[发明专利]使用纹理坐标导数的加速的纹理查找

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2012年7月20日提交的美国申请No.13/554,976（代理人案号90619-819671（009610US））的延续并要求其权益，美国申请No.13/554,976要求2011年9月12日提交的美国临时申请No.61/527,061（代理人案号90619-802863（009600US））的权益。上述申请基于所有目的通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明的实施方案大体上涉及计算机图形处理系统，以及具体来说，涉及预测用于渲染三维对象的纹理图的存储器提取的图形处理单元。

背景技术

现代视频游戏和计算机辅助设计（CAD）应用中的三维（3D或3-D）模型使用纹理图来接近真实外观。纹理图（有时称为纹理）典型地是颜色、透明度、材料属性、表面取向或其他特征的表，其可以采用数字方式包绕或以其它方式映射到3D对象。尽管名称如此，它们不仅能够定义对象的纹理外观，而且还能够定义其颜色、反射属性、材料属性和其他表面细节。在视频游戏中，用于3D模型的纹理往往包括漫反射颜色纹理、镜面（闪耀）颜色纹理、法线图、透明度图和材料指数等。

在计算机图形渲染中，图形处理单元（GPU）中的一些最高时延操作与存储器访问相关。存储器读取操作可能比如加法、减法、乘法和除法的代数运算操作多花费数个数量级的更长时间来执行。例如，从存储器读取值要花费10-100倍于将两个值相加在一起所花费的时钟周期并非不常见。

在现有技术中，尽管名称如此，着色器（shader）是常用的渲染程序且不限于遮光效果，其通过一行一次启动若干渲染线程来补偿存储器访问时延。将每个线程指定到要渲染的像素。线程使用指定的像素来查找该像素对应于什么对象（或背景）并访问适合的纹理图以用于渲染。具体来说，为该像素读取纹理图内适合的纹素的存储器位置。当随像素完成线程时，为另一个像素调用另一个线程。这样持续进行直到图像的所有像素均被渲染为止。一次调用的线程的数量受限于用于跟踪这些线程和关联变量的寄存器或堆栈存储器的数量。

虽然过去几十年中图形处理器和渲染技术突飞猛进地提高，尤其在量产的消费级视频游戏硬件中，但是现有技术中始终存在对更快且更高效的3D渲染的需求。

发明内容

公开用于为着色器程序预提取与纹理图相关的存储器的方法、系统和装置。一般，使用先前访问的纹素的存储器位置来估算将来访问的存储器位置。例如，关于存储器地址相对于3D模型的相同三角小平面中的像素位置计算一阶导数（类似于有限差和差商）。使用导数估算将可能为另一个像素访问的另一个纹素的存储器位置。然后读取估算的存储器位置，以便将其内容置于本地变量或本地高速缓存中。如果着色器程序随后渲染与所预提取的纹素对应的像素，则渲染能够进行得更快，因为纹素的存储器已经被读取。

如果纹理图的存储器地址是连续的且像素是三维模型上同一平面的小平面的部分，则能够使用一阶导数精确地估算将来的存储器地址。如果确定用于创建导数的像素和将来的像素位于相同的小平面上，则可以计算该导数并读取存储器。如果它们位于彼此相对偏斜的不同小平面上，则可能要避免导数的计算，因为给定小平面之间的倾斜且不连续，该估算可能不精确。再者，因为用于不同小平面的存储器可能不相邻，所以估算可能不精确。

本公开的一些实施方案涉及一种准备预提取用于图形处理的纹素的方法。该方法包括接收纹理图的纹素的存储器地址，这些纹素对应于图像中的像素，确定像素全部对应于三维模型的共同小平面，使用操作上与存储器耦合的至少一个处理器通过将存储器地址中的差除以图像中像素之间的距离来计算导数，以及使用计算的导数来预提取另一个像素位置的信息。计算用于预提取的导数是基于像素对应于相同小平面的确定。

一些实施方案涉及一种用于准备预提取用于图形处理的纹素的方法。该方法包括接收要取样以应用于三维模型的纹理图的第一纹素的第一存储器地址，该第一纹素对应于图像中的第一像素，接收纹理图的第二纹素的第二存储器地址，所述第二纹素对应于图像中的第二像素，使用操作上与存储器耦合的至少一个处理器通过将第一存储器地址与第二存储器地址之间的差除以图像的第一像素和第二像素的位置之间的距离来计算导数，以及基于计算的导数估算纹理图的第三纹素的第三存储器地址。

其他实施方案涉及采用或存储上文描述的方法的指令的机器可读有形存储介质和计算机系统。

参考说明书的其余部分以及附图可以实现进一步理解本文公开和建议的实施方案的性质和优点。

附图说明