圖象生成設備的製作方法
2023-10-24 16:19:22 1
專利名稱：圖象生成設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及計算機圖形中使用的圖象生成設備。
背景技術：
在計算機圖形中，要顯示的物體是通過在一個模型中組合多個多邊形製成的。利用坐標列(x，y，z，w)表示各多邊形的有關頂點。根據可見點位置對有關頂點進行坐標轉換，並且接著根據距離進行全視覺(through-vision)變換。換句話說，以使遠離某目視點的位置看起來較小的方式進行變換。上述相繼處理稱為「幾何處理」。通過幾何處理得到每個多邊形的頂點坐標列。把這些頂點坐標列作為顯示錶(圖形元素表)發送到圖形處理裝置。
該圖形處理裝置根據該顯示錶在幀存儲器中畫出基本圖形。把製圖結果從數位訊號變換成模擬信號並接著在顯示器上顯示。由於以每個視頻速率，例如每1/60秒，更新製圖結果，在該顯示器的屏幕上顯示移動畫面。上述相繼的圖形處理稱為「繪製處理」。
近年來，半導體技術顯著發展，從而有可能實現把幀存儲器和圖形處理裝置一起安裝在一塊LSI(大規模集成電路)上。該圖形處理裝置包括大量平行設置的電路，這種大量電路的平行布局和其中頻繁重複簡單處理的繪製處理相協調的。另外，如果把存儲器安裝在未使用的區域中，可以加寬幀處理器的帶寬。由於這個原因，和常規技術相比，可以明顯改進圖形處理裝置的性能，尤其是象素驅動速度。另一方面，對應的幾何處理的性能變為相對不足。換言之，即使可以在幀存儲器制出更多的多邊形，計算有關多邊形的頂點坐標的處理被推遲。
為了解決上述問題，為圖形處理裝置並行地設置執行幾何處理的幾何引擎是有效的。然而，在繪製圖形中，由於要預先確定大量作為參數的圖形環境，例如大量剪裁區、大量半透明處理速度等等，並且由於各個幾何引擎中所使用的各種參數是彼此不同的，必須為每個幾何引擎改變圖形處理裝置的輸入。但是，如果每一次都改變圖形環境，製圖裝置的輸入級的開銷太大。另外，圖形環境的改變幹擾高速緩存的相關性(一致性)並且顯著地降低高速緩存命中率。
技術內容本發明是在上述情況下做出的，從而本發明的一個目的是提供一種能解決上述問題的圖象生成設備。
為了解決上述問題，依據本發明提供一種圖象生成設備，其包括多個幾何處理裝置，用於並行地進行用來表達各有關圖象的幾何處理以便生成多個圖形元素表；圖形處理裝置，用於根據這些圖形元素表進行圖形處理；以及一個仲裁器，用於仲裁該多個幾何處理裝置生成的多個圖形元素表以便把這些圖形元素表引導到該圖形處理裝置；其中該圖形處理裝置包括一個緩衝器，用於存儲和多個圖形元素表對應的圖形環境的以及對圖形環境的標識信息，並且包括用於一旦從該仲裁器輸入多個圖形元素表時從該緩衝器讀出一特定圖形環境以便進行圖形處理的裝置；並且其中該多個幾何處理裝置中的每個裝置生成圖形元素表，而且圖形元素表具有作為其內容的圖形環境標識信息，該圖形環境是由分配給每個幾何處理裝置的幾何處理規定的。
在本說明書中，圖形環境指的是多邊形定義信息，即在例如通過多邊形形成圖形的情況中為圖形區域設定信息和多邊形生成信息。圖形區域設定信息指的是圖形區域的偏置坐標以及製圖剪裁區域的坐標，其中製圖剪裁區域的坐標用於在多邊形的坐標存在於該圖形區域的外面的情況下消除製圖。多邊形信息通常是由多邊形屬性信息和頂點信息構成的。多邊形屬性信息指的是那些周知的指示濃淡處理方式、α調色方式、紋理變換方式等等的信息。頂點信息指的是有關頂點繪製區內坐標、頂點紋理區內坐標、頂點顏色等的信息。上述信息是大長度數據，從而在繪製處理裝置的前級處頻繁改變上述信息會造成額外開銷。在上述情況下，在本發明中，圖形環境本身是在圖形處理裝置一側保持的，並且繪製處理裝置根據圖形環境的標識信息指示適當的圖形環境。該圖形處理裝置讀出該指示的圖形環境並且使圖形處理服從所指示的圖形環境。藉助上述操作，並行進行幾何處理時所出現的開銷被減少。
