Устройство для отображения графической информации на экране телевизионного индикатора

(51)5 С 09 С /1 АНИ 0 ДЕТЕЛЬСТ ГРАЛЕВИГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ(21) 4635838/24-24 (22) 10.01.89 (46) 23 .12.90, Бал . У 47 (71) Пензенский политехнический институт (72) Ю,Н,Косников и А.П,Ремонтов (53) 681.327,11 (088,8) (56) Патент США Р 4156237, кл . С 06 К 15/20, опублик, 1979.Авторское свидетельство СССР В 963079, кл. С 09 С 1/16, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ НА ЭКРАНЕ ТЕ ЗИОННОГО ИНДИКАТОРА (57) Изобретение относится к вычисли тельной технике, а именно к устройст вам отображения графической информации, и может быть использовано в системах отображения информации тренажеров для обучения управлению подвижными объектами, в игровых автоматах, системах автоматизированного контроля или управления а также Л 0.1615783 А в устроиствах, в которых необходим синтез изображений проекций трехмерных объектов на плоскость, динамика которых заключается в неограниченном перемещении и повороте изображения в реальном времени на любой угол вокруг любых из трех осей трехмерной системы координат и изменении масштаба при перемещении объекта вдоль оси времени. Цель изобретения - повышение точности устройства, которая достигается введением функционального преобразователя 9 и соответствующих функциональных связей, а также выполнением блоков 6, 7 и 8 вычисления координат, что позволяет изменить порядок формирования проекции трехмерного объекта путем преобразования коорди- . нат большего количества точек поВерх-. ности этого объекта, который представляется с большей степенью детальности, что повышает точность его отображения. 1 з.н. ф-лы, 3 ил.516157 не изменяющихся в процессе формирования проекции объекта, По вырабатывае" мому триггером 28 сигналу ЭВМ выдает результаты этих вычислений на инфор 5 мационный вход-выход 10 устройства.В: функциональном преобразователе 9 эти данные через коммутатор 21 заносятся в память 22, Эти данные являются начальными условиями, необходимыми 10 для преобразования координат точек поверхности объекта, Начальные условия хранятся в памяти 22 до следующего цикла смены фаз движения и состоят иэ девяти пар слов (совК -ХосояФ15ф 0 1 ф сов,-У соя 0; сояМ,-Е,созфХ32 0 яЗ 2 У 3 УЗЗ 0)фф оЗа основу функциойального преобра зователя 9 взят цифровой интегратор, который предназначен для последовательного вычисления функцийХ сов 0(-ХосояМ,УсояЫ -У соя;УО2 сояК-Е совМ+Хо, 25 Хсоя/,-Х,сов,; У соя,- сов, Есоз-Есоз 31+Уо;Хсоя 1, -Хсоя 1,; 7 сов 1 -У соя 3 Е сов 1 ь-Еосоз 1+Ео,где Х,У,2 принимают значения от 0 30 до шах, причем величина последнего определяется размерами пространства, в котором записан объект отображения.С началом каждого цикла смены фаз движения блок 1 синхронизации вырабатывает сигнал, который поступает с его третьего выхода на управляющий вход функционального преобразователя 9, т.е. на входы счетчиков 26 и 31 и триггера 28 Этот сигнал переводит 40 в состояние логического нуля все выходы указанных счетчиков и в состояние логической единицы триггер 28, который сигналом, поступающим с его второго инверсного выхода на второй 45 вход элемента И 30, запрещает прохождение сигнала тактовой частоты Р, на вход счетчика" 3 1, Сигнал с первого выхода тритера 28 поступает через вход-выход 10 устройства в ЭВМ и зап рещает ввод начальных условий, Этот же сигнал поступает на третий вход коммутатора 21 и второй вход элемента И 29, в результате чего коммутатор подключает ко входу памяти 22 55 второй выход счетчика 26, а элемент И 29 пропускает сигнал Г на вход умножителя 23 и второй вход счетчика 26, все выходы которого в этот момент времени продолжают находиться в состоянии логического нуляТак как дешифратор 25 гостроен на выделении состояния логического нуля, то на его выходе сформируется сигнал, который, поступая на входы двоичного умножителя 23 и счетчика 24, установит эти элементы в соответствие с начальными условиями, поступающими на их входы с выхода памяти 22. Конкретно в этот момент времени на входах умно- жителя 23 и счетчика 24 находятся/значения сае ф, и -ХсовК, соответственно (начальные условия для вычисления первой функции). С приходом первого тактового импульса первый выход счетчика 26 выходит из состояния логического нуля и