解密图像显示控制器的3D功能一

2012-10-03 14:33:31来源: 互联网

如今, 消费电子用户通常希望液晶显示屏的用户界面包含3D元素。自最初的3D界面上市以来,消费者们已习惯了看到有纵深且能够旋转的物体,以及能在屏幕上移动来显示更多选项的菜单。iPad、iTouch和Android设备就是最好例证。成千上万的液晶显示驱动消费类设备都以具备3D功能作为核心的用户界面技术。

    3D优于2D的原因显而易见。从清晰度来看,2D图像就像一张照片,只有宽度和高度,没有深度。一辆车的2D图像可以旋转、缩放,在屏幕上做二维(‘x’和‘y’)移动(转换)。而3D图像可以做三维(‘x’、‘y’和 ‘z’)的旋转、缩放和转换。3D物体有深度,是全视角的。这是基于人对空间和物体的认知,3D可使人们获得更直观和互动的体验。有效的3D图像让消费者享受视觉盛宴,帮助定义产品的风格和价值,并传递大量的信息。

    生成3D图像需要复杂精尖的图像显示控制器(GDC),而它又需要一个几何单元和结构处理单元。将这些元素整合到一个图像引擎中可提供最佳性能,如图一所示。

图1:图像SoC集成。

    作为该技术的领先者,富士通在嵌入式图像市场已活跃了十多年,而涉足图像领域已近二十年,它设计、开发并帮助客户集成领先的2D和3D 图像显示控制器。因此,让我们回顾一下这些强大而创新器件的基本原理。

    当前,许多最好的图像控制器对2D和3D图像都能驾驭。但在许多情况下,系统设计者并没有充分利用已有的3D功能,而这一功能可以给终端用户带来许多益处。例如,在汽车应用中,驾驶者想要了解泄气的车胎或不亮的车灯的情况。应用2D技术就要求具备许多预置图像,以此来突出所有可能的角度和情况。加之“车门或后备箱微开”的情况,就需要数百兆字节的预置2D图像(图2)。

图2:显示旋转的2D图像(还需几百个图像来显示完整的旋转动作)。

图3:3D图像——单一物体可以旋转至任何角度,缩放至任意大小,突出任意部位(轮胎、车灯、车门等等)。

    而有了3D技术,所有这些及更多要求只需不到一兆字节的图像和几何数据就可轻松搞定。

    3D物体的工作原理

    3D物体由三角形“网格”构成,这些三角形勾勒出物体具体的形状。物体越具体详细,所需的三角形也就越多(图4)。构成物体形状的三角形数量依所需物体显现的真实度而异。

图4:一款福特汽车的多边形网格。

    每个多边形都有三个顶点,每个顶点都在“模型空间”中有“x”、“ y” 和“ z”坐标。这些顶点通常表示为一系列的浮点数。整个模型完全由这些浮点数构成,这些浮点数组成了模型的顶点数组。

    下一步是对模型进行“阴影处理”或“纹理绘制”,以使其看起来更像实物。阴影处理的过程其实就是简单地为每个三角形填色。可对三角形进行单色阴影处理——即只在三角形中填充一种灰度或颜色;也可以进行高氏阴影处理——即基于每一个顶点的颜色来填充渐变色(图5)。

图5:3D物体网格图、单色阴影处理图和高氏阴影处理图。

要使物体看起来更真实,就要添加其它复杂的效果。含有阴影处理器引擎的图像显示控制器可以实现包括水、烟、火和反射性表面属性等其它效果。

    应用纹理绘图的过程与给塑料模型印花来增加真实度相似。像印花一样,纹理绘图使网格状的框架变成一个更逼真的图像。纹理绘图是一个由多个独立小图像构成的2D方形图,这些小图被放置在多边形网格的特定位置。一个叫UV图的表格指定了这些位置,该图包括了纹理绘图中每一个“印花”的坐标(图6)。

图6:一款福特汽车的UV图。

    纹理绘图一旦应用于多边形网格,就可以建立起一个完整的3D模型,既有深度,也可以旋转、缩放及随三轴(x、y、z)转换。在应用了纹理绘图以及图像处理器处理了顶点和纹理绘图数据之后,你即可看到如图七所示的完整的3D模型。

图7:福特汽车完整3D模型。

    通过使用图像芯片的几何引擎,这一模型现在可以任何方式进行动画模拟、从任何角度进行位置摆放。只要拥有3D模型(多边形网格和纹理绘图),无需提供任何其它数据,你就能全方位地展示3D模型。通过沿着3D模型的三个轴进行缩放、旋转和转换,你可以获得无限量的图像数据。正如之前指出的,无需昂贵的闪存或系统存储器,你就可呈现车胎数据、故障的车灯和车门状况等任意数量的信息和提示。

    富士通的“Jade”和“Emerald”是经过验证、具有复杂3D功能和领先的图像显示属性的图像显示控制器的样板。MB86R0x Jade系列图像显示控制器被用于多种汽车和工业应用。MB86R1x Emerald系列图像显示控制器则可让开发者有能力实现未来更雄心勃勃和复杂的3D应用。

    充分发挥优势

    然而,在很多情况下,现有的应用并未充分使用Jade的3D功能。这就太可惜了,因为3D技术可以在现有的平台上实现更加复杂的图像功能,只需更改软件即可。换句话说,汽车厂商、游戏开发者和其他消费类电子公司可为现有的设计注入新鲜血液,而这并不需要花费额外的硬件工程费用,因为拥有这一功能的硬件和显示已经存在。

    那么,使用这一功能需要什么呢?就Jade而言,只是去使用现有的3D软件库就万事大吉。为使过程更为便捷,Jade助手库(Quantum)在富士通提供的图像库(V03)(图8和图9)中,帮助完成建立几何和纹理绘制所需的绝大多数艰巨工作。而Emerald则使用类似于OpenGL ES 2.0的图库。

图8:使用Quantum进行3D处理。

图9:Quantum 3D引擎。

   Jade和Emerald在其核心部位为3D运行提供了巨大支持。这些图像显示控制器的图像功能中,至少有一半与3D技术相关,包括:

    3D 基本要素—— 点、线、线带、三角、三角带、三角扇、任意多边形

    防失真

    高氏阴影处理、单色阴影处理

    纹理绘图——过滤、透视校正、混合模式、alpha颜色混合及遮盖技术

    几何处理——MVP变换、裁剪、筛选、视见区转换

    Z-缓冲——消除隐藏面

    多边绘图标志缓冲器

    OpenGL ES 2.0——可兼容阴影处理器引擎(只限Emerald)

关键字:图像显示  控制器  3D功能

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/1003/article_17022.html
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