[发明专利]一种超前消隐几何引擎结构

说明书

本发明属于计算机硬件技术领域，涉及一种超前消隐几何引擎结构。本发明由一个7级功能流水线、几何参数存储单元和多个不同功能的访问接口组成。7个功能流水线从前到后依次为图元装配单元、投影变换单元、背面消隐单元、平面剪裁单元、三维剪裁单元、视窗变换单元，以及图元光栅化单元。访问接口包括几何图元顶点数据输入接口、控制寄存器读写访接口、图形状态参数访问接口、名字堆栈错误状态反馈接口、选择与反馈数据记录接口、像素数据输出接口组成。本发明能够显著降低几何引擎中平面剪裁单元、三维剪裁单元、视窗变换单元，以及图元光栅化单元阶段的处理工作量，从而降低图形处理延迟和功耗，提升图元处理吞吐量。

技术领域

本发明属于计算机硬件技术领域，涉及一种超前消隐几何引擎结构。

背景技术

随着图形化应用的不断增加，早期单靠CPU进行图形绘制的解决方案已经难以满足成绩和技术增长的图形处理需求，图形处理器(Graphic Processing Unit，GPU)应运而生。从1999年Nvidia发布第一款GPU产品至今，GPU技术的发展主要经历了固定功能流水线阶段、分离染色器架构阶段、统一染色器架构阶段，其图形处理能力不断提升，应用领域也从最初的图形绘制逐步扩展到通用计算领域。GPU流水线高速、并行的特征和灵活的可编程能力，为图形处理和通用并行计算提供了良好的运行平台。

目前，我国尚无基于统一染色架构的GPU，各领域显示控制系统中大量采用国外进口的商用GPU芯片。尤其是在军用领域中，国外进口商用GPU芯片存在温度和环境适应性差、无法保证电路本身或配套软件没有“后门”、包含大量军用领域不需要的冗余功能单元，功耗指标无法满足要求、商用GPU芯片更新换代快，随时面临停产、断档，难以满足武器装备持续保障等缺陷，在安全性、可靠性、保障性等方面的存在重大隐患。一种超前消隐几何引擎结构，是提升和增强GPU图形处理能力的关键技术。突破高性能、低功耗几何引擎结构设计关键技术，研制高性能图形处理器芯片迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是：提供一种超前消隐几何引擎结构，不但能够显著降低几何引擎中平面剪裁单元、三维剪裁单元、视窗变换单元，以及图元光栅化单元阶段的处理工作量，还能降低图形处理延迟和功耗，提升图元处理吞吐量。

本发明的技术解决方案是：

一种超前消隐几何引擎结构，包括一个7级功能流水线、几何参数存储单元和若干个访问接口组成；

所述7级功能流水线中包含的功能单元按照从前到后的顺序依次为图元装配单元、投影变换单元、背面消隐单元、平面剪裁单元、三维剪裁单元、视窗变换单元，以及图元光栅化单元，并按照从前到后的顺序使相邻两个功能单元互相连接；

所述图元装配单元按照图元类型和装配模式对来自顶点染色器的顶点信息进行装配，形成点、线和三角形基本图元；

所述投影变换单元按照用户定义的投影方式，即正视投影视景体或透视投影视景体，对图元顶点进行变换，使之按照正视或透视的方式映射到屏幕上；

所述背面消隐单元能够根据用户的配置，剔除三角形图元的前面或者后面；通过背面消隐处理，将位于视野范围内不可见的三角形图元剔除，从而减轻后级流水线计算量；

所述平面剪裁单元使用用户定义的剪裁平面对要绘制的3D图元进行剪裁，将剪裁掉的图元丢弃，并形成新的3D图元；

所述三维剪裁单元采用投影变换中所定义视景体的六个面，对3D图元进行剪裁，将剪裁掉的图元丢弃，并形成新的3D图元；同时完成OpenGL API中定义的“选择”功能；

所述视窗变换单元的3D图元通过视窗变换后，会显示在用户定义的视窗中；同时完成OpenGL API中定义的“反馈”功能；