дешифратор 25 симает сигнал установки начальных условий, разрешая работу умножителя 23, который управляет скоростью интегрирования пропорционально тригонометрическим функциям (в конкретный момент времени сояф,), а счетчики накапливают результат интегрирования, причем направление счета определяет знак тригонометрической функции, а начальной точкой отсчета являютсяначальные условия, занесенные в счетчик с выхода памяти 22 (в конкретный момент времени -Х соя )Таким обраозом, синхронно с сигналом тактовой частоть 1 на выходе счетчика 24 после-: довательно Формируются значения для целых значений переменных Х , 1 или Е, которые в это время формируются на первом выходе счетчика 26, Изменение переменных производится линейно ат 0 до и-го значения, последнее выбирается исходя из максимальных размеров отображаемого объекта и кратно степени 2. Вычисленные значения девяти функций буферизируются в девяти узлах оперативной памяти, расположенных в блоках 6-8 вычисления координат, которые заполняются последовательно, На втором выходе. счетчика 26 формируется номер вычисляемой функции,.который является адресом начальных условий этой функции в памяти 22 и одновременно адресом одного из девяти узлов памяти, в который производится буферизация в данный момент времени. Выбор соответствующего узла оперативной памяти и запись в него вычисленных значений функций по адресам, соответствующим значениям переменных этих функций,производится сигналом записи, которыйкоммутируется посредством мультиплексора 27 на входе записи соответствующего узла, По окончании вычислениятребуемого количества значений одной , Функции на втором выходе счетчика ,26 формируется номер следующей, пос, редством которого в памяти 22 выбираются другие начальные условия, а 1 Омультиплексор 27 выбирает следующийузел . В этот момент времени дешифратор 25 отмечает нулевое состояниепервого выхода счетчика 26 сигналом,который, поступая в умножитель 23и счетчик 24, заносит новые "начальные условия из памяти 22, и процессвычисления и записи повторяется, После вычисления и записи последней девятой функции на втором выходе счетчика 26 возникает десятый адрес,который, поступая на первый входмультиплексора 27, коммутирует сигналзаписи на его десятый выход, с которого он поступает на второй вход 15триггера 28, переводя последний в,состояние логического нуля . Сигналлогического нуля с прямого первоговыхода триггера 28 поступает на входэлемента И 29 (где запрещает прохож Одение сигнала Р на входы счетчика26 и умножителя 23, тем самым останавливая их работу), на вход коммутатора 21 (где переключает его наприем начальных условий для Формирования следующей Фазы движения иэображения объекта),и в ЭВИ (сообщая такимобразом о готовности устройства кприему начальных условий). Сигналлогической единицы с второго инверсного выхода триггера 28 поступаетсо второго выхода функциональногопреобразователя 9 на управляющие входы коммутаторов 11-13 блоков 6-8,переводя их в режим приема координатповерхности объекта отображения, поступающих из блока 4 памяти, Этот сигнал поступает и на второй вход элемента И 30, который разрешает прохождение сигнала Р, на вход счетчика 31, 5 ОАдресные сигналы, формируемые навыходах счетчика 31, поступают с первого выхода Функционального преобра. зователя 9 на вход блока 4 памяти,в котором находится информация о поверхности объекта отображения. С этотго момента, устройство переходит из режима предварительньж вычислений ,Функций в режим формирования проекции отображаемого объекта. Итак, спервого выхода функционального преобразователя 9 на вход блока 4 памяти начали поступать адресные сигналы, которые представляют собой пилообразный код, жискретно изменяемый во времени синхронно с сигналом тактовой частоты Р, Под действием адресных сигналов за время формирования фазы дви" жения проекции отображаемого объекта содержимое блока 4 памяти должно прочитаться полностью. По каждому адресу в блоке 4 памяти находится информация об одной точке поверхности отображаемого объекта, а именно: код цвета и яркости этой точки и коды ее ко-. ординат Х , У и Е в трехмерной сис" теме координат этого объекта. Код цвета и яркости точки ; оверхности объекта поступает на адресный вход блока 3 буферной памяти, а коды координат на информационные входы 20 блоков б, где происходит их преобразование в координаты телевизионного растра, Рассмотрим на примере формирования проекции одной точки поверхности объекта отображения взаимодействие блоков устройства.