TWI475513B - 用於即時光度相依細分的方法和裝置 - Google Patents
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Description
本發明係有關於即時光度相依細分技術。
在現代圖形處理中,用以提供較詳細細節的一通用技術是將一場景的每一多邊形細分成多個多邊形以提高解析度。典型的細分演算法在每模型或每場景的基礎上發揮作用以將整個模型細分至一給定的細分等級。結果是連沒被照亮的區域中都有太多細分。某些系統使用一靜態精細度位準(level of detail,LOD)切換器來改變依賴於距一攝影機的距離的細分等級。離攝影機較近的物件使用一靜態精細度位準,其將該幾何圖形表示成一想要的品質等級。然而,大量的幾何圖形需要被從諸如一中央處理單元(CPU)之處理器發送到一圖形處理器(例如一圖形處理單元(GPU))。例如,目前的LOD技術使用3-5個靜態精細度位準網格。然而,這在多邊形為至關重要的地方沒有放上多邊形,且此種演算法沒有考慮場景相依屬性,像物件是否被照亮、是否在另一物件的後面等等。
依據本發明之一實施例,係特地提出一種方法,其包含以下步驟:接收與要被顯現成一網格的一場景之多個多邊形相對應的幾何資料;對於每一多邊形,計算一光度度量且比較該光度度量與一預定臨界值;及如果該光度度量
大於該預定臨界值,則將該多邊形細分成多個經細分多邊形,否則即不細分該多邊形且輸出用於該多邊形的該幾何資料到一顯現引擎。
依據本發明之另一實施例,係特地提出一種裝置,其包含:一處理器,該處理器用以接收與要被顯現成一網格的一場景之多個多邊形相對應的幾何資料;對於每一多邊形,計算一光度度量及比較該光度度量與一預定臨界值;及如果該光度度量大於該預定臨界值,則將該多邊形細分成多個經細分多邊形。
第1圖是根據本發明的一實施例的一方法的一流程圖。
第2圖是根據本發明的一實施例產生的一結果場景的一圖形表示。
第3圖是根據本發明的一實施例的一系統的一方塊圖。
在各種實施例中,視點相依細分可以在一圖形管線裏被執行。以這種方式,實施例可以利用諸如一幾何著色器(shader)之硬體特徵及串流輸出(streamout)能力來實施細分。較特定地,實施例可以執行一逐個場景(scene-by-scene)圖框相依演算法以允許頻寬及計算資源的最佳分配從而使幾何圖形位於具有最有利於視覺效果的該場景中。這與在一每模型基礎上實施的一細分核心形成對比。為了進一步減小頻寬,實施例沒有細分隱藏在其他幾何圖形後面、不
面向畫面,或在一硬陰影下的圖形。在軟陰影、半透明,或霧籠罩的區域中,細分仍然可以被執行,但只被執行至一較低的場景及背景相依解析度。最終結果是在多邊形為至關重要的地方放上多邊形。實施例也可以利用一頻寬受限的架構可以存在的這個事實(即瓶頸是記憶體階層,而不是執行資源),因此,執行頻寬可以被交換給圖形記憶體以減小記憶體頻寬。
除其他以外,一最終影像中的任何物件的視覺保真度還與被顯現(render)的此物件的面的數目是成比例的。表面細分允許在不增加記憶體頻寬需求的情況下動態地控制面的數目。在虛擬世界中,有許多因素影響自一物件彈出且到達一觀察者眼睛的射線的數目(或換句話說-射線的強度)。到達該觀察者眼睛的這些射線及它們攜帶的能量使一特定物件比其他的更清晰可見。如果自一物件的表面彈出後到達觀察者眼睛的能量越多,則期望該物件的表面的部分越清晰可見,且因此需要更多面代表該物件的表面的此部分。在這種情況下,表面細分可被用於微調鑲嵌過程(tessellation)。
在某些實施例中,用以動態控制多邊形之細分的演算法可以基於鏈接真實感之一度量與該等多邊形的面的數目的一組方程式。特別地,根據下面的方程式1.1-1.4,一演算法可以被執行:真實度=F(到達觀察者眼睛的能量) [EQ.1.1]
真實度=k*用於代表物件的表面的面的數目 [EQ.1.2]
其中k是一常數,且可以對應於一任意數。
面的數目=常數*細分度 [EQ.1.3]
從EQ.1.1、1.2及1.3,可以推導出:細分度=K*F(到達觀察者眼睛的能量),其中K=1/(k*常數)
[EQ.1.4]
到達觀察者眼睛的能量是許多參數的函數,某些是場景相依的,例如陰影、沿著朝觀察者的方向的物件的透明度、物件距觀察者的距離,而某些是場景無關的參數,像霧、周圍光線等。
