用於在一個存儲桶繪製系統中確保向後兼容的方法和裝置的製作方法
2023-04-26 15:09:46
專利名稱：用於在一個存儲桶繪製系統中確保向後兼容的方法和裝置的製作方法
技術領域：
這個發明一般涉及圖像處理技術，而且尤其涉及在一個圖形系統中的繪製技術。
背景技術：
由於計算機技術持續迅速發展，計算機用戶要求就圖像處理速度和圖像逼真度而言提高了的圖像質量。然而，產生真實的交互式和逼真的視覺效應的成本持續保持抑制性的高。因此，正在開發不同的圖像處理技術和設計以試圖調和用戶需求和所期望的低成本。
更具體地說，一些努力已經集中在一種改進的繪製技術上，其試圖使用比一種傳統繪製技術小的工作存儲器。這樣一種改進的技術是存儲桶繪製。在一個傳統的繪製方案中，需要對用於一整個屏幕的幀緩存數據及/或深度緩存的隨機訪問。幀緩存是指被保留用於保持發送到屏幕的完整位映射圖像的一部分存儲器，而深度緩存(在一些文獻中也稱為Z緩存)是指被保留用於保持該位映射圖像的深度信息的一部分存儲器。為了處理在這樣一個位映射圖像中的信息數量並且仍然實現某些交互式視覺效果，使用傳統繪製方案的一個圖形系統經常使用一個大的、同時快速的存儲器子系統作為它的幀和深度緩存。快速存儲器的某些例子是，但不局限於，視頻隨機存取存儲器(VRAM)和動態隨機存取存儲器(DRAM)。更重要的是，保存在這種快速存儲器子系統中的數據被認為是外部可見的，這是因為在該傳統圖形系統上操作的圖形應用能夠隨意地直接訪問該數據。
在另一方面，存儲桶繪製方法僅僅需要隨機訪問一個單一平鋪部分，或者整個屏幕的一部分。與傳統圖形系統的上述存儲器子系統相比，存儲來自於這個單一平鋪部分的信息所需要的存儲器子系統很可能較小、更快和花費較少。因此，並不是在外部可見的幀及/或深度緩存中保持數據，應用了所描述的以上較小存儲器子系統的一個存儲桶繪製圖形系統的一個實施例在該系統內保持它的數據。
雖然與傳統的圖形系統相比，這樣一個存儲桶繪製圖形系統可以以一個較低的成本產生較好的性能，但是該存儲桶繪製圖形系統對依賴於外部可見的存儲數據的某些現有圖形應用和應用編程接口(在下文中稱為API)具有有限的支持。貫穿這個公開，一個「現有的圖形應用」是指一個被設計成能在存在於所描述的存儲桶繪製圖形系統存在之前的任何圖形系統上正確運行和執行的圖形應用。以下示例進一步說明了不兼容問題。特別地，一個現有的圖形應用可以發布一個請求以通過一個API鎖定幀緩存及/或深度緩存，其已經被設計為假定能直接存取該幀緩存及/或深度緩存。由於描述的存儲桶繪製圖形系統不支持外部可見的幀緩存，所以該鎖定請求失敗了，而且很可能在該應用的後續操作中導致錯誤。如已經證明的那樣，在現有的圖形應用和所描述的存儲桶繪製圖形系統之間將存在可能的不兼容性，除非這些現有的圖形應用被重新設計成以某種方式消除這樣的鎖定操作，或者API被修改以容納一個新的結構。
此外，即使該存儲桶繪製技術經常在一個傳統的繪製方案上提供了改善的性能，但是在其中一個圖形應用選擇了依賴於對外部可見緩存的訪問的情況中，情況又反過來了。當在一個幀內出現鎖定操作的多個請求時，會出現一個這樣的情況。
如已經表明的那樣，為了繼續支持現有的圖形應用以及進一步改進所描述的存儲桶繪製技術，需要一種方法和裝置。
發明內容
公開了一種繪製一個圖像的方法和裝置。
在一個實施例中，一個圖形系統具有一個切換檢測器，其在該圖形系統中檢測一個切換條件。該圖形系統還具有一個繪製塊，其依據檢測到的切換條件繪製多個層。
本發明通過示例進行了說明，且不局限於附圖中的圖表，在附圖中類似的附圖標記指示類似的單元，其中包含圖1說明了一個圖形系統的典型操作。
圖2(a)說明了一個繪製系統的一個實施例的一個框圖。
圖2(b)說明了在一個繪製系統內的一個繪製塊實施例的一個框圖。
