Устройство для отображения информации на экране электронно лучевой трубки

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическиеРеспублик и 911504цгу ФФ(51)М, Кл. О 06 Г 3/153 еееударетеенный комнтет СССР ао доаи нэобретеннй и отткрытнй/72) Авторыизобретения электродинамики АН Украинской ССР ОпьМЙ 1 д 7;;.,ъщ.е ь Институвители констру(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИ НА ЭКРАНЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ Изобретение относится к вычислительной технике и тренажеростроению и предназначено для использования в имитаторах визуальной обстановки тренажеров летательных аппаратов и тренажеров речных и морских судов.5Известно устройство для отображения информации на экране электроннолучевой трубки, содержащее преобразователь кодов, блок выборки координат, блок управления и электронно-лучевую трубку с отклоняющей системой. Функционирование известного устройства происходит в реальном масштабе времени. Элект ри ческие си гналы, определяющие видимые наблюдателем части исходного объекта, Формируются в блоке видимости путем сравнения относительных глубин сегментов анализируемых поверхностей вдоль соответствующей горизонтальной строки. Буферный блок видимых сегментов хранит информацию о сегментах каждой из горизонтальных 1строк, в которых луч ЭЛТ должен быть включен. В видеогенераторе эта информация преобразуется в сигналы управления яркостью ЭЛТ, на экран который путем растровой горизонтальной развертки и управления яркостью, выводится двумерное перспективное изображение трехмерного объекта 113.Недостатком известного устройства является ограниченные Функциональные возможности, что обусловлено, применением принципа однонаправленной развертки (развертки по горизонтали). Это приводит к появлению избыточных циклов работы для случая вывода на экран ЭЛТ двумерного изображения,максимальный размер которого по вертикали превышает максимальный размер по горизонтали, что при времени кадра Т=20 м/с ограничивает сложность выводимого изображения,Наиболее близким к предлагаемому является устройство для отображения информации на экране электронно-пучеСоставитель А,ГорностаевТехред С.Мигунова орректор В. Бу едактор Ю.Середа одписн илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул Проектн аэ 1126/39 Ти ВНИИПИ Госуд по делам и 113035, Моск3 91150 вой трубки, содержащее преобразователь кодов, выход которого подключен ко входам блока регистров н первому входу блока выборки координат, первый выход которого соединен с первым входом блока приращений координат, ,вторые входы которого подключены к выходам блока регистров, первый выход к соответствующему входу отключающей системы ЗЛТ, а второй выход - к первым входам формирователя яркости, выход которого подключен к модулятору ЭЛТ, управляющие входы формирователя текущего значения координат, формирователя яркости, блока приращений координат блока выборки координат блока регистров и преобразователя кодов соединены с соответствующими выходами блока управления.Известное устройство характеризуется тем,.что выводимое на экран ЭЛТ иэображение формируется перемещением луча в горизонтальном направлении и сравнением для каждой строки мгновенного положения луча ЭЛТ по горизонта-ли с левым и правым концевыми векторами. Ори пересечении лучом правого или левого концевых векторов, яркость луча включается или выключается в зависимости от того, соответственно, входит ли луч в сегмент, ограниченный для данной строки точками левого и правого концевых векторов, или выходит из него 12.Недостатком этого известного устройства является ограниченное быстродействие,обусловленное применением только одного направления развертки - гори-. зонтального.Цель изобретения - повыаение быстродействия устройства.