在一優先實施例中，在該緩衝器中存儲多個幾何處理裝置的每個中的不同的圖形環境類別。此外，多個幾何處理裝置的每一個設計成生成包含表示圖形的優先級的信息的圖形元素表，並且仲裁器設計成在多個圖形元素表彼此競爭時把優先級上更高的圖形元素表引導到該圖形處理裝置。在圖形環境的改變意味著只對某時區禁止的情況下，該仲裁器設計成當按時序方式在從某幾何處理裝置發送的圖形元素表的一特定欄位中設定一個特定的代碼時阻塞來自其它幾何處理裝置的圖形元素表。
在更有效地進行圖象處理的情況下，該多個幾何處理裝置中的至少一個包含一個進行公式幾何處理的處理器，並且至少另一個幾何處理裝置包含一個和另一個處理器緊耦合的處理器從而和上述另一個處理器協同地進行非公式幾何處理。
從下面結合附圖的詳細說明中本發明的這些以及其它目的和優點會變得更加清楚，
圖1示出一種依據本發明的一實施例的娛樂設備的內部結構；圖2是一個概念解釋圖，示出依據該實施例的幾何處理；圖3示出通過第二VPU進行的算術處理生成的圖象的一個例子；圖4示出一個例子，其中第一VPU異步生成的圖象疊加在圖3中示出的圖象上，而第二VPU通過用於GS的總線進行穿插。
圖5示出GS的結構以及它的外圍件的連接狀態；圖6示出如何在顯示錶中指示圖形環境的一個例子；以及圖7示出當合併顯示錶時從第一VPU輸出的顯示錶在時間目標區上優先於其它顯示錶。
具體實施例方式
現在，參照各附圖更詳細地說明一優先實施例，其中把依據本發明的圖象生成設備應用於對娛樂生成計算機圖形圖象的娛樂設備。
依據該實施例的娛樂設備設計成根據記錄在諸如CD-ROM和DVD-ROM的可互換媒體上的程序或數據在顯示器上利用多邊形表示移動畫面並且從揚聲器輸出和移動畫面對應的聲音。
圖1示出該娛樂設備的內部結構。該娛樂設備1具有由主總線B1和子總線B2組成的二條總線，通過總線接口INT這些總線B1和B2互相連接或斷開。
主總線B1和主CPU(中央處理器)10、主存儲器11、主DMAC(直接存儲器存取控制器)12、MPEG(運動圖象專家組)解碼器(MDEC)13、第二向量處理器(VPO1，以下稱為「第二VPU」)21和GIF(圖形合成器接口)30連接，其中主CPU10由微處理器、第一向量處理器(VPU(向量處理器)0，以下稱為「第一VPU」)20等等構成，主存儲器11由RAM(隨機存取存儲器)構成，並且GIF30充當第一VPU20和第二VPU21的仲裁器。另外，主總線B1通過GIF30和圖形處理裝置(圖形合成器，以下稱為「GS」)31連接。GS31和生成視頻輸出信號的CRTC(CRT控制器)33連接。
當娛樂設備1啟動時，主CPU10通過總線接口INT從子總線B2上的ROM17讀啟動程序並執行該啟動程序以便運行作業系統。主CPU10還控制媒體驅動器60以從媒體61讀取應用程式或數據，它允許把該應用程式或數據存儲在主存儲器11中。另外，主CPU10協同第一VPU20對從媒體61讀出的各種數據，例如構成多個基本圖形(多邊形)的三維物體數據(多邊形的頂點(代表點)的數據，等等)，進行幾何處理以便生成顯示錶。
在主CPU10內設置一個稱為「SPR(便箋式RAM)」的高速存儲器，用於暫時地存儲和第一VPU20合作進行的幾何處理的結果。
第一VPU20進行幾何處理的同時，第二VPU21進行幾何處理，以便生成顯示錶。第一VPU20和第二VPU21生成的顯示錶通過GIF30傳送到GS31。GS31根據這些顯示錶進行繪製處理。GIF30基本上進行仲裁，從而把這些顯示錶傳送到GS31時由第一VPU20和第二VPU21生成的顯示錶彼此不會衝突。在該實施例中，對GIF30添加了按照較高優先級排列這些顯示錶並且按次序向GS31傳送更優先的顯示錶的功能。當各個VPU20和21生成顯示錶時，通常在標記區中說明代表該顯示錶的優先級的信息。替代地，可以由GIF30判斷各個顯示錶的優先級。
