TW591547B - Method and apparatus for the implementation of full-scene anti-aliasing supersampling - Google Patents

Description

發明範圍 更特別的是本發明和處理三維 本發明和電腦系統有關 圖形資料有關。 發明背景 及二：ΐ生之圖形經常使用於工業界、商業界、教育界。 :木界寺各種領域’電腦圖形係由位於顯示監示器上之 '、所表不’然而’因為顯示之資料僅包含有限數目之偉 L故往往會產生條紋狀(aliaslng)現象條紋狀(aliaslng :象係因將類比資料以數位格式表示，故會在所顯示之景 像上出現不規則之邊線。 用於降低條紋狀技術之應用_般稱之為抗條紋技棟 (峨-ahasing) ’用於整體場景之抗條紋技術之—稱之為寿 取樣技術（SUpersampling)，超取樣技術為一種方法其中 -原始圖像場景會以高解析度構組（rende㈣），且接著以 濾波方式降為原來顯示解析度，因此’超取樣技術乃將傾 紋狀效應轉換成較高之空間頻率。 現行電腦系統在使用超取樣技術時會產生執行效果上之 缺失，超取樣技術之問題在於其需要附加《處理及記憶體 儲存空m頻寬，俾能讀高解析度構組（render)一影 像，且後續再將其濾波降低解析度，舉例而言，在顯示幕 之個別X及Y方向進行2倍（2X)超取樣將需要4倍（4χ)儲存空 間及頻寬’因A，提出-有效率之超取樣技術且無需額外 之έ己憶體儲存空間是吾人所亟需的。 圖不概要描述 - ~ 4 ~ 本紙張尺度適财S S家標準(CNS) Α4規格(2ι〇Χ297公董)

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本發明將可藉由以下詳述及伴隨本發明各種具體實施例 之圖示獲致更完整之了冑，此諸圖示不應被用來將本發明 範圍限於某些個別具體實施例中’其用途僅為說明暨增進 了解目的。 3 圖1為一電腦系統之具體實施例方塊圖； 圖2為一處理器之具體實施例方塊圖； 圖3為一圖形快取記憶體之具體實施例方塊圖；及 圖4為在進行超取樣（supersampHng)作業時之資料流具 體實施例方塊圖。 詳細描述 本發明描述一種進行高效超取樣（supersampling)之方法 ^裝置，在本發明以下詳述中，會進行各種細部解說以使 讀者對本發明具亦透徹了解。然而，熟知本領域之人士可 明確地認知，在無這些個別細部說明之情況下，本發明仍 可據以貝踐，在其他狀況下，眾所週知之架構及裝置係以 方塊圖型式顯現而不作細部顯示以避免模糊本發明之焦點。 在“ 一具體實施例（one embodiment)，，或“某一具體實例 (an embodiment)”說明中之參數代表一伴隨該具體實施例 之特別物件、結構、或特性係包含於本發明之至少一具體 戶、施例中。位於說明敘述各處所出現之片語“在一具體實 施例中，，並不一定表示全部參考同一具體實施例。 圖1為一電腦系統1 〇〇之具體實施例方塊圖，電腦系統 100包含一中央處理單元（處理器）1〇5，其和處理器匯流排 no耦連。在一具體實施例中，處理器1〇5為pentium⑧家族

591547 A7 _____B7 五、(3 Γ -- 系列處理器，包含Pentium® Π家族系列及行動pentium⑧ 家族系列，且Pentium® II可自位於美國加州聖塔科拉娜之 英代爾公司取得，其他處理器亦可在此使用。 曰曰元組1 2 0亦|馬連至處理器匯流排1 1 〇，晶元纟且1 2 〇可包 含一記憶體控制器，其用以控制主記憶體丨丨3，進一步而 言，晶元組120亦包含一加速圖形槔（AGP)規格修訂2〇版 介面，其由位於加州聖塔科拉娜之英代爾公司所發展，晶 元組12 0搞連至視訊裝置12 5，且掌控視訊資料對主記憶體 1 1 3進行存取之要求。 主記憶體1 1 3透過晶元組120和處理器匯流排n 〇搞連， 主記憶體1 13儲存指令序列，其由處理器1〇5執行。在一具 體貫施例中’主憶體1 1 3包含一動態隨機存取記憶體 (DRAM)系統’然而，主記憶體113亦可有其他構型，由處 理器105所處理之指令序列可自主憶體113或任何其他儲存 裝置擷取。其他諸如多重處理器及/或多重主憶體裝置等 附加裝置亦可和處理器匯流排11 0耦連。電腦系統！ 〇〇係以 單一處理器進行描述，然而，多重處理器可耦連至處理器 匯流排1 1 0。視訊裝置125亦和晶元組120輕連，在一呈體 實施例中，視訊裝置包含一視訊監視器，像是一陰極射線 管（CRT)或液晶顯示幕（LCD)以及必要之支援電路。 處理器匯流排1 1 0透過晶元組12 0和系統匯流排1 3 〇 |馬連 ’在一具體貫施例中’系統匯流排13 〇為一週邊元件互連 (PCI)規格修訂2· 1版標準匯流排，由位於美國加州聖塔科 拉娜之英代爾公司發展，然而，吾人亦可使用其他匯流排 -6- 本紙張尺度適财國Η家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董 1 ~ ' -- 591547

