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功率技術/新能源  

解密影像顯示控制器的3D功能

上網時間: 2012年04月16日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:2D  3D  繪圖顯示控制器 

作者:Rick Tewell, bCheyenne Wolford

富士通半導體

今天的消費電子用戶通常希望液晶顯示螢幕的用戶介面包含3D元素。自最初的3D介面上市以來,消費者們已習慣了看到有縱深且能夠旋轉的物體,以及能在螢幕上行動來顯示更多選項的選單。iPad、iTouch和Android設備就是最好例證。成千上萬的液晶顯示驅動消費性設備都以具備3D功能作為核心的用戶介面技術。

  

3D優於2D的原因顯而易見。從解析度來看,2D影像就像一張照片,只有寬度和高度,沒有深度。一輛車的2D影像可以旋轉、縮放,在螢幕上做二維(‘x’和‘y’)行動(轉換)。而3D影像可以做三維(‘x’、‘y’和‘z’)的旋轉、縮放和轉換。3D物體有深度,是全視角的。這是基於人對空間和物體的認知,3D可使人們獲得更直觀和互動的體驗。有效的3D影像讓消費者享受視覺盛宴,幫助定義產品的風格和價值,並傳遞大量的資訊。

產生3D影像需要複雜精尖的影像顯示控制器(GDC),而它又需要一個幾何單元和結構處理單元。將這些元素整合在一個影像引擎中可提供最佳性能,如圖一所示。

  


圖1:影像SoC整合。

作為該技術的領先者,富士通在嵌入式影像市場已活躍了十多年,而涉足影像領域已近二十年,它設計、開發並幫助客戶整合領先的2D和3D影像顯示控制器。因此,讓我們回顧一下這些強大而創新元件的基本原理。

  

目前,許多最好的影像控制器對2D和3D影像都能駕馭。但在許多情況下,系統設計者並沒有充分利用已有的3D功能,而這一功能可以給終端用戶帶來許多益處。例如,在汽車應用中,駕駛者想要了解泄氣的車胎或不亮的車燈的情況。應用2D技術就要求具備許多預置影像,以此來突出所有可能的角度和情況。加之‘車門或後備箱微開’的情況,就需要數百GB的預置2D影像(圖2)。

  


圖2:顯示旋轉的2D影像(還需幾百個影像來顯示完整的旋轉動作) 。

而有了3D技術,所有這些及更多要求只需不到1GB的影像和幾何數據就可輕鬆搞定。

3D物體的工作原理

3D物體由三角形‘網格’構成,這些三角形勾勒出物體具體的形狀。物體越具體詳細,所需的三角形也就越多(圖4)。構成物體形狀的三角形數量依所需物體顯現的真實度而異。


圖3:3D影像──單一物體可以旋轉至任何角度,縮放至任意大小,突出任意部位(輪胎、車燈、車門等等) 。< /i>


圖4:一款福特汽車的多邊形網格。

每個多邊形都有三個頂點,每個頂點都在‘模型空間’中有‘x’、‘y’和‘z’坐標。這些頂點通常表示為一系列的浮點數。整個模型完全由這些浮點數構成,這些浮點數組成了模型的頂點數組。

  

下一步是對模型進行‘陰影處理’或‘紋理繪製’,以使其看起來更像實物。陰影處理的過程其實就是簡單地為每個三角形填色。可對三角形進行單色陰影處理──即只在三角形中填充一種灰度或顏色;也可以進行高氏陰影處理──即基於每一個頂點的顏色來填充漸變色(圖5)。

  


圖5:3D物體網格圖、單色陰影處理圖和高氏陰影處理圖。


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