Устройство для отображения информации на экране цветного телевизионного индикатора

(56) Авторское свидетельство СССРМф 1166171, кл. О 09 О 1/28, 1982.Патент Великобритании Р 2089625кл. 5 09 О 1/16, опублик. 1982.(54) УСТРОЧСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ЭКРАНЕ ЦВЕТНОГО ТЕПЕВИЗИОННОГО ИНДИКАТОРА 57) Изобретение оительной техникеользовано для Фор носится к вычисможет быть исмирования динами остей те а экране т на Лиг,5 левизи обретение относится к вычисливозможныечетырем ли -на Лиг.6 дикат тельнои технике, в частности к устройствам отображения визуальной инормации на экране цветного телевизионного индикатора, и может быть использовано для Формирования динамических проекций трехмерных объектов в плоскости индикатора, меняющихся в реальном времени.Цель изобретения - расширение области применения устройСтва путем формирования изображений объектов в реальном масштабе времени.На Фиг.1 .изображена блок-схема устройства; на Фиг.2 - блок-схема преобразователя приращений координат образующей в координаты точек поверхности; на Фиг.3 - центральная проекция объекта на экране телевизионного индикатора; на Фиг.4 - Фазы Формирования изображения проекций поверхкоординат по ир ф в виде при ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИДЕ 2ческих проекций трехмерных объектов в плоскости экрана индикатора, меняющихся в реальном времени, Цель изоб ретения - расширение области применения устройства путем Формирования изображений объектов в реальном масштабе времени - достигается введением преобразователя приращенийкоординат образующей в координаты точек поверхности отображаемых объектов и соответствующих Функциональных связей, что позволяет существенно уве - личить производительность устройства и формировать сложные поверхности в реальном масштабе времени. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл,бо во сьми напр авл ениям;представление образующеиращений координат. Устройство содержит блок 1 памяти данных, вычислитель 2 координат точек образующих и направляющих поверхностей объекта. Позицией 3 обозначен датчик положения и ориентации объекта в пространстве, выход которого является управляющим входом устройства, которое также содержит блок 4 буферной памяти, синхронизатор 5, блок 6 памяти кадра, цветной телевизионный индикатор 7, преобраФ зователь 8 приращений координат образующей в координаты точек поверхности отображаемых объектов..Зля оспсс.,ссс,с сль,мс ого тела дост;. Очно выде ги гь Обре:увссСие его поПреобразователь 8 приращений коор -динат образующей в координаты точекповерхности содержит первый 9, второй,четвертый 16 сумматоры, элемент НЕ17, элемент ИЛИ 18, блок 19 преобразования кодов.Устройство для отображения графической информации на экране цветного телевизионного индикатора работает следующим образом,.Допустим, что необходимо на экранецветного телевизионного индикатора 7отобразить изображение проекцииобъемного тела, состоящего из соединенных цилиндра и конуса (см,фиг.ЗВ процессе отображения такого теланеобходимо осуществить ряд геометрических преобразований по уравнениямцентральной проекции. В качествеисходных данных используется массивкоординат точек образувсцих поверхсссэсти обьекта и массив координат точек направляющей, Под образующей линией поверхности понимается множество точек, совместное перемещениекоторых в направлении, задаваемом напРавлявщей, позволяет получить по -верхность тела,На фиг,4 образующей является проекция окружности ЕГ".-. на экран индикатора 7, которая "перемещается" понаправляющей .) и в процессе этогогсорождает точки проекции поверхности,цилиндра ПВЕЕСО, Для порождения точек поверхности конуса СЛВЕ образующая перемещается" по поверхности направляющей и одновременно масштабируется в сторону уменьщения ее размераот насальной величиньс до нуля. Таковгеометрический смьссл процесса порождения гсоверхгсос с есс, где под терминомпеРемецение" подразумевается пеРесчет координат точек образующей длякаждого текущего значения координатточек нассрав.ссс: "с,.сс 1 ри этом пересчеткООР сисс;сс с Очк Образующей д-ся Всехточек нэсср; ь;с", и расчет координат50точек с:Овр;но;.;: ДОгсжен происходитьдостаточно бы;сро, :,гобьс за время смены фаз Движессси бабье:. 