An Implementation of 3D Graphic Accelerator for Phong Shading

퐁 음영법을 위한 3차원 그래픽 가속기의 구현

There have been many researches on the 3D graphic accelerator for high speed by needs of CAD/CAM,3D modeling, virtual reality or medical image. In this paper, an SIMD processor architecture for 3D graphic accelerator is proposed in order to improve the processing time of the 3D graphics, and a parallel Phong shading algorithm is presented to estimate performance of the proposed architecture. The proposed SIMD processor architecture for 3D graphic accelerator consists of PCI local bus interface, 16 Processing Elements (PE's), and Park's multi-access memory system (NAMS) that has 17 memory modules. A serial algorithm for Phong shading is modified for the architecture and the main key is to divide a polygon into $4\times{4}$ squares. And, for processing a square, 4 PE's are regarded as a PE Grou logically. Since MAMS can support block access type with interval 1, it is possible that 4 PE Groups process a square at a time. In consequence, 16 pixels are processed simultaneously. The proposed SIMD processor architecture is simulated by CADENCE Verilog-XL that is a package for the hardware simulation. With the same simulated results as that of the serial algorithm, the speed enhancement by the parallel algorithm to the serial one is 5.68.

CAD/CAM, 3차원 모델링, 가상현실, 그리고 의학 영상의 처리 속도를 높이기 위한 3차원 가속기에 대한 많은 연구들이 진행 중이다. 본 논문에서는 3차원 그래픽 처리속도를 향상하기 위하여 SIMD처리기 구조의 3차원 가속기를 제안하며, 기존의 퐁 음영법을 제안된 구조에 맞게 병렬화하고 수행함으로써 직접적인 성능분석을 시도하였다. 3차원 SIMD 처리기 구조는 PCI 지역 버스 인터페이스, 16개의 처리기, 그리고 Park's 다중접근기억장치로 구성되며, 다중접근 기억장치는 17개의 외부 메모리 모듈을 갖는다. 기존의 직렬 퐁 음영법을 SIMD 처리기 구조에 수행될 수 있도록 하나의 다면체를 여러 개의 $4\times{4}$의 정방형 다면체로 나누어서 처리하는 병렬 퐁 음영 법으로 수정하였으며, 하나의 정방형 다면체는 다중접근기억장치가 간격이 1인 블록 접근이 가능하기 때문에 17개의 처리기가 동시에 처리할 수 있다. SIMD처리기 구조에서 수행되는 병렬화된 퐁 음영법을 하드웨어 모의실험 패키지인 CADENCE사의 Verilog-XL로 모의실험을 수행한 결과 5.14배의 속도향상을 보임을 확인하였다.