圖2(c)說明了在一個繪製塊內的一個繪製器實施例的一個框圖。
圖3說明了一個通用計算機系統結構。
圖4說明了在一個圖形系統中的抽象級的一個示例。
圖5說明了執行存儲桶繪製的序列。
圖6說明了在一個場景上執行存儲桶繪製的一個示例。
圖7說明了在一個場景內的層概念。
圖8說明了包含多個層的一個示例場景。
具體實施例方式
描述了一種產生一個繪製圖像的方法和裝置。在下面的描述中，為了避免不必要地模糊本發明，公知的單元和原理，諸如圖像處理、圖形系統、像素、幀緩存、深度緩存、繪製、幾何基本要素、約束邏輯框存儲桶分類、精確存儲桶分類等沒有被特別詳細地論述。
如先前已經在背景技術部分中提及的那樣，幀緩存是指被保留用於存儲在一個顯示設備上顯示的一個完整位映射圖像的一部分存儲器，而深度緩存為那個圖像的每一個像素存儲深度信息。另外，術語「存儲桶繪製」、「存儲桶繪製技術」和「存儲桶繪製方案」在整個所撰寫的說明書中可互換地使用，是指一種類型的繪製方法。「幾何基本要素」和「基本要素」也可互換地使用，是指簡單的幾何形狀，諸如點、線、多邊形(三角形和四邊形是某些示例)等。最後，「同步化事件」是指由一個圖形應用開始的事件，以指示一個繪製系統把它的數據和該圖形應用的當前操作條件同步。
一個圖形系統一般分兩個主要階段、幾何階段和繪製階段處理它的輸入數據。幾何階段負責管理要被顯示的對象的幾何描述。幾何描述能夠描述，但不局限於，曲面、多邊形、線、點或者上述所有的一個混合。幾何階段也負責準備用於繪製階段的適當繪製屬性。另一方面，繪製階段負責管理存儲器，並且把上述幾何描述和它的繪製屬性轉換到要被顯示在該圖形系統的一個顯示設備上的像素裡。圖1說明了在每一個所述階段中的某些步驟。對於幾何階段來說，步驟是轉換步驟100、照明步驟102和設置步驟104。
更特別地是，轉換步驟100把一個多維模型或者一個對象的幾何描述從它的本地坐標系轉變到一個顯示坐標系(有時也稱為屏幕空間)，並且響應於外部輸入同步被轉換的幾何描述。例如，在一個3維(在下文中稱為3-D)交互式遊戲中，一個諸如一個滑鼠的輸入設備的一個用戶操作可以導致在一個場景中的某些對象移動或者旋轉。轉換步驟100負責，但不局限於，在不同的方向移動這些對象，相對於用戶的視圖旋轉它們，或者按比例縮放它們以改變它們的尺寸。
由於照明影響在一個場景中對象的外觀，所以照明步驟102估計各種光源與這些對象相互作用的效果，並且確定用於這些對象的適當顏色以便傳送一個逼真的外觀。最後，設置步驟104計算被轉換的幾何描述的繪製屬性，諸如擴散顏色、反射顏色和紋理坐標。可選地，設置步驟106能夠把轉換了的幾何描述轉換到一種適於一個繪製子系統的不同格式中。例如，設置步驟104能夠在計算它的繪製屬性之前轉換一個曲面描述到多邊形描述裡。然後設置步驟104準備和傳送適當的數據到光柵化步驟106。
繪製階段的光柵化步驟106然後繼續把要被繪製的信息一起放置到一個2維(在下文中稱為2D)顯示中。例如，光柵化步驟106計算由上述轉換了的幾何描述覆蓋的像素的最終顏色。此外，光柵化步驟106使用某些紋理映射、α混和或者圖形保真技術以進一步提高視覺效果。106的輸出是為像素繪製步驟108作準備的像素值。
圖2(a)、2(b)和2(c)說明了一個繪製系統的一個實施例的框圖，其解決了先前在背景技術部分中討論的兼容性和性能問題。數據轉換器200在輸入數據220上執行先前在幾何階段中描述的操作，並且把它轉換了的輸出210發送到繪製塊204用於進一步的處理。另一方面，繪製塊204在繪製階段中執行任務。依據繪製塊204的反饋206，切換檢測器202產生一個包含一個切換條件的切換信號208，並且發送該切換信號回到繪製塊204。
