Устройство для параллельной обработки трехмерных сцен

(5 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН аническии институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛ ОБРАБОТЕИ ТРЕХЕРН (57) Изобретениео лительной технике, обработки трехмерн Л ПАРАЛЛ1 Х СЦЕН ЬНОИ тносится предназн х сцен и м . изабре Цель иза ремени вычи ено для вляется ссора, соотв твующее ирехмерн ение бл лючению сог ершенствование вт. св.145,965. ия - сокращение в лаков пава роцессоров и матрице еФ ка памяти х положи лы, 4 ил. и к тввед ретеполненияобрабапозволяют достич тельных эффектов нут упо 3 з рации изменен асшт ычисли но для ен, прич тветствует ацессар, ароцессарамирелственнымобуславливаетобуславливаюгся па н посу ними, что трале",ствие, ые применени о решения, и ног я ля техническ страиств тв ганием у 1456965.обретения - са пения операп,п Грабатываемьх а углы, кр,ггнь ласти п 1 имен.н усовершенс,вт.св, 1Цель из кращение вреизмененияобъектов ие 90 , и рас 1 ени выпо масштаба о псявората н шипение об т я за ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ.ДО ИЭОЮЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯЧРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское сВ 1456965, кл. С Изобретение относится ктсльнай техник, предназнаобработки трехмерных сцкаждому элементу сцены соасвой обрабатывающий прв,.пмодейств:е между иасуществляесвязям междв.,сакое бысщее ваэмажн я дл тываемых объектов и поворота на углыократные 90, и расширение области применения за счет увеличения диапазона углов поворота и разрешающей способности обрабатываемых сцен. В устройстве каждому элементу обрабатываемой сцены соответствует свой процессор, выполняющий логическую обработку бинарных трехмерных изабра ений, Взаимодействие между процесса ами осуществляется по непасредств м связям. Введение блоков сжатия растяжения, увеличение количеств лементов И в блоке элементов И пр увеличения диапазона углов поворотаи разрешающей способности обрабатываемых сцен. На фиг,. и 2 представлен пример реализации устройства параллельной обработки трехмерных сцен; на Фиг.3 конструкция блока поворота и схемы, согласно которым в устройстве аппаратно реализуется операция поворота содержимого последнего слоя А Х А Хматрицы вокруг центра этого слоя наоугол, некратный 90; на фиг. 4 - кан - струкция блоков сжатия и растяжения и схемы, согласно которым в устройстве аппаратно реализуется операция сжатия содеримаго последнего слоя А Х А Х 1 матрицы на коэФФициент Е относительно прямой, проходящей черезпроизводится запись содержимогорегистров 10 в память 12 через подготовленные элементы И 18 с поворотом на 180 вокруг Ох. Аналогичнымо,образом выполняются и другие командывида ПЗ Н А 1,А 2 (отличающиеся кодомКМО), Повороты на углы ( = + Д(, +о+ 1 90 выполняются программно. СжатиеР -дискретных изображений формата РФ) Фк прямой РК на коэффициенты К = К, Квыполняется программно. Изменениемасштаба Р -дискретных изображенийз 1формата Р на коэффициент Ы относиЮтельно оси Ох (т,е, операция одновременного сжатия в 1 раз к плоскостизОх и в 1 раз к плоскости уОх) выполняется программно,Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я1, Устройство для параллельнойобработки трехмерных сцен по атв.св.Ф 1456965, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью сокращения времени выполнения операции изменениямасштаба обрабатываемых объектов,в него введены блоки сжатия и блокирастяжения, информационные входы которых соединены с выходами первыхрегистров операнда соответствукипдхпроцессоров последнего относительнонаправления Б слоя трехмерной матрицы, а выходы соединены с входамиблоков элементов И соответствующихпроцессоров первого относительно направления 3 слоя трехмерной матрицы,управляющие входы блоков сжатия ирастяжения соединены с выходамивторой группы блока управления.2, Устройство по п,1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за.