GPU中纹理映射的研究与设计

论文摘要

随着计算机等技术的高速发展,人们对计算机渲染图像的真实性和实时性的要求越来越高,传统的渲染方法已经不能满足其需求,纹理映射技术通过将平面图像映射到物体表面来显示其表面细节的方法,很好地解决了这个问题。本文对纹理映射中的纹理滤波技术(包含最近点采样、双线性滤波、三线性滤波和各向异性滤波)、纹理合成技术、纹理反走样中的mipmap技术、多重纹理映射技术以及凹凸纹理映射技术等关键技术进行了深入的研究。在此基础上,研究了OpenGL (Open Graphics Library)中实现纹理映射的算法。根据OpenGL处理纹理算法中用到的函数,本论文提出了可硬件实现的指令集,该指令集包括OpenGL的7条常用指令：纹理使能指令、纹理禁用指令、2D纹理坐标传输指令、环境纹理设定指令、纹理生成指令、纹理绑定指令、纹理映射参数设定指令和2条自主设计指令：传输纹理图像指令和节点传输指令。这些指令集可以实现OpenGL对应的函数。本论文重点讨论指令集的格式、译码及其每条指令所对应的硬件设计与实现。基于OpenGL设计的纹理映射硬件电路主要包含了点的纹理映射、线段的纹理映射、三角形的纹理映射、纹理RAM、最近点采样和二次线性滤波等模块,并对上述每个电路模块都给出了详细的设计原理和设计方案。本文最后将设计的电路进行了仿真验证,对每个电路模块都给出了详细的验证原理、方法和验证的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 课题的国内外的发展现状
• 1.2.1 国内外纹理映射发展状况
• 1.2.2 国内外GPU发展状况
• 1.3 论文的主要内容
• 1.4 论文的组织结构
• 第2章 纹理映射关键技术研究
• 2.1 纹理与纹理映射
• 2.1.1 纹理与纹理映射综述
• 2.1.2 纹理分类
• 2.1.3 纹理映射技术
• 2.2 纹理滤波技术
• 2.2.1 纹理滤波的概念
• 2.2.2 纹理滤波技术
• 2.2.3 纹理滤波技术的实际应用
• 2.3 mipmap技术
• 2.3.1 mipmap技术概念
• 2.3.2 mipmap技术
• 2.3.3 mipmap技术的实际应用
• 2.4 纹理合成技术研究
• 2.4.1 纹理合成及其纹理合成技术的概念
• 2.4.2 纹理合成技术
• 2.4.3 纹理合成技术的实际应用
• 2.5 纹理映射的其他关键技术
• 2.5.1 多重纹理映射技术
• 2.5.2 凹凸纹理映射技术
• 2.6 小结
• 第3章 基于OpenGL的纹理映射
• 3.1 OpenGL概述
• 3.2 纹理映射与OpenGL函数
• 3.2.1 纹理映射的OpenGL函数定义
• 3.2.2 基于OpenGL函数的纹理映射实现
• 3.3 小结
• 第4章 纹理映射的硬件设计
• 4.1 图形处理器流水线结构
• 4.2 纹理映射设计指令集
• 4.2.1 指令名称与指令功能定义
• 4.2.2 指令格式定义
• 4.3 纹理映射硬件总体设计
• 4.3.1 总体框架
• 4.3.2 接口时序
• 4.4 点的纹理映射硬件设计
• 4.4.1 点的纹理映射
• 4.4.2 点的纹理映射硬件设计
• 4.5 线段的纹理映射硬件设计
• 4.5.1 线段的纹理映射
• 4.5.2 线段的纹理映射的硬件设计
• 4.6 三角形的纹理映射硬件设计
• 4.6.1 三角形的纹理映射
• 4.6.2 三角形的纹理映射设计
• 4.7 滤波的硬件设计
• 4.7.1 最近点采样和双线性滤波
• 4.7.2 最近点采样和双线性滤波的设计
• 4.8 RAM模块设计
• 4.9 小结
• 第5章 纹理映射硬件设计的仿真验证
• 5.1 验证平台的设计
• 5.2 基于设计工具modelsim的仿真
• 5.2.1 点的纹理映射验证
• 5.2.2 线段的纹理映射验证
• 5.2.3 三角形的纹理映射的仿真验证
• 5.3 小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