專利名稱：重復(fù)使用光點資料的電腦繪圖裝置及繪圖管理模組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電腦繪圖系統(tǒng)，特別指一種利用幾何加速器(geometryaccelerator)加上繪圖管理模組以增進效能的重復(fù)使用光點資料的電腦繪圖裝置及繪圖管理模組。
在典型的電腦繪圖系統(tǒng)中，屏幕上顯示的對象可被分解成數(shù)個繪元(Primitive)來表現(xiàn)，圖元為繪圖影像的基本元件，包括了點、線、三角形或四邊形之類的多邊形。一般而言，將繪元表現(xiàn)或描繪在二維的屏幕上可以軟/硬件的方式實現(xiàn)，而能夠在屏幕上呈現(xiàn)物體多面的視覺感受。
由主電腦所提供圖元通常以圖元資料來定義需要表現(xiàn)的三維物體，例如，當(dāng)圖元為三角形時，主電腦可以X、Y、Z座標(biāo)以及紅、綠、藍、透明度(R、G、B、α)等色彩值來定義其每一頂點的圖元，表現(xiàn)硬件(renderinghardware)對圖元資料進行內(nèi)插以計算出顯示在屏幕上代表圖元的每一個像素(pixel)及其R、G、B和α值電腦繪圖系統(tǒng)通常包括幾何加速器、點線掃瞄器(rasterizer)以及頁框緩沖器，還可以加上紋理映像裝置。幾何加速器從定義形成景象的圖元的主電腦接收圖元資料，并且對圖元資料進行轉(zhuǎn)換以及對每一圖元執(zhí)行打光(lighting)、修剪(clipping)、和平面方程式計算之類的功能。點線掃瞄器與紋理映像裝置利用幾何加速器的輸出——表現(xiàn)資料來產(chǎn)生每個圖元里每個像素的屏幕座標(biāo)及色彩資料，結(jié)合從點線掃瞄器、紋理映像裝置得到的像素資料并將其存放在頁框緩沖器以顯示在屏幕上。
傳統(tǒng)幾何加速器102的基本元件如圖1所示，包括擷取單元110、轉(zhuǎn)換引擎(transform engine)120和打光引擎(lighting engine)130。通過送出資料要求REQ，擷取單元110能夠根據(jù)頂點索引IDX接收頂點資料VTD，轉(zhuǎn)換引擎120通過匯流排112從擷取單元110接收頂點資料，并對這些資料執(zhí)行由頂點資料所定義的影像空間旋轉(zhuǎn)與平移轉(zhuǎn)換，通過匯流排122，打光引擎130基于頂點資料和打光條件計算出圖元頂點的最終色彩。如圖示，打光引擎130通過匯流排132輸出以執(zhí)行更進一步地處理。
由于主電腦和幾何加速器之間的資料轉(zhuǎn)移數(shù)量非常龐大，而且?guī)缀渭铀倨髡６悦棵腌娦柽M行數(shù)億次的浮點運算，前述的幾何加速器運算極度繁重，為加速電腦繪圖系統(tǒng)的整體運算，一般是使用專門的硬件電路來針對轉(zhuǎn)換和打光處理，然而還是需要再進一步改善效能，特別是減少由幾何加速器所執(zhí)行的計算。
為達成上述目的，本發(fā)明提出一種重復(fù)使用光點資料的電腦繪圖裝置，適用于電腦繪圖系統(tǒng)，其至少包含一儲存區(qū)，具有復(fù)數(shù)個項目，每一項目用來儲存一光點索引；復(fù)數(shù)個比較器，每一比較器就該些項目中與其對應(yīng)的項目的內(nèi)容和一目前收到的光點索引做比較，以判定該目前收到的光點索引和該比較器對應(yīng)的該項目的內(nèi)容是否相同；一編碼器，根據(jù)該些比較器的輸出以報告一命中值并且產(chǎn)生一地址，其中，當(dāng)該些比較器其中的一比較器判定該目前收到的光點索引和該比較器對應(yīng)的該項目的內(nèi)容為相同，則該命中值表示一命中狀態(tài)，且該地址指向該對應(yīng)的項目其存放著與該目前收到的光點索引相同的該光點索引；一計數(shù)器，當(dāng)該命中值不是表示該命中狀態(tài)時，用來遞加一更新指標(biāo)；以及一多工器，根據(jù)該命中值選擇性地輸出一參考位置，若該命中值表示該命中狀態(tài)，則選擇輸出該地址當(dāng)作該參考位置，若該命中值不是表示該命中狀態(tài)，則選擇輸出該更新指標(biāo)當(dāng)作該參考位置。