Поставленная цель достигается тем, что устройство. для отображения информации на экране электронно-луче. вой трубки содержит первый коммута" тор, входы которого подключены к вы" ходам блока регистров, выходы - ко вторым входам блока выборки координат, а управляющий вход - к соответствующему выходу блока управления, сумматор, вход которого соединен со вторым выходом блока выборки координат и блок определения размеров изображе" ния, первый и второй входы котоРого подключены к выходам сумматора и преобразователя кодов соответственно, фф управляющий вход " к соответствующе" му выходу блока управления, а выходк третьим входам блока приращений акоординат и блока выборки координат и входу блока управления, блок сравнения, первый и второй входы которого соединены с выходами блока приращений координат и соответствующим выходом блока управления соответственно, а выход - с соответствующим входом отклоняющей системы ЗЛТ, и второй коммутатор, первый и второй входы которого подключены к выходам формирователя текущего значения координат и блока, определения размеров изображения соответственно, а выходы - к соответсвующим входам отклоняющей системы ЭЛТ.Блок определения размеров иэображения содержит узел вычитания, первый ,вход которого соединен с первым вхо-. дом первой схемы сравнения и выходом первого регистра, второй вход - с первым входом второй схемы сравнения,и выходом второго регистра, а выходс первым входом третьего коммутатора, второй вход которого подключен ко второму входу первой схемы сравнения и выходу третьего регистра, выход первой схемы сравнения соединен с первыми входами первого регистра и элемента И, второй вход которой соединен с управляющими входами третьего и четвертого коммутаторов, а выход - с входом первого счетчика, первый вход третьего регистра соединен с первым входом четвертого регистра, выход которого подключен к первому входу второго регистра и второму входу второй схеюе сравнения, выход которой соединен со вторым входом второго регистра и входом второго счетчика, вторые входы первого и третьего регистров подключены к выходам третьего и четвертого коммутаторов соответственно.Йа фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока определения размеров иэображения; на фиг. 3 - рисунок, иллюстрирующий процесс вывода изображения на экран ЭЛТ; на фиг. 4- перспективные изображения ВПП с частью координатной сетки экрана.Устройство содержит преобразователь 1 кодов, блок 2 регистров, первый коммутатор 3, блок 4 выборки ко-. ординат, блок 5 приращений координат, блок 6 управления, сумматор 7, блок 8 определение размеров изображения, блок 9 сравнения, формирователь 10 текущего значения координат, формиро5 91150ватель 11 яркости, второй коммутатор12, электронно-лучевая трубка 13 сотклоняющей системой, третий коммутатор 14, четвертый коммутатор 15, первый регистр 16, второй регистр 17,третий регистр 18, четвертый регистр19, первая схема 20 сравнения вторая схема 21 сравнения, элемент И 22,первый счетчик 23, второй счетчик 24,узел 25 вычитания.1 ОУстройство работает следующим об"разом.Преобразователь 1 кодов выполняетперспективныепреобразования над исходной информацией, поступающей повходной шине, Результаты преобразования представляют собой координаты Хи У четырех вершин перспективного изо-"бражения ВВП (точки а,5,сд) которыепоследовательно, точка за точкой, по- оступают в блок 2 регистров и записываются в соответствующие регистры.Зались координат Х и У вершин четырехугольника а,Ь,с,д в соответствующие регистры происходит при появлении импульсов записи, Формируемыхблоком 6 управления на соответствующем выходе.Одновременно с поступлением координат Х и У в блок 2 регистров коорди- щ.ната Х вершин четырехугольника, точка за точкой, поступает в блок 4 выборки координат, а координата У вершин четырехугольника, точка за точкой, поступает в блок 8 определенияразмеров изображения.Блок 4 выборки координат выполняет операцию определения максимальнойи минимальной координаты Х вершин четырехугольника. После поступления вблок 4 информации о координате Х всехчетырех вершин четырехугольника, навтором выходе блока 4 появляются соответственно максимальная и минимальная координата Х, которые поступают41в сумматор 7, где иэ максимальной координаты Хп 1 С вычитается минимальнаякоордината Хтт, т.е. определяетсяразмер четырехугольника а.Ь.с.о погоризонтали Ь Х,Одновременно с блоком 4 блок 8 оп 50ределения размеров изображения совершенно аналогично выполняет операциюмаксимальной и минимальной координатыУ вершин четырехугольника, а затеми операцию определения размера четырехугольника по вертикали ЬУ.