[发明专利]绘图处理系统及其方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种计算机绘图，且特别是有关于一种绘图管线中区块数据的压缩。

背景技术

3D计算机绘图的技术和科学，主要是关于产生与表现3D物件的2D影像，以呈现在显示器或荧幕上，例如阴极射线管屏幕或是液晶屏幕。该物件或许是个简单的基本几何图形：一个点、一条线、三角形或是多边形。更复杂的物件可以通过一系列相连的平面多边形表现在显示器上，举例来说，可以以一连串连接的平面三角形表现一物件。所有的基本几何图形最后都可以被描述成一个或是一组向量。例如，一组坐标(X，Y，Z)代表着一个点，可以代表一个线段的端点，或是多边形的某一角。

为了产生一组数据来显示一个3D图形的2D投影于计算机屏幕或是其他显示装置上，这些基本向量将经过一系列的运算或是经过绘图着色管线中多个处理阶段。一个基本管线仅有一系列一连串的运算单元或阶段，可以将前一个运算单元的输出结果当作下一个阶段的输入。在这个绘图处理器当中，这些阶段包括，例如，每个顶点的运算单元、基本组合运算单元、像素运算单元、纹理组合运算单元、描绘运算单元和片段运算单元。

在典型的绘图显示系统中，一绘图数据库(一个指令清单)可以储存场景中物件的描述。可以利用多个小的多边形来描述上述物件，这些多边形以相同的方法覆盖物件的表面，利用这些小区块就可以覆盖整面墙或是其他的表面。一般使用一连串的顶点坐标(在“模块”坐标系统中的X、Y、Z)以及一些重要的表面性质(例如颜色、纹理、反光度等)来描述一个多边形，也可以用多边形表面上每个点的法向量来描述一个多边形。对于有复杂的曲面的3D物件，这些多边形可能包括多个三角形或四边形，并且四边形可以被分解为一对三角形。

一转换引擎通过使用者输入的数据，将物件的坐标转换成使用者选择的视角。另外，使用者可以限定观测的范围、产生绘图的大小以及视景体(viewing volume)的后端以包括或排除背景。

一旦选择了观测区域，剪裁逻辑会删除观测区域以外的多边形(三角形)，并且“剪裁”部分在观测区域内、部分在观测区域外的多边形。这些被剪裁的多边形会对应到上述多边形于观测区域内的部分，并且有新的边界对应于观测区域的边界。接着，在对应于观测屏幕的坐标(X、Y坐标)中，这些多边形的顶点与每一顶点的相关深度(Z坐标)会被传送下一阶段。在一个典型系统中，下一个阶段是打光模块，用于考量光源。接着，这些多边形与他们的属性值将会被传送到描绘单元。

对于一个或多个多边形，描绘单元决定了哪些像素值会被这多边形覆盖并且将相关的属性值和深度(Z值)写入一画面缓冲器。描绘单元会将处理中的多边形的深度(Z)和已经被写至画面缓冲器的像素深度做比较，如果新的多边形像素的深度比较小，表示上述新多边形位于已经被写至画面缓冲器的多边形的前方，因为新多边形会遮盖之前产生的多边形，所以新多边形像素的值会取代画面缓冲器中的值而被写入至画面缓冲器。这个过程会不断重复直到描绘完所有的多边形。

实时着色的预设方法可将多边形以像素显示，其中像素可以是落在多边形边界内或外的像素。而将会使得定义多边形的最后边界在静态显示中以锯齿型呈现，或是在动态显示中以缓慢移动呈现。这个问题产生的影响称为锯齿化，而用于降低或排除这个问题的方法称为反锯齿技术。

一个反锯齿技术调整了发生锯齿化的像素属性以试图平滑上述显示。例如，像素的密度由落于像素区域内线段的长度决定。基于屏幕的反锯齿方法不需要被描绘物件的信息，因为上述方法仅使用管线输出样本。另一个反锯齿方法利用名为多重样本反锯齿(MSAA)的线反锯齿方法，每计算一个像素要取一个以上的样本。每个像素使用的样本或像素子集的数量称为样本率。所以，当样本率增加，区块的数据总数和相关的存储器流量也会增加。值得注意的是，实际上样本的数量有可能会变动，虽然较高的样本率可以产生更好的反锯齿效果，但系统资源的需求也会随着样本率增加而增加。

3D数据处理可以是密集的数据。利用多重样本数据的压缩方法可以减少介于绘图管线阶段间数据传输的总量，并且可以改善存储器和处理器的效能。因此，满足先前所述的缺陷与不适当的需求是存在的。

发明内容