另一方面，本發(fā)明還提出一種繪圖管理模組，適用于一電腦繪圖系統(tǒng)的一幾何加速器，其至少包含一參考資訊產(chǎn)生器，接收一頂點索引，用來提供一命中值和一參考位置；一參考資訊隊列，用來儲存該命中值和該參考位置；一資料緩沖器，用來儲存由該幾何加速器處理過的至少一光點資料；以及一資料管理器，從該參考資訊隊列擷取該命中值和該參考位置，當(dāng)該命中值表示與接收到的該頂點索引相關(guān)的該光點資料先前已存放于該資料緩沖器時，用來控制該資料緩沖器根據(jù)該參考位置取出該光點資料，當(dāng)該命中值表示與接收到的該頂點索引相關(guān)的該光點資料不存在于該資料緩沖器時，用來控制該資料緩沖器根據(jù)該參考位置儲存由該幾何加速器處理過的該光點資料。
本發(fā)明的優(yōu)點是明顯的，因為電腦繪圖里表現(xiàn)物體的大多數(shù)圖元為互相緊鄰的圖元，這些相鄰的圖元共有相同的頂點，對于傳統(tǒng)的電腦繪圖系統(tǒng)而言，相同的頂點資料是會被重復(fù)的處理，然而，幾何加速器的運算卻是極為繁重，一再地重復(fù)處理相同的頂點將會大幅降低幾何加速器的速度和效率。但本發(fā)明并不重復(fù)處理相同的頂點，取而代之的是從記憶緩沖區(qū)里取回光點資料，而且利用它來進行更進一步地處理，這將明顯地降低幾何加速器運算的負擔(dān)以及減少主電腦和電腦繪圖系統(tǒng)之間資料轉(zhuǎn)移的數(shù)量，因此，本發(fā)明能夠節(jié)省大量的運算時間而大幅地增進效能。除此之外，本發(fā)明的繪圖管理模組僅使用了極少的電路便能實施，如此能夠用來實現(xiàn)平價的電腦繪圖系統(tǒng)，并且可以在集成電路晶片中保留空間以在未來增加新的繪圖處理功能。


圖1是根據(jù)習(xí)知技術(shù)的幾何加速器方塊圖；圖2是幾何加速器加上本發(fā)明主要功能元件的方塊圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的參考資訊產(chǎn)生器的方塊圖；圖4是本發(fā)明參考資訊產(chǎn)生器執(zhí)行的主要步驟的流程圖；圖5是本發(fā)明資料管理器執(zhí)行的主要步驟的流程圖；以及圖6A-6C是本發(fā)明較佳實施例的運作范例說明圖。
在實施例中，參考資訊產(chǎn)生器240接收頂點索引IDX，并用來提供包含命中值和參考位置的參考資訊，參考資訊產(chǎn)生器240比較現(xiàn)在和最近那些收到的頂點資料，根據(jù)比較的結(jié)果，參考資訊產(chǎn)生器240決定是否需要通過信號線244通知擷取單元210接收頂點資料。命中值代表了與現(xiàn)在接收到的頂點索引相關(guān)的頂點資料是否能被重復(fù)利用。根據(jù)參考位置，將與目前收到的頂點索引相關(guān)的光點資料儲存在資料緩沖器270相對應(yīng)的位置。參考資訊產(chǎn)生器240經(jīng)由匯流排242把參考資料送到參考資訊隊列250。參考資訊隊列250用來儲存上述的命中值和參考位置，參考資訊隊列250可以緩沖暫存參考資訊產(chǎn)生器240和資料管理器260之間的參考資訊流，并且以配置成先進先出(FIFO)型的緩沖器為較佳。
資料緩沖器270用來儲存由幾何加速器202處理過的光點資料，而資料管理器260經(jīng)由匯流排252從參考資訊隊列250擷取命中值和參考位置，在實施例中，資料管理器260通過信號線262控制資料緩沖器270。當(dāng)命中值表示與目前收到的頂點索引相關(guān)的光點資料先前已存放于資料緩沖器270時，資料管理器260控制資料緩沖器270根據(jù)這個參考位置直接取出光點資料；否則，資料管理器260控制資料緩沖器270根據(jù)這個參考位置儲存由幾何加速器202處理好的光點資料。最后，光點資料可通過匯流排272以進行更進一步地處理。