счетувеличения диапазона углов поворота,выходы первого регистра операнда5соответствующих процессоров матрицыпоследнего относительно направленияеФВ слоя трехмерной матрицы соединенычерез соответствующие блоки поворота с входами соответствующих требуемому углу поворота блоков элементовИ процессоров первого относительно-Фнаправления В слоя трехмерной матрицы,3. Устройство по п,1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем что с цельюрасширения области применения засчет увеличения разрешающей способности обрабатываемых сцен, в неговведен блок памяти, информационныевходы и выходы которого соединены свыходами первых регистров операндаи входами блока элементов И процессоров соответственно последнего ипервого слоев в направлении В матри 25 цы, управляющие входы блока памятисоединены с выходами третьей группыблока управления. 4. Устройство по п.1, о т л и - ЗО ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюсокращения времени выполнения. операции поворота на углы, кратные 90 , вблок элементов И каждого процессораматрицы введены дополнительные элементы И, первые входы которых соединены с выходами первых регистров операнда соответствующих процессоровматрицы при выбранных углах поворота,а вторые входы соединены с выходамичетвертой группы блока управления.4 О1.61 2 30 7 оставитель А.Ушак ехред М,Моргеитал Пекар акт орректоп М.,Самборск Заказ 386 П 1 И Государс иэводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина Тираж 406енного комитета13035, Москва,изооретен5, Раушска Подписноем иоткрытиям прикы СССнаб д, 4/5)Устройство (фиг.1 и 2) состоитиз трехмерной матрицы 1 Ь. Х А Х Апроцессоров, блока 2 управления,блоков 3 поворота, блоков 4 сжагия,блоков 5 растяжения, блока 6 памяти,первый и последний слои матрицы 1имеют соответственно входы 7 и выходы 8, В свою очередь матрица 1 состоит из А процессоров 9. Каждый процессор 9 включает в себя первый регистр 10 операнда, второй регистр 11рнер,.)нда, узел 12 памяти, элементИЛИ 13, блок элементов И, включающийв себя элементы И 14 - 24 и элементИЛИ-НЕ 25. Блокуправления содержитузел 26 определения объема, узел 27оперативной памяти, программно-адресуемые регистры 28 - 30, управляющийпроцессор 31, который состоит иэ регистра 32 команды, мультиплексора 33адреса, арифметико-логического узла34, дешифратора 35, элементов И Эб и 25ИЛИ 37 выбора блоков Э поворота,элементов ИЛИ 38 и 39 выбора блоковсжатия, элементов И 40 и ИЛИ 41 выбора блоков 5 растяжения, узла 42микропрограммного управления, Узел42 микропрограммного управления содержит генератор 43 синхронизирующихимпульсов, дешифратор 44 команды,генератор 45 выработки адреса микрослова, регист(: 46 адреса микрослова, узел 47 памяти микрослов, регистр48 микрослова, дешифраторы 49 .;одамикрооперации дешифратор 50 кодарежима ввода-вывода, элементы И 5157. В состав блока 2управления входит программно-адресуемый регистр58. Блоки поворота 3, сжатия 4 ирастяжения 5 (Фгг. 3 и 4) могутбыть выполнены одинаковыми по конструкции и содержат элементы ИЛИ 59элементы И 60,Описание работы устройства целесообразно начать с определения ряцаиспользуемых терминов, и-мерной сценой Б формата Р " назовем некоторое семейство Б = Е, Г 1 б (где1 = 1,2,3 тпв) точечных множеств= ф), назовем ш, -нарным ( или язвуровневым) и-мерйым изображением формата Е(, Каждое ш -нарное изображение формата Р может быть представ,ь 1лено ш - значной числовой функциейл (1фР ирининащей в враждой точке а (:"Ртакое значение Р)(а), когда справед.пивым оказывается высказывание:= ф(Ь) ) Ф(ЬЕ) ) Лф(а) ф ф(Ь) ) )Ф(ЬРЕ ) )1, Разобьем пространство КПЩ(и 1 пна классы точечных множеств Р ЮЕ(где 1 б 1 1. = 1,2 РЭоо), для которых справедливы выражения:11151) (Ма,ЬЕР )(а,Ь)ае 1, 11)где и (а Ь) - расстояние между точкаР(п 1Иножества Рь СК, одновременноудовлетворяющие всем перечисленнымтребованиям, назовем и-мерными пиксе( , Ь,лами Р -пиксельного разбиения Р.