100 мс) можно бс:сло сфлрмс;,; с: .гатосссое коли.чество поьс,хнг г.с отоораженияслсэжного б ек галр:.: се и:сдикато 55 верхностей и соответствующие им направляющие, которые в виде координат точек или параметров уравнений их описывающих заносятся в блок 1 памя - ти данных. Гигналы с датчика 3 положения и ориентации объекта (объектов) в пространстве поступают на второй информационный вход вычислителя 2, на первый информационный вход поступают координаты и параметры из блока 1. Вычислитель 2 осуществляет пересчет координат точек образующих и направляющих поверхностей объекта, причем пересчет ведется по уравнениям центральной проекции, что соответствует преобразованию образующих и направляющих канонического (исходного положения) объекта в блоке 1 в проекции образующих и направляющих на плоскость экрана индикатора 7,.Результаты преобразований записываются в блок 4, работа которого такти - руется синхронизатором 5, Координаты точек образующей для экономии объема блока 4 буферной памяти и ускорения процесса пересчета образующей в координаты точек поверхности задаются в виде единичныхприращений координат точек образующей по восьми возможным направлениям (ЬХ = 0; .1; 6 У = 0;1), Преобразователь 8 является специализированным процессором и работает по жесткой программе преобразования приращений координат образующей в координаты точек поверхности Помере расчета координат точек поверхности преобразователь 8 выдает адреса на адресные входы блока 6 памяти кадра, который состоит из двух страниц, В одной странице осуцсествляется запись битов (точек рассчитываемых поверхностей тела, а из другой страницы в это время осущестгляется считывание информации на экран индикатора в течение времени смены движе - ния объекта (100 мс), Считывание заполненной страницы осуществляется периодическими цифровыми адресными функциями частот строк и кадров телевизионной развертки Тактовые и строчные импульсы поступают в олок 6 памяти кадра из синхронизатора 5 Выходной сигнал блока 6 является видеосигчалом изображения и посс в гут на информационный вход (моду ся-; Р электронно-лучевой трубки ) цветнос О :е,севизионного индикатора 7,на синхР сьход которого с выхода синхрониза"1529281 где Х,У Х У где тора 5 поступаюткадровые и строчныесинхроимпульсы. Выход преобразователя 8 служит для выдачи в блок 4 буферной памяти сигналов окончанияпересчета координат образующей, атакже сигнала конца расчета координат точек поверхности.,Образующая представляется в видеединичных приращений координат входящих в нее точек, начиная с точки, припринадлежащей направляющей, Приращения координат могут задаваться,например, по четырем (фиг,5 а) иливосьми (Ьиг.5 б) направлениям. Лучшеекачество изображения получается призадании приращений по восьми направлениям. Для их кодирования достаточно трех двоичных разрядов, При необходимости можно ввести дополнительный разряд-признак высвечиваемостилибо несколько разрядов - код интенсивности высвечиваемой точки (дляполутоновых черно-белых изображений),Для кодирования цветного изображения вводятся также дополнительныеразряды,Рассмотрим пример кодированияобразующей тела, изображенного наЬиг.4, проекция которой (образующей)детально изображена на фиг.ба, НаЬиг.бб показаны приращения координатдля всех точек образующей. Эти приращения кодируются в соответствиис таблицей (графа 2),В преобразователе 8 решается система управлений (1), описывающая преобразование декартовой системы координат при повороте и перемещении путем интегрирования (накопления) полинии (образующейся.,= Х шсозе+ У ш яЫЫ, - Х, ш сояЫ -- Уш ядпЫ,+ Х,;(1)У = -Х ш я 3.пЫ,+ У.ш соя Ы,+ Х ш хяпю - У ш созе + Уо координаты точек образующей в исходной (канонической) системе координат;координаты точек образующей в преобразованной системе координат (системекоординат запоминающегоустройства кадра б); Хо р - оХУ, - координаты центра враще 1 Нния в системах координат 6исходной и запоминающегоустройства кадра 6 соответственно;ь - угол поворота образующей;5ш - масшатбный коэффициент.Перед началом "рисования" поверхности т.