A 3D graphics system usually consists of two major subsystems: geometry subsystem and rendering subsystem. The geometry subsystem performs transformation, lighting, backface culling, and clipping. The clipping is to remove the part of a triangle that is outside of the view volume by calculating the intersections of the triangle edges with view planes. The clipping operation turns out to be a time-consuming procedure in the geometry subsystem. In this thesis, we present several clipping algorithms and their hardware implementations, and compare the performance in the geometry subsystem. Furthermore, a new pre-clipping algorithm is also proposed to reduce the number of triangles that need to go through the clipping operations in order to reduce the burden of clipping operations in the whole geometry subsystem. The whole geometry system including the pre-clipping and clipping hardware is verified in a complete 3G graphics system in the Versatile FPGA demonstration board.

In computer graphics technique, the 3D graphic pipeline flow has two processing modules: Geometry module and Rendering module. The geometry module supports vertex coordinate transformation, vertex lighting computation, backface-culling, pre-clipping, and clipping functions. Clipping module clips the outside part of objects by view volume boundaries. Adding clipping module into geometry module will make 3D graphics pipeline flow more efficiency. Due to the sequential parsing nature of clipping, it causes the challenges to implement clipping function in hardware design. This paper implements a dual-path clipping engine placed after the Vertex Shader in geometry module and supports OpenGL-ES 2.0 specification. With the clipping engine, it reduces the unnecessary operations in 3D graphics pipeline flow and makes the performance efficient. The pipelined and shared hardware design is proposed to improve the area cost and throughput of the interpolation operation in clipping engine. The two vertices in/out clipping method is proposed in this paper. Users have more different choices of clipping algorithms for hardware implementation with respect to the performance and hardware limitation.

Η παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας «Ψηφιακός Επεξεργαστής και Γραφικά Υπολογιστών». Κατά τη διάρκεια αυτής της μελέτης είχαμε την ευκαιρία να προσεγγίσουμε και να κατανοήσουμε την διαδικασία που επιτελείται για την αναπαράσταση γραφικών στην οθόνη του υπολογιστή μας, του κινητού μας τηλεφώνου και κατ’ επέκταση να προτείνουμε νέες ιδέες και τεχνικές οι οποίες αποσκοπούν στην βελτίωση και αύξηση της αποδοτικότητας. Για το λόγο αυτό μελετώντας τους υπάρχοντες αλγόριθμους, καταλήξαμε στην πρόταση ενός νέου ο οποίος προορίζεται κυρίως για συσκευές απεικόνισης μικρού μεγέθους όπως τα κινητά τηλέφωνα και έχει ως βασικό σκοπό τη μείωση σύνθετων υπολογιστικών πράξεων και εξοικονόμηση ενέργειας. Στη παρούσα εργασία παρουσιάζεται η λειτουργία των υπαρχόντων αλγόριθμων καθώς και του προτεινόμενου. Πραγματοποιούνται συγκρίσεις μεταξύ αυτών προκειμένου να δούμε το ποσοστό βελτίωσης που υπεισέρχεται, ενώ αναπτύσσουμε και το υπόβαθρο για την υλοποίηση και εφαρμογή του προτεινόμενου αλγόριθμου στην πράξη. / -