基于Handel-C的嵌入式3D图形渲染引擎的实现研究

摘要

随着计算机图形学的飞速发展，绚丽多彩的3D图形技术被广泛应用于日常生活的各个领域，如3D电影、3D游戏、3D地图等，有效地提高了图像的视觉效果。现今，各种嵌入式设备得到广泛普及，人们也迫切希望3D图形技术和嵌入式技术快速融合，在嵌入式设备上享受精彩的3D视图。但是嵌入式设备处理能力较低、资源有限，而3D图形绘制算法复杂、运算量大。因此，在嵌入式领域必须要有专门的硬件电路来处理3D图形。基于这个背景，本文提出研究设计嵌入式3D图形渲染引擎处理器。
　　 本文首先基于图形软件标准OpenGLES1.1，详细分析了3D图形绘制过程，深入研究了渲染引擎部分的核心算法，主要包括扫描转换算法、插值算法、纹理贴图、可见性测试算法。其次，根据算法复杂度分析和软硬件划分的原则，分析了3D绘图的体系结构及软硬件划分，硬件实现光栅化部分，几何处理部分由软件实现。接着，详细分析了渲染引擎部分的流水线处理及并行优化处理模型，及Cache在纹理映射中的重要应用。
　　 最后，采用了基于Handel-C语言的快速硬件实现方法，分三个阶段进行渲染引擎的硬件实现：软件实现、Handel-C实现、硬件实现。在性能优化上，基于Handel-C语言对渲染引擎进行优化设计，主要采用了流水线和并行处理优化策略，使得像素处理速度有了很大的提高，速度和面积达到一定的平衡，实现预期设定的指标。验证结果表明，本文硬件实现的渲染引擎是正确有效的，而且达到了较好的像素处理速度。