繪製塊204的一個實施例包含多個繪製器，諸如繪製器1，212和繪製器2，214。這些繪製器可以使用各不相同的繪製技術。取決於在切換信號208中指示的切換條件，繪製塊204選擇繪製器1，212或者繪製器2，214來處理轉換了的輸出210。然後，多路復用器216基於切換信號208和繪製器的輸出信號產生它的輸出像素218用於顯示。
圖2(c)說明了繪製器2，214的一個實施例。繪製器2，214是一個可升級的繪製系統，能夠處理高達一個整數n的層。術語「層」是指一段幀緩存和深度緩存數據，其中該數據段是來自於圖形應用的某些請求的一個結果。例如，圖7說明了一幀場景數據700(具有幀緩存數據和深度緩存數據)，其表示在圖8中所示的3D圖形圖象。特別地，場景數據700包含相關的幾何基本要素、紋理狀態數據等，以表示背景牆800、掛在背景牆800上的繪畫802和在背景牆800前面的椅子804。
一個使用繪製器2，214的圖形應用可以發布各種請求到該繪製器，諸如一個直接緩存存取請求和一個翻轉請求。具體地說，圖7說明了響應於所提及的直接緩存存取請求的兩個鎖定事件、708和710，以及響應於所提及的翻轉請求的翻轉事件712。翻轉請求通知繪製器2，214在一個不同組的場景數據上工作，但是在一個顯示設備上顯示所產生的場景數據700的位映射圖像。在圖7中顯示的示例中，存在三個「層」。第一層包含在場景數據700的開始和鎖定事件708(包含鎖定事件708)之間的段。第二層包含在鎖定事件708和鎖定事件710(包含鎖定事件710)之間的段。第三層包含在鎖定事件710和翻轉事件712(包含翻轉事件712)之間的段。
考慮到層的概念，繪製器2，214還包含多個子繪製器220、222和224，其中每一個子繪製器處理一個層。繪製器2，214中的組合器226然後組合子繪製器的輸出，並且傳送組合的輸出到多路復用器216。
在圖2(a)中顯示的塊能夠在一個電子系統中被編程或者實現。一個電子系統的某些示例是，但不局限於，內插的電路板、獨立的電子裝置、和通用計算機系統。在圖3中說明了一個通用計算機系統300。
通用計算機系統結構包含微處理器302和高速緩衝存儲器304，它們通過處理器總線305彼此相連。示例的計算機系統300還包含高性能I/O總線308和標準I/O總線318。處理器總線305和高性能I/O總線308由主機橋接器306橋接，而高性能I/O總線308和標準I/O總線318由I/O總線橋接器310橋接。與高性能I/O總線308相連的是主存儲器312和視頻子系統314。視頻子系統314經常包含它自己的處理單元和存儲器單元。與視頻子系統314相連的是視頻顯示器216。做為選擇，如由虛線所示，視頻子系統314或者主存儲器312也可以與主機橋接器306相連。與標準I/O總線318相連的是大容量存儲器320、網絡接口324、和字母數字輸入設備或者其它傳統的輸入設備322。
這些單元執行它們在本技術領域內公知的傳統功能。特別地，大容量存儲器320可以用來提供用於在一個實施例中的可執行指令的永久存儲，而主存儲器312可以用來在由微處理器302執行期間臨時存儲一個實施例中的可執行指令。
一個繪製塊的詳細操作描述了一種產生一個繪製的圖像的方法和裝置。具體地說，在一個實施例中，該方法和裝置從一個繪製器集合中進行選擇以執行繪製並維護保存在該裝置的幀緩存和深度緩存中的信息。
該實施例在一個電子系統、或者特別地在通用計算機300上進行操作。圖4說明了一個實施例在上面進行操作的抽象級。應用層400涉及圖形應用。一個這樣的示例是3D交互式遊戲。這些圖形應用的指令一般被保存在大容量存儲器320中並且由微處理器302執行。在應用層400內，圖形應用可以激活現有的繪製軟體例程來處理它們的繪製任務。這些繪製軟體例程因此提供了用於應用層400的高級API402。高級API 402的一個例子是來自於微軟公司的Direct3D保持模式。
