64〜ZL1快取記憶體 66〜晝素深度資料處理單元ZL2 68〜ZL2快取記憶體 500〜電腦繪圖裝置 511〜快取記憶體 514〜快取記憶體 520〜記憶體 540〜模板緩衝器 560〜壓縮深度缓衝器ZL1 562〜深度資料 570〜 壓縮模板缓衝器SL1 5 7 2〜模板值 610 〜瓦片 620〜子瓦片 630〜 區塊 640〜晝素 700〜 資料紀錄格式 710〜8位元參考值 720〜 3位元參考值 730〜1位元三角值 740〜1位元的修改旗號位元 24

0608-A40446TWF

Claims (1)

1307054 修正本 十、申請專利範圍： 1. 一電腦繪圖裝置，包含： 一壓縮模板緩衝器；以及 一壓縮模板緩衝器快取記憶體； 其中該壓縮模板緩衝器包含一组晝素的一壓縮模板陰影 錐紀錄。 2 .如申凊專利範圍第工項所述之裝置，其中該壓縮模板 ® 陰影錐紀錄包含一瓦片參考模板值。 3·如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中： 該組晝素包含一瓦片； 該瓦片包含複數子瓦片；以及 每一子瓦片包含複數區塊。 4 ·如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中該壓縮模板 陰影錐紀錄更進一步包含複數區塊參考值，其分別對應於每一 B區塊。 5.如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中該壓縮模板 陰影錐紀錄更進一步包含複數晝素級差值，在此一晝素級差值 對應該瓦片中的一畫素。 6 ·如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該壓縮模板 陰影錐紀錄更進一步包含複數子瓦片修改旗號位元，在此每一 子瓦片修改旗號位元對應該瓦片中的一子瓦片。 7 · 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中一畫素模板 25 1307054 ..魏. 值包含： 該等子瓦片修改旗號位元其中之一； 該瓦片參考模板值； 該等區塊參考值其中之一；以及 該等晝素級差值其中之一。 8 ·—繪圖系統，包含·· :第—模板緩衝器，用於一組畫素的—模板陰影錐運算， 其中β亥組晝素包含一瓦片，並且該第一模板緩衝器更進—步用 ;旦素的種模板運算，該畫素是該組晝素中之—； ，一纷圖處理器1以產生一陰影效果，其中該陰影效果係 透過該模板陰影錐運算產生； 、、、曰圖處理器的邏輯雷拉闲 料路心儲存—瓦片模板纪錄於該 第一杈板缓衝器中；以及 一第—模板緩衝器快取記憶體’其用以與第—模板 通信。 ° 9.如申請專利範圍第8項所述之系統，更進-步包含一 第一深度緩衝器，用以儲存-瓦片深度紀錄。 10·如巾請專利範圍第9項所述之系統，更包含： 冰度緩衝器’用以儲存一畫素深度紀錄；以及 =二模板緩衝器’用以儲存一晝素模板紀錄，其中 / 緩衝益和邊第二模板緩衝器結合，該晝素模板 26

1307054 r'.'.:.'..——.-- ’ L9^. m. 紀錄和該畫素深度紀錄結合。 η·如專利範圍第1Q項所述之系統，更包含： 複數子瓦片，對應於該瓦片；以及 複數區塊，對應於該等子瓦片其中之一。 12.如專利範圍第11項所述之系統，其㈣瓦片模板紀 錄更進一步包含： 一瓦片參考模板值； ’複數區塊模板值，分別對應該等區塊其中之一，· 複數晝素級差值’分別對應該瓦片中之一晝素；以及 複數子瓦片值，各對應該瓦片中複數子瓦片其中之一。 13. 如專利範圍第1Q項所述之系統，更進—步包含動態 清除邏輯電路，用以將一瓦片模板紀錄選擇性地清掃至該第二 模板缓衝器，其中該瓦片模板紀錄在該第一模板緩衝器中並無 壓縮。 14. 一模板陰影錐運算的方法’用於計算機繪圖系统中， 包含： 產生一瓦片模板陰影紀錄； 產生一畫素桓板陰影紀錄； 產生一瓦片深度值紀錄；以及 執行模板陰影錐運算，其中該模板陰影錐運算利用該瓦片 模板陰影紀錄’該模板陰影錐運算還利用該畫素模板陰影紀 27 1307054 錄。

