[發(fā)明專利]一種基于CPU的圖形渲染引擎及實(shí)現(xiàn)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110116363.8
• 申請(qǐng)日: 2011-05-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102722861A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡歡;張君琦;鄭培楓;孫季川
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新奧特（北京）視頻技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G06T1/20
• 分類號(hào): G06T1/20;G06T15/00
• 代理公司: 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265
• 代理人: 葉樹(shù)明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及廣電領(lǐng)域電視節(jié)目制作中的字幕處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于CPU的圖形渲染引擎及實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)圖形、圖像、視頻技術(shù)的不斷發(fā)展，加上國(guó)內(nèi)廣電行業(yè)正處于從標(biāo)準(zhǔn)清晰度模式向高清晰度模式過(guò)渡的時(shí)期，電視臺(tái)等電視制播單位對(duì)電視圖文制播提出了更高、更新的要求。要求極大地增強(qiáng)、豐富圖文播出效果，展現(xiàn)視覺(jué)沖擊力。

GPU(Graphic?Processing?Unit，圖形處理器)，一種獨(dú)立處理計(jì)算機(jī)圖形圖像的芯片運(yùn)算單元。正是因?yàn)閳D形處理器更加卓越、靈活的處理性能和高度并行化的處理能力，使得在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)渲染華麗的圖形效果成為可能。我們已經(jīng)運(yùn)用GPU強(qiáng)大的三維圖形加速能力，產(chǎn)生了新一代的字幕系統(tǒng)。)

以GPU為字幕渲染核心，將使字幕系統(tǒng)的圖形渲染模式天然地符合新一代字幕系統(tǒng)的多層、三維和子象素的渲染要求。因?yàn)樵贕PU進(jìn)行圖形圖像處理過(guò)程中，每個(gè)物件都具有三維屬性，都具有獨(dú)立層的概念，每一個(gè)層都有相應(yīng)的深度Z坐標(biāo)以反映相互物件間的前后關(guān)系。另外，GPU除了在三維物件頂點(diǎn)渲染方面具有明顯優(yōu)勢(shì)之外，在物件的紋理、顏色等象素渲染方面同樣能力強(qiáng)大。

GPU是顯示卡的“心臟”，現(xiàn)在市場(chǎng)上的顯卡大多采用NVIDIA和AMD兩家公司的圖形處理芯片。

計(jì)算機(jī)圖形處理硬件的發(fā)展經(jīng)歷了四代。早期的視頻圖形陣列(VGA)控制的是幀緩存，CPU負(fù)責(zé)所有的像素更新工作。而后來(lái)的圖形處理器(GPU)不斷從CPU接管圖形處理工作，直至現(xiàn)在CPU已經(jīng)很少直接操作像素了。每一代GPU的發(fā)展都影響和集成了兩個(gè)主要編程接口：OpenGL和DirectX。OpenGL是一個(gè)為Windows、Linux、Unix和Macintosh上三維編程服務(wù)的開(kāi)放式圖形標(biāo)準(zhǔn)；DirectX是不斷發(fā)展的多媒體編程接口，其中包括的Direct3D(也稱D3D)是用來(lái)進(jìn)行三維編程的。

GPU的工作是以流水線形式進(jìn)行的，一個(gè)流水線是一系列可以并行和按照固定順序進(jìn)行的階段，每個(gè)階段都從前一個(gè)階段接收輸入，然后把輸出發(fā)送到后續(xù)階段。如圖1所示為GPU傳統(tǒng)的渲染流水線，三維應(yīng)用程序傳給GPU的是頂點(diǎn)、顏色、第二顏色(反射)、紋理、紋理坐標(biāo)、法向量、燈光、圖元裝配信息等數(shù)據(jù)。如圖2所示為可編程GPU渲染流水線，GPU渲染在可編程頂點(diǎn)處理器和可編程片段處理器階段給開(kāi)發(fā)者提供了編程的靈活性，并且GPU的發(fā)展，現(xiàn)在的Direct?10已經(jīng)取消了固定流水線，靈活性會(huì)更大。

發(fā)明人在實(shí)施本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)存在以下技術(shù)問(wèn)題：

(1)GPU的圖形渲染必須依賴于顯卡，移植性差；

(2)對(duì)字幕系統(tǒng)需要的效果可控性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的是提供一種基于CPU的圖形渲染引擎及實(shí)現(xiàn)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中GPU的圖形渲染必須依賴顯卡進(jìn)行圖形渲染的問(wèn)題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于CPU的圖形渲染引擎，包括：

渲染準(zhǔn)備模塊，用于準(zhǔn)備渲染狀態(tài)并準(zhǔn)備一個(gè)顏色緩沖區(qū)和一個(gè)深度緩沖區(qū)；

攝像機(jī)空間模塊，用于根據(jù)場(chǎng)景數(shù)據(jù)建立視變換矩陣和投影變換矩陣；

變換模塊，用于對(duì)物體的每個(gè)頂點(diǎn)計(jì)算屏幕坐標(biāo)和深度值，并存儲(chǔ)；

光照模塊，用于根據(jù)頂點(diǎn)信息計(jì)算每個(gè)頂點(diǎn)的光照顏色；

光柵化模塊，用于對(duì)三角片進(jìn)行處理，完成三角片的填充；

渲染結(jié)束模塊，用于釋放顏色緩沖區(qū)和深度緩沖區(qū)。

本發(fā)明的另一方面還提供了一種基于CPU的圖形渲染實(shí)現(xiàn)方法，包括：

應(yīng)用程序設(shè)置渲染狀態(tài)并發(fā)送給渲染準(zhǔn)備模塊同時(shí)渲染準(zhǔn)備模塊初始化顏色緩沖區(qū)和深度緩沖區(qū)；

攝像機(jī)空間模塊根據(jù)場(chǎng)景中的攝像機(jī)數(shù)據(jù)建立視變換矩陣和投影變換矩陣；

依次取場(chǎng)景中的每個(gè)物體，經(jīng)過(guò)變換模塊，光照模塊和光柵化模塊對(duì)所述物體進(jìn)行處理，完成單個(gè)物體的渲染；

當(dāng)場(chǎng)景中所有物體渲染完畢，將渲染結(jié)果回傳給應(yīng)用程序，輸出渲染結(jié)果；

渲染結(jié)束模塊清空渲染準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備的顏色緩沖區(qū)和深度緩沖區(qū)。

本發(fā)明的實(shí)施方式通過(guò)實(shí)現(xiàn)一種全新的基于CPU的圖形渲染引擎，與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

(1)可以使我們的軟件不依賴于顯卡，有更好的移植性。

(2)對(duì)實(shí)現(xiàn)字幕系統(tǒng)需要的效果有更多的可控性。

附圖說(shuō)明