動態參數使得利用靜態方法(像精細度位準技術(LOD))變得非常難,在該精細度位準(LOD)中,規劃器只顯現較高或較低的解析度模型。許多參數(像陰影)不僅在顯現以前是未知的,而且在整個場景中不是常數。換句話說,在陰影中的物件不像被照亮的那些物件傳送那麽多能量。像投射在物件的部分上的陰影,或被半透明物件部分地遮蔽的物件的情況使得需要用比物件的其他部分高的網格解析度顯現物件的某些部分。
實施例使自身很好地遵從此類關於細分度的動態決定。實施例能以多邊形-級別粒度而不是物件-級別粒度發揮作用。因此,在一實例中,對於一給定的多邊形,方程式1.4可以被表達為:細分度=G(陰影、半透明物件、霧、距觀察者的距離、距點光源的距離) [EQ.1.5]
其中G是返回從0到‘最大細分等級’的一整數的一函數。在某些實施例中,這最大值可以是4或5。
使用本發明的實施例來提供表面的運行時間細分可以提供許多優點。例如,實施例可以提供低記憶體頻寬需求及低記憶體佔用區域(footprint)。而且,用於細分的決定可以在每三角形的基礎上被動態地做出,且在顯現時間產生的結果可以被用於控制該細分。以這種方式,實施例可以是GPU-中心式的,且充分利用下一代可規劃圖形硬體,且允許為一物件選擇多個細分等級。
因此,在較亮區域有較多的多邊形被顯現且在陰影區域中有較少的多邊形被顯現的一已顯現網格可以被產生。因此一光度相依細分網格可以被形成。與一習知的細分實施相比,量少得多的多邊形可被顯現,以為一完整的圖像提供相同的解析度等級。
現在參見第1圖,顯示的是根據本發明的一實施例的一方法的一流程圖。如在第1圖中所顯示,方法10可以,例如在將多邊形資料顯現成網格期間,在一圖形管線裏被執行,且在某些實施例中,方法10可以在一幾何著色器中被執行。如在第1圖中所顯示,方法10可以由獲得三角形資料(方塊20)開始。雖然關於第1圖被描述為在三角形資料上來執行,但要理解本發明的範圍不限於這方面,且根據此實施例,許多不同形狀的多邊形可以被細分且顯現。例如,此三角形資料可以從諸如一CPU之主處理器被獲得,且被儲存在一圖形記憶體中。例如可以在一圖形管線裏被接收
的已接收到的三角形資料可以被用於計算一可見度度量(方塊30)。雖然本發明的範圍不限於這方面,但是在某些實施例中,根據以上描述的方程式1.1-1.5,一可見度度量可以被計算。接著,在菱形塊40,可以判定一給定的多邊形的該已計算出的值是否大於一臨界值。雖然本發明的範圍不限於這方面,但是在某些實施例中,該臨界值是一整數值。
如果判定該已計算出的值不大於該臨界值,則控制傳遞到方塊50,在該方塊50該三角形資料可以被輸出,例如到一顯現引擎,且不再細分。因此,各種處理步驟可以被執行以顯現包括該給定的三角形的一網格。如果相反,在菱形塊40該已計算出的值大於該臨界值,則控制傳遞到方塊60,在方塊60該三角形可以被細分。例如對於每一三角形資料,細分成兩個三角形以後,控制可以傳回到方塊20以進一步處理該已被細分的三角形資料。雖然在第1圖的實施例中用特定的實施被顯示,但是本發明的範圍不限於這方面。
因此,各種實施例可以利用光度相依或以下事實:在為較高光度區域提供一足夠的細分等級的同時,透明物件後面的多邊形將需要較低的細分等級以減小頻寬。此外,實施例可以考慮諸如霧或其他條件之氛圍效果。
現在參見第2圖,顯示的是根據本發明的一實施例被顯現的一物件100的一圖形表示。如在第2圖中所描述,可以是一場景的一物件的物件100包括具有不同光度的不同區域。特定地,如在第2圖中所顯示,物件100包括一第一區
域110,該第一區域110具有自它彈到一眼睛點的最大的射線數目(即能量)。因此,如在第2圖中所顯示,區域110具有大量的代表區域110的多邊形資料之多個細分的多邊形。在第2圖中還顯示一第二區域120,該第二區域120具有較少量的射線被提供給觀察者的眼睛。因此,在區域120中,較少量的細分被執行。而且,一第三區域130具有到達觀察者眼睛的最小量的能量。因此,在區域130中,最小量的細分可以被執行。雖然在第2圖的實施例中這特定的實施被顯示,但是本發明的範圍不限於這方面。
現在參見表格1,顯示的是節省的淨百分比的範例,該節省的淨百分比可以關於使用本發明的一實施例及一習知的多邊形顯現操作被顯現的多邊形的總數被實現。如在表格1中所顯示,使用本發明的實施例,大於88%且一直到大於99%的節省可以被實現。
第3圖說明一範例系統300,在該範例系統300中實施例可以被實施。系統300可以包括一主記憶體310、一處理器
