[發(fā)明專利]一種基于查找表實(shí)現(xiàn)BlinnPhong光照模型的設(shè)計(jì)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310438929.8
• 申請(qǐng)日: 2013-09-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103440395A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫濤;周莉;高園園
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 濟(jì)南智圓行方專利代理事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 37231
• 代理人: 杜文娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種基于查找表實(shí)現(xiàn)BlinnPhong光照模型的設(shè)計(jì)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

任何物體處在自然環(huán)境之中都要與周遭的光線發(fā)生關(guān)系，最基本的包括反射，折射，漫反/散射等。如果剔除了這些光線關(guān)系，物體的立體感不僅會(huì)丟失，整體上給人的感覺(jué)也會(huì)極為不真實(shí)，所以，在當(dāng)今涉及計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中，對(duì)光照的處理尤為重要。

光和物體表面之間的相互作用是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程，現(xiàn)在已經(jīng)提出各種光照模型來(lái)模擬該過(guò)程，其中BlinnPhong光照模型是效果比較理想的一種，該模型模擬了環(huán)境光、漫反射光、鏡面反射光和發(fā)射光效果，其表達(dá)式如下：

I＝I_atm+I_dif+I_spc+I_emi

＝K_aI_a+K_dI_d(N·L)+K_sI_s(N·H)^Ns+I_e????（1）

其中H=L+V|L+V|]]>

對(duì)于公式（1）中任意數(shù)的冪次方的運(yùn)算，可以通過(guò)以下方式進(jìn)行。

x^y＝a

log₂x^y＝log₂a

ylog₂x＝log₂a

令：m＝y(tǒng)log₂x

則：a＝2^m

即將任意數(shù)的冪次方運(yùn)算轉(zhuǎn)換為硬件容易實(shí)現(xiàn)的取對(duì)數(shù)運(yùn)算、乘法運(yùn)算和2的冪次方運(yùn)算。

傳統(tǒng)有許多軟件和硬件實(shí)現(xiàn)該光照模型的方法，但是存在如下問(wèn)題：

所需時(shí)間長(zhǎng)。

由公式（1）可知，BlinnPhong光照模型計(jì)算復(fù)雜，涉及向量操作、冪次方操作等復(fù)雜運(yùn)算，所需時(shí)間長(zhǎng)即延時(shí)長(zhǎng)，在實(shí)時(shí)性要求比較高的場(chǎng)合受到限制。

耗費(fèi)資源多。

由公式（1）可知，BlinnPhong光照模型計(jì)算復(fù)雜，涉及向量操作、冪次方操作等復(fù)雜運(yùn)算，耗費(fèi)硬件資源多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于查找表的實(shí)現(xiàn)BlinnPhong光照模型的設(shè)計(jì)系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)高速有效的控制，減少硬件資源的消耗，提高了硬件資源的利用率。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的：

一種基于查找表實(shí)現(xiàn)BlinnPhong光照模型的系統(tǒng)，包括：

查找表模塊：實(shí)現(xiàn)BlinnPhong光照模型中復(fù)雜數(shù)學(xué)表達(dá)式的計(jì)算，包括倒數(shù)平方根運(yùn)算、取對(duì)數(shù)運(yùn)算、2的冪次方運(yùn)算；其特征在于，還包括：

向量模塊：實(shí)現(xiàn)BlinnPhong光照模型中對(duì)向量的操作，包括向量的加減；

乘積模塊：實(shí)現(xiàn)BlinnPhong光照模型中乘積的運(yùn)算；

寄存器模塊：對(duì)BlinnPhong光照模型中各個(gè)步驟計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和傳輸；

主控模塊：對(duì)BlinnPhong光照模型中各個(gè)計(jì)算步驟以及硬件資源的分配進(jìn)行調(diào)度，實(shí)現(xiàn)高速有效的控制。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述查找表模塊的數(shù)量為1個(gè)，所述向量模塊的數(shù)量為2個(gè)，所述乘積模塊的數(shù)量為3個(gè)。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述查找表模塊完成一次操作需要5個(gè)時(shí)鐘周期，所述向量模塊完成一次向量操作需要3個(gè)時(shí)鐘周期，所述乘積模塊完成一次相乘操作需要1個(gè)時(shí)鐘周期。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述查找表模塊包括iSclk時(shí)鐘輸入端口，

iOpcode為運(yùn)算方式輸入端口，iSrcA、iSrcB、iSrcC原操作數(shù)輸入端口和oLutRes查找表結(jié)果輸出端口。