標準。多重裝置，像是聲訊裝置127可和系統匯流排13〇耦 連。 匯流排橋接器140將系統匯流排130和第二匯流排150轉 連’在一具體實施例中’第二匯流排丨5 〇為一工業標準架 構（ISA)規格修汀1 ·〇版匯流排，由位於美國紐約阿蒙克 (Armonk)之國際商業機器公司（IBM)所發展，然而，吾人 亦可使用其他匯流排標準，像是由康柏公司所發展之延展 工業標準架構（EISA)規格修訂3.12版等。多重裝置，像是 硬碟153及磁碟驅動器154可和第二匯流排ι5〇耦連，其他 諸如游“控制裝置（未於顯示圖1)等裝置可编連至第二匯 流排150。 圖2為處理器1〇5具體實施例之方塊圖，處理器ι〇5包含 一中央處理單元（C P U)核心2 1 0、C P U快取記憶體2 2 〇、圖 形核心230、圖形快取記憶體240、以及匯流排介面25〇， C P U核心2 1 0執行電腦系統1 〇 〇所接收之非圖形指令，〔p u 快取記憶體220耦連至CPU核心210。依據一具體實施例， C P U快取§己憶體2 2 0為一高速儲存機制，其用以儲存由 CPU核心2 10所執行之資料及指令序列。 匯流排介面250和CPU快取記憶體220耦連，匯流排介面 2 50將CPU快取記憶體220以及圖形快取記憶體24〇搞連至 處理器匯流排110，使得資料得以送達處理器1〇5並自該處 分送。 - 圖形核心2 3 0包含一圖形加速器，其專門用於計算圖形 轉換，圖形核心230促使CPU核心210有效率地執行非圖形 ___^_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公 ' ------- 591547

指令，而圖形核心230則處理圖形計算。依據一具體實施 例’圖形核心依據一基於瓦狀之構組架構⑴le_based rendering architecture)進行運算，構組（rendering)為以像 素為基礎對不同顏色及位置資訊進行計算之行為，因此， 一觀視者可自視訊裝置125之二度空間監視器感受景深資 訊。 構組動作將原先僅以頂點（vertices)集合進行儲存之資料 填入位於一物件表面之點位置，以此種方式，一具有三度 空間陰影效果之固體物件可描繪於螢幕上。為進行構組一 物件，吾人必須決定色彩及位置資料，為使其有效率進行 ’物件上之諸頂點會分割成複數個三角形，且這些三角形 (複數個三頂點所組成之集合）然後會於圖形處理器核心 2 3 0同時進行處理。 在以瓦狀為基礎構組進行中，圖形核心23〇持續以一二 角形接著一三角形方式在一特定圖形場景（或影像）中構建 多邊形，直到場景構建完成為止，然而，在構組一場景之 前，圖形核心230會將一場景分割成一系列三角形，接著 ’藉由審視母一二角形之包覆箱（bounding box)，此諸二 角形會被挑揀（sorted)(或串裝（binning))入瓦狀中，瓦狀串 裝在於決定一三角形應置於何瓦狀内。依據一具體實施例 ，圖形快取記憶體240對位於一場景中之每一瓦狀皆包含 一緩衝區，該緩衝區内含指標指向包含於該緩衝區内之特 疋二角形，在母二角形已完成串裝後，場景内之每一瓦 狀將同時進行構組。