320、一資料匯流排330、一圖形記憶體340、一圖形處理器345及一圖框緩衝器370,其中除了諸如其他顯現引擎等之其他管線元件以外,該圖形處理器345還包括一或較多頂點著色器350、一或較多幾何著色器355及一或較多像素著色器360等等。在某些實施中,元件340-370中的一或較多個可以被包括在藉由資料匯流排330被連接到處理器320的一實際上不同的圖形處理器或卡中,雖然本發明的範圍不限於這方面。在其他實施例中,處理器320可以包括該等圖形處理元件。
主記憶體310可以包括諸如一隨機存取記憶體(RAM)之用以儲存幾何資料的一儲存裝置,例如一動態RAM(DRAM)。主記憶體310可以儲存用以從中計算出幾何圖形的預先計算的幾何及/或圖形資料。處理器320可以是一通用處理器、一專用處理器,及/或為一特定目的被組配的邏輯。處理器320可被配置以藉由資料匯流排330分配來自主記憶體310的幾何資料給圖形記憶體340。處理器320可以在諸如一顯現、遊戲、圖形建立或其他類型的圖形相關程式之一程式的控制下,藉由資料匯流排330發送該幾何資料。資料匯流排330可以將處理器320連接到圖形記憶體340。資料匯流排330可以具有一關聯頻寬,該關聯頻寬定限該資料匯流排330在一給定的時間內能傳送的資料的最大量。在某些實施中,資料匯流排330的頻寬可限制系統300的其他部分的性能(例如著色器350及/或360)。
圖形記憶體340可以包括用以儲存幾何資料的一儲存
裝置。圖形記憶體340可以包括諸如一DRAM之隨機存取記憶體(RAM)。圖形記憶體340可以接收且儲存來自處理器320及頂點著色器350的幾何資料。除了藉由寫操作儲存幾何資料,圖形記憶體340還可以藉由讀操作提供這種幾何資料給頂點著色器350、幾何著色器355及像素著色器360。例如,圖形記憶體340可以儲存與該幾何資料有關的各種“每頂點”資料。這種頂點資料可以包括一或較多頂點位置、紋理(texture)座標、色彩座標或法向向量。
幾何著色器355可以根據本發明的一實施例被組配以從圖形記憶體340讀取多邊形資料且細分該多邊形資料來產生較高解析度的頂點資料。頂點著色器350可以具有一並列架構,且可以具有比例如像素著色器360的大的指令集。幾何著色器355可以使用各種幾何產生程式及細分方案以提高該幾何資料的解析度。例如,圖形處理器345例如使用幾何著色器355可以實施諸如這裏所描述之基於光度細分方法以對於一物件的不同區域提供不同細節等級的頂點資料。幾何著色器355可以接收三角形/多邊形資料作為輸入,且可取捨地,接收相鄰資料作為輸入資料。為了根據本發明的一實施例執行細分,幾何著色器355可以在一多步驟管線中處理進入資料,該多步驟管線包括各種階段諸如:一輸入階段、一頂點著色器階段、一幾何著色器階段、一光柵器階段(要注意,在某些實施例中,一串流輸出階段可以提供來自該幾何著色器階段的輸出資料)、一像素著色器階段及一輸出/合併階段。在某些實施中,該像素著色器
階段可以接收來自記憶體的資料以與來自該光柵器階段的已光柵化輸出一起進行處理。當然,在其他實施例中,一幾何著色器可以採取不同的形式。
幾何著色器355可以使用一細分方案建立新頂點及多邊形連接性資訊。典型細分方案可以將一網格中的資料量增加四倍。因此,幾何著色器355可以被配置以對一給定的網格執行一或較多個細分等級,且一旦被細分,例如儲存在圖形記憶體340中的資料可以被幾何著色器355使用以產生一第二細分等級的資料(例如在一較高/較精細的解析度)來儲存在圖形記憶體340中。
像素著色器360可以被配置以從圖形記憶體340讀取已被細分的幾何資料並為顯示做好準備。在某些實施例中,像素著色器360可以使用來自處理器320的較低解析度的幾何資料(可以保留在圖形記憶體340中)來光柵化新的網格影像作為顯示基元(primitive)。圖框緩衝器370可以被配置以從像素著色器360接收像素資料,且如果需要的話,在顯示器之前緩衝它。圖框緩衝器370也可以輸出資料到一顯示器或顯示介面(未顯示)。
實施例可以以代碼的形式被實施,且可以被儲存在具有指令儲存在其上的一儲存媒體上,該等指令可以被用於規劃一系統來執行該等指令。該儲存媒體可以包括(但不限於):包括軟碟、光碟、光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、可重寫光碟(CD-RW)及磁光碟的任一類型的碟片;諸如唯讀記憶體(ROM)、諸如動態隨機存取記憶體(DRAM)、靜態隨機
存取記憶體(SRAM)之隨機存取記憶體(RAM)、可抹除可規劃唯讀記憶體(EPROM)、快閃記憶體、電氣可抹除可規劃唯讀記憶體(EEPROM)之半導體裝置;磁或光卡;或適於儲存電子指令的任一其他類型的媒體。
