3D圖形技術在手機應用中的技術挑戰(zhàn)和競爭
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面臨的技術競爭
真正的“技術競賽”將從第二代具有3D圖形功能的手機開始。廠商們將在純技術性能方面展開前所未有的競爭，特別是一旦API標準完全確立后就將幾乎沒有什么分歧。一些人認為，手機制造商應避免過快地擴展其平臺以及創(chuàng)建一些其專有的擴展，行業(yè)必須確保Open GL-ES標準API隨市場一起發(fā)展。
事實上，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，但對于第三代手機來說，它必須發(fā)展成為基于Shader(著色引擎)的標準?，F(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、像素數(shù)量及類似功能來制造不同的手機。
通過Open GL-ES 2.0，人們可對圖形管線中的某些元素進行編程，從而使內(nèi)容開發(fā)商能夠精確定義如何處理頂點(vertex)或像素。這能采用程序性算法以使代碼性能依賴于實現(xiàn)，因此不僅能為供應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)商保留一個公共平臺。
與使用較大顯示屏的桌面或控制臺游戲機市場相比，圖形子系統(tǒng)開發(fā)商必須重新審視移動電話市場。手機2.2英寸顯示屏的像素密度遠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每英寸400像素的密度，這是當前像素密度的兩倍。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。聰明的設計者將把目光投向那些用于光照及顯示的更高級(但基于更粗糙模型的)技術上。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(其指標為每頂點每秒操作數(shù)及每像素每秒操作數(shù))。開發(fā)商計劃通過這種方法不僅能提供以前只有通過數(shù)百萬多邊形才能達到的畫面質(zhì)量，而且還不突?處理器性能、存儲器容量及功耗指標。
計劃中的Open GL-ES標準發(fā)展，不僅為整個移動3D圖形市場提供了清晰的路線圖及穩(wěn)定的增長，而且也為廠商提供了一個健康競爭的市場。預計今后幾年內(nèi)，隨著開放標準的發(fā)展，移動3D圖形技術將擴展至許多別的平臺及市場，包括汽車與航空電子設備等。
緊湊的3D圖形解決方案
今天，一種最流行的面向移動設備平臺的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)核被應用處理器用來在移動電話、無線游戲及其他嵌入式設備中提供具有PC及游戲控制臺畫面質(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，主要用于小型無線設備。而MBX HR-S版則具有更高的性能。這兩款內(nèi)核都擁有增加頂點幾何處理器的選項，該處理器可以將主CPU從幾何處理任務解脫，以實現(xiàn)先進的光照特性。
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，可降低存儲器帶寬要求。塊狀渲染不僅能進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)，而且還能實現(xiàn)可取消所有多余紋理操作的延時紋理。此種方案便于采用統(tǒng)一的存儲器架構(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實現(xiàn)。
MBX內(nèi)核易于與ARM926EJ-S及ARM1136J-S以及ARM PrimeXsys平臺集成，故能縮短產(chǎn)品上市時間。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(包括模塊與寄存器級時鐘選通等)，使功耗最小化。
通過采用ARM公司的AMBA AHB(高級高性能總線)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)過預先驗證及硬件成熟的軟IP宏單元，通過PrimeCell外圍多端口存儲控制器接口很容易與3D圖形加速解決方案相集成，因為這些接口已針對MBX R-S及HR-S而優(yōu)化。
不斷發(fā)展的OpenGL-ES
Khronos工作組是一個由多個成員單位組成的聯(lián)盟，專注于開發(fā)免許可及跨平臺的開放標準圖形API，以在各種平臺及設備上創(chuàng)作并播放動態(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、并能通過對規(guī)范草案及遵循性測試的提前訪問來加快先進3D平臺與應用的推出。
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等矢量圖形庫的低級硬件加速接口的OpenVG；可提供對以前廣泛用于圖形、音頻與圖片庫以及MPEG-4等視頻編解碼器的媒體處理標準訪問的OpenMAX；以及Open GL-ES。
Open GL-ES是一種面向嵌入式系統(tǒng)(包括手持式設備、儀器及車輛等)上全功能2D與3D圖形的免許可、跨平臺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)建靈活及功能強大的低級接口。OpenGL ES 1.0包括用于浮點與定點系統(tǒng)的Common profile(公用類)與Common-Lite profile(共用簡化類)，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“安全關鍵”工作組，以幫助將標準移植到其他采用3D圖形的移動平臺、尤其是汽車及航空電子設備上。
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