ЪДопустим, что на вход блока 4 памяти, поступает адрес х точки поверх- . ности объекта. В блок 3 поступают коды цвета и яркости этой точки: Р;С; В и 9,. Одновременно в каждый из блоков 6-8 поступают коды координат той же точки Х,7 Е которые поступают на адресные входы первого, второго и третьего узлов памяти, соответственно. По значению координат Х Ъ, и Е в соответствующих узлах выбираются значения функций, вычисленных на предварительном этапе Функционального преобразователя 9, и складываются между собой в сумматоре 17. Так в блоке б из первого узла извлекается значение1Функции Х созе,-ХсозИ,; нз второго значение Функции У,созО -У,созФ, из третьего - значение функции Е созй- -ЕсозК +Хз, Значения этих функций суммируются в сумматоре: 17 и на выходе блока б формируется значение координаты Х в системе координат телевизионного растра. Другими словами, блок 6 вычисляет выражение8Х; =Х созе(, +У созе+Е созМ-Х,.созо, -7 соз -Е созе +Х, которое является первым в системе, из трех уравнений (1). Аналогичным-Есоя 1+Ео-,которые являются вторым и третьимв системе уравнений (1) соответственно, Вычисленные координаты Х, и 107с выходовсоответственно блоков6 и 7 поступают на адресные входыблока 3, а координата 2, с выходаблока 8 - на информациойный входблока 3 и на вход блока 5 сравнения,далее по поступившим координатам Хи У, - на адресные входы блока 3происходит чтение ячейки памяти этого блока, а именно значения координаты Е,-Ь, записаннбй ранее, Если зна- Ючение Епреобразованной точки поверхности объекта меньше Е., и (ранее записанной по этому же адресу), то.это означает, что последняя находится дальше от наблюдателя по линии 25взора и тогда блок 5 сравнения выдаетсигнал в блок 1 синхронизации навыработку сигнала записи кода цветаяркости и значения координаты Е, вблок 3 и происходит запись. Если значение Е; преобразованной точки поверхности объекта больше 2; , то этоозначает, что последняя находитсяближе к наблюдателю, и блок 5.сравнения не выдает сигнал в блок 1 синхронизации для выработки сигнала записи.Блок 5 выдает сигнал на запись в томслучае, когда с выхода блока 3 поступает значение 2, я, равное нулю таккак это означает, что ранее в ячейкус таким образом с начала формированиятекущей Фазы движения объекта ни одна из точек его поверхности не былазаписана. В таком порядке происходитзапись и остальных точек поверхностиобъекта, причем запись производитсяв одну часть блока 3, другая же частьсчитывается в это время развертывающими Функциями, синхронными с разверткой телевизионного растра, Форми- цруемьви блоком 1 синхронизации. В момент завершения считывайия информации.из одной части и завершения записиточек поверхности объекта в другуючасть блока 3, его части меняютсяФункциями, и процесс возобновляется.При считывании Фазы движения отображаемого объекта с выхода блока 3 на "один вхо 4. цифроаналогового . преобра 83 1 Озователя 2 поступают коды цвета и яркости этого объекта, а на другойвход поступает смесь синхроимпульсов,в результате чего на выходе цифроаналогового преобразователя 2, аследовательно, и выходе устройстваформируется полный телевизионный сигнал иэображения проекции динамического объекта, который можно подключитьк любому цветному телевизионному индикатору для его отображения,Таким образом, на экране цветноготелевизионного индикатора формируетсяизображение проекции трехмерного объ"екта на плоскость телевизионногорастра. Воспроизводятся только видимые со стороны плоскости телевизионного растра части изображения поверхности объекта, При повороте системыкоординат объекта относительно системы координат растра происходит соответствующее изменение внешнего видаэтой проекции, аналогично вращениюсамого объекта или его натурной модели перед объективом телекамеры. При-чем, в устройстве обеспечивается значительное увеличение точности отображения изображений проекций трехмерного объекта на плоскость в реальномвремени, так как точность зависитнепосредственно от количества точек,которыми описывается поверхность отображаемого объекта, то для оценки точности отображения достаточно определить общее количество точек поверхно,сти объекта, которое можно отобразить,в реальном времени посредством известного и предлагаемого устройств. Выберем в качестве примера объектаотображения сферу, а конкретно - земную поверхность . Сфера имеет минимальную поверхность при максимальномобъеме ее внутреннего пространства,поэтому в известном устройстве присканировании трехмерного пространствав котором записана эта сфера) коли-;.