為彥,正雜頁 1 5 .如申請專利範圍第14項所述之方法，其中： 複數畫素對應於一區塊； 複數區塊對應於一子瓦片； 複數子瓦片對應於一瓦片；以及 該瓦片模板陰影紀錄包含每一區塊的模板資料。 16.如申請專利範圍第15項所述之方法’更進_步包含 一種將一瓦片模板陰影紀錄選擇性地清掃至一晝素模板緩衝 器的方法。 1 7 .如申凊專利範圍第15項所述之方法，更進一步包含 所述瓦片中每一子瓦片的模板資料。 I8.如申请專利範圍第17項所述之方法，更進一步包含 該瓦片中每一畫素的模板資料。 19 .如申請專利範圍第8項所述之方法，更進一步包含 一瓦片參考值。 20，一陰影產生方法，用於一電腦繪圖系統，包含： 求得一子瓦片，用於壓縮，該子瓦片關聯於—壓縮深度資 料緩衝器； 選擇性地將該子瓦片清掃至—晝素深度資料/模板緩衝 器’該子瓦片在-壓縮模板緩衝器中並無墨縮；以及 在一壓縮模板緩衝器中進行模板陰影錐運算。 28 1307054 ¥ 雜戽)正替換頁 2 1 ·如申請專利範圍第2 〇項所述之方法，其中該求得子 瓦片的步驟更進一步包括偵測一子瓦片狀態。 22·如申請專利範圍第項所述之方法，其中該子瓦片 狀態包含「重試」、「拒絕」和「接受」。 2 3 ·如申凊專利範圍第2 2項所述之方法，其中清掃步驟 更進步包含如果該子瓦片狀態為「拒絕」，則將該子瓦片清 掃至該晝素深度資料/模板緩衝器。 2 4 .如申請專利範圍第2 2項所述之方法，其中偵測該子 瓦片狀態的步驟更進一步包含： 項取~第_遮罩值’其中如果該第—遮罩值為―，則該子 瓦片狀態為「拒絕」；以及 項取第_遮罩值’其中如果該第二遮罩值為則該子 瓦片狀態為「重試」；以及 如果该第二遮罩值為零，則該子瓦片狀態為「接受」。 5 .如申清專利範圍第2〇項所述之方法，其中求得該子 瓦片的步驟更進—步包含判斷該子瓦片的—模板資料是否為 一可壓縮格式。 26.如中請專利範圍第&項所述之方法，其中該清掃子 瓦片的步驟包含： =子瓦片狀態為「拒絕」時清掃該子瓦片；以及 、子瓦片的3峨板資料不可壓縮時清掃該子瓦片。 29

27.如申請專利範圍第26項所述之方法 1307054 模板陰影錐運算之步驟包含預處理該子瓦片 其中，該進行 此，並發送一要求至一壓縮模板緩衝器快取記憶體 的該模板資料；在 以及將該 壓縮模板緩衝器快取記憶體的資料儲存於一先進先出壓縮模 板緩衝器中。 28.如申請專利範圍第27項所述之方法其中該進行模 板陰影錐運算之步驟更進一步包含： 選擇性地累加一壓縮模板紀錄；其中 如果一瓦片參考值為最大值，則該壓縮模板紀錄不累加。 29·如申請專利範圍第28項所述之方法，更進一步包含： 如果一瓦片中每一子瓦片狀態為「接受」，則累加該瓦片參考 值；以及 如果該瓦片中任何一子瓦片狀態為「拒絕」，則檢查該子瓦 片中的每一區塊是否滿溢。 3 0 .如申請專利範圍第2 9項所述之方法，更進一步包含： 如果該子瓦片中無任何區塊滿溢，則累加子瓦片參考值。 3 1 .如申請專利範圍第2 7項所述之方法，其中該進行模 板陰影錐運算之步驟更進一步包含： 選擇性地累減一壓縮模板紀錄；但其中如果一瓦片參考值 為最小值，則該壓縮模板紀錄不累減。 32·如申請專利範圍第31項所述之方法，更進一步包含： 30 1307054 r - ' # f |,Φ正雜頁 如果一瓦片中每一子瓦片狀態為「接受」，則累減該瓦片參 考值；以及 —如果該瓦片中任—子瓦片狀態為「拒絕」，則檢查該子瓦片 中每一區塊是否過低。 I如中請專利範圍第32項所述之方法，更進—步包含： 如果該子瓦片中無任何區塊過低，則累減子瓦片參考值。 34. -種在模板陰影錐運算時合併壓縮模板資料至一畫 素模板緩衝器的方法，用於電腦綠圖系統，該方法包含： 判斷一子瓦片是否滿足一第一條件或一第二條件，其中該 第-條件包含子瓦片過低，該第二條件包含子瓦片滿溢； 當該第一條件或第二條件其中之一符合時，將一子瓦片狀 態從「接受j改變為「重試」； 5又疋一子瓦片合併遮罩，用以確認在一壓縮模板緩衝器中 的壓縮模板資料，以清掃至一畫素模板緩衝器； 合併該壓縮模板資料至該畫素模板缓衝器，#此產生一結 果’為该壓縮拉板貧料和該畫素模板緩衝器的模板資料總和； 重置該壓縮模板緩衝器中的一子瓦片修改旗號位元，使其 值為零；以及 清除s亥壓縮模板緩衝器中的壓縮模板值。 35·如中請專利範圍第34項所述的方法，其中該合併步 驟包含： 31

從該壓縮模板資料中讀取該子瓦片合併遮罩 1307054 如果該子瓦片合併遮罩為零，則忽略該壓縮模板資料.' 及 如果該子瓦片合併遮罩為一，則合併該壓縮模板資料至該 晝素模板緩衝器。 3 6. 種在鏡面色衫運算時合併壓縮模板資料至—查素 模板緩衝器的方法，用於电脑繪圖系统中，包含： 讀取一瓦片修改旗號位元，若該瓦片修改旗號位元為零， 則不執行合併運算； 、讀取-子瓦片修改旗號位元，如果該子瓦片修改旗號位元 為零’則不執行合併運算； 設定-子瓦片合併遮罩，用以確認壓縮模板資料，以及予 以清掃； 合併該壓縮模板資料和晝素模板資料；以及 將該壓縮模板資料和書素掇拓次 重I棋板貝枓的總和寫入該晝素模 板緩衝器。 32