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591547 A7 B7 五、發明説明（6 圖形快取記憶體24〇和圖形核心23〇及匯流排介面25〇耦 連，依據一具體實施例，圖形快取記憶體240為一統合 (unified)圖形快取記憶體，其可容納128χ64像素之瓦^ (tile)大小’其中每一像素包含32位元顏色及景深數值。 在另一具體實施例中，圖形快取記憶體24〇除了儲存顏色 及景深資料外，其亦會儲存紋理（texture)資料。在進一步 具體實施例中，圖形快取記憶體24〇為64 kb (千位元組）靜 態隨機存取記憶體，用以容納128χ64瓦狀大小，然而，熟 知本領域之人士必會了解其他記憶體大小及形式亦可用於 圖形快取記憶體240。 圖3為圖形快取記憶體24〇之具體實施例方塊圖，圖形快 取έ己憶體240包含圖形紋理（texture)快取記憶體32〇以及圖 开’色彩/Z瓦狀（tile)緩衝區340。圖形紋理快取記憶體32〇儲 存紋理貧料其用於一物件之紋理匹配，紋理匹配包含進行 三度空間特徵（例如，物件之透明度暨反射度等）以及二度 空間質地（例如色彩及亮度）紋理編碼，一旦吾人已對一紋 理完成定義，其可對一三維物件進行包覆。 圖形色彩/Z瓦狀缓衝區340對位於一或多場景中每一瓦 狀内之像素儲存色彩及景深資料，瓦狀大小可基於顏色及 景深格式以及圖形顏色/Z瓦狀緩衝區340之大小而定，因 此，依據一具體實施例，圖形顏色/Z瓦狀緩衝區34〇具有 足夠之谷^:以供位於一特別瓦狀内之所有三角形進行中介 顏色及景深資料之存取。依據一進一步具體實施例，在位 於一瓦狀内最後三角形完成構組之後，顏色及景深資料會 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 裝 訂 591547

寫入記憶體.11 3。 依據一具體實施例，使用圖形快取記憶體24〇可令圖形 核心230藉由限歸卜記憶體容量暨頻寬需求而有效率地 進行超取樣（supersampling)。圖4為圖形核心23〇進行超取 樣時資料流之具體實施例流程圖，為了說明之目的，吾人 假設k = 4在X及Y軸方向進行二倍（2χ)超取樣，接著’假設 瓦狀大小為128x64，且多邊形係串裝（Mnned)成虛擬瓦狀 大小6 4 X 3 2 ,然而熟知本領域之人士將了解吾人亦可使用 其他k值及瓦狀大小進行此超取樣過程。 請參照圖4，位於處理方塊4丨〇中，來自記憶體丨丨3關於 一瓦狀之多邊形經由位於晶元組12〇中之AGp埠而為圖形 核心230所接收；在處理方塊42〇中，多邊形會於圖形核心 230放大，因為在此例中，k==4 ,多邊形會放大為原來的四 倍（4X)，該放大過桎係使用由圖形核心23〇所支援之視埠 (viewport)轉換而達成，在視埠轉換中，字元座標會根據 圖形核心23 0之指引而映射於顯示幕上，接著，圖形核心 230會加速轉換之進行，藉由應用視埠轉換，吾人可操控 視埠之維數俾使最終影像得以放大並構組（rendedng)成瓦 狀。 在處理方塊430中，吾人完成放大多邊形之設置，依據 一具體實施例，該設置階段會擷取伴隨每一頂點之資料， 並計算掃讀轉換所需之各個參數。依據進一步之具體實施 例，會對位於多邊形中***各頂點屬性所需之斜度 (gradients)加以計算。 - 10 _ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格297公爱）

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3 &路弓丨擎（Pipeline engine)，因此，當前一瓦狀之延 展BLT進行時，位於圖形核心23〇中後續瓦狀之構組可開 始執行。 如上述’對於以瓦狀為基礎之構組使用一統合圖形快取 記憶體架構可有效產生超取樣影像而無需增加額外記憶體 •容量及頻寬需求。 一般而言，使用非基於瓦狀之圖形引擎首先必須構組完 整超取樣影像至記憶體位置，該影像在下取樣 (downsampling)處理得以開始之前為原始顯示解析度之匕倍 ,所需之記憶體一般而言將過大而無法在和圖形引擎相同 之半導體裝置上執行，因此，必需在主記憶體中增加記憶 體容量及頻寬。 ~ 如上述，統合圖形快取記憶體對於超取樣影像提供了暫 時之儲存空間以作為稍後進行下濾波之用（例如透過延展 BLT)，因此，僅有原始大小之最終影像需予以寫出及儲 存於諸如記憶體113之主系統記憶體中。因此，吾人已描 述了不會導致額外記憶體容量及頻寬需求之有效超取樣作 法。 儘管在閱讀以上描述後熟知本領域之人士必會體認本發 明可進行諸多改變及修訂’然吾人必須了解任何所顯示之 具體實施例及藉由說明進行之描述並非意於限制，因此， 在各具體實施例中之詳述並非意於限制本發明申請專利之 範圍，其旨在指出有關本發明之特性。 __ - 12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）