參考圖3，為根據(jù)本發(fā)明的參考資訊產(chǎn)生器240的方塊圖；參考資訊產(chǎn)生器240由儲存區(qū)310、編碼器330、計數(shù)器340、多工器350以及復(fù)數(shù)個比較器320a～d所組成。儲存區(qū)310具有復(fù)數(shù)個項目312，每一項目用來儲存一光點索引，如圖中所舉例，儲存區(qū)310有4個項目而可容納4個儲存區(qū)310，并最好配置成循環(huán)式記憶緩沖器(circular buffer)，以具有4個項目的儲存區(qū)310為例是為說明方便的目的，熟悉此技藝的人士當(dāng)能應(yīng)用本發(fā)明的原則到任何大小的儲存裝置。比較器320a～d每一個各自就這些項目中與其對應(yīng)的項目的內(nèi)容和一個目前收到的頂點索引做比較，以判定目前收到的頂點索引和比較器對應(yīng)的項目的內(nèi)容是否相同，在實施例中，若某個項目的內(nèi)容和目前收到的頂點索引相同，則對應(yīng)的比較器輸出設(shè)定為邏輯‘1’。
繼續(xù)參考圖3，儲存區(qū)310還提供4個有效性位元VB[3:0]給編碼器330，由于在開機供應(yīng)電源后，項目312中的內(nèi)容都是亂數(shù)，因此有效性位元VB[3:0]全部初始化為邏輯‘0’。當(dāng)一個頂點索引存放在儲存區(qū)310中的某個項目時，對應(yīng)的有效性位元會被設(shè)為邏輯‘1’，利用有效性位元VB[3:0]可以防止編碼器330產(chǎn)生非預(yù)期的結(jié)果。編碼器330根據(jù)這些比較器的輸出RO～R3而報告命中值HIT并且產(chǎn)生地址Hiposition，其中，地址Hiposition指向的項目中存放著與目前收到的頂點索引相同的光點索引，本發(fā)明實施例中用來編碼比較器的輸出RO～R3的編碼表如下列表一所示表一

為產(chǎn)生命中值HIT，編碼器330還執(zhí)行下列邏輯運算HIT＝(R0 AND VB
)OR(R1 AND VB[1])OR(R2 AND VB[2])OR(R3 AND VB[3])換言之，當(dāng)這些比較器320a～d的其中一個判定目前收到的頂點索引和這個比較器對應(yīng)的項目的內(nèi)容為相同時，則編碼器330將命中值HIT設(shè)定成表示命中狀態(tài)。
當(dāng)命中值HIT不表示命中狀態(tài)時，如圖示，則將目前收到的頂點索引根據(jù)更新指標(biāo)Update Pointer儲存在儲存區(qū)310四個項目312的其中之一，在這種情況下，計數(shù)器340用來遞加更新指標(biāo)Update Pointer。計數(shù)器340最好是以N為模數(shù)(modulo-N)的計數(shù)器，且N為儲存區(qū)310項目312的總數(shù)。多工器350會根據(jù)命中值HIT選擇性地輸出參考位置POSITION，若命中值HIT表示命中狀態(tài)，則多工器350選擇輸出地址HitPosition當(dāng)作參考位置POSITION，若命中值不表示命中狀態(tài)，則多工器350選擇輸出更新指標(biāo)UpdatePointer當(dāng)作參考位置POSITION。