雖然本發明關於一有限數目個實施例已經被描述,但是該領域中具有通常知識者將理解自其而得的許多修改及變化。這意欲,後附申請專利範圍涵蓋屬於本發明的真實精神及範圍內的所有這種修改及變化。
10‧‧‧方法
20-30‧‧‧方塊
40‧‧‧菱形塊
50-60‧‧‧方塊
100‧‧‧物件
110‧‧‧第一區域
120‧‧‧第二區域
130‧‧‧第三區域
300‧‧‧系統
310‧‧‧主記憶體
320‧‧‧處理器
330‧‧‧資料匯流排
340‧‧‧圖形記憶體
345‧‧‧圖形處理器
350‧‧‧頂點著色器
355‧‧‧幾何著色器
360‧‧‧像素著色器
370‧‧‧圖框緩衝器
第1圖是根據本發明的一實施例的一方法的一流程圖。
第2圖是根據本發明的一實施例產生的一結果場景的一圖形表示。
第3圖是根據本發明的一實施例的一系統的一方塊圖。
10‧‧‧方法
20-30‧‧‧方塊
40‧‧‧菱形塊
50-60‧‧‧方塊
Claims (12)
- 一種用於即時光度相依細分的方法,其包含以下步驟:接收與要被顯現成一網格的一場景之多個多邊形相對應的幾何資料;針對各個多邊形,計算一光度度量並將該光度度量與一預定臨界值作比較;以及若該光度度量大於該預定臨界值則將該多邊形細分成多個經細分多邊形,否則便不細分該多邊形並將針對該多邊形的該幾何資料輸出至一顯現引擎,其中該光度度量係基於與從該多邊形發射到一觀察者的射線之強度相對應的一真實值、及用於呈現該場景中之一物件之一表面的面之數目。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其進一步包含以下步驟:針對該等多個經細分多邊形中之各者計算該光度度量並將該光度度量與該預定臨界值作比較,以及若所對應之該光度度量大於該預定臨界值則進一步細分該等多個經細分多邊形中之各者。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其進一步包含以下步驟:若一多邊形是在該場景的一陰影區域中則阻止細分該多邊形。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法,其進一步包含以下步驟: 若一多邊形是半透明的或是隱藏在霧後則阻止細分該多邊形。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其進一步包含以下步驟:根據該光度度量而針對該等多個多邊形中之大於該預定臨界值的各個多邊形動態地決定一細分等級。
- 如申請專利範圍第5項所述之方法,其進一步包含以下步驟:針對單一個物件的該等多個多邊形中之各者動態地決定不同細分等級。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其進一步包含以下步驟:從一第一處理器接收該幾何資料,以及在一第二處理器中計算該光度度量,該第二處理器包含一圖形處理單元。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其進一步包含以下步驟:將該多邊形細分成第一多數個經細分多邊形,以及將一第二多邊形細分成第二多數個經細分多邊形,其中經細分多邊形之該第一多數大於經細分多邊形之該第二多數,且該多邊形具有高於該第二多邊形的光度度量,並且其中該多邊形和該第二多邊形同屬於單一個物件。
- 一種用於即時光度相依細分的裝置,其包含: 一處理器,用以進行下列動作:接收與要被顯現成一網格的一場景之多個多邊形相對應的幾何資料;針對於各個多邊形,計算一光度度量並將該光度度量與一預定臨界值作比較;及若該光度度量大於該預定臨界值則將該多邊形細分成多個經細分多邊形,並且其中該處理器在一多邊形是位於該場景之一陰影區域中、是半透明的、或是被隱藏在霧後面時會阻止細分該多邊形。
- 如申請專利範圍第9項所述之裝置,其中該處理器會根據該光度度量而針對該等多個多邊形中之大於該預定臨界值的各個多邊形動態地決定一細分等級。
- 如申請專利範圍第9項所述之裝置,其中該處理器包含一圖形處理器,該圖形處理器包括一幾何著色器並係耦接至一圖形記憶體,其中該圖形處理器係用於將該等多個經細分多邊形的資料儲存到該圖形記憶體中。
- 如申請專利範圍第11項所述之裝置,其中該圖形處理器包括一顯現引擎,用以利用該圖形記憶體中的資料顯現該場景。
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