а Я - постоянной этого разбиения.Точечное множество (1 Р, состав(МРб "Рленное из конечного множества пикселов Рф, назовем Р -дискретным объек(Мтом (1. Я 1.). Р(Р)1-дискретной модельюфмножества Е б л назовем Р -дискретный объект Е = Б Р , составлен(ЮИ (,1ный иэ всех пикселов Р(где 1 Е 1,1С 1 ), для которых выполняется(9161, ) р( (ЕЛРЕ ) /уф") (РЕ)- 8 р Д, гдепостоянная (048 р 1). Вычислительную процедуру по формированиюР("1-дискретной модели Г(Е)СЕ множества 2(Е) из множества ГР где2(Е) - образ множества Е С К" при2307общий принцип построения Р -дискрет(ной моделиХ (Е) множества Е(Е) (гдеЕ = 1 Р " - некоторый произвольныйш ЮЕЬР( -дискретный объект; 2 - биек-с)нтивное отображение 1 : К -+К )из объекта Е, входящего в состав бинарного п-мерного изображения 51 не(с)110которого формата Р( . Результатомтакого построения должно стать бинар.но(е и-мерное изображение Я ФорматаР , содержашее объект И (Е). Поскольку Я и Б являются бинарными имерными изображениями, они могутбыть представлены следующими двухзначными функциями: 1, если Р, СЕ, где 1. с=Ь,, если Р СЕ (Е), а( е) (О, если РЕ СЕ (Е) 1, если )(Г(Е)ЯРЕ)/Ц (Р )= УрО, еслиМ (Е(Е)РЕ)/И (Р )( 9. (6) М Ф(Р ) ф=5 161Особенностью обработки трехмерных сцен в предлагаемом устройстве является то, что все обрабатываемые трехмерные объекты представлены в(э 1устройстве их Р -дискретными моделя(з 1ми, роль пикселов Ре выполняют куби.- ки 1. Х 1 Х 1, а выполнение геометрических преобразований пространства К , к числу которых относятся преобразования поворота, перекоса, сжатия и растяжения заменено в устрой(Мстве выполнением Р -дискретизирующих отображений (модулирующих соответствующие геометрические преобразования с заданной степенью точности) Р -дискретных объектов, Рассмотрим ., И Построение Р")-дискретной модели образа Й(Е) предполагает определение меры 1(Р"). (Е) ); для каждого Рф сцены 8. Из равенства Е =, О Р,следует Е(Е) - ,О 2(Р, ), где ЬСЬ, отсюда Р;(Е)РфОЮ К(Рф =, 1 (Р"(ОЕ(Р)(сМ )ЮЬеТак как Яз., 6 Ь)(д г Ф 1)=Ф (РЬР"Ф), а Е - биективное отображенйеК: Е Е", К(Рф) ПК(Р(" =4Таким образом из (1) й свойствааддитивности меры вытекает Выражения (5) и (6) полностью определяют зависимость значений Ф от значений Ф на области определения Г Р ( (Р(с)1) Так как (Еффй (Р 1.) то Е (Е)1"Г= ф (где Г =О) = Г 1, поэтому значения Ф(Р), соответствующие пикселам Р(С Г, рав(Мняются О. Р -дискретизирующее отображение допускает возможность одновременного выполнения над всеми пикселями Р сцены Б выражении(Юч (5) и (6). простейший способ осуществления такого распараллеливания,где 1 бЬ, ЬСЬ;(п 1ЖГ= Б Р, Р (Е). = Г 1 Г (Е),ЕаЬс"рфс)сск -Хр"СЪ го.30 )61 еИспользуя введенную Функцию Ф, (Р, ),можно записать рс") с 4 сгсви . Х; рфсссс") с) ссР) хх Ф,(Р), (5)где О 1 С Ь, причем Я )Ь ) "(р(фЙ (Р Ф ф(461)Д. Из определения40Р -дискретной модели множества Г(Е)следуетнепосредственно вытекающий из выражений (5) и (6), состоит в примене, нии для каждого пиксела Р С 1 пары(шмноговходовой аналоговой сумматор - пороговый элемент (вход 1-го порого-.вого элемента соединен с выходом 1-го аналогового сумматора). Каждый 1-й сумматор служит для реализации выражения (5), каждый 1-й пороговый элемент - для реализации выражения (б). Варьируя значением, можно , упростить данный способ айпаратной реализации Р -дискретизируюшегоОЧотображения путем замены аналоговьгх элементов на простейшие цифровые элементы. Действительно если для выбранного значения 5 высказывании (1),ЕЕ)1 (Р 1 Р(Рф(Р н истинао, то для формирования значения Ф (Р )нет необходимости вычислять 5), а достаточно реализовать булевую функцию(7)я(111)1 Ы где Ф, (Р; ) и Ф(Р) выполняют уже роль булевых переменных (1 - истинно, 0 - ложно), В зависимости от того, какое иэ значений Ф(Р) (О(1 или 1) пикселов Р К-го и-мерного 1 2 Ю бинарного изобр .