3D圖形技術(shù)在手機(jī)應(yīng)用中的技術(shù)挑戰(zhàn)和競(jìng)爭(zhēng)
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面臨的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)
真正的“技術(shù)競(jìng)賽”將從第二代具有3D圖形功能的手機(jī)開始。廠商們將在純技術(shù)性能方面展開前所未有的競(jìng)爭(zhēng)，特別是一旦API標(biāo)準(zhǔn)完全確立后就將幾乎沒有什么分歧。一些人認(rèn)為，手機(jī)制造商應(yīng)避免過快地?cái)U(kuò)展其平臺(tái)以及創(chuàng)建一些其專有的擴(kuò)展，行業(yè)必須確保Open GL-ES標(biāo)準(zhǔn)API隨市場(chǎng)一起發(fā)展。
事實(shí)上，Open GL-ES路線圖已經(jīng)確立，而且人們已開始著手制定Open GL-ES 2.0。雖然目前的API是基于狀態(tài)機(jī)，但對(duì)于第三代手機(jī)來說，它必須發(fā)展成為基于Shader(著色引擎)的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在，API基于固定功能管線(pipeline)，這種固定功能管線可以根據(jù)當(dāng)前渲染條件來啟用或禁用某些功能，它使廠商能根據(jù)吞吐量、像素?cái)?shù)量及類似功能來制造不同的手機(jī)。
通過Open GL-ES 2.0，人們可對(duì)圖形管線中的某些元素進(jìn)行編程，從而使內(nèi)容開發(fā)商能夠精確定義如何處理頂點(diǎn)(vertex)或像素。這能采用程序性算法以使代碼性能依賴于實(shí)現(xiàn)，因此不僅能為供應(yīng)商提供更大的特性集與性能創(chuàng)新空間以及更大的差異化(尤其在視覺質(zhì)量及效果方面)，而且還能為開發(fā)商保留一個(gè)公共平臺(tái)。
與使用較大顯示屏的桌面或控制臺(tái)游戲機(jī)市場(chǎng)相比，圖形子系統(tǒng)開發(fā)商必須重新審視移動(dòng)電話市場(chǎng)。手機(jī)2.2英寸顯示屏的像素密度遠(yuǎn)高于筆記本電腦屏幕的像素密度。新出現(xiàn)的2.5英寸顯示屏很可能擁有高達(dá)每英寸400像素的密度，這是當(dāng)前像素密度的兩倍。因此，利用大量多邊形及快速多邊形速度來獲得高分辨率圖形的傳統(tǒng)方法幾乎完全不適用。聰明的設(shè)計(jì)者將把目光投向那些用于光照及顯示的更高級(jí)(但基于更粗糙模型的)技術(shù)上。區(qū)別在于像素質(zhì)量以及可用于這些像素的高端處理數(shù)量(其指標(biāo)為每頂點(diǎn)每秒操作數(shù)及每像素每秒操作數(shù))。開發(fā)商計(jì)劃通過這種方法不僅能提供以前只有通過數(shù)百萬(wàn)多邊形才能達(dá)到的畫面質(zhì)量，而且還不突?處理器性能、存儲(chǔ)器容量及功耗指標(biāo)。
計(jì)劃中的Open GL-ES標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，不僅為整個(gè)移動(dòng)3D圖形市場(chǎng)提供了清晰的路線圖及穩(wěn)定的增長(zhǎng)，而且也為廠商提供了一個(gè)健康競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)。預(yù)計(jì)今后幾年內(nèi)，隨著開放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，移動(dòng)3D圖形技術(shù)將擴(kuò)展至許多別的平臺(tái)及市場(chǎng)，包括汽車與航空電子設(shè)備等。
緊湊的3D圖形解決方案
今天，一種最流行的面向移動(dòng)設(shè)備平臺(tái)的3D圖形解決方案是由ARM公司開發(fā)的PowerVR MBX圖形加速器系列。該產(chǎn)品由ARM與Imagination Technologies公司聯(lián)合開發(fā)，其內(nèi)核被應(yīng)用處理器用來在移動(dòng)電話、無(wú)線游戲及其他嵌入式設(shè)備中提供具有PC及游戲控制臺(tái)畫面質(zhì)量的3D圖形。
