解密圖像顯示控制器的3D功能

關(guān)鍵詞： 3D , 圖像 , 顯示

作者：富士通半導(dǎo)體Rick Tewell和Cheyenne Wolford

如今， 消費(fèi)電子用戶通常希望液晶顯示屏的用戶界面包含3D元素。自最初的3D界面上市以來，消費(fèi)者們已習(xí)慣了看到有縱深且能夠旋轉(zhuǎn)的物體，以及能在屏幕上移動來顯示更多選項的菜單。iPad、iTouch和Android設(shè)備就是最好例證。成千上萬的液晶顯示驅(qū)動消費(fèi)類設(shè)備都以具備3D功能作為核心的用戶界面技術(shù)。

3D優(yōu)于2D的原因顯而易見。從清晰度來看，2D圖像就像一張照片，只有寬度和高度，沒有深度。一輛車的2D圖像可以旋轉(zhuǎn)、縮放，在屏幕上做二維(‘x’和‘y’)移動(轉(zhuǎn)換)。而3D圖像可以做三維(‘x’、‘y’和 ‘z’)的旋轉(zhuǎn)、縮放和轉(zhuǎn)換。3D物體有深度，是全視角的。這是基于人對空間和物體的認(rèn)知，3D可使人們獲得更直觀和互動的體驗。有效的3D圖像讓消費(fèi)者享受視覺盛宴，幫助定義產(chǎn)品的風(fēng)格和價值，并傳遞大量的信息。

生成3D圖像需要復(fù)雜精尖的圖像顯示控制器(GDC)，而它又需要一個幾何單元和結(jié)構(gòu)處理單元。將這些元素整合到一個圖像引擎中可提供最佳性能，如圖一所示。

2012-4-13 16:21:30 上傳

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圖1：圖像SoC集成。

作為該技術(shù)的領(lǐng)先者，富士通在嵌入式圖像市場已活躍了十多年，而涉足圖像領(lǐng)域已近二十年，它設(shè)計、開發(fā)并幫助客戶集成領(lǐng)先的2D和3D 圖像顯示控制器。因此，讓我們回顧一下這些強(qiáng)大而創(chuàng)新器件的基本原理。

當(dāng)前，許多最好的圖像控制器對2D和3D圖像都能駕馭。但在許多情況下，系統(tǒng)設(shè)計者并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(yīng)用中，駕駛者想要了解泄氣的車胎或不亮的車燈的情況。應(yīng)用2D技術(shù)就要求具備許多預(yù)置圖像，以此來突出所有可能的角度和情況。加之“車門或后備箱微開”的情況，就需要數(shù)百兆字節(jié)的預(yù)置2D圖像(圖2)。

2012-4-13 16:21:31 上傳

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圖2：顯示旋轉(zhuǎn)的2D圖像(還需幾百個圖像來顯示完整的旋轉(zhuǎn)動作)。

2012-4-13 16:21:32 上傳

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圖3：3D圖像——單一物體可以旋轉(zhuǎn)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)。

而有了3D技術(shù)，所有這些及更多要求只需不到一兆字節(jié)的圖像和幾何數(shù)據(jù)就可輕松搞定。

3D物體的工作原理

3D物體由三角形“網(wǎng)格”構(gòu)成，這些三角形勾勒出物體具體的形狀。物體越具體詳細(xì)，所需的三角形也就越多(圖4)。構(gòu)成物體形狀的三角形數(shù)量依所需物體顯現(xiàn)的真實(shí)度而異。

2012-4-13 16:21:35 上傳

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圖4：一款福特汽車的多邊形網(wǎng)格。

每個多邊形都有三個頂點(diǎn)，每個頂點(diǎn)都在“模型空間”中有“x”、“ y” 和“ z”坐標(biāo)。這些頂點(diǎn)通常表示為一系列的浮點(diǎn)數(shù)。整個模型完全由這些浮點(diǎn)數(shù)構(gòu)成，這些浮點(diǎn)數(shù)組成了模型的頂點(diǎn)數(shù)組。

下一步是對模型進(jìn)行“陰影處理”或“紋理繪制”，以使其看起來更像實(shí)物。陰影處理的過程其實(shí)就是簡單地為每個三角形填色?？蓪θ切芜M(jìn)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(jìn)行高氏陰影處理——即基于每一個頂點(diǎn)的顏色來填充漸變色(圖5)。

2012-4-13 16:21:36 上傳

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