三維圖像生成裝置以及三維圖像生成方法
【專利說明】三維圖像生成裝置以及三維圖像生成方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本發(fā)明基于2012年11月30日申請的日本申請?zhí)?012-262679號與2013年7月17日申請的日本申請?zhí)?013-148510號，其記載內容援引于此。
技術領域
[0003]本發(fā)明涉及通過控制單元將繪制命令轉送給繪制單元，來對由該繪制命令所指示的物體(object)進行頂點屬性變換，從而繪制該物體的三維圖像生成裝置以及三維圖像生成方法。
【背景技術】
[0004]現有技術提供了一種三維計算機圖形(以下稱為3DCG)技術，其將在虛擬三維空間中管理的物體(虛擬物體)通過計算來投影在計算機的屏幕平面并繪制。在3DCG中需要較多的運算資源。因此，一般來講，其結構并非僅由CPU(Central Processing Unit/中央處理單元)來進行涉及繪制的一系列的處理，而是通過設置作為專用的硬件資源的GPU (Graphics Processing Unit/圖形處理單元)，從而CPU與GPU聯合進行涉及繪制的一系列的處理(參照例如專利文獻I)。
[0005]在先技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2007-334739號公報

【發(fā)明內容】

[0008]在該類3DCG中，在繪制物體時，CPU按每一個物體將繪制命令轉送給GPU。并且，GPU對繪制命令所指示的物體進行頂點屬性變換，繪制進行了該頂點屬性變換的物體。然而，在像這樣地按每一個物體轉送繪制命令的方法中，若成為繪制對象的物體數(物體的數量)增加，則GPU在繪制命令的函數調用的開銷上花費時間呈線性增加，繪制速度降低。
[0009]對于如這樣的繪制速度下降，在制作成為三維圖像的基礎的圖形數據的過程中，存在盡可能連結物體的技術。然而，雖能夠連結動作(舉動)相同的物體彼此，但另一方面，從由于無法連結動作不同的物體彼此的情況來看，改善繪制速度的降低有限。另外，制作圖形數據的過程變得復雜化。
[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種在制作成為三維圖像的基礎的圖形數據的過程中不造成任何影響就能夠提高繪制速度的三維圖像生成裝置以及三維圖像生成方法。
[0011]為了達成上述目的，本發(fā)明的一個構成例提供如下?？刂茊卧D送指示構成三維圖像的物體的繪制的繪制命令。若繪制單元從控制單元獲取繪制命令，則對該繪制命令所指示的物體進行頂點屬性變換并繪制該物體。在此，連結部連結滿足預先規(guī)定的連結條件的多個物體的網格?？刂茊卧孪葘νㄟ^連結部連結了網格的多個物體(也稱為連結組)進行頂點屬性變換，匯集進行了該頂點屬性變換的多個物體(也稱為變換后連結組)而看作為一個物體，并轉送指示該物體的繪制的繪制命令。若繪制單元從控制單元獲取繪制命令，則將該繪制命令所指示的被看作為一個物體的多個物體進行匯集而繪制。
[0012]S卩，在控制單元中，與按每一個物體轉送繪制命令的現有的方法不同，事先對連結了網格的多個物體進行頂點屬性變換，將進行了頂點屬性變換的多個物體匯集而看作為一個物體，并轉送指示該物體的繪制的繪制命令。由此，能夠抑制繪制單元在繪制命令的函數調用的開銷上花費的時間，能夠提高繪制速度。在該情況下，由于在制作成為三維圖像的基礎的圖形數據的過程中不必盡可能地連結物體，因此在制作圖形數據的過程中不造成任何影響。
[0013]總之，例如在繪制形狀較復雜即頂點數(頂點的個數)相對較多的物體時，在繪制命令的函數調用的開銷上花費的時間占整體處理時間(在涉及繪制的一系列的處理上花費的時間)的比例相對較小，但另一方面，在繪制形狀較簡單即頂點數較少的物體時，在繪制命令的函數調用的開銷上花費時間占整體處理時間的比例相對較大，因此在大量繪制頂點數相對較少的物體的情況下有效。
【附圖說明】
[0014]參照附圖并通過下述詳細的記述使本發(fā)明的上述目的以及其他的目的、特征或優(yōu)點更加明確。
[0015]圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的功能塊圖。
[0016]圖2是表示場景圖形的構造的圖。
[0017]圖3是表示CPU執(zhí)行的遍歷處理的流程圖。
[0018]圖4是表示CPU執(zhí)行的繪制命令轉送處理的流程圖。
[0019]圖5是表示GPU執(zhí)行的繪制處理的流程圖。
[0020]圖6A是表示根據圖形流水線的處理流程的圖。
