[發明專利]一種超前消隱幾何引擎結構

有效

• 申請號: 201711202636.4
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108022202B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 張駿;韓立敏;任向隆;鄭新建;聶曌
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所
• 主分類號: G06T1/20
• 分類號: G06T1/20
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王中興

本發明屬于計算機硬件技術領域，涉及一種超前消隱幾何引擎結構。本發明由一個7級功能流水線、幾何參數存儲單元和多個不同功能的訪問接口組成。7個功能流水線從前到后依次為圖元裝配單元、投影變換單元、背面消隱單元、平面剪裁單元、三維剪裁單元、視窗變換單元，以及圖元光柵化單元。訪問接口包括幾何圖元頂點數據輸入接口、控制寄存器讀寫訪接口、圖形狀態參數訪問接口、名字堆棧錯誤狀態反饋接口、選擇與反饋數據記錄接口、像素數據輸出接口組成。本發明能夠顯著降低幾何引擎中平面剪裁單元、三維剪裁單元、視窗變換單元，以及圖元光柵化單元階段的處理工作量，從而降低圖形處理延遲和功耗，提升圖元處理吞吐量。

技術領域

本發明屬于計算機硬件技術領域，涉及一種超前消隱幾何引擎結構。

背景技術

隨著圖形化應用的不斷增加，早期單靠CPU進行圖形繪制的解決方案已經難以滿足成績和技術增長的圖形處理需求，圖形處理器(Graphic Processing Unit，GPU)應運而生。從1999年Nvidia發布第一款GPU產品至今，GPU技術的發展主要經歷了固定功能流水線階段、分離染色器架構階段、統一染色器架構階段，其圖形處理能力不斷提升，應用領域也從最初的圖形繪制逐步擴展到通用計算領域。GPU流水線高速、并行的特征和靈活的可編程能力，為圖形處理和通用并行計算提供了良好的運行平臺。

目前，我國尚無基于統一染色架構的GPU，各領域顯示控制系統中大量采用國外進口的商用GPU芯片。尤其是在軍用領域中，國外進口商用GPU芯片存在溫度和環境適應性差、無法保證電路本身或配套軟件沒有“后門”、包含大量軍用領域不需要的冗余功能單元，功耗指標無法滿足要求、商用GPU芯片更新換代快，隨時面臨停產、斷檔，難以滿足武器裝備持續保障等缺陷，在安全性、可靠性、保障性等方面的存在重大隱患。一種超前消隱幾何引擎結構，是提升和增強GPU圖形處理能力的關鍵技術。突破高性能、低功耗幾何引擎結構設計關鍵技術，研制高性能圖形處理器芯片迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的是：提供一種超前消隱幾何引擎結構，不但能夠顯著降低幾何引擎中平面剪裁單元、三維剪裁單元、視窗變換單元，以及圖元光柵化單元階段的處理工作量，還能降低圖形處理延遲和功耗，提升圖元處理吞吐量。

本發明的技術解決方案是：

一種超前消隱幾何引擎結構，包括一個7級功能流水線、幾何參數存儲單元和若干個訪問接口組成；

所述7級功能流水線中包含的功能單元按照從前到后的順序依次為圖元裝配單元、投影變換單元、背面消隱單元、平面剪裁單元、三維剪裁單元、視窗變換單元，以及圖元光柵化單元，并按照從前到后的順序使相鄰兩個功能單元互相連接；

所述圖元裝配單元按照圖元類型和裝配模式對來自頂點染色器的頂點信息進行裝配，形成點、線和三角形基本圖元；

所述投影變換單元按照用戶定義的投影方式，即正視投影視景體或透視投影視景體，對圖元頂點進行變換，使之按照正視或透視的方式映射到屏幕上；

所述背面消隱單元能夠根據用戶的配置，剔除三角形圖元的前面或者后面；通過背面消隱處理，將位于視野范圍內不可見的三角形圖元剔除，從而減輕后級流水線計算量；

所述平面剪裁單元使用用戶定義的剪裁平面對要繪制的3D圖元進行剪裁，將剪裁掉的圖元丟棄，并形成新的3D圖元；

所述三維剪裁單元采用投影變換中所定義視景體的六個面，對3D圖元進行剪裁，將剪裁掉的圖元丟棄，并形成新的3D圖元；同時完成OpenGL API中定義的“選擇”功能；

所述視窗變換單元的3D圖元通過視窗變換后，會顯示在用戶定義的視窗中；同時完成OpenGL API中定義的“反饋”功能；