ения образует Р дискретную модель объекта Е, можно говорить о позитивном или негативном представлениг ооьекта Е в изображении. Переход от позитивного представления объекта Е к его негативному представлению равнозначен замене функции Ф(Р"1) на функцию Ф(Р":19О, если Р С Е1, если Р СЕВыражение (7) в случае негативного представления объектов Е и г" (Е) имеет вид Ф.(Р ) = Л Ф,(Р, ). (8)еЦРЗависимость (8) является ма-.ематической основой для реализации вю предлагаемом устройстве Р -дискретизирующих отображений, моделирующих перенос, поворот, сжатие Р -дискретЯЭ 1 ных объектов , Применительно к Р1. дискретиэирующим отображениям Г моделирующим перенос, повороты,сжатия сбъекта Е, негативное представление отличается от позитивного тем, что образующие при выполнении этих отоб)ажений "пустые" области 1 - Г( ),ГР(Е) в случае негагивного представления Й (Е) заполняются еди 5 О ницами. В устройстве содержимое регистров 10 гли 11 одноименного операнда всех процессоров 9 матрицы 1 или слов узла 12 памяти, имеющих одинаковый адрес, образует трехмерное поле значений Ф(Р ) некоторого 1-го би 1 э, 55 нарного тремерного изображения фор- мата Г . Формат Г представляет соЮ 1 э) бой куо А Х А А и состоит иэ А(э 1трехмерных пикселов Р - кубиков1 Х 1 Х 1 (фиг.), где 1 = 1,2АКаждому кубику Рэ куба Г вэаимноЮ (Яоднозначно соответствует процессор9 матрицы 1, Особенностью модели(э 1рования Р -дискретизирующим отображением Я-)г (Ц) поворота Р -дискретг(эЪного объекта ЯГ на произвольныйО 1угол является невозможность сохранения в Р дискретном объекте К г Щ) числа кубиков РР СЕ Я) и их относи(э)тельного положения , характерных дпякубиков Р С(1, Важным исключением изЮэтого правила является поворот0 г Я) на углы, кратные 90 , вокругвзаимно-ортогональных осей Ох, Оу,Оз, проходящих через центр куба Г )и параллельных его ребрам (фиг.1).Необходимым требованием к устройству обработки трехмерных сцен является требование обеспечения возможностиповорота объектов сцен на большойдиапазон пространственньгх углов.Данная проблема решается в предлагаемомустройстве путем частичной депараллелизации процедуры поворота, при этоммоделирование поворота Р )-дискретно"о объекта на заданный угол осуществляется при помощи последовательноговыполнения следующих аппаратно-реализованных дискретиэирующих отображений: отображений, моделирующих поворот произвольного бинарного иэображения формата Г ) вокруг осей Ох,Оу, Ог на углы, кратные 90 (90,о180, 270 О); отображений, моделирующих поворот произвольных плоских(где Г, - октант квадрата А Х А)на углы из диапазона 01)( 45 ,нри(г 1этом октант Г,1 состоит из квадратов1 Х 1 (пикселов РЯ, входящих в состав квадрата Г (раэмером А Х А);поворот вокруг центра Гфэ на углы,о,кратные 90 ; симметрии относительновзаимно-ортогональных прямых проходящих через цен. р квадрата Г ипараллельных сторонам Г(; преобразованиях, выражающихся через композицию двух первых видов преобраэова"ний; не отображаются друг на друга,Между пикселами Р СГ (6 = 1,2,61А ) и пикселами Р СГ(э 1 последнего (относительно направления В)слоя А Х А Х 1 матрицы 1 существует взаимно-однозначное соответствие.ЮСпособ аппаратной реализации Р -дискретиэирующего отображения РэГ(Ра,)штабных коэффициентов. Значительное расширение диапазона масштабных коэффициентов достигнуто в устройстве благодаря частичной депараллелиза 5 ции процедуры изменения масштаба,(Ч когдса изменение масштаба Р -дискретного объекта на заданный коэффициент 1 осуществляется при помощи последовательного выполнения Р -дискретизи 1 Орующих отображений, выполняемых над(р прямоугольными участками Г 1 бинарного иэображения формата Г 121 и моделирующих преобразования сжатия (растяжения) плоскости к прямой РК,15 проходящей через центр квадрата Г , и параллельной стороне Г . Мно 21 (г) жество Г Г представляет в об"Й 1 Й)щем случае прямоугольник, две параллельные стороны которого перпендикулярны прямой РР и имеют длину хмГ/2 (или А), две другие стороны параллельны РК, причем как минимум одна из них лежит на стороне квадрата Г 1. Длины сторон Гиме(21ют целые значения. Возможные варианты Г (сжатые в 1 с раз), отличающие(21ся степенью распараллеливания операции сжатия, а также объемом используемого оборудования, приведены на З 0 фиге 4 вг,д. При сжатии плоскости враз к прямой РК (т.