После поступления с выхода сумматора 7 размера по горизонтали ьХблок 4 68 определения размеров изображения производит операцию сравнения размеров д Х и дУ в результате чего на выходе блока появляется сигнал, который и определяет направление развертки по горизонтали или по вертикали.Управление работой блока 4 выборки координат и блока 8 опоеделения размеров изображения при выполнении выше описанных операций осуществляется блоком управления путем подачи на соответствующие выходы управляющих сигналов. Появление импульса на выходе блока 8 соответствует равенству размеров или превышению размера ьХ над размером ьУ и, соответственно,горизонтальному направлению развертки;Управляющий импульс с выхода блока 8 поступает на третьи входы блока 4, блока 5 и второй вход, второго коммутатора 12.По третьему входу в блок 4 выборки координат поступают сформированные в блоке 8 адреса двух или четырех регистров 1 злока 2 регистров, в которых записаны соответственно координаты вершины с максимальной координатой У и координаты вершины с минимальной координатой У, т.е. координаты соответственно конечной вершины и начальной вершины.При поступлении по третьему входу импульса записи происходит запись выше указанных адресов в первый и четвертый выходные оегистры блока 4.Одновременно управляющий импульс с выхода блока 8 поступает на вход блока 6 управления, в результате чего видеогенератор последнего Формирует управляющйй сигнал, равный единице, который поступает на управляющий вход первого коммутатора, на входы которых поступают координаты Х й У вершин соответственно а,Ьсд с выходов блока 2 регистров. При появлении логической единицы на управляющем входе второго коммутатора 12 на выводах его появляется информация о координате Х соответственно вершин а,Ьсд. После этого блок 4 выполняет операцию сравнения по координате Х двух оставшихся вершин четырехугольника, тем самым определяя правую и левую переход- ные вершины. В результате операции сравнения во второй выходной регистр блока 4 записывается адрес регистра блока 2 регистров, в котором хранится информация о вершине с большей координацией Х, т.е. о правой переход91 ной точке. В третий выходной регистр блока 4 записывается адрес регистра блока 2 регистров, в котором хранится,информация о вершине с меньшей коордийатой Х, т.е. о левой переходной точке, Управление выполнением выше описанной операцией производит блок 6 управления.Следует отметить, что информация о координатах Х и У вершин с выходов блока 2 регистров поступает также и в блок 5 приращения координат, Таким образом, в блок 5 приращений координат поступает информация о координатах Х и У вершин четырехугольникб по вторым входам, а по первым входам поступают адреса регистров блока 2 регистров, в которых хранятся координаты соответственно конечной, правой,левой и начальной вершин.Блок 5 приращений координат, получая координаты всех вершин четырех- . угольника, определяет для каждой из сторон аЬ,Ьс,сд,ад приращение по го-. ризонтали аХ при изменении координаты У на один элемент растра, Напри" мер, для стороны аЬ:УХаВ ув у Управление работой блока приращений координат 5 осуществляется блоком 6 управления.Отсутствие импульса с выхода блока 8 соответствует случаю превышенияразмера ЬУ над размером Х, т.е. вертикальному направлению развертки,Приэтом запись информации, поступающейиэ блока 8 в блок 4 по третьему входу не осуществляется. В первый и четвертый выходной регистры блока 4 выборки координат записываются определенные в этом блоке еще на этапе определения ЬХ адреса двух регистровблока 2 регистров, хранящих информацию о координатах двух вершин с соответственно минимальной и максимальной координатой Х, т.е. о координатах соответственно конечной и начальной вершины.