圖4是參考資訊產(chǎn)生器240主要執(zhí)行步驟的流程圖，如圖所示，以N為模數(shù)的計數(shù)器340在系統(tǒng)重設(shè)(reset)或起動時先將更新指標(biāo)UpdatePointer初始成0(步驟410)。當(dāng)參考資訊產(chǎn)生器240接收到一個頂點索引時(步驟420)，比較器320a～d就這個頂點索引和存放在儲存區(qū)310的四個項目312中的光點索引做比較(步驟430)，根據(jù)比較結(jié)果，編碼器330設(shè)定命中值HIT以及地址HitPosition。然后，參考資訊產(chǎn)生器240會檢查命中值HIT是否被設(shè)定表示命中狀態(tài)(步驟440)，若是，多工器350選擇輸出地址HitPosition當(dāng)作參考位置POSITION(步驟442)；若不是，多工器350選擇輸出更新指標(biāo)UpdatePointer當(dāng)作參考位置POSITION(步驟441)，計數(shù)器340接著將更新指標(biāo)UpdatePointer遞增加1(步驟443)。最后，參考資訊產(chǎn)生器240把包括命中值HIT和參考位置POSITION的參考資訊儲存至參考資訊隊列250(步驟450)。
參考圖5的流程圖以進一步說明資料管理器260所執(zhí)行的主要步驟，首先，資料管理器200撿查參考資訊隊列250是否為空的(步驟510)，若參考資訊隊列250已存有參考資訊，資料管理器260從參考資訊隊列250取出包括命中值HIT和參考位置POSITION的參考資訊(步驟520)。然后，資料管理器260檢查命中值HIT是否設(shè)為表示命中狀態(tài)(步驟530)，若是，則根據(jù)參考位置POSITION從資料緩沖器270中取回光點資料(步驟540)；若命中值HIT不表示命中狀態(tài)，資料管理器260會察看新的光點資料是否已經(jīng)備妥(步驟531)，當(dāng)新光點資料已準(zhǔn)備好的時候，資料管理器200根據(jù)參考位置POSITION以新光點資料更新資料緩沖器270(步驟533)，接著，資料管理器260控制資料緩沖器270根據(jù)參考位置POSITION輸出新光點資料(步驟540)。
本發(fā)明的特征及優(yōu)點可借助圖6A-6C的范例說明，如圖6A所示，以包含5個頂點(Va、Vb、Vc、Vd、Ve)的三個圖元為例，假設(shè)參考資訊產(chǎn)生器240收到頂點索引的順序為Va、Vb、Vc、Vc、Vb、Vd、Vb、Ve、Vd，當(dāng)參考資訊產(chǎn)生器240接收第一個頂點索引Va時，儲存區(qū)310尚未存放光點索引，因此，參考資訊產(chǎn)生器240報告的命中值HIT并未設(shè)定表示命中狀態(tài)且提供UpdatePointer＝0當(dāng)作參考位置POSITION輸出，同樣地，在儲存區(qū)310中無法發(fā)現(xiàn)第二、三個頂點索引Vb、Vc。當(dāng)參考資訊產(chǎn)生器240收到第四個頂點索引Vc時，發(fā)現(xiàn)和儲存區(qū)310中第2項目的內(nèi)容相符，結(jié)果參考資訊產(chǎn)生器240報告的命中值HIT設(shè)定表示命中狀態(tài)且提供HitPosition＝2當(dāng)作參考位置POSITION輸出。如上述討論，圖6B顯示參考資訊產(chǎn)生器240的運作過程，而圖6C則說明參考資訊產(chǎn)生器240內(nèi)儲存區(qū)310的內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明，圖6A-圖6C的范例僅需對5個頂點資料進行轉(zhuǎn)換和打光處理，相反地，直接處理每個頂點資料的傳統(tǒng)幾何加速器則需要9筆頂點資料運算。