е. заполнения блока б памятикадра) в регистры преобразователя 8загружаются из массива параметровнаправляющей блока 4 постоянные величины системы уравнений (1) дляданного Ьиксированного положения образующей: Х , У в третий 11 и четвертый 12 регистры, а также ш созе.)шяпо в первый 9 и второй 10 регистры. Для упрощения процесса решения системы уравнений (1), а следовательно, упрощения структуры преоб 20 разователя 8, координаты Хо, Уо совмещаются с началом координат (0,0)исходной (канонической) системы координат.Затем в блоке 19 преобразования25 кодов начинают поочередно загружаться коды приращений координат образующей, которые управляют работой пре -образователя 8. Блок 19 преобразования кодов состоит из регистра и ПЗУ30 (ПЛИ). Он преобразует коды приращений координат в сигналы, управляющиеработой сумматоров 13-16. Эти сигналы управляют порядком решения уравнений системы (1). Первый 13, третий14 сумматоры и третий регистр 11 составляют сумматор накапливающего типа на три слагаемых и решают первоеуравнение системы (1), а второй 15,четвертый 16 сумматоры и четвертый40 регистр 12 решают второе уравнениесистемы (1),Решение системы уравнений (1) впреобразователе 8 основано на заменеопераций умножения операциями сложе 45 ния (вычитания) с накоплением результата (интегрирование по линии). Всвязи с этим запишем систему уравнений (1) в виде, более приближенномк алгоритму работы преобразователя 8:Х; = Х,ш созе;+ ЬУ ш яь.пЫ +у З"1 Х, У, - координаты точки поф - 1 лученные на данном(1.-м и предыдущем (-1)-м такгах соответственно (адрес блока 6 памяти кадра равен еп 1(Х,;5 приращения координатв данном -м) тактеработе процессора-й) Лазе движенияобразующей (в )-й)точке направляющей);угол поворота образующей в ,-й точке направляющей относитель -но исходного положения. Рассмотрим пример работы преобраователя 8 согласно фиг.бб. Допустим, то необходимо изобразить образующую 25данной фазе "рисования" поверхноси в блоке 6, начиная с точки с кординатами Х У , и повернутой на гол 0 относительно исходного задаия образующей (Лиг.бб 1. КоординатыуУ загружаются из массива па-Оаметров направляюцей в третий 11четвертый 12 регистры соответствен о, а величины шсояо ш я 3.п 0;3оответственно в первый 9 и второйО регистры. Затем в блок загружаетя код, соответствующий приращениям оординат для точки А (см,Лиг.бб)Х, = 1; Ь У, = О (см. таблицу, строа 1), В соответствии с этим кодом 4 О лок 19 генерирует сигналы управленияумматорами 14 - 17 , по которым пребразователь 8 выполняет операции, казанные в графах 5 и 6 таблицы, Ре.ультаты, полученные в данном такте 45Ликсируются в регистрах 11 н 12. Целые части результатов еп 1 ,Х) епС (У. ) являются адресом блока 6 памяти кадра и выдаются на вто 1 ой выход 21 преобразователя 8. Если йолученная величина превышает разрядйость адресной шины блока 6, элемент ИЛИ 18 вырабатывает сигнал запре. Фа записи в блоке 6 для устранения йультиплицирования изображения, Кро е кодов приращений, в отдельные раз 55 ряды регистра блока 19 загружается о первому входу также код цветностияркости данной точки образуюцей,Выходы этих разрядов являются шестымвыходом блока 19 и подаются на информационные входы запоминающего блока б, на адресные входы которого подается инЛормация с выходов третьего11 и четвертого 12 регистров,В следующем такте в блоке 19 загружается код приращений, соответствующий точке В ( см,фиг.бб) ЬХ = +1;ДУ = -1, в соответствии с которымвыполняются операции, указанные встроке 8 таблицы и так далее для всехточек образующей, По окончании обработки всего массива приращений координат точек образующей в блок 19 поступает код, соответствующий концу массива образующей, По этому коду блок 19вырабатывает сигНал конца массивана втором выходе, по которому контроллер блока 14 буферной памяти вырабатывает адрес части массива параметров направляющей, соответствующий следующей точке направляющей, атакже возвращается к началу массиваобразующей, Процесс "рисования" образующей в блоке б повторяется снова,но теперь с новыми исходными данны(У(ХО,+- о 1+1 эш +, я .пЫ 141)Для осуществления адресации считываемых данп.х из двухпортового блока4 в преобразователь 8 контроллердвухпортового блока 4 буферной памяти содержит два регистра-счетчикаадреса: регистр в счетч адреса массива образующих; регистр-счетчик адреса массива направляющих (не показ аж),Массивы описаний образующих инаправляющих в блоке 4 хранятся в виде списков, т.