一种以平行扫描线为处理单元的三维图形处理器及其绘图方法技术

本发明专利技术是有关一种以平行扫描线为处理单元的三维图形处理器及其绘图方法，其特征是利用一资料库存储器透过局部汇流排而一次并全部接收及储存来自在于主存储器的三角形（ｔｒｉａｎｇｌｅ）资料，在显像时，以一水平扫描线或多个扫描水平线为处理单元，扫描找寻并计算处理其相对应的三角形成为一图点，并直接图点直接显像于显示器中，如此即可取代图框暂存器及Ｚ－暂存器，且该资料库存储器可同时共同储存２Ｄ之子图形，不仅可加快３Ｄ绘图的速度，亦可达到多媒体装置整合并简化设计的目的。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关，以一水平扫描线或多个扫描水平线为处理单元，可省略一般的图框暂存器及Z-暂存器，并可与2D子图形共用资料库存储器分享资源，不仅可加快3D绘图的速度，亦可达到多媒体装置整合并简化设计的目的。随着资讯产业的进步，一般电脑使用者所追求的不再是早期的简单文字处理或2D画面显像，而是要求可在电脑显示器中显示出虚拟直实场景的3D多媒体立体影像，以更精致、更具真实立体感的画面为追求目标。而3D图形(3D Graphic)绘制技术即是在电脑与现实场景中的中间桥梁，3D图形绘图技术不仅可用于直实世界的事先模拟，亦可用于科学方面的视觉化、娱乐休闲的美观化、或是产品设计的动作中，表现出3D图形绘制技术所能带来的震憾效果，故世界先进诸国莫不把3D图形(3D Craphic)技术视为下一世纪的明星产业。在3D图形的立体显像中，一般主要是利用一3D图形处理器(3D GraphicProcessor)用以达成。惟，常用的3D图形处理器，如图1所示，其处理方式概可分为绘图几何引擎阶段(Geometry Stage)及上色阶段(RenderingStage)两大部分。其中，在绘图几何引擎阶段中，主要是利用中央处理器(CPU)11透过一系统汇流排13将主存储器12中的三角形(triangle)资料以一图框(frame)为处理单元而加以运算，换言之，是将3D立体空间座标资料转换为图点(pixel)资料以及管理所有多边形的布置，包括颜色、阴影及纹理等特殊属性，在这个阶段中有相当数量的数学运算需利用中央处理器11的浮点运算(FPU)来完成，此举容易造成中央处理器11资料运算及传输所造成的延滞，而影响其立体图形绘制的速度。而在上色阶段中，其主要是提供将真实的图点显像在2D显示器上所应呈现出立体与动态的过程，接收来自中央处理器11所下载的图点资料，并藉由一包括有存储器控制器22、资料缓冲器24、图形控制器26、时序产生器28及CRT-控制器29所组合而成的绘图晶片组20而将图点资料转换成最终欲显像于显示器19的影像，并将该影像分别储存于图框暂存器(framebuffer)14及可显示出物体远近的Z-暂存器(Z-buffer)16中，再搭配色彩调色控制器15，色彩调色存储器155、视讯编码器17及显示器同步信号产生器175的功能，而将立体影像显像在显示器19中。由于该3D图形处理器是以一图框为单元，将众多的3D基本单位三角形予以运算处理，提前增加其相对应的变数，故其图框暂存器14及Z-暂存器16所需配合的存储器容量就不能太小，以一个解析度为256×256(bits)、而图点为16bit的显示器为例，其图框暂存器14的存储器容量就不可小于256K(bytes)，而Z-暂存器16的存储器容量亦不可小于128K(bytes)，否则将造成显像的麻烦。但如此大容量的存储器(SRAM)对消费性电子产业而言，所占的成本支出比例太大，而难以在市场上广泛被应用及嘉惠广大的使用。再者，常用的3D图形处理器无法与2D子图形运算装置共享存储器，亦难以达到资源共享整合的目的，如此对设计者而言，除了必须要注意到以软件的概念将软件所耗用的大量运算转换成硬件，以缩减软件的运算量来加快处理速度外(中央处理器的浮点运算过程)，还必须思及3D图形及2D图形的硬件配合问题，设计上有其一定的困难度。因故，如何设计出一种三维图形处理器及其绘图方法，以有效解决图框暂存器及Z-暂存器的存储器容量问题，还可加速其图形的处理速度，并达到整合2D图形及3D场景的资源共享，长久以来一直是使用者殷切盼望及本专利技术欲行解决的困难点所在，本专利技术人基于多年从事于电脑资讯相关产业设计的实务经验，有鉴于常用3D图形处理器的弊端，乃思及突破传统点火因在上始点之前，而造成作功时的必经过上始点，以造成重大能量损耗的缺点，以穷其个人的专业知识，经多方设计、探讨，并经无数次试作样品及改良后，终能创作出。