專利名稱：一種圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廣播電視領(lǐng)域，尤其涉及一種圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)圖形、圖像、視頻技術(shù)的不斷發(fā)展，加上國內(nèi)廣電行業(yè)正處于從標(biāo)準(zhǔn)清晰度模式向高清晰度模式過渡的時期，電視臺等電視制播單位對電視圖文制播提出了更高、更新的要求。要求極大地增強(qiáng)、豐富圖文播出效果，展現(xiàn)視覺沖擊力。GPU(Graphic Processing Unit,圖形處理器)，一種獨(dú)立處理計(jì)算機(jī)圖形圖像的芯片運(yùn)算單元。正是因?yàn)閳D形處理器更加卓越、靈活的處理性能和高度并行化的處理能力，使得在計(jì)算機(jī)上實(shí)時渲染華麗的圖形效果成為可能。我們已經(jīng)運(yùn)用GPU強(qiáng)大的三維圖形加 速能力，廣生了新一代的子眷系統(tǒng)。以GPU為字幕渲染核心，將使字幕系統(tǒng)的圖形渲染模式天然地符合新一代字幕系統(tǒng)的多層和子象素的渲染要求。因?yàn)樵贕PU進(jìn)行圖形圖像處理過程中，每個物件都具有三維屬性，都具有獨(dú)立層的概念，每一個層都有相應(yīng)的深度Z坐標(biāo)以反映相互物件間的前后關(guān)系。另外，GPU除了在三維物件頂點(diǎn)渲染方面具有明顯優(yōu)勢之外，在物件的紋理、顏色等象素渲染方面同樣能力強(qiáng)大。計(jì)算機(jī)圖形處理硬件的發(fā)展經(jīng)歷了四代。早期的視頻圖形陣列(VGA)控制的是幀緩存，CPU負(fù)責(zé)所有的像素更新工作。而后來的圖形處理器(GPU)不斷從CPU接管圖形處理工作，直至現(xiàn)在CPU已經(jīng)很少直接操作像素了。每一代GPU的發(fā)展都影響和集成了兩個主要編程接口 0penGL 和 DirectX。OpenGL 是一個為 Windows、Linux、Unix 和 Macintosh上三維編程服務(wù)的開放式圖形標(biāo)準(zhǔn)；DirectX是不斷發(fā)展的多媒體編程接口，其中包括的Direct3D(也稱D3D)是用來進(jìn)行三維編程的。GPU的工作是以流水線形式進(jìn)行的，一個流水線是一系列可以并行和按照固定順序進(jìn)行的階段，每個階段都從前一個階段接收輸入，然后把輸出發(fā)送到后續(xù)階段。GPU傳統(tǒng)的渲染流水線通過程序傳給GPU的是頂點(diǎn)、顏色、第二顏色(反射)、紋理、紋理坐標(biāo)、法向量、燈光、圖元裝配信息等數(shù)據(jù)。而可編程GPU渲染流水線在可編程頂點(diǎn)處理器和可編程片段處理器階段給開發(fā)者提供了編程的靈活性。目前只能加在二維物體上的包裝特技就是通過頂點(diǎn)程序和片段程序來實(shí)現(xiàn)特技的。發(fā)明人在實(shí)施本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中多層渲染的效果都是基于像素實(shí)現(xiàn)的，也就是基于CPU實(shí)現(xiàn)的，渲染速度慢。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的是提供一種圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法以解決現(xiàn)有技術(shù)中多層渲染直接基于像素實(shí)現(xiàn)渲染效率不高的技術(shù)問題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法，主要包括預(yù)算特技作用始末的最大輪廓，放大頂點(diǎn)的物體坐標(biāo)并同步放大物體的紋理坐標(biāo)；在可編程片段處理 器階段進(jìn)行多層渲染并混合渲染結(jié)果。本發(fā)明通過圖形渲染的可編程階段進(jìn)行多層渲染可以充分利用顯卡的并行性，效率較高。


為了更清楚的說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見的，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施例的一種圖形渲染中可編程階段實(shí)現(xiàn)多層渲染的方法步驟圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)入可編程頂點(diǎn)處理器的的四個頂點(diǎn)信息；圖3為本發(fā)明實(shí)施例在可編程頂點(diǎn)處理階段對頂點(diǎn)和紋理坐標(biāo)進(jìn)行處理的方法步驟圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例放大后的頂點(diǎn)信息示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例多層渲染的給定區(qū)域內(nèi)的紋理示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例在可編程片段處理器階段對紋理進(jìn)行的處理方法。