然而，高級API 402可以調用由通用計算機300的作業系統開發的其它低級例程，諸如但不局限於，Direct3D即時模式或者OpenGL。這些例程被分類為低級API 404，而且它們還與設備驅動程序406進行接口。設備驅動程序406通常被專門設計用於硬體408以及和硬體408直接通訊。硬體408一般涉及在圖3中顯示的視頻子系統314。對於在本領域普通技術人員來說，以設備驅動程序406、硬體408或者兩者的一個組合實現在圖2(a)中說明的塊應當是顯然的。
如先前已經討論的那樣，切換檢測器202基於繪製塊204的反饋206產生切換信號208。在一個實施例中，繪製塊204可以為每一幀維護與直接緩存存取請求或者同步化事件(在下文中稱為深槽)的數目有關的信息。當該數量超過某一閾值時，某些諸如存儲桶繪製之類的繪製技術的性能，可能變得比一個傳統的繪製方案還要更不令人滿意。當繪製塊204在它的反饋206中指示這個查找時，切換檢測器202把在反饋206中的信息轉換成為一個切換條件，並且把該條件嵌入在它的切換信號208中。對於在本領域普通技術人員來說，設計繪製塊204以跟蹤其它不同於所提及的鎖定操作的信息、或者建立不同的閾值用於觸發所討論的切換條件是顯而易見的。
除了跟蹤性能信息和產生反饋206之外，繪製塊204包含一個繪製器集合。在一個實施例中，繪製器1，212使用一種傳統的繪製方案，而在繪製器2，214中的子繪製器220、222和224使用先前所提及的存儲桶繪製方案。在圖5中說明的流程圖結合在圖6中顯示的一個示例場景，描述了該存儲桶繪製方法的操作。圖6顯示了具有一個簡單對象602的場景600。
當切換信號208指示切換到繪製器2，214、並且指示僅僅存在一個層(即，深槽的數目等於0)時，繪製器2，214基於子繪製器、用它的一個存儲桶繪製處理場景600的轉換輸出210。該處理過程用在塊500中、把場景600細分為區域604、606、608和610開始。在一個實施例中，剪輯矩形612是在每一個細分的區域中能夠覆蓋在場景600中的對象像素、諸如602的最小矩形。因此，在這種情況下，剪輯矩形612的尺寸與細分區域的尺寸重合。
在細分之後，由於轉換了的輸出210已經經歷了幾何階段，所以有關場景600的基本要素的信息是可用的，而且在502中被分類到適當區域中。特別地，基本要素614屬於區域604，基本要素616屬於區域606，基本要素618屬於區域608，且基本要素620屬於區域610。可以在502中應用各種分類算法而未超出所描述的繪製塊204的範圍。某些可適用的算法是，但不局限於，約束邏輯框存儲桶分類和精確存儲桶分類。同樣重要的是，要注意到任何與基本要素狀態改變或操作相關聯的命令或者指令還被組織和放置到它們的相應區域中。
一旦基本要素和相關的命令在它們的相應區域中了，則在504中，剪輯矩形612刪除在這些區域以外的任何信息。對於本領域普通技術人員來說，組合504和502或者組合504和506是顯而易見的。此外，當剪輯矩形612完成刪除在區域604外的信息時，通過簡單地改變它的坐標，它能夠移動到一個不同的區域，諸如區域606。在分類和剪輯之後，在506中，以基本要素提交到它們區域的順序在每一個區域中繪製基本要素。
當存在多個層、或者換句話說當深槽數目大於零時，以及當切換信號208指示切換到繪製器2，214時，繪製器2，214的一個實施例然後進行分配每一層到它的基於存儲桶繪製的子繪製器(220，222和224)中的一個。使用圖8作為一個說明，層1可以對應於背景牆800，並且被分配給子繪製器220。層2可以對應於繪802並且被分配給子繪製器222。層3可以對應於椅子804並且被分配給子繪製器224。由這些子繪製器執行的操作實質上和先前結合圖5和圖6描述的操作一樣。組合器226然後收集用於層1、層2和層3的繪製數據，並且確定在背景牆800、繪畫802和椅子804當中的相對深度信息。基於那個確定，組合器226繼續組織不同層的繪製數據並且產生適當的像素數據用於顯示。
