Responsive image
博碩士論文 etd-0830110-170101 詳細資訊
Title page for etd-0830110-170101
論文名稱
Title
使用對數數系之低成本可程式化頂點處理器設計、實作與驗證
Design, Implementation, and Verification of a Programmable Low-Cost Vertex Shader Based on Logarithmic Number System
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
109
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2010-07-14
繳交日期
Date of Submission
2010-08-30
關鍵字
Keywords
對數數系、三維繪圖、頂點處理器
3D Graph, Logarithmic Number System, Vertex Shader
統計
Statistics
本論文已被瀏覽 5956 次,被下載 1795
The thesis/dissertation has been browsed 5956 times, has been downloaded 1795 times.
中文摘要
本論文針對3D繪圖流程 OpenGL ES 2.0規格中的頂點相關運算﹐包括座標轉換(Transformation)和光源照射(Lighting),設計出有效率的可程式化頂點處理器主要是使用對數數系來處理複雜的運算,並且根據半精準度浮點格式運算所需,對於硬體面積做部份最佳化處理。本頂點處理器強調低成本,適合應用在低精準度的情況,架構上是以SIMD為基礎,並且提供指令集,可供使用者運用指令撰寫出所需要的功能。
Abstract
This thesis focuses on efficient design of a vertex shader for per-vertex operations such as Transformation and Lighting in the OpenGL ES 2.0 graphics pipeline. The vertex shader performs these complex operations using logarithmic number system, and makes partial optimization for the hardware area based on the accuracy requirement of half-precision floating-point. The vertex shader design emphasizes low cost, and is well suited to low-accuracy embedded applications. The vertex shader is an SIMD (Single-Instruction-Multiple-Data) design with customized instruction set that allows users to write efficient vertex shader programs.
目次 Table of Contents
第1章 概論 10
1.1 本文大綱 10
1.2 研究動機 10
1.3 貢獻 11
第2章 研究背景與相關研究 12
2.1 圖學簡介 12
2.1.1 電腦圖學介紹 12
2.1.2 簡介API 14
2.1.3 OpenGL-ES之流程概觀 15
2.1.4 OpenGL-ES 1.x 和 OpenGL-ES 2.0之比較 18
2.2 幾何系統(Geometry System)主要動作 20
2.2.1 座標轉換(Transformation) 20
2.2.2 顏色計算(Lighting) 28
2.2.3 裁切(Clipping) &(刪除未呈現部份) Culling 30
2.3對數數系(Logarithm Number System)簡介 32
2.4相關研究論文 33
第3章 頂點處理器之設計 42
3.1 初步分析與討論 42
3.1.1 討論相關論文之問題 42
3.1.2 設計之目標 44
3.2 頂點處理器相關運算整理 44
3.2.1 座標轉換(Transformation) 44
3.2.2 光源計算(Lighting) 47
3.3 頂點處理器指令集 48
3.3.1 輸入輸出格式及暫存器設計之考量 48
3.3.2 指令集主要分類與欄位介紹 50
3.3.3 由指令集組成幾何系統所需之數學運算 55
第4章 頂點處理器之實作及改進 58
4.1綜觀整體架構 58
4.2頂點處理器硬體之設計 59
4.3管線化(Pipeline) 68
4.3.1 總覽頂點處理器管線化 68
4.3.2 資料前饋(Forwarding)機制 70
第5 章 實作與驗證結果 73
5.1 精確度結果 73
5.2 合成數據結果 74
5.3 驗證結果 76
5.4 比較 78
第6 章 結論與未來目標 81
6.1 結論 81
6.2 未來目標 81
參考文獻 (References) 83
附錄A(Appendix A) 85
附錄B(Appendix B) 103
參考文獻 References
[1]. M. Segal and K. Akeley, “The OpenGL Graphics System: A Specification”, Ver. 2.0, 2004.
[2]. A. Munshi, “ OpenGL ES Common/Common-Lite Profile Specification“, Ver. 1.1, 2004.
[3]. J. Kessenich, “OpenGL ES Shading Language”, Ver.1.10, 2006.
[4]. J.N. Coleman, E.I. Chester, Student Member, IEEE, C.I. Softley, and J. Kadlec, “Arithmetic on the European Logarithmic Microprocessor”, IEEE Transactions on Computers, Vol.49, No.7, PP.702-715, July 2000.
[5]. J.N. Coleman, Chris I. Softley, Jiri Kadlec, Rudolf Matousek,Milan Tichy, “The European Logarithmic Microprocessor”, IEEE Transactions on Computers, Vol.57, No.4, PP.532-546 Apr. 2008.
[6]. B.-G Nam, H. Kim, and H.-J Yoo, “A Low-Power Unified Arithmetic Unit for Programmable Handheld 3-D Graphics Systems”, IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC), Vol. 42, No.8, PP.535-538,Aug. 2007.
[7]. B.-G Nam, H. Kim, and H.-J Yoo, “Power and Area-Efficient Unified Computation of Vector and Elementary Functions for Handheld 3D Graphics Systems”, IEEE Transactions on Computers, Vol.57, No.4, PP.490-504,Apr. 2008.
[8]. B.-G Nam, and H.-J Yoo,“An Embedded Stream Processor Core Based on Logarithmic Arithmetic for a Low-Power 3-D Graphics SoC”, IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC),Vol.44 ,No.5, PP.1554-1570 , May. 2009.
[9]. S.-F Hsiao and K.-M. Huang, “Design, Implementation, And Verification Of A Programmable Floating-And Fixed-point Vertex Shader”, National Sun-Yet San University, July 2009.
[10]. A. Munshi, “OpenGL ES Common Profile Specification 2.0”, Ver. 1.06, July 2005.
[11]. R.-J Simpson, “The OpenGL-ES Shading Language”, Ver. 1.0.,2006
[12]. Http://www.Opengl.Org
[13]. I. Koren, “Computer Arithmetic Algorithms”, Jan., 2002.
[14]. M.-J Kilgard, ”A User-Programmable Vertex Engine” NVIDIA Corporation.
[15]. M. J. Schulte, J. E. Stine, “Approximating elementary functions with symmetric bipartite tables”, IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC), vol. 48,No.5,PP. 842-847, Aug. 1999
電子全文 Fulltext
本電子全文僅授權使用者為學術研究之目的,進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。請遵守中華民國著作權法之相關規定,切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送,以免觸法。
論文使用權限 Thesis access permission:校內校外完全公開 unrestricted
開放時間 Available:
校內 Campus: 已公開 available
校外 Off-campus: 已公開 available


紙本論文 Printed copies
紙本論文的公開資訊在102學年度以後相對較為完整。如果需要查詢101學年度以前的紙本論文公開資訊,請聯繫圖資處紙本論文服務櫃台。如有不便之處敬請見諒。
開放時間 available 已公開 available

QR Code