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，不是全部的實(shí)施例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例是在圖形渲染的可編程階段充分利用顯卡的并行性實(shí)現(xiàn)的二維物體的多層渲染，如圖I所示為本發(fā)明實(shí)施例一的可編程階段實(shí)現(xiàn)多層渲染的方法步驟圖，包括以下步驟步驟SI :在可編程頂點(diǎn)處理器階段預(yù)算特技作用始末的最大輪廓，對頂點(diǎn)的物體坐標(biāo)做放大，并同步放大物體的紋理坐標(biāo)。步驟S2 :在可編程片段處理器階段進(jìn)行多層渲染后混合渲染結(jié)果。本發(fā)明實(shí)施例二將以徑向模糊為例對實(shí)施例一中可編程階段實(shí)現(xiàn)多層渲染的方法進(jìn)行更為詳細(xì)的說明，當(dāng)然并不引以為限。對于二維物體而言，二維物體的網(wǎng)格是四個頂點(diǎn)的三角片，進(jìn)入可編程頂點(diǎn)處理器的信息是四個頂點(diǎn)的信息如圖2所示，假設(shè)二維物體的大小是100*100，那么圖2中所示的四個頂點(diǎn) 0，1，2，3 的自身坐標(biāo)依次是(-50,50), (-50, -50), (50，-50)，(50，50)。UV 表
示紋理坐標(biāo)。在一般情況下，只能在頂點(diǎn)構(gòu)成的兩個三角片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)片段程序的一些效果。但是很多的情況下，我們可能需要比網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)更大的區(qū)域來實(shí)現(xiàn)一些效果。比如說火焰是往上燃燒，在頂點(diǎn)O，3的上方區(qū)域需要有火焰的效果，或者倒影，在頂點(diǎn)1，2的下方需要有
影子等等。徑向模糊過程中會實(shí)現(xiàn)放大，采用本發(fā)明的可編程階段多層渲染的方法在可編程頂點(diǎn)處理階段對頂點(diǎn)和紋理坐標(biāo)進(jìn)行處理，具體方法步驟如圖3所示
步驟SI :對頂點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行放大，因在物體坐標(biāo)系中中心為(0，0)，因此只需要將頂點(diǎn)坐標(biāo)乘以一個放大倍數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)放大。設(shè)頂點(diǎn)坐標(biāo)為Pos，此處將Pos的X，y坐標(biāo)放大2倍得到放大后的頂點(diǎn)信息如圖4所示。步驟S2 :對紋理坐標(biāo)進(jìn)行編程處理。因?yàn)轫旤c(diǎn)的放大倍數(shù)為2，并且紋理的坐標(biāo)不在中心而在左上角，可以對UV進(jìn)行如下操作處理紋理X 方向坐標(biāo)為(UV. X-0. 5) *2+0. 5 ；紋理 Y 方向坐標(biāo)為(UV. y-0. 5) *2+0. 5 ；可見，紋理坐標(biāo)在(-0. 5，-0. 5)到(I. 5，I. 5之間)，而頂點(diǎn)坐標(biāo)未做放大前的區(qū)域的紋理坐標(biāo)剛好是(0，0) (1，1)之間。在完成頂點(diǎn)坐標(biāo)與紋理坐標(biāo)的放大后就需要在可編程片段處理器階段進(jìn)行多層渲染，如圖5所示為多層渲染的給定區(qū)域內(nèi)的紋理，對UV進(jìn)行處理使其能采樣到給定區(qū)域內(nèi)一系列的由大到小矩形的紋理。最外面的矩形表示放大后的可以顯示紋理的區(qū)域，內(nèi)部是一系列的采樣后的紋理(需要適當(dāng)處理透明度Alpha值)，每個矩形的外圍顏色分量RGBA值為(0，0，0，0)。在可編程片段處理器階段對紋理進(jìn)行的處理方法如圖6所示，具體為步驟SI :對紋理坐標(biāo)在(0，0) (1，1)之間的區(qū)域進(jìn)行采樣，取得主體的顏色，形成第一層渲染。即圖5所示的最內(nèi)層的區(qū)域I。步驟S2 :將采樣區(qū)域放大，在矩形區(qū)域2內(nèi)均勻的對(0，0) (1，1)的紋理進(jìn)行采樣，透明度取采樣透明度乘以0. 5*(l-i/n)，其中i為當(dāng)前層數(shù)2，n為總的渲染層數(shù)。將此層渲染與第一層渲染混合，得到渲染結(jié)果。步驟S3 :將第三層渲染與步驟S2中的渲染結(jié)果混合，得到渲染結(jié)果。依次類推，直至n層渲染全部完成。步驟S4 :對區(qū)域n層之外輪廓之內(nèi)的區(qū)域，顏色分量RGBA都設(shè)為O。將多層采樣到的紋理混合，也就是顏色分量RGBA值混合，根據(jù)進(jìn)度參數(shù)的變化例如進(jìn)度從0到1，內(nèi)部的矩形大小越來越接近原始矩形的大小，實(shí)現(xiàn)徑向模糊的效果。