е. при выполнении преобразования г. ". К -тК )Е образ Е К(а) точки а Е Е и сама точка а з(ежат н 1 общем перпендикуляре к прямой РК, принадлежат одной и той же полуплоскости с граниг,гй РК, расстояние 3 (:(".к(а), РК) (от точки Ек(а) до РК) и )(а,РК) (от точки а до РК) связаны зависимостью: Р(К(а)э РК) = 1 с р(а, РК). Если 0 с 1(. -1, отображение Хк называется сжатием, при К- растяжением. Частнь;й случаи Г показан на фиг.4 е ик - (гпредставляет собой прямоугольник раз мером А/2 Х 1 (где А - четное),состояргий из А/2 квадратиков-пикселов(21 Ф 1, О)Р СГм; образ 1 к(Г показан на фиг .4 з; образ Ерк (Г) - на фиг.4 и,Л 21Аппаратная реалчз ация г - дискретизируищего отображения Гм-гЙ (Г 1, моде(а рклирующего сжатие бинарного изображе(гния формата Г , с ост оит в применении мно г овходовых элементов ИЛИ 59 , входы которых соединяются с входами 8 у ст 55 ройства в соответствии с выражением (8) (или в соответствии с (7, При малых значениях 1 (примерно в пределах Ос - 0,3) использование цифро-. вых элементов 59 для моделированиясжатия Г в 1 с раз требует значи(21тельного снижения порогового значения 3 (аналога 1 в (б, чтоприводит к существенному снижениюточности моделирования преобразования сжатия.Для предотвращения этого при малых значениях Е целесообразна замена ш-входовых элементов 59 на парыш-входовой аналоговый сумматор -пороговый элемент, реализующие непосредственно выражения (5) и (6) имоделирующие сжатие с большей точностью. В этом случае выход порогового элемента соединяется с входомэлемента И 60. Образу Гк(Р ) пиксела Р С Г по аналогии с Л 1(Г ,Р)(21 -, Й 1 " Р Р 21,можно дать в соответствие множествоП 1,(хк,Р у преобразований сжатияуР (2Гк . Кг - К к прямой РК, коэффициенты с сжатия в которых отличаются,а образы КК(Р ) имеют ону и ту же1 г .р йР -дискретную модель х (Р, Поэтомумоделирование сжатия Р 1-х(Р ) осуществляется с точностью до коэффици,мин максентов ". еК , Пусть заданоконечное множество о = ( к; 1 (не днапаэона 0 - 1) значений коэффициентов сжатия к РК.121Пусть Гг - участок прямоугольникаГм образованный всеми пикселамиР СГ, расстояние С(Р г которых до121 (цпрямой РК удовлетворяет неравенствуС(Р г - Суг, где С - постоянная ве 12личина Р(г-дискретизирующее отображение Гм -гГ(Г. вьпывает отображение21 р ф,Г -ъх к(Гг . Точность моделирования121 .-р 12поеобразования сжатия произвольногоЙ(21Р -дискретного объекта Н СГна коэффициент 1 к прямой РК (т.е. диапазон Кд 6 К . Ккс) не превышаетточности моделирования сжатия к прямой РК пиксела Р 1 С Гг, расположен 121 Р 1ного на расстоянии. С(Рф = Сщ (т, е.к мин макс ( нКмис К р- Кмакс ) . ПустьС с С + 1 . Поскольку с уменьшеми И максКием значения СВ диапазон К В - Кстановится шире, возможно существоваМние таких участков Г, в которых диапазон К - К перекрывает немин макс аУодин, а несколько коэффициентов МРсжатия к прямой РК, образуя множество О С П перекрываемых коэффициентов. 3 случае выполнения этого условия элементы 59 и 60 блоков 4, используемые при сжатии бинарного(21коэффициент 1 с б Г, могут быть искпользаваны и при моделировании сжатия изображения формата Р на дру(21ф к 5 гие ш(Э, )-1 коэффициенты 1 с 6 0 ч к прямой РК (ш(П) - исло коэфициенктов множества й. Разобьем Р(,( нак а(21 (21 (г 1 (21 (г 1 зоны Р = Р Р " где РЕ, Р(-(- н(агзваннь 1 е участки прямоугольника Р, удовлетворяющие условию ш(0к = ш(Э) - 1, Каждый 1-й блок 4 предлагаемого устройства, управляегий собственным сигналом сжатия (СС 3), включает в себя только те элементы 59 и ОО, которые соответствуют пикселам Р С Е(Р), где МЭуЮ .