чество сканируемьж "лишних точек"(не несущих информацию о поверхностиобъекта) минимально. Для того, чтобы определить размеры объекта отображения и количество точек его поверхности, необходимо определить динамические параметры устрой" ства, т.е. Тц - цикл смены фаз движения изображения;- цикл формирования проекции отдельной точки трехмерного пространства,12 1615783 ТмОЬ При Тб 10- с и С - -1,1510 собщее количество преобразованных точек равно5Я, =5,110а количество точек, из которых состоит поверхность объекта, равноИ.-410 ф,линейный размер объекта (диаметр сферы) равен 1 О02 К = 114 точек.Параметры сферы, изображение проекциикоторой сформирует устройство при таком же цикле смены фаз движения, следующие: время, затраченное на предварительные вычисления, определяем повыражениюпр = 9 и ,=0,5 10 ф с,где 9 - количество вычисляемых функЦий; п=1024 - максимальное значение 20переменной, с, =5 10 О с - время вычисления значения функций для однойпеременной, тогда время формированияпроекции объектаТ=Тц-с=59,5 10с.Цикл Формирования проекции отдельной точки трехмерного пространстваскладывается из времени чтениякоординат из блока 4 памяти Ч , времени чтения значений функций из узлов ЗОпамяти в блоках 6-8 , временисложения результатов в сумматорах 17времени чтения содержимого блока3 С , времени сравнения в блоке 5сравнения С и времени записи в блок3 сэ,Учитывая современную элементную ; базу, эти параметры будут следующими:чтп-Тчт оь =1 чт=Тд=3 10 с 4 цТ =7.10с; сЬ=2 10с,=10 с.Тогда общее количество точек поверхности объекта, которое может спроецировать устройство в реальном времени, равно 45 59510 с Ф29 751 ОУ Ф2 10 с отсюда легко найти его линейный размер (диаметр сферы)50Ьсь 29 75 10 И =,: -- - - -=3089 что составит 3/5 всего экрана.При том же цикле смены фаз движения возможно сформировать изображение проекции ббъекта поверхность котороФ го состоит из 4 10 точек, при его линейных размерах в 114 точек, что составит 1/5 всего экрана при тои жедискретизации телевизионного растра5 12 х 512 точек. Если сравнивать точность отображения объекта по общемуколичеству точек, описывающих его поверхность, то точность отображенияпредлагаемого устройства в 7,4 разавыше известного, причем оба устройства имеют приблизительно одинаковыеаппаратурные затраты,Формула изобретения 1, Устройство для отображения графической информации на экране телевизионного индикатора, содержащее блок синхронизации, первый выход которого соединен с синхровходом блока буферной памяти, выход которого соединен с информационным входом цифроаналогового преобразователя, синхровход которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, а выход является выходом устройства для подключения к телевизионному индикатору, блок сравнения, выход которого подключен к входу блока синхронизации, блок па- мяти и блоки вычисления координат, первый выход блока памяти соединен с управляющим входом блока буферной памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит Функциональный преобразователь, информационный вход которого является информационным входом-выходом устройства, первый выход соединен с адресным входом блока памяти, а второй выход - с управляющими входами блоков вычисления координат, информационные входы которых подключены к выходу блока памяти, выходы первого и второго блоков вычисления координат подключены к первому и второму адресным входам блока буферной памяти, информационный вход которого подключен к выходу третьего блока вычисления координат, соединенному с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с вторым выходом блока буферной памяти, третий выход блока синхронизации соединен с управляющим входом Функционального преобразователя.2, Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления координат содержит три коммутатора, первые входы которых являются управляющим входом блока, а вторые