該圖形加速器具有可分別提供QVGA與SVGA圖形性能的兩個(gè)版本(MBX R-S及MBX HR-S)。MBX R-S版具有較小的裸片尺寸，主要用于小型無(wú)線設(shè)備。而MBX HR-S版則具有更高的性能。這兩款內(nèi)核都擁有增加頂點(diǎn)幾何處理器的選項(xiàng)，該處理器可以將主CPU從幾何處理任務(wù)解脫，以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的光照特性。
支持全2D與3D特性集且與Open GL-ES兼容的PowerVR MBX解決方案，采用塊狀渲染(tile-based rendering)來在芯片上實(shí)現(xiàn)全帶寬密集型像素處理。通過取消3D內(nèi)核與外部存儲(chǔ)器之間的Z緩沖以及保證只將可見像素寫入幀緩沖，可降低存儲(chǔ)器帶寬要求。塊狀渲染不僅能進(jìn)行高位精度渲染與合成(即使在帶有16位幀緩沖器的系統(tǒng)上)，而且還能實(shí)現(xiàn)可取消所有多余紋理操作的延時(shí)紋理。此種方案便于采用統(tǒng)一的存儲(chǔ)器架構(gòu)，在這種架構(gòu)中，圖形子系統(tǒng)與CPU一起共用系統(tǒng)SDRAM，從而可以采用節(jié)省成本與空間的SoC實(shí)現(xiàn)。
MBX內(nèi)核易于與ARM926EJ-S及ARM1136J-S以及ARM PrimeXsys平臺(tái)集成，故能縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。該內(nèi)核架構(gòu)緊湊，可節(jié)省空間及硅成本。通過采用成熟的功率管理技術(shù)(包括模塊與寄存器級(jí)時(shí)鐘選通等)，使功耗最小化。
通過采用ARM公司的AMBA AHB(高級(jí)高性能總線)接口及各種ARM PrimeCell外圍器件，還能提供其他集成支持。這些經(jīng)過預(yù)先驗(yàn)證及硬件成熟的軟IP宏單元，通過PrimeCell外圍多端口存儲(chǔ)控制器接口很容易與3D圖形加速解決方案相集成，因?yàn)檫@些接口已針對(duì)MBX R-S及HR-S而優(yōu)化。
不斷發(fā)展的OpenGL-ES
Khronos工作組是一個(gè)由多個(gè)成員單位組成的聯(lián)盟，專注于開發(fā)免許可及跨平臺(tái)的開放標(biāo)準(zhǔn)圖形API，以在各種平臺(tái)及設(shè)備上創(chuàng)作并播放動(dòng)態(tài)媒體。所有Khronos成員都可參與Khronos API規(guī)范的開發(fā)、在公開部署以前的各階段投票、并能通過對(duì)規(guī)范草案及遵循性測(cè)試的提前訪問來加快先進(jìn)3D平臺(tái)與應(yīng)用的推出。
Khronos API規(guī)范包括：用于捕獲、傳輸、處理、顯示及同步數(shù)字媒體(包括2D/3D與音視頻流)的OpenML；可提供用于Flash 及SVG等矢量圖形庫(kù)的低級(jí)硬件加速接口的OpenVG；可提供對(duì)以前廣泛用于圖形、音頻與圖片庫(kù)以及MPEG-4等視頻編解碼器的媒體處理標(biāo)準(zhǔn)訪問的OpenMAX；以及Open GL-ES。
Open GL-ES是一種面向嵌入式系統(tǒng)(包括手持式設(shè)備、儀器及車輛等)上全功能2D與3D圖形的免許可、跨平臺(tái)API。它是一組經(jīng)過良好定義的桌面OpenGL，可在軟件與圖形加速之間創(chuàng)建靈活及功能強(qiáng)大的低級(jí)接口。OpenGL ES 1.0包括用于浮點(diǎn)與定點(diǎn)系統(tǒng)的Common profile(公用類)與Common-Lite profile(共用簡(jiǎn)化類)，以及用于與本地窗口系統(tǒng)手持連接的EGL 規(guī)范。OpenGL-ES 2.0目前正在開發(fā)之中。
此外，還建立了“安全關(guān)鍵”工作組，以幫助將標(biāo)準(zhǔn)移植到其他采用3D圖形的移動(dòng)平臺(tái)、尤其是汽車及航空電子設(shè)備上。
評(píng)論