-Р (г к Отсюда параллельное сжатче бинарного изображения Формата Р,. на коэффи(г 1циент К 6 Э к прямой РК моделируется в устройстве путем одновременной подачи управляющих сигналов СС на тел(,")блоки 4, чьи образы г(Рпри объединении дают образ Й(Рм). Аналогичным образом в блоках 5 устройства 25 реализуется растяжение бинарного(21изображения Формата Р на коэффиМциент К; 1 от прямой РК, Роль управляющих сигналов выполняют в этом случае сигналы растяжения (СР, поступающие на управляющие входы элементов 60 блоков 5, Конструкция и работа блока 2 управления предлагаемого устройства в основном совпадает с конструкцией и работой блока управ 35 ленин прототипа. Однако команда ПВЗ А 1 в предлагаемом устройстве имеет иной смысл: НСфармировать сцену А 1 из сцены А 1 путем сдвига исход- нага сОдержимаго этОЙ сцены на шаг 4 О вдоль Б с поворотом актанта последнего слоя А Х А Х 1 сцены вокруг Ох на угол, номер котарага хранится в регистре 30, и записью результата поворота В первый слой Результирую 45 щей сцены", Кроме того, в систему команд устройства дополнительно введена команда СЖ А 1 "Сформировать сцену А 1 из сцены А 1 путем сдвига исходного содержимого этой сцены на шаг вдоль Б со сжатием прямоугольного участка А Х 1 последнего слоя А Х А Х 1 сцены к прямой, проходящей через центр квадрата А Х А этого слоя, и параллельной стороне квадрата на коэффициент, номер которого хранится в регистре 30, и записью результата сжатия в первый слой результирующей сцены . В управляющем процессоре 31 реализуется принцип микропрограммного управления. Согласна этого принципа высшим уровнем внутреннего языка управления являет- ется язык команд программы. Управление на этом уровне осуществляется последовательным извлечением команд из узла 27 памяти и их выполнением, Каждой команде соответствует своя микропрограмма - последовательность микрокаманд, выполнение которых приводит к выполнению операции, заданной в команде.Регистр 32 команды предназначен для хранения выполняемой команды. В процессе ее выполнения сигналы с выходов разрядов адресной части регистра 32 группами, соответствующими отдельным адресам А 1, А 2 сцен-операндов, через выходы АЛП мультиплексора 33 подключаются к адресным входам узлов 12 памяти процессоров 9. Управление мультиплексором 33 производится разрядом РУАВ регистра 48 микраслова. Если этот разряд равен "0", та к адресным входам узлов 12 подключается код А 1, если "1" - подключается кад А 2.Узел 42 микропрограммного управления служит для генерации управляющих сигналов. Для каждого состояния управляющего процессора 31 существует отдельное микрослово. Узел 47 памяти хранит эти микрослова, содержащие копии управляющих сигналов (сигналов микрааперации), требующихся для каждого состояния управляющего процессора 31. С целью выработки последовательности управляющих сигналов содержимое регистра 46 айреса микрослова с помощью генератора 45 изменяется по каждому импульсу С 1, вырабатываемому генератором 43. Последовательность микраслав образует микропрограмму. Микрослово содержит управляющее поле., разряды которого используются для генерации сигналов требуемых микраапераций, а также поле следующего микраадреса и .поле кода микраветвленияЧасть управляющего поля микро- слова образует поле управления матрицей 1, в это поле входят разряд управления адресными входами матрицы (РУАБ), разряды кода микрааперации (КИО), разряд разрешения записи в узел 12 (ЗЛП), разряд управления считыванием содержимого узла 12 памяти в регистры 10 (СР 8), разряд управле16 1612307 ния считыванием содержимого узла 12в регистры 11 (СР 9), три разряда кодарежима ввода-вывода (РВВ), разрядзапуска операции определения объемаБ), Содержимое разрядов РВВ регист"рЭ 48 соответствует следующим режимам работы устройства: 