В этом режиме на управляющий вход 4,первого коммутатора 3 поступает комбинация 00, в результате чего на ихвыходе коммутатора 3 появляется координата У вершин четырехугольника,Блок 4 выборки координат, функционируя аналогично режиму горизонтальной развертки, путем сравнения двух1504 8 5 1 О 15 го 25 зо 35 4 О 45 50 55 оставшихся вершин по координате У,определяет левую и правую переходныевершины, Блок 5 приращений координат,в соответствии с отсутствием на треть-,ем входе импульса формирует приращение оУ для всех сторон четырехугольника.Как и в случае горизонтальной развертки, управление при этом работойблока 5 приращений координат и блока4 выборки координат осуществляетсяблоком 6 управления.Следует отметить, что блок 5 приращений координат не только определяет ФХ или оУ, но и сортирует их попринадлежности к правым или левымконцевым векторам.Для окончательного уяснения вышеизложенного обратимся к фиг. 4. Длялевого рисунка Ь Х ЬУ, что соответствует горизонтальной развертке. При.этом вершины а,Ь,с,д являются соответственно начальной, левой переходной, конечной и правой переходнойвершинами.Стороны аЬ и Ьс - это левые концевые вектора, стороны ад,дс - правые.Для правого рисунка Ь У)дХ, чтосоответствует вертикальной развертке.фВершины а,Ь,д,с - это соответственноконечная, правая переходная, леваяпереходная, начальная вершины. Стороны сЬ,Ьа - правые концевые вектора,стороны дс, да - левые,выхода блока 5 приращений координат информация о координатах вершинчетырехугольника и приращениях АХ илиФУ поступает в видеогенератор блока6 управления.На вход блока 9 соавнения по первому входу поступает информация оХ(У) координате начальной точки и оприращениях ОХ (ФУ) левых и правых концевых .векторов.По второму входу с видеогенератораблока управления на второй вход блока9 сравнения. поступает пилообразноенапряжение развертки и сигналы управления работой.Блок 9 сравнения путем сравнениямгновенного положения луча по горизонтали (вертикали) с левым и правым концевыми векторами формирует сигналывключения и выключения яркости лучаЭЛТ, поступающие в отклоняющую систему 13.На первый вход формирователя текущего значения координат 10 поступаетУ(Х) - координата вершин четырехуголь9 9115ника. В случае горизонтальной (,вертикальной) оазвертки формирователь 10определяет текущие значения координа- .ты У(Х) для каждой строки. Это происходит путем последовательного увели 5чения координаты У(Х) на один элементрастра. Этот блок также определяет момент достижения лучом правой и левойпереходных точек, а также момент.достижениялучом конечной точки, что со- оответствует окончанию процесса вывода изображения на экран, Эти моментыопределяются путем сравнения текущего значения координаты У(Х) .с значением соответствующей координаты правой, левой переходных и конечной точек. Информация о текущем значениикоординаты У(Х) поступает во второйкоммутатор 12.Управление работой формирователя10 осуществляется блоком 6 управления. Формирователь яркости 11, получая информацию о текущих координатах луча, вычисляет яркость каждой точкиизображения, тем самым создавая эффект глубины, Информация о яркостиданной точки поступает в отклоняющуюсистему 13. На входы второго коммутатора 12 по третьему и первому входампоступает соответственно пилообразное напряжение развертки вдоль одной координаты и увеличивающееся дискретно значение другой координаты.С выхода второго коммутатора 12 информация, поступает в блоки соответственно вертикальной и горизонтальной отклоняющих катушек ЭЛТ. При горизонтальной развертке, т.е. при по- ступлении импульса на управляющий вход второго коммутатора 12,он обеспечивает поступление пилообразного напряжения на горизонтальную катушку ЭЛТ, а дискретно увеличивающееся нап" ряжение - на вертикальную отклоняющую катушку ЭЛТ. При вертикальной развертке, что соответствует отсутствию импульса на втором входе, пилообразное напряжение поступает на вертикальную отклоняющую катушку ЭЛТ,дискретно увеличивающееся напряжениена горизонтальную.