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Claims (1)

1. 591547 A BCD 申請專利範圍 1、一種電腦系統，其.包含： 一圖形核心；以及 一和該圖形核心耦合之統合圖形快取記憶體，其中 該統合圖形快取記憶體儲存紋理資料（texture data)、色 彩資料以及景深（depth)資料。 2 ·如申巧專利範圍第i項之電腦系統，其中該圖形快取記 憶體包含： 紋理快取記憶體，用以儲存紋理資料；以及 一色衫及景深緩衝區，用以儲存色彩資料及景深資 料。 3 ·如申請專利範圍第1項之電腦系統，進一步包含： 一中央處理單元（CPU)核心；以及 一輕合於該CPU核心之CPU快取記憶體。 4. 如申請專利範圍第3項之電腦系統，進一步包含一匯流 排介面，其和CPU核心及圖形快取記憶體耦合。 5. 如申請專利範圍第1項之電腦系統，其中該圖形核心依 據瓷磚式並列基礎構組（tile-based rendedng)架構運作。 6. 如申請專利範圍第1項之電腦系統，進一步包含一和該 匯流排介面耦合之主記憶體。 7·如申請專利範圍第2項之電腦系統，其中該圖形核心將 影像之複數個多邊形放大並使該等複數個多邊形進入該 圖形快取記憶體中。 8.如申請專利範圍第7項之電腦系統，其中該影像多邊形 之放大處理係藉由視璋（Vjewp〇rt)轉換達成。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(2ΐ〇χ297公釐) W1547

   申請專利範圍 9.·如申凊專利範圍第，7項之電腦系統，其中在複數個多邊 七70成之後’該圖形核心對影像多邊形進行下取樣 (downsamples)。 1 〇.如申明專利範圍第9項之電腦系統，其中該影像多邊形 之下取樣係藉由執行一位元對齊（aligned)區塊轉換而達 成。 ιι_一種對一影像進行超取樣之方法，包括·· 在一圖形核心進行接收影像之第一瓷磚式並列複數 個多邊形；以及 使該第一究磚式並列之複數個多邊形至一統合圖形 快取記憶體中’其中該統合圖形快取記憶體儲存影像之 紋理資料、色彩資料以及景深資料。 12.如申請專利範圍第π項之方法，進一步包含在圖形核心 接收多邊形之後對該複數個多邊形進行放大。 1 3 ·如申請專利範圍第丨2項之方法，其中該多邊形會放大為 該影像原始大小之四倍。 14 ·如申請專利範圍第12項之方法，其中放大動作係使用視 璋轉換而達成。 1 5 ·如申請專利範圍第1 1項之方法，其中形成多邊形之過裎 包括： 設定該影像複數個多邊形；以及 將位於該影像多邊形内之像素點陣化（rasterizing)。 1 6.如申請專利範圍第1 5項之方法，進一步包含將位於該影 像多邊形中之像素紋理化（texturing)。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 591547 A B c D 六、申請專利範圍 17‘如申請專利範圍第·丨丨項之方法，進一步包含在該複數個 少邊幵>/元成構組後進行下取樣（d〇wnsarnpling)。 18·如申請專利範圍第17項之方法，其中該下取樣係藉由執 行位兀對齊（aligned)方塊轉換而達成。 19·如申請專利範圍第丨丨項之方法，進一步包含： 決定該統合圖形快取記憶體是否需包含更多要被形 成的竟磚；以及 右疋’在圖形核心進行該影像之第二瓦狀複數個多 邊形之接收；以及 使該第二瓦狀之複數個多邊形進入統合圖形快取記 憶體内。 20·—種中央處理單元（CPU)，包含·· 一圖形加速器；以及 一和該圖形加速器耦合之統合圖形快取記憶體，其 中該統合圖形快取記憶體儲存紋理資料、色彩資料以及 景深資料。 2 1 ·如申凊專利範圍第20項之CPU，其中該圖形快取記憶體 包含： 一用於儲存紋理資料之紋理快取記憶體；以及 色彩及景沬緩衝區，用於儲存色彩資料及景深資 料。 、 22.如申請專利範圍第20項之CPU，進一步包含： 一 CPU核心；以及 一耦合至CPU核心之CPU快取記憶體。 -15- ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) " --- 591547 8 8 8 8 A B c D 六、申請專利範圍 23 4如申請專利範圍第22項之CPU，進一步包含一匯流排介 面，其和該CPU快取記憶體及圖形快取記憶體耦連。 24·如申請專利範圍第23項之CPU，其中該圖形加速器依據 以瓷磚式並列為基礎之構組架構進行運作。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)