電腦繪圖里表現(xiàn)物體的大多數(shù)圖元為互相緊鄰的圖元，這些相鄰的圖元共有相同的頂點，對于傳統(tǒng)的電腦繪圖系統(tǒng)而言，相同的頂點資料是會被重復(fù)的處理，然而，幾何加速器的運算卻是極為繁重，一再地重復(fù)處理相同的頂點將會大幅降低幾何加速器的速度和效率。反之，本發(fā)明并不重復(fù)處理相同的頂點，取而代之的是從記憶緩沖區(qū)里取回光點資料，而且利用它來進行更進一步地處理，這將明顯地降低幾何加速器運算的負擔(dān)以及減少主電腦和電腦繪圖系統(tǒng)之間資料轉(zhuǎn)移的數(shù)量，因此，本發(fā)明能夠節(jié)省大量的運算時間而大幅地增進效能。除此之外，本發(fā)明的繪圖管理模組僅使用了極少的電路便能實施，如此能夠用來實現(xiàn)平價的電腦繪圖系統(tǒng)，并且可以在集成電路晶片中保留空間以在未來增加新的繪圖處理功能。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動與潤飾，因此本發(fā)明之保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種重復(fù)使用光點資料的電腦繪圖裝置，適用于電腦繪圖系統(tǒng)，其特征是至少包含一儲存區(qū)，具有復(fù)數(shù)個項目，每一項目用來儲存一光點索引；復(fù)數(shù)個比較器，每一比較器就該些項目中與其對應(yīng)的項目的內(nèi)容和一目前收到的光點索引做比較，以判定該目前收到的光點索引和該比較器對應(yīng)的該項目的內(nèi)容是否相同；一編碼器，根據(jù)該些比較器的輸出以報告一命中值并且產(chǎn)生一地址，其中，當(dāng)該些比較器其中的一比較器判定該目前收到的光點索引和該比較器對應(yīng)的該項目的內(nèi)容為相同，則該命中值表示一命中狀態(tài)，且該地址指向該對應(yīng)的項目其存放著與該目前收到的光點索引相同的該光點索引；一計數(shù)器，當(dāng)該命中值不是表示該命中狀態(tài)時，用來遞加一更新指標(biāo)；以及一多工器，根據(jù)該命中值選擇性地輸出一參考位置，若該命中值表示該命中狀態(tài)，則選擇輸出該地址當(dāng)作該參考位置，若該命中值不是表示該命中狀態(tài)，則選擇輸出該更新指標(biāo)當(dāng)作該參考位置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是上述儲存區(qū)在上述編碼器報告的上述命中值不是表示上述命中狀態(tài)時，根據(jù)上述更新指標(biāo)將上述目前收到的光點索引儲存在上述復(fù)數(shù)個項目中之一。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是具有上述復(fù)數(shù)個項目的上述儲存區(qū)配置成一循環(huán)式記憶緩沖器。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是上述計數(shù)器是一以N為模數(shù)的計數(shù)器，且N為上述儲存區(qū)的上述復(fù)數(shù)個項目的總數(shù)。
5.一種繪圖管理模組，適用于一電腦繪圖系統(tǒng)的一幾何加速器，其特征是至少包含一參考資訊產(chǎn)生器，接收一頂點索引，用來提供一命中值和一參考位置；一參考資訊隊列，用來儲存該命中值和該參考位置；一資料緩沖器，用來儲存由該幾何加速器處理過的至少一光點資料；以及一資料管理器，從該參考資訊隊列擷取該命中值和該參考位置，當(dāng)該命中值表示與接收到的該頂點索引相關(guān)的該光點資料先前已存放于該資料緩沖器時，用來控制該資料緩沖器根據(jù)該參考位置取出該光點資料，當(dāng)該命中值表示與接收到的該頂點索引相關(guān)的該光點資料不存在于該資料緩沖器時，用來控制該資料緩沖器根據(jù)該參考位置儲存由該幾何加速器處理過的該光點資料。
6.如權(quán)利要求5所述的繪圖管理模組，其特征是若上述命中值表示與上述接收到的頂點索引相關(guān)的上述光點資料不存在于上述資料緩沖器，則上述頂點索引成為一光點索引，用來指向上述幾何加速器處理過的上述光點資料。