[0021]圖6B是表示根據圖形流水線的處理流程的圖。
[0022]圖7是表示連結網格的方式的圖。
[0023]圖8是表不繪制時間的圖。
[0024]圖9是表示模擬的結果以及CPU的負荷的測量結果的圖。
[0025]圖10是表示GPU的負荷的測量結果的圖。
[0026]圖11是表示實際的處理時間的圖。
[0027]圖12是表示分類成連結組的狀態(tài)的圖。
[0028]圖13是表示處理時間的測量結果的圖。
【具體實施方式】
[0029]以下，參照附圖對本發(fā)明的一實施方式進行說明。三維圖像生成裝置I具有CPU (Central Processing Unit/中央處理單元)2 (控制單元、設備或手段)、GPU (GraphicsProcessing Unit/圖形處理單元)3 (繪制單元、設備或手段)、RAM(Random Access Memory/隨機存取存儲器)4、VRAM(Video RAM/視頻隨機存取存儲器)5以及R0M(Read OnlyMemory/只讀存儲器)6。另外，CPU2也稱為連結部、單元、設備或手段。在本申請中，日語的“手段”與英語的“device (設備)”或“means (手段)”對應。
[0030]ROM6存儲圖形數據(三維模型數據)。圖形數據是成為三維圖像的基礎的數據，由構成三維圖像的多個要素數據構成。CPU2從ROM6讀取(取入)圖形數據，基于該讀取的圖形數據在RAM4上構筑場景圖形。場景圖形是將物體分層組化的樹形結構。在場景圖形的各節(jié)點包含關于物體的形狀、表面屬性、模型變換(位置、姿勢、放大、縮小)等的信息。另外，在本申請中，“信息”不僅是不可數名詞同時也作為可數名詞來使用。
[0031]另外，若在使用存儲于硬盤裝置或⑶-ROM等外部存儲裝置的圖形數據的情況下，CPU2也可以基于從外部存儲裝置讀取的圖形數據在RAM4上構筑場景圖形。另外，若在使用存儲于網絡上的服務器的圖形數據的情況下，CPU2也可以基于經由通信線路從服務器下載的圖形數據在RAM4上構筑場景圖形。另外，圖形數據的一部分也可以存儲于RAM4，CPU2也可以從RAM4讀取圖形數據，并基于該讀取的圖形數據在RAM4上構筑場景圖形。
[0032]CPU2若在RAM4上構造場景圖形，則對于該構筑的場景圖形進行后述的遍歷處理。在遍歷處理中，CPU2將屬于場景圖形的所有的物體作為對象來判定其是否包含于后述的連結組(滿足連結條件)。對于判定為不包含于連結組的物體，CPU2將指示該物體的繪制的繪制命令轉送給GPU3，另一方面，對于判定為包含于連結組的物體，CPU2連結包含于連結組的多個物體的網格，并事先(轉送繪制命令前)對連結了該網格的多個物體進行頂點屬性變換。并且，CPU2將進行該頂點屬性變換后的多個物體看作為一個物體，并將指示該物體的繪制的繪制命令轉送給GPU3。
[0033]若GPU3從CPU2獲取繪制命令，則進行后述的繪制處理。在繪制處理中，GPU3判定繪制命令所指示的物體是否是已經進行了頂點屬性變換的物體。GPU3對繪制命令所指示的物體進行頂點屬性變換，并繪制進行了該頂點屬性變換的物體。
[0034]GPU3在繪制物體時，進行填充以及圖像顯示。作為填充，GPU3對于在投影于二維屏幕的坐標的、物體的頂點的內部存在的像素，計算其像素值或亮度，且還計算每個物體的深度(進深)，并將這些計算結果作為圖像數據存儲在VRAM5。另外，作為圖像顯示，GPU3讀取存儲于VRAM5的圖像數據，并將該讀取的圖像數據作為視頻信號輸出到顯示器裝置7。顯示器裝置7例如若是三維圖像生成裝置I適用于車輛的結構，則顯示圖形儀表等。圖形儀表是顯示指示器、指針、撥號盤、面板、航路、建議路線(TBT)等各種各樣的信息的儀表。在圖形儀表所顯示的信息中，成為繪制對象的物體為多數，但各物體例如為長方形等比較簡單的形狀，有每個物體的頂點數較少這一特征。此外，搭載三維圖像生成裝置I的車輛也稱為主機車輛或者對象車輛。
[0035]圖2示出了在RAM4上構筑的場景圖形的結構的一例。圖2表達了上述的圖形儀表的模型，例示了儀表具有車速表以及轉速表，車速表具有指針以及數字，轉速表具有字符、數字以及指針。在現有的方法中，CPU2對儀表(1)、車速表(2)、指針(3)、數字(4)、轉速表
(5)、字符(6)、數字(7)、指針(8)的每個物體向GPU3轉送繪制命令。GPU3若依次獲取指示儀表(I)、車速表(2)、指針(3)、數字(4)、轉速表(5)、字符(6)、數字(7)、指針(8)的繪制的繪制命令，則分別對其依次進行頂點屬性變換，并依次繪制進行了該頂點屬性變換的物體。
[0036]對此，在本實施方