Блок 8 определения размеров изображения работает следующим образом (см. Фиг. 2 .). Перед началом работы . регистры 16 - 19 и счетчики 23 и 24 устанавливаются в нуль. Иэ блока 655 управления поступает логическая единица на управляющие входы третьего и четвертого коммутаторов 14 и 15. Тре 04 10тий коммутатор 14 пропускает при этом на вход первого регистра 16 информацию с выхода третьего регистра 18, а четвертый коммутатор 15 при этом пропускает на вход третьего регистра 18 информацию, поступающую из преобразователя кодов. Одновременно с обнулением во второй счетчик 24 записывается единица. По одному из входов У- координата вершин четырехугольника точка за точкой поступает на входы третьего и четвертого регистров 18 и 19С поступлением первого импульса на первые входы У - координата пер- . вой вершины записывается в регистры 18 и 19.Первая схема 20 сравяения, на входы которой поступает ненулеваяинформация с выхода третьего регистра 18 и нулевая информация с выхода первого регистра 14, Формирует импульс, который, поступая на первый вход первого регистра 16, обеспечивает запись У - координаты первой вершины в первый регистр 1 б. Одновременно импульс с выхода первой схемы 20 сравнения поступает через открытый элемент И 22 в первый счетчик 23 записывая в негоединицу.В случае нулевой У - координаты первой точки первая схема 20 сравне" ния также вырабатывает импульс.Одновременно с записью в первый регистр 16 по входной шине поступает импульс, в результате содержимое четвертого региСтра 19 записывается во второй регистр 17. На этом окончен первый такт работы. В начале каждого из последующих трех тактов по входной вине поступает У - координата соответствующей вершины, которая записывается в регистры 18 и 19, При этом, в случае, если содержимое первого регистра 16 больше или равно содержимому третьего регистра 18, то перваясхема 20 сравнения не вырабатывает- импульс. Бсли наоборот, то импульс, поступая с выхода первой схемы 20 сравнения, приводит к записи содержимого третьего регистра 18 в первый регистр 16 и увеличению на единицу содержания первого счетчика 23,Таким . образом, в этих узлах производитсяопределение максимальной У - координаты вершин четырехугольника. После четырех тактов работы в первом регистре 16 содержится максимальное значение У - координаты всех четырех вер9115 Пшин, а в первом счетчике 23 записывается адрес того регистра блока 2 регистров, который хранит координатывершины с максимальным значением Укоординаты (Уп,ц,г). Сортировка по ми 5нимуму производится аналогично, только вторая схема 21 сравнения .вырабатывает импульс в случае, если содержимое четвертого регистра 19 меньшесодержимого второго регистра 1. ПосОле четырех тактов работы во второмрегистре 13 хранится У, а во втором счетчике 21 записывается адрестого регистра блока 2. регистров, который хранит координаты вершины с минимальным значением Уп 1 п.На пятом такте в узле 25 вычитания определяется разность между поступающими на его входы с выходов регистров 16 и 17 соответственно У,и У, т,е. размер ьУ,На шестом такте работы на входнойшине появляется логический нуль, закрывая тем самым элемент И 22 и изменяя состояние коммутаторов 14 и 15.При этом третий коммутатор 14 пропускает на вход регистра 16 поступающийс выхода узла 25 вычитания размер ЬУ,а четвертый коммутатор 15 пропускаетна вход третьего регистра 18 размерЬХ, поступающий по одному из входовблока. Далее по соответствующим входам блока поступают импульсы записи,что приводит к записи размеров ЬХ иьУ в регистры соответственно 18 и 16.35Первая схема 20 сравнивает размеры Ь Х и ЬУ. При Ь Х 3 ЬУ на одном извходов блока появляется логическаяединица, что соответствует горизонтальной развертке. В этом случае со 40держимое счетчиков 23 и 24, поступаяпо соответствующим выходам блока вблок выборки координат 4 записывается соответственно в первый и четвертый выходные регистры блока 4.45Для определения критерия эффективности применения предлагаемого устройства рассмотрим работу этого устройства и известного устройства привыводе на экран ЭЛТ изображения ВПП,50приведенного на правом рисунке (фиг.Ц . Размер четырехугольника а,Ь,с,ддля правого рисунка по горизонталиравен ЬХ = Хс -Хс=7 элементов растра,.Размер по вертикали равен оУ=У.-Уд=14.Для вывода иэображения на экранпри горизонтальной развертке известному устройстиупотребовалось бы 14 тактов, а данному устройству в случае 1;Рертикс)ль ной раЗБРртки. 