後面會更詳細地說明第一VPU20、第二VPU21和GS31。
主DMAC12根據總線接口INT的狀態進行對和主總線B1連接的有關電路的DMA傳送控制並且進行對和子總線B2連接的有關電路的DMA傳輸控制。
MDEC13和主CPU10相併行地運行並且擴展通過MPEG(運動圖象專家組)系統、JPEG(聯合圖象專家組)系統等壓縮的數據。
另一方面，子總線B2和下述連接由微處理器等構成的子CPU14，由RAM構成的子存儲器15，子DMAC16，其中存儲著例如作業系統的程序的ROM17，讀出聲音存儲器41中存儲的聲音數據並把該聲音數據作為聲頻輸出予以輸出的聲音處理器(SPV)40，通過公用線路等進行數據的發送/接收的通信控制器(ATM)50，用於安裝媒體61例如CD ROM或DVD-ROM的媒體驅動器60，以及輸入部分70。該輸入部分70包括用於連接操作設備81的連接端子71，用於連接存儲器卡MC的連接端子72，用於從外部輸入圖象數據的視頻輸入電路73，以及用於從外部輸入聲頻數據的聲頻輸入電路74。
子CPU14根據ROM17中存儲的程序進行各種操作。子DMAC16隻在總線接口INT斷開主總線B1和子總線B2的狀態下控制對連接到子總線B2上的有關電路的DMA傳輸等。
接著，更詳細地說明按上述構建的該娛樂設備1中的作為特色的幾何處理。
如上面所說明，在本實施例中，第一VPU20和第二VPU21同時運行，從而能夠進行適應於高速繪製處理的幾何處理。
第一VPU20包括多個算術地運算浮點實數的運算單元，並且在第二VPU21運行的同時由這些運算單元進行浮點運算。在該實施例中，主CPU10中的微處理器和第一VPU20彼此緊耦合，從而協同地進行幾何處理中多邊形單元需要實現的精細運算的算術處理。接著，第一VPU20生成帶有多邊形定義信息的顯示錶，該多邊形定義信息例如是通過上述算術處理作為其內容得到的頂點坐標列或濃淡處理方式。
多邊形定義信息本質上包含圖形區域設定信息和多邊形信息。前面說明了圖形區域設定信息以及多邊形信息的內容。
第二VPU21按和第一VPU20相同的方式運行，即它包括多個算術上運算浮點實數的運算單元並且獨立於第一VPU20的運行由這些運算單元進行浮點運算。接著，第二VPU21生成顯示錶，該顯示錶具有通過操作設備81的操作以及矩陣運算可以生成圖象的信息作為其內容，例如相對簡單的二維多邊形定義信息，該定義信息可以通過例如對具有簡單形狀的物體(例如建築物或交通工具)的全視覺變換、平行光源計算或二維曲面生成處理而產生。
圖2示出第一VPU20和第二VPU21生成顯示錶的過程。
即，通過有關的VPU20和21分別對用「DMA標記」標識的三維物體(X，Y，Z坐標列組)進行坐標變換，從而生成用「DMA標記」和「GIF標記」標識的二維顯示錶。合併這些顯示錶並發送到GIF30。
儘管結構上第一VPU20和第二VPU21是相同的，它們分別充當幾何引擎負責內容不同的算術處理。
通常，把需要複雜移動計算(非公式幾何處理)的角色等的運動的處理分配給第一VPU20，並把需要大量簡單多邊形的物體，例如背景建築物或類似物的處理(公式幾何處理)分配給第二VPU21。
另外，第一VPU20進行和視頻速率同步的宏算術處理，而把第二VPU21設置成運行上和GS31同步。出於這個目的，第二VPU21包括一條和GS31直接連接的直接通路。相反，第一VPU20設計成容易進行複雜處理的編程。這就是第一VPU20和主CPU10的微處理器緊耦合的原因。