于是，本专利技术的主要目的，在于提供，舍弃常用以图框为处理单元的概念，而是以一条水平扫描线或数条水平扫描线为处理单元，以立即运算需要显像的图点而直接储存于一图点暂存器中，再搭配显示器的同步显示信号来加以显像出其立体影像，不仅可省略图框暂存器及Z-暂存器的存储器使用量，亦可大幅节省其成本支出。本专利技术的次要目的，在于提供，其3D图形的基本单元三角形(triangle)全部转储存入一资料库存储器中，而无需透过中央处理器的运算，故不会造成中央处理器资料运算及传输所造成的延滞，以加快3D图形的绘制速度。本专利技术的又一目的，在于提供一种以平行扫描线为处理单元的三维图形绘图方法，以管线作业方式(pipe-line)来计算处理其三角形的上色部分及绘图几何引擎部分，而可完全发挥其硬件的功能，以加快3D图形的绘制速度。本专利技术的又一目的，在于提供一种以平行扫描线为处理单元的三维图形处理器，其资料库存储器可分别储存2D图形的子图形(sprite)及3D图形的三角形(triangle)，以达到两者整合及资源共享的目的。本专利技术的又一目的，在于提供一种以平行扫描线为处理单元的三维图形处理器，其图形处理器的资料库存储器可内建于与中央处理器一起的单晶片中，以简化其设计及制程上的困难度。本专利技术的目的可以按下述实现，一种以平行扫描线为处理单元的三维图形处理器的绘图方法，其特征在于步骤包括有(A)把一组群所有欲绘制显像的三角形(triangle)，全部由主存储器转送储存予一3D图形处理器的资料库存储器中；(B)因应每一单位水平扫描线的需要，从资料库存储器中扫描并找出其相对应的三角形；(C)相对应的三角形经运算而成为所欲绘制的图点(pixel)，并直接储存入一图点暂存器中；及(D)搭配显示器的同步信号而将储存于图点暂存器中的图点显像于显示器中。本专利技术的绘图方法进一步特征在于(A)步骤中的三角形组群是以一图框为单位；(A)步骤中的三角形组群是以多个水平扫描线为单位；(B)步骤中的每一单位水平扫描线是指以一水平扫描线为单位；(B)步骤中的每一单位水平扫描线是指以多条水平扫描线为单位；(C)步骤中的图点暂存器容量大小可视显示器的解析度大小而调整；(C)步骤中的运算方式是指以管线式作业方式对三角形所进行的绘图几何引擎动作及上色动作；该3D图形处理器的资料库存储器亦可用来储存2D图框的子图形(sprite)；储存于资料库存储器内的2D图框子图形及3D图点三角形是可藉由每一笔资料的一位元变化不同以资判断；尚可外载一图框暂存器，用以接收整个图框的图点。实现本专利技术目的的硬件结构为，一种以平行扫描线为处理单元的三维图形处理器，其特征在于结构包括一资料库存储器，藉由一局部汇流排而分别与一主存储器及一中央处理器连接，而可用以储存来自于主存储器中的多个三角形资料；一扫描控制器，连接该资料库存储器，可因应每一单位水平扫描线而在资料库存储器中检测出其相对应的三角形；一3D功能运算器，连接并接收自该扫描控制器所传来的相对应三角形资料，并经运算致使其成为可显像的图点；一图点控制器，连接于该3D功能运算器及至少一图点暂存器之间，而可控制处理运算好的图点自3D功能运算器处直接选择移存至其中一图点暂存器中；及一视讯编码器，分别连接该图点控制器及一同步信号产生器，可将欲显像的图点进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以平行扫描线为处理单元的三维图形处理器的绘图方法，其特征在于步骤包括有： （Ａ）把一组群所有欲绘制显像的三角形（ｔｒｉａｎｇｌｅ），全部由主存储器转送储存予一３Ｄ图形处理器的资料库存储器中； （Ｂ）因应每一单位水平扫描线的需要，从资料库存储器中扫描并找出其相对应的三角形； （Ｃ）相对应的三角形经运算而成为所欲绘制的图点（ｐｉｘｅｌ），并直接储存入一图点暂存器中；及 （Ｄ）搭配显示器的同步信号而将储存于图点暂存器中的图点显像于显示器中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪台成，
申请(专利权)人：凌阳科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]