當(dāng)然這一系列矩形的中心位置也是可以調(diào)的，只是UV的計(jì)算采樣會復(fù)雜一些，但是原理相同，在此不再贅述。本發(fā)明的一種圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法，通過在可編程片段處理階段對頂點(diǎn)的物體坐標(biāo)和紋理坐標(biāo)放大處理然后再進(jìn)行多層渲染混合渲染結(jié)果的方法充分利用了顯卡的并行性，提高了渲染效率。通過以上的實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可以通過軟件實(shí)現(xiàn)，也可以借助軟件加必要的通用硬件平臺的方式來實(shí)現(xiàn)?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該軟件產(chǎn)品可以存儲在一個非易失性存儲介質(zhì)(可以是⑶-ROM，U盤，移動硬盤等)中，包括若干指令用以使得一臺計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實(shí)施例所述的方法。
以上所述，僅為本發(fā)明的一個最佳具體實(shí)施例，但本發(fā)明的特征并不局限于此，任何熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人在本發(fā)明領(lǐng)域內(nèi)，可輕易想到的變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在以下本發(fā)明的申請專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法，其特征在于，包括 預(yù)算特技作用始末的最大輪廓，放大頂點(diǎn)的物體坐標(biāo)并同步放大物體的紋理坐標(biāo)； 在可編程片段處理器階段進(jìn)行多層渲染并混合渲染結(jié)果。
2.如權(quán)利要求I所述的圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法，其特征在于，所述放大頂點(diǎn)的物體坐標(biāo)的具體方法為頂點(diǎn)坐標(biāo)乘以放大的倍數(shù)。
3.如權(quán)利要求I所述的圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法，其特征在于，所述對紋理坐標(biāo)進(jìn)行放大是根據(jù)頂點(diǎn)的物體坐標(biāo)放大的倍數(shù)進(jìn)行編程處理的，具體為將紋理坐標(biāo)中心移到物體的中心，與頂點(diǎn)放大相同的倍數(shù)，再將紋理中心坐標(biāo)平移回去。
4.如權(quán)利要求I所述的圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法，其特征在于，在所述 渲染之前需要對紋理進(jìn)行處理，處理為能采樣到特定區(qū)域內(nèi)一系列由大到小的矩形紋理，最外面的矩形表示放大后的可以顯示紋理的區(qū)域，內(nèi)部是一系列的采樣后的紋理。
5.如權(quán)利要求I所述的圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法，其特征在于，所述多層渲染的方法具體為 對紋理坐標(biāo)在第一個矩形區(qū)域內(nèi)進(jìn)行采樣取得主體的顏色，形成第一層渲染； 將采樣區(qū)域放大在第二個矩形區(qū)域內(nèi)均勻采樣得到第二層的渲染并與第一層渲染混合得到渲染結(jié)果； 將第三層渲染與所述第二層的渲染與第一層渲染混合得到渲染結(jié)果混合得到渲染結(jié)果，依次類推，直至η層渲染全部完成。
6.如權(quán)利要求5所述的圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法，其特征在于，所述均勻采樣的透明度具體算法為采樣透明度乘以O(shè). 5*(l-i/n)，其中i為當(dāng)前層數(shù)，η為總的渲染層數(shù)。
7.如權(quán)利要求I所述的圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法，其特征在于，當(dāng)渲染完畢后對區(qū)域η層之外輪廓之內(nèi)的區(qū)域顏色分量RGBA值都設(shè)為O。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圖形渲染中可編程階段多層渲染的方法，具體為預(yù)算特技作用始末的最大輪廓，放大頂點(diǎn)的物體坐標(biāo)并同步放大物體的紋理坐標(biāo)；在可編程片段處理器階段進(jìn)行多層渲染并混合渲染結(jié)果。通過本發(fā)明的渲染方法可以充分利用顯卡的并行性，提高渲染效率。
文檔編號G06T15/00GK102737402SQ201110121668
公開日2012年10月17日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者呂精華, 廖健, 蔡歡, 饒文輝 申請人:新奧特(北京)視頻技術(shù)有限公司