圖3示出通過第二VPU21進行的算術處理生成的圖象，而圖4示出第二VPU21疊加由第一VPU20異步生成的圖象，這是通過用於GS31的總線進行穿插的。
在本實施例中能由這二個VPU20和21確定所需任務和進程的原因在於，該設備的專用於娛樂性多媒體。如果它是一個通用設備，恐怕會出現各種寄存器的再處理或者出現浮點算術流水線的失調。
接著更詳細地說明作為娛樂設備1的另外的特色的GIF30和GS31。
如前面所說明，GF30包括按更高優先級的次序向GS31傳輸顯示錶的功能。
如圖5中所示，GS包括一個環境選擇器311、一對圖形環境緩衝器3R和313以及一個繪製處理機構(繪製邏輯，「RL」)314。RL314本身在技術上是周知的。
第一圖形環境緩衝器(GCO，以下稱為「第一GC」)312存儲用於第一VPU20為多對參數組的各種圖形環境以及它們的標識信息，而第二圖形環境緩衝器(GC1，以下稱為「第二GC」)313存儲用於第二VPU20為多對參數組的各種圖形環境以及它們的標識信息。可以根據娛樂目的任意設定那些應在GC312或313一側保持的圖形環境。
環境選擇器311根據從GIF30通知的環境ID(GCO/GC1)向第一GC312或者第二GC313輸出適當的圖形環境。
RL314利用圖形環境和顯示錶進行繪製處理並在幀緩衝器或存儲器32中畫多邊形。由於幀存儲器32還可以用作為紋理存儲器，帖存儲器32可以對畫出的多邊形貼上該幀存儲器中的象素圖象以作為紋理。
如前面所說明，由於GS31事先把圖表環境存儲到第一GC312和第二GC313中，若指定要使用哪些圖形環境，顯示錶中的內容是充足的，這造成不僅縮短顯示錶本身的長度並且還可以明顯地減少RL314的輸入級處的開銷。由於這個原因，從幾何處理到繪製處理的整個圖象處理是高效率的和高性能的。
此外，由於通過描述顯示錶中的環境ID和標識信息仲裁地選擇要使用第一GC312和第二GC313中存儲的那個圖形環境，如果事先約定如何由第一VPU20和第二VPU21識別要使用的環境，則如圖5中所示可以由GIF30合併來自有關VPU20和21的不同顯示錶，這是非常有用的。
儘管如上面所說明減少了圖形環境改變時的開銷，存在著其中絕對禁止想進行圖形環境改變的情況，例如VPU20和21中的任何一個正在把幀存儲器32的公用區用作為主區的情況下。
對於這種情況，在GIF30中設置一種絕對禁止改變圖形環境的模式。具體地，當在時序方式下從一個VPU發送的顯示錶的一個特定欄位(例如，圖2中示出的顯示錶中「GIF標記」後面的一個區段)被設置一特定碼(例如，諸如「EOP」的標誌)時，阻塞來自其它VPU的顯示錶。
利用一具體例子說明上述例子。
圖6和7示出如何分別在各個VPU20和21生成的顯示錶中指示圖表環境的例子。在這張圖中，左側示出從第一VPU20輸出的顯示錶，中間示出從第二VPU21輸出的顯示錶，而右側示出由GIF130合併的顯示錶。坐標軸代表時間。
圖6示出一個例子，其指明在第一VPU20裡在環境0(表示該圖形環境存儲在第一GS312裡的ID)的圖形環境之中使用用「XBO」或類似物標識的參數，而在第二VPU21裡在環境1(表示該圖形環境存儲在第二GS313裡的ID)的圖形環境之中使用用「XCO」或類似物標識的參數。順序地沿著時序合併顯示錶，並且如該圖中所示，它通過「GIF標記」和環境ID不費心地標識顯示錶是從第一VPU20和第二VPU21中的哪一個生成的。圖中「idol」表示備用狀態。
圖7示出從第一VPU20輸出的某顯示錶在某時間目標區由GIF30合併時通過在「GIF標記」區段中描述「EOP」優先於其它顯示錶。在上述操作期間，用於第一VPU20的圖形環境在不受第二VPU21的中斷下傳送到RL314。