е. последним словом вмассиве описания образующей (направляющей) является адрес начала массива описания следующей образующей(направляющей), Предпоследним словом в массивах является код концамассива.Процесс масштабирования образующей при рисовании поверхности, например конуса (см.Лиг.4), осуществляется загрузкой в преобразователь 8величин ш созе, ш я.пЫ, заранее умноженных на масштабный коэЛЛициент шв процессе расчета параметров направляющей (Х У, , ш сояо ш я 1 пЫ )о Уо.в вычислителе 2.При использовании предлагаемогоустройства затрачивается меньше вре 1529281мени на расчет точек проекции тела на плоскость цветного телевизионного индикатора 7, что позволяет рассчитывать сложные изображения за время5 смены фаз движения изображения (100 мс) и получать изображения объектов, двигающихся в реальном времени,30формула из о брет ения 1. Устройство для отображения информации на экране цветного телевизионного индикатора, содержащее блок памяти данных, адресный вход и выход которого соединены с первым выходом и первым инйормационным входом вычислителя координат точек образующих и направляющих поверхностей отображаемых объектов, второй информационный вход которого является управляющим входом устройстВа, а второй выход соединен с информационным входом блока буйерной памяти, управляющий вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого подключен к управляющему входу блока памяти кадра, выход которого соединен.с информационным входом цветного телевизионного 20 25 30 индикатора, синхровход которого подключен к третьему выходу синхронизатора, отличающееся тем,что, с целью расширения области применения устройства путем Ьормированияизображений объектов в реэ-нем масштабе времени, оно содер:, ; реобразователь приращений коо;,нат образу-,ющей в координаты точек поверхностиотображаемых объектов, информационный вход и первый выход которого под 2, Устройство по п,1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, преобраключены к выходу и адресному входу блока буферной памяти, синхровход - .к четвертому выходу синхронизатора, 45 а второй выход - к адресному входу блока памяти кадра,зователь приращений координат образующей в координаты точек поверхности отображаемых объектов содержитблок преобразования кодов, инАормационный вход которого и информационные входы первого и второго регистров и первые информационные входытретьего и четвертого регистров являются информационным входом преобразователя, управляющие входы которых являются синхровходом преобразо -вателя, первый выход блока преобразования кодов соединен с первым управляющим входом первого сумматора ивходом элемента НЕ, выход которогоподключен к первому управляющему входу второго сумматора, второй выходблока преобразования кодов соединенс первыми управляющими входами третьего и четвертого сумматоров, третийвыход - с вторыми управляющими входами первого и второго сумматоров, четвертый выход - с вторыми управляющими входами третьего и четвертогосумматоров, пятый выход блока преобразования кодов является первым выходом преобразователя, первые ин -формационные входы первого и четвертого сумматоров соединены с выходомвторого регистра, второй информационный вход первого и первый информационный вход второго сумматоров соединены с выходами соответственнотретьего и четвертого регистров, подключенными к входам элемента ИЛИ,выход первого регистра соединен спервым информационным входом третьего и вторым информационным входомвторого сумматоров, вторые информационные входы третьего и четвертогосумматоров подключены к выходам соотВетственно первого и второго сумматоров, выходы третьего и четвертогосумматоров подключены к вторым информационным входам третьего и четвертого регистров, выходы которых,шестой выход блока преобразованиякодов и выход элемента ИЛИ являютсявторым выходом преобразователя,)Х Гб0 ДЕ йЯ Щ1- ХоХ Соф бдЕщСЭХСГбЕх ц яхбД С Яф Р,дх хът1529281 Яьека 1 прхяран ВВОЖЮФ ОЙГкгп4 Проекция пдьек Фа плоскость жраю Хяф у 7 оцюа зреицяФиг.д.аВ НИ ри ГКНТ СССР атен изводственно-издательскин комбина 7646/47 