001 - Поворот на угол, некратный 90 "; 010 -"вод информации в матрицу 1 из регнстра 28"; 011 - Вывод информацииив матрицы 1 в регистр 29"; 100 -Сжатие/растяжение. Для повышения скорости выполнения поворотов содержимого матрицы 1 на углы, кратные 90 , вокруг осей Ох, Оу, Ок, увеличения скорости выполнения межпроцессорных передач вдоль осей Ох, Оу, Ов блок элементов И каждого процессора 9 может дополнительно содержать двухвходовые элементы И 18 - 24, предназначенные для реализации поворота содержимого матрицы на углы 180 и 270 о вокруг Ох,25 180 и 270 вокруг Оу, 90, 180 и 270 Вокруг Ог соответственно. Управляющие входы этих элементов И соединены С соответствующими выходами дешифратора 49 кода микроопераций.Информа- З 0 6 ионные входы соединяются с выходаМ ми процессора 9, чьи кубики Р 1 при повороте на соответствующий угол,ократный 90вокруг одной из трех названных осей отображаются на куби 01ки Г, в процессорах 9 которых находятся указанные входы. В случае построения матрицы 1 из типовых интегральных модулей, каждый из которых содержит внутри себя 24 процессора 40 9, образующих относительно поворотов на углы, кратные 90 , вокруг Ох, Оу, Ок замкнутую систему, возможно многократное повышение скорости обработки сцен без существенного понижения надежности и габаритов устройства (поскольку все ортогонально-кольцевые межпроцессорные связи располагались бы внутри модуля), При включении в состав процессоров 9 элементов И 18 - 24 поле КМО регистра 48 содержит четыре разряда, содержимое которых соответствует следующим микро- операциям и командам (включаемых в этом случае в систему команд устрой 55 ства)". 1) 0000 - ф 101(1 02, ИНЕ А 1, А 2; 2) 0001 - "Поворот на 90 вокруг Рх", ПВ 1 А 1, А 2; 3) 0010 - "Поворот на 90 вокруг Оу" ПВ 2 А 1, А 2 4) 0011 - "Сдвиг на шаг вдоль 3,СДВА 1, А 2; 5) 0100 - "Поворот на 180вокруг Ох", ПВ 4 А 1,А 2; 6) 0101 - Поворот на 270 вокруг Ох" П 35 А 1,А 2;7) 0110 - "Поворот на 180 вокругОу", ПВ 6 А 1,А 2; 8) 0111 - "Поворотна 270 вокруг Оу", ПВ 7 А 1, А 29) 1000 - "Поворот на 90 вокруг Ок",ПВ 8 А 1, А 2; 10) 1001 - "Поворот на180 вокруг Ог", ПВ 9 А 1, А 2;11) 1010 - "Поворот на 270 вокругОе, ПВ 10 А 1, А 2,В устройстве имеется возможность обработки ш -нарных (где ш2) дискретных йзображений формата (где и-" З),отличающихся высоким разрешением. Обработка таких изображений осуществляется в устройстве трех" мерными бинарными фрагментами (Формата Р ), обрабатываемыми в устройстве с предельной степенью параллелизации, последовательно Фрагмент за фрагментом, Функцию хранения фрагментов ш -нарных изображений может вылполнять в этом случае память на узлах 12, Однако максимально достижимый объем этои памяти сильно ограничен из-за небольших размеров кристалла типового модуля матрицы 1, поэтому устройство может дополнительно содержать блок 6 памяти (Фиг. 1), связанный с матрицей 1 посредством двух ма 2 гистралеи ввода-вывода по А проводных связей (7 или 8) каждая. При наличии в составе устройства блока 6 в блок 2 управления дополнительно вводится программно-адресуемый регистр 58, в регистр 48 вводятся разряды ЗП (запись в память 6) и .ЧП (чтение памяти 6), система команд устройства дополняется командаья: ВВЫВ А 1 - "Записать содержимое последнего (относительно В) слоя А Х А Х 1 сцены А 1 в память 6 по адресу, хранящемуся в регистре 58"; ВВВ А 1 " "Записать бинарное изображение формата Р (А Х А), хранящееся в памяти 6 по адресу, код которого расположен в регистре 58, в первый (относительно В) .слой Л Х А Х 1 сцены с адресом А 1.Рассмотрим выполнение каждой из введенных команд, При этом будем считать, что объекты сцен-операндов А 1, А 2 представлены н негативном виде.