图形处理器三角形光栅化和抗锯齿算法研究与实现

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1、硕士学位论文＿靡）圍图形处理器三角形光栅化和抗锯齿算法研究与实现作者姓名张宇剑学校导姓名、职称戴显英教授企业导师姓名、职称李攀高工申请学位类别工程硕士西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宂成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果；也不包含一为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研宄所

2、做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一切法律责任学位论文若有不实之处，本人承担。减Ｊ＂本人签名：０４ｊ日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明：研宄生在本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研宄成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论

3、文在年解密后适用本授权书。＿：本人签名：导师签名．Ｕ－〇１日期：娜日期：７学校代码10701学号1511122829分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文图形处理器三角形光栅化和抗锯齿算法研究与实现作者姓名：张宇剑领域：软件工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：戴显英教授企业导师姓名、职称：李攀高工学院：微电子学院提交日期：2018年4月TheReaserchandImplementationofTriangleRasterizationandtheAnti-aliasingAlgorithmonGraphicsProc

4、essingUnitAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinSoftwareEngineeringByZhangYujianSupervisor:DaiXianyingTitle:ProfessorSupervisor:LiPanTitle:SeniorEngineerApril2018摘要摘要图形处理器中，光栅化和抗锯齿的性能对其影响巨大，为了满足人们对芯片性能的要求，提高光栅化和抗锯齿技术刻不容缓。光栅化主要

5、承载着图元从几何信息转化成像素片断的任务，是图像绘制中最基本的模块。抗锯齿是为了解决光栅化过程中出现信号失真的问题，使图像边缘出现的阶梯型锯齿得到改善，图像更具视觉效果。在图形绘制中，主要对象是多边形的绘制，而在实际应用中是将其划分为多个三角形进行绘制，故针对三角形的光栅化和抗锯齿算法的研究尤为重要，对此本文开展了以下内容的研究：（1）对三角形光栅化算法进行研究并提出优化。针对Bresenham算法的边扫描算法提出改进，基于提高像素遍历速率的目的，对扫描方式进行优化将单扫描线扫描改为并行扫描。本文以四条扫描线为例进行说明，仿真结果可以看出绘制同一个三角形的

6、时间从52.9ns减少到19.8ns，绘制效率提升了62%，优化后的算法绘制效率得到了大幅提升。并研究分析了多种属性插值算法，对比得出平面属性插值算法因其使用增量的方式更适合于优化后的算法。（2）对三角形抗锯齿算法进行研究并提出改进。针对基于硬件实现的多种三角形的抗锯齿手段进行分析比较，对其适用范围做出了探讨，基于边方程的多重采样抗锯齿算法提出优化改进。优化算法原理是根据亚像素间相对距离一致，为1/4像素，提出对亚像素的边方程通过增量迭代得到，此时将判断电路改为16路并行的加法器，减少了不必要的计算。（3）基于改进后的算法完成硬件电路的实现。对光栅化流程进

7、行统一说明，并将光栅化和抗锯齿进行并行设计，达到降低计算量的目的。光栅化模块中的扫描转换模块采用六级流水线的设计方法，包括顶点属性接收级、坐标参数建立级、属性参数建立级、基点属性修正级、首像素属性插值级和水平属性插值级。抗锯齿模块给出了具体的实现流程以及核心的判断电路单元。（4）对改进后的光栅化和抗锯齿算法进行验证。搭建了仿真平台，并根据设计原理规划验证项，完成了模块级的仿真，对改进算法的正确性进行验证。主要验证方向为三角形图元绘制的正确性、特殊三角形的绘制、图像抗锯齿质量以及绘制效率，收集到最高的像素通过率为762.57MPixel/s、符合设计要求的7

8、16MPixel/s。关键词：三角形光栅化算法，三角形抗锯齿算法，