如上面所說明，在依據該實施例的娛樂設備1中，由於利用GS31並行地部署執行幾何處理的第一VPU20和第二VPU21，由於在GS一側提供各個VPU20和21中使用的圖形環境，並且由於顯示錶的內容只是用來標識要使用的圖形環境的信息，當GS31輸入級處的環境改變時可以同時實現高效率的幾何處理和減少發生的負載。
該實施例示出一個其中把二個VPU20和21用作為幾何引擎的例子。然而，不用說VPU的數量可以是三個或者更多，並且可使用其它功能上等同於VPU的算術處理裝置。另外，依據本發明的圖象處理設備不限於為娛樂設備1，而是還可應用於類型相同的圖象生成設備。換言之，要畫的圖象可以不必總是用於娛樂的計算機圖形圖象，而且圖象環境不必總是由該實施例中的圖象環境限制。
從上面的說明顯而易見，本發明提供在進行幾何處理的同時抑制繪製處理前級處的開銷的固有優點。
上述對本發明的優先實施例的說明是出於示範和描述的目的給出的。它不意味著把本發明拘泥於或限制於所公開的確切形式，而是根據上述原理各種修改和變型是可能的或者可以在實施本發明中得到。這些實施例是出於解釋本發明的原理以及它的實際應用的目的而選擇和說明的，以便使業內人士在各種實施例中使用本發明並且帶有適應於預期的實際應用的各種修改。本發明的範圍是在附屬的權利要求書以及等同品中定義的。
權利要求
1.一種圖象生成設備，包括多個幾何處理裝置，用於並行地進行用來表達各有關圖象的幾何處理以便生成多個圖形元素表；圖形處理裝置，用於根據所述多個圖形元素表進行圖形處理；以及一個仲裁器，用於仲裁所述多個幾何處理裝置生成的多個圖形元素表以便把所述多個圖形元素表引導到所述圖形處理裝置；其中所述圖形處理裝置包括一個緩衝器，用於存儲和所述多個圖形元素表對應的圖形環境以及對所述圖形環境的標識信息，並且包括用於一旦從所述仲裁器輸入所述多個圖形元素表，則從所述緩衝器讀出一特定圖形環境以便進行圖形處理的裝置；並且其中所述多個幾何處理裝置中的每個裝置生成所述圖形元素表，並且所述圖形元素表具有作為其內容的圖形環境標識信息，所述圖形環境是由分配給所述幾何處理裝置的每一個的幾何處理規定的。
2.如權利要求1所述的圖象生成設備，其中在所述緩衝器中存儲該多個幾何處理裝置的每一個中類別不同的圖形環境。
3.如權利要求1所述的圖象生成設備，其中在所述多個幾何處理裝置的每一個生成包含著表示圖形的優先級的信息的所述圖形元素表；其中當多個圖形元素表彼此競爭時所述仲裁器把優先級更高的圖形元素表引導到所述圖形處理裝置。
4.如權利要求1所述的圖象生成設備，其中當按時序方式在從某幾何處理裝置發送的該圖形元素表的一特定欄位中設定一個特定的代碼時所述仲裁器阻塞來自其它幾何處理裝置的圖形元素表。
5.如權利要求1所述的圖象生成設備，其中所述多個幾何處理裝置中的至少一個包括一個進行公式幾何處理的處理器，並且至少另一個幾何處理裝置包括一個和另一個處理器緊耦合的處理器從而協同所述另一個處理器進行非公式幾何處理。
6.如權利要求1所述的圖象生成設備，其中要畫的圖象包括用於娛樂的計算機圖形圖象。
全文摘要
本發明提供一種圖象生成設備,包括二個用於並行地進行用來表達各有關圖象的幾何處理以生成圖形元素表的向量處理器,一個用於根據這些圖形元素表進行圖形處理的圖形處理器,以及一個仲裁器。該圖形處理器包括:二個用於存儲和圖形元素表對應的圖形環境以及對該圖形環境的標識信息的緩衝器和一個一旦從該仲裁器輸入圖形元素表從這些緩衝器讀出一特定圖形環境以進行圖形處理的單元。每個向量處理器生成圖形元素表,其中圖形元素表具有作為其內容的由分配給每個向量處理器的幾何處理規定的圖形環境的標識信息。
文檔編號G06T15/00GK1364281SQ01800403
公開日2002年8月14日 申請日期2001年3月1日 優先權日2000年3月2日
發明者田中正善, 豐禎治, 鈴置雅一 申請人:索尼計算機娛樂公司