Команда ПВЗ А 1. Иикрослово этой команды содержит: РУАВ = О, СР 8 = 1, 17 16 2307КМО - 3011, ЗЛП - 1, РВВ - 001. Привыполнении микрокаманды по импульсуС 1 на адресных входах узлов 12 установится код А 1, буду подготовленыэлементы 17, 52 и 53 а также элеменР (2 Ъты И Зо, чьи образы Г 1(Р приобъединении дают ГР,18) ( М - угол,Р -(г)номер которого расположен в регистре30), будут подготовлены двухвходовые элементы И выбранных блоков 3.С приходам С 2 производится записьсодержимого Л 1 в регистры 10, приэтом информация с выходов 8 поступает на многавходавые элементы И выбраиных блоков 3 и через двухвходовые элементы И выбранных блоков 3поступает на входы 7. В момент прихода СЗ содержимое регистров 10 сасдвигом на шаг записывается в узел 2012 памяти по адресу А 1, в первыйслой Л Х А Х 1 сцены Л записывается изображение повернутого октанта21Р последнего слоя А Х. А Х 1 предыН 8дущего содержимого А 1. Далее осу-ществляется переход к микропрограмме изнлечения следующей команды прог-.раммы. Поворот всего квадрата Р(осуществляется программно за восемьэтапов (соответственно числу октантов Р, , входящих в Р ,и) (2 ьКоманда СЖ А 1. 11 икрослово этойкоманды содержит: РУАВ = О, СР 8 = 1,КМО = 0011, ЗЛП = 1, РВВ = 100. Привыполнении микракаманды по импульсуС 1 на адресных входах узлов 12 установится код А 1, будут подготовлены элементы 17, 52 и 53 и элементыл (238 (или 40), чьи образы К(Рг приобъединении дают (, (где 1( - ко(2 " фэффициент, номер которого хранится(21чн регистре 30; Р - крайний верхнии121прямоугольник А Хквадрата Р .),будут подготовлены элементы И 60 4 .выбранных блоков 4 (или 5). С приходом С 2 производится запись содержимого А 1 н регистры 1 О, при этом информация с выходов 8 поступает наэлементы 59 выбранных блоков 4 (или5) и через элементы 60 этих блоковпоступает на входы 7. В момент прихода СЗ содержимое регистров 10 сосдвигом на шаг записывается н узлы12 по адресу А 1, в первый слойА Х А Х 1 сцены А записывается сжа 55(г)тое изображение прямоугольника Р .Сжатие (растяжение) всей сценыА Х А Х А осуществляется программно с использованием дополнительных (рабочих) сцен и применением командИНЕ А 1, А 2 и СДБ А 1, А 2.Команда ББЫВ А, 1 икрослоно этойкоманды содержит; РУАВ = О, СР 8 = 1,ЗЛП = 1, ИО = 0011, ЗП = 1 ЧП = 0При выполнении микрокоманды по импульсу С на адресных входах узлов12 установится код Л 1, бугут подготовлены элементы 17,52, 53 и 55,. Сприходом С 2 производится запись содержимого А 1 н регистры 10, при этоминформация с выходов 8 поступает навходы данных блока 6. В момент при:;ада СЗ содержимое регистров 10 сосдвигам на шаг записывается в узел12 по адресу А 1, а сигнал с выходаэлемента 55 инициирует в памяти боперацию "Запись",Команда ВВВ Л 1. 1 икраслона этойкоманды содержит: РУАВ = О, СР 81, ЗЛП = 1, КМО = 0011, ЗП = О,ЧП1, Перед выполнением командына выходных регистрах памяти 6 находится информация, извлеченная иэ памяти 6 па адресу, хранящемуся в реги"стре 58, однако связь выходов этихрегистров с входами 7 блокирована.Блокировка может быть осуществленапри помощи А ключей И, управляемыхтриггером, который сбрасывается С 1,а устанавливается СЧП (ключи и триг"гер включаются в этом случае в состав блока 6), При выполнении микрокоманды по импульсу С на адресныхвходах узлов 12 установится кад Л 1,будут подготовлены элементы 17,52,53 и 56. С приходом С 2 производитсязапись содержимого А 1 в регистры 10и ссуществляется разблокирование связей выходных регистров памяти 6 свходами 7 матрицы. В момент приходаСЗ содержимое регистров 10 со сдвигом на шаг записывается в узел 12по адресу А 1, а в первый слойЛ Х А Хсцены А 1 записывается информация, извлеченная из памяти б, Сприходом следующего импульса С производится блокирование выходов памяти 6. Команда ПБ 4 А 1, А 2. Микропрограмма этой команды включает микрослова: 1) - РУАВ = О, СР 8=1; 2)РУЛВ = 1, КИО = 0100, ЗЛП = 1. Б результате выполнения первого микрослова содержимое А располагаетсяв регистрах 10. Па С 1 в регистрмикрослава вызывается второемикраслово микропрограммы, С приходам СЗ