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基于OpenGL的快速图像渲染方法乔少杰 王有为 倪胜巧 彭 京



  摘要:针对在动态图形绘制基础上进行图像渲染的问题,基于Mac OS X操作系统的核心制图与渲染技术,提出了重组OpenGL渲染流程实现加速图形绘制与图像渲染结合的管道化方法,目的是实现GPU完全承担绘图和渲染加速。整个流程无须CPU参与,在提高图形子系统性能的同时优化了应用程序响应能力。
  关键词:图形处理单元加速; 图形绘制; 图像渲染
  中图分类号:TP311.1文献标志码:A
  文章编号:1001-3695(2008)05-1589-04
  
  0引言
  
  图形图像处理是多媒体应用的重点。目前,图形图像处理技术在硬件实现上通过CPU计算,在软件实现上采用各种常规算法将像素单元视为标量数据进行串行运算。但传统的方法,如文献[1]提出的一种方法,处理效率较低,致使CPU高负荷运行并导致响应恶化,从性能和质量上均无法满足高质量实时处理的要求。
  GPU(graphics processing unit,图形处理单元)是NVIDIA公司率先提出的概念。它是计算机体系结构中专门负责2D/3D图形图像处理的芯片。Apple公司研发的Mac计算机作为图形图像应用的专业平台,其技术优势在于能充分发挥GPU强大的数据流处理和高效的并行绘图能力加速处理图像。借助GPU实现的各种高级数学计算可在像素级别完成图像处理工作,满足操作实时互动响应的同时释放CPU负担,使CPU在相同时间内执行更多通用程序控制,包括如下应用:
  a)图像处理。使用GPU硬件着色渲染引擎可为图像添加模糊化、颜色校正、抗失真和反走样、边缘锐化、定制风格化、几何扭曲、图元生成等高级特效。
  b)视频流服务。将CPU多媒体指令和GPU渲染管线相结合,打开视频流和像素处理的高速接口。通过硬件加速视频处理,高度优化视频展示体验的同时提升性能。
  c)科学计算可视化。基于CPU和GPU明确任务分工实现的科学计算实时可视化。CPU处理得到的数据直接输出到GPU绘图渲染核心,渲染绘制后输出到屏幕。在不损失CPU性能的前提下获得对当前处理结果的动态观测。在天气预报、电子轨道计算、地球磁场模拟、核实验、DNA分子排布、蛋白质折叠等大规模科学计算任务扮演重要角色。
  基于Mac OS X Tiger的图形绘制和图像渲染技术,本文提出一种通过重新组织OpenGL指令流程,搭建高速特效渲染通道的解决方案:使用OpenGL硬件加速的绘图引擎绘制图形,采用基于滤镜层迭代的特效引擎渲染图像。该方案降低了处理流程对CPU资源的占用,提高了图形子系统的效率,实现了借由GPU加速的绘图和特效渲染。
  
  1技术背景 ......
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