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3D芯片圖形處理
閱讀�4003�(shí)間:2011-01-13 16:45:43

  3D芯片的處理對(duì)象是多邊形表示的物體。用多邊形表示物體有兩�(gè)�(yōu)�(diǎn):首先是直接(盡管繁瑣),多邊形表示的物體其表面的分段線性特征除輪廓外可以通過明暗處理(shading)技�(shù)消除;其次是僅存�(chǔ)多邊形頂�(diǎn)的幾何信�,多邊形�(nèi)部每�(gè)象素的明暗顏色計(jì)算所需的信息由這些頂點(diǎn)信息插值而來,這正是易于用圖形硬件支持的快速明暗處理技�(shù)。支持多邊形繪制的圖形硬件同樣也可以繪制由雙三次曲面片表示的物體,通過�(duì)這種物體的表面�(jìn)行三角剖分,用逼近的三角形�(wǎng)格代替原物體的曲面表示就可以做到這一�(diǎn)。當(dāng)�,用多邊形表示物體也有其缺點(diǎn),如增加了紋理映射和陰影生成的難�,當(dāng)需要詳�(xì)表示�(fù)雜物體時(shí)所需的三角形�(shù)量將變得非常龐大�

過程

  將多邊形表示的物體顯示到�(jì)算機(jī)屏幕�,這一過程涉及物體在計(jì)算機(jī)�(nèi)部的表示方式即物體的�(shù)�(jù)�(jié)�(gòu),由物體組成的場(chǎng)景的組織�(jié)�(gòu),物體從�(chǎng)景到屏幕空間要經(jīng)過的一系列變換,以及產(chǎn)生最終屏幕圖象要�(jīng)過的一系列光柵化處�。這些方面都涉及到特定的處理算�,相應(yīng)的算法又有許多不同的變種。下面僅�3D芯片涉及的圖形處理過程及相關(guān)算法做一簡單分析介紹,這些是理�3D圖形處理及圖形硬件的基礎(chǔ)�

3D物體的表示法

  具有�(fù)雜外形的物體其表面可以由多邊形面片來近似表示。以�1的圓柱為�,其柱面可以�2N�(gè)三角形近似,其兩端可以由兩�(gè)N邊形來近�。多邊形模型在其輪廓上的分段線性特征是這一表示法主要的視覺缺陷,改�(jìn)的途徑是增加多邊形的分辨率。對(duì)于一�(gè)�(fù)雜形體來�,為了充分表示其�(xì)節(jié),常常要用到十萬�(gè)以上的多邊形。這將耗費(fèi)許多�(shù)�(jù)庫訪問時(shí)間和繪制�(shí)�。當(dāng)將多邊形模型�(jìn)行放大處理時(shí),會(huì)�(chǎn)生連接問題。這就是所謂的“幾何走樣”。物體的多邊形表示既可以通過交互�(shè)�(jì)人工提取,也可以通過激光掃描設(shè)備得�。總�,多邊形表示的物體并不特別適合于交互操作或做自由的形狀改變。當(dāng)改變物體的形狀�(shí)很難保證多邊形表示的完整性得到保��

  �(duì)多邊形明暗著色所需要的信息存儲(chǔ)在一�(gè)分層的數(shù)�(jù)�(jié)�(gòu)中,每一�(gè)物體表面由指向多邊形表的指針定義,該多邊形表包含了近似該表面的一組多邊形,每一�(gè)多邊形由指向頂點(diǎn)表的指針定義,頂�(diǎn)表包含了每�(gè)多邊形的所有頂�(diǎn)�

象素處理

  �(jīng)過以上一系列的變換之�,一�(gè)多邊形已變換到屏幕坐�(biāo)系下。將一�(gè)屏幕多邊形在屏幕上繪制出來就是多邊形的象素處理過�,它包括光柵化、隱藏面消除、明暗處�。光柵化、隱藏面消除、明暗處理是整�(gè)3D圖形生成過程中最�(nèi)層的處理。他們是三�(gè)二維插值過�。光柵化是用屏幕空間三角形的頂點(diǎn)坐標(biāo)插�,以求得三角形的邊所截取的三角形�(nèi)掃描線段的端�(diǎn)坐標(biāo),并�(jìn)而求得所截掃描線段上的象素坐�(biāo)。隱藏面消除則是通過�(duì)屏幕空間三角形頂�(diǎn)的深度值(Z坐標(biāo))�(jìn)行插�,從而獲得三角形�(nèi)掃描線段上每�(gè)象素的深度值。明暗處理是用同樣的方法由頂�(diǎn)光強(qiáng)求得三角形內(nèi)掃描段上每�(gè)象素的光�(qiáng)。這三種處理的算法具有相同的數(shù)�(xué)表示形式,只需將坐�(biāo)、深度或光強(qiáng)代入該方程就可以得到相應(yīng)的結(jié)�。總�,場(chǎng)景的繪制過程可概括為�

  �(duì)�(chǎng)景中的每�(gè)物體的每�(gè)多邊形做幾何變換將其變換到屏幕空間;

  �(duì)多邊形內(nèi)的每一�(gè)掃描段求出其端點(diǎn)及其上每�(gè)象素的坐�(biāo)�

  �(duì)掃描段上的每�(gè)象素做隱藏面消除處理及明暗處理�

3D圖形�(yīng)�

  3D圖形�(yīng)用對(duì)�(jì)算和存儲(chǔ)資源的巨大需求以�3D圖形生成算法與傳�(tǒng)�(jì)算機(jī)體系�(jié)�(gòu)的不相適�(yīng)�(chǎn)生了3D圖形硬件。PC�(jī)上的3D圖形硬件的出�(xiàn)只是最近幾年的事,它是技�(shù)�(jìn)步和市場(chǎng)推動(dòng)的結(jié)�。目��3D圖形硬件既有高端的專用圖形工作站也有入門�(jí)的圖形加速卡,任何更好更快的圖形效果的獲得都需要付出巨大的硬件代價(jià)�

維庫電子�,電子知�(shí),一查百��

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