7 тактов,Достигнутое повышение быстродействияв данном случае сводится к возможности вывода на экран за время одногокадра изображения двух ВПП или других аналогичных по сложности изображений, Следовательно, повышение быстродействия, обеспечиваемое даннымустройством, заключается в возможности вывода на экран ЭЛТ за время одного кадра более сложного, детальногоизображения для случая, когда размерпо вертикали первоначального изображения превышает размер по горизонтали,При равенстве или превышении размера изображения по горизонтали надразмером по вертикали формированиедополнительных изображений становится невозможным. Следует отметить,что увеличение аппаратурных затрат,обусловленное введением новых блоков,значительно компенсируется тем, чтов предлагаемом устройстве вместо блока вычисления координаты Х поставленфункционально идентичный блок сравнения, характеризуемый уменьшением аппаратурных затрат в 1,4 раза. Такимобразом, поставленная цель достигается без существенного увеличения аппаратурных затрат.Формула изобретения1, Устройство для отображения ин-, формации на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), содержащее преобразователь кодов, выход которого подключен к входам блока регистров и первому входу блока выборки координат, первый выход которого соединен с первым входом блока приращений координат, вторые входы которого подключены к выходам блока регистров, первый выход к соответствующему входу отключающей системы ЭЛТ, а второй выход - к первым входам формирователя яркости, выход которого подключен к модулятору ЭЛТ, управляющие входы формирователя текущего значения координат, формирователя яркости, блока приращений координат, блока выборки координат, блока регистров и преобразователя кодов соединены с соответствующими выходами блока управления, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения быстЪ родействия устройства, оно содержит первый коммутатор, входы. которого под13 . 91150 кпючены к выходам блока регистров,выходы - к вторым входам блока выборки координат, а управляющий вход - к соответствующему выходу блока управления, сумматор, вход которого соединен З с вторым выходом блока выборки коор" динат и блок определения размеров изображения, первый и втооой входы которого подключены к выходам сумматора и преобразователя кодов соответ ственно, управляющий .вход -. к соответствующему выходу блока управления, а выход " к третьим входам блока приращений координат и блока выборки координат и входу блока управления, 13 блок сравнения, первый и второй входы которого соединены с выходами бло" ка приращений координат и соответствующим выходом блока управления соответственно, а выход - с соответствую щим входом отклоняющей системы ЗЛТ, и второй коммутатор, первый и второй входы которого подключены к выходаи ФормирЬателя текущего значения коор" динат и блока определения равиеро И изображения соответственно, а выходы" к соответствующим входам отклоняющей системы, ЗЛТ.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок одре" зв деления размеров изображения содержит узел. вычитания, первый вход которого 414.соединен с первым входом первой схе" мы сравнения и выходом первого регистра, второй вход - с первым входом второй схемы сравнения и выходом второго регистра, а выход - с первым входом третьего коммутатора, второй вход, которого подключен к второму входу первой схемы сравнения и выходу третьего регистра, выход первой схемы сравнения соединен с первыми входами первого регистра и элемента И, второй вход которой соединен с управ" ляющнми входами третьего и четверто" го комиутаторов, а выход - с входом первого счетчика, первый вход третье-:. го регистра соединен с первым входом четвертого регистра, выход которого. подключен к первому входу второго регистра н второму входу второй схемы сравнения, выход которой соединен с вторыи входом второго регистра и ходом второго счетчика, вторые входы первого н третьего регистров подключены к выхадаи третьего и четвертого юииутаторое соответственно. Источники информации,принятые во внимание дри экспертизе1, Патент ОВ Ю 373656,кл. 346"17 2,5 1974.2. Патент СМА У 3996673кл. 35"16,2, 97 (прототип).