做為選擇，繪製器2，214的另一實施例可以包含一個子繪製器，諸如子繪製器220，但是仍然設法處理多個層。首先，繪製器2，214確保完整和外部可見的幀緩存及/或深度緩存存在。其次，子繪製器220開始繪製在層一中的場景數據(直至鎖定事件708的時刻)。當檢測到鎖定事件708時，子繪製器220刷新幀及/或深度緩存數據到外部可見的緩存。因為與現存圖形應用的兼容性或者繪製後續層，所以保持該數據。第三，子繪製器220繼續繪製層二直至鎖定事件710。類似地，當遇到鎖定事件710時，子繪製器212刷新幀及/或深度緩存數據到外部可見緩存。最後，子繪製器220繪製層三直到翻轉事件712為止，並且再次刷新幀及/或深度緩存數據到外部可見緩存。應當注意到組合這些層以產生一個用於多路復用器216的輸出通過上述三次刷新被隱含地完成了。
因此，已經公開了一種用於產生一個繪製的圖像的方法和裝置。雖然已經參考附圖特別地描述了該方法和裝置，但是它們可以出現在任意數量的系統中，其提供了產生一個繪製的圖像的性能。可以進一步考慮到可以由本領域普通技術人員做出許多改變和修改而不背離所討論的方法和裝置的精神和範圍。
權利要求
1.一個用於產生一個繪製的圖像的圖形系統，包含一個檢測器，在該圖形系統中檢測一個切換條件；以及一個與所述切換檢測器相連的繪製塊，其依據所檢測到的切換條件繪製多個層，該繪製塊包含一個選擇電路；一個與該選擇器電路相連的第一繪製器，使用第一繪製技術；以及一個與該選擇器電路相連的第二繪製器，使用第二繪製技術。
2.如權利要求1所述的圖形系統，其特徵在於該切換條件基於每個幀的深槽數目。
3.如權利要求1所述的圖形系統，其特徵在於第二繪製器進一步包含多個子繪製器以處理多個層；以及一個與這些子繪製器相連的組合器，以組合子繪製器的繪製輸出。
4.如權利要求3所述的圖形系統，其特徵在於子繪製器使用存儲桶繪製技術。
5.如權利要求4所述的圖形系統，其特徵在於子繪製器進一步細分這些層為多個區域；獨立地繪製這些區域；以及在一個外部可見緩存中保持這些層的幀緩存數據。
6.一個用於產生一個繪製的圖像的電子系統，包含與主機橋接器相連的視頻子系統，其中該視頻子系統進一步包含一個檢測器，在該圖形系統中檢測一個切換條件；以及一個與切換檢測器相連的繪製塊，其依據所檢測到的切換條件繪製多個層，該繪製塊進一步包含一個選擇電路；一個與該選擇電路相連的第一繪製器，使用一種傳統的繪製技術；以及一個與該多路復用器相連的第二繪製器，使用一種第二繪製技術。
7.如權利要求6所述的電子系統，其特徵在於切換條件基於每個幀的深槽數目。
8.如權利要求6所述的電子系統，其特徵在於第二繪製器進一步包含多個子繪製器以處理多個層；以及一個與這些子繪製器相連的組合器，以組合子繪製器的繪製輸出。
9.如權利要求8所述的電子系統，其特徵在於子繪製器使用存儲桶繪製技術。
10.如權利要求9所述的電子系統，其特徵在於子繪製器進一步細分這些層為多個區域；獨立地繪製這些區域；以及在一個外部可見緩存中保持這些層的幀緩存數據。
全文摘要
公開了一種繪製一個圖像的方法和裝置。在一個實施例中，一個圖形系統具有一個切換檢測器，其在該圖形系統中檢測一個切換條件。該圖形系統還具有一個繪製塊，其依據檢測到的切換條件繪製多個層。
文檔編號G06T15/00GK1664864SQ200510064170
公開日2005年9月7日 申請日期2000年11月28日 優先權日1999年12月22日
發明者H·-C·E·斯, V·M·彭特科夫斯基 申請人:英特爾公司