7.如權(quán)利要求6所述的繪圖管理模組，其特征是上述參考資訊產(chǎn)生器至少包含一儲存區(qū)，具有復(fù)數(shù)個項目，每一項目用來儲存上述光點索引；復(fù)數(shù)個比較器，每一比較器就該些項目中與其對應(yīng)的項目的內(nèi)容和上述接收到的頂點索引做比較，以判定上述接收到的頂點索引和該比較器對應(yīng)的該項目的內(nèi)容是否相同；一編碼器，根據(jù)該些比較器的輸出以報告上述命中值并且產(chǎn)生一地址，其中，當(dāng)該些比較器其中的一比較器判定上述接收到的頂點索引和該比較器對應(yīng)的該項目的內(nèi)容為相同，則上述命中值表示一命中狀態(tài)，且該地址指向該對應(yīng)的項目其存放著與上述接收到的頂點索引相同的上述光點索引；一計數(shù)器，當(dāng)上述命中值不是表示該命中狀態(tài)時，用來遞加一更新指標(biāo)；以及一多工器，根據(jù)上述命中值選擇性地輸出上述參考位置，若上述命中值表示該命中狀態(tài)，則選擇輸出該地址當(dāng)作上述參考位置，若上述命中值不是表示該命中狀態(tài)，則選擇輸出該更新指標(biāo)當(dāng)作上述參考位置。
8.如權(quán)利要求7所述的繪圖管理模組，其特征是如果與上述接收到的頂點索引相關(guān)的上述光點資料先前已存放于上述資料緩沖器，則上述命中值表示上述命中狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求7所述的繪圖管理模組，其特征是上述儲存區(qū)在上述編碼器報告的上述命中值不是表示上述命中狀態(tài)時，根據(jù)上述更新指標(biāo)將上述接收到的頂點索引儲存在上述復(fù)數(shù)個項目中之一。
10.如權(quán)利要求7所述的繪圖管理模組，其特征是具有上述復(fù)數(shù)個項目的上述儲存區(qū)配置成一循環(huán)式記憶緩沖器。
11.如權(quán)利要求7所述的繪圖管理模組，其特征是上述計數(shù)器是一以N為模數(shù)的計數(shù)器，且N為上述儲存區(qū)的上述復(fù)數(shù)個項目的總數(shù)。
12.如權(quán)利要求5所述的繪圖管理模組，其特征是上述參考資訊隊列配置成一先進先出(FIFO)緩沖器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重復(fù)使用光點資料的電腦繪圖裝置及繪圖管理模組，該電腦繪圖裝置包括一儲存區(qū)、數(shù)個比較器、一編碼器、一計數(shù)器以及一多工器；儲存區(qū)具有復(fù)數(shù)個項目儲存光點索引，每一比較器就這些項目中對應(yīng)的內(nèi)容和目前收到的頂點索引做比較，以判定二者是否相同；若相同則編碼器報告一命中值，表示一命中狀態(tài)并且產(chǎn)生一地址，而此地址指向的項目存放著與目前收到的頂點索引相同的光點索引，若命中值不是表示命中狀態(tài)，計數(shù)器用來遞加一更新指標(biāo)，而多工器則根據(jù)命中值選擇性地輸出一參考位置；本發(fā)明不重復(fù)處理相同的頂點，而是從記憶緩沖區(qū)里取回光點資料來進行更進一步地處理，明顯提高了電腦繪圖系統(tǒng)的效率，節(jié)省大量的運算時間；且僅使用極少的電路便能實施，節(jié)約成本。
文檔編號G06T17/00GK1469319SQ02140740
公開日2004年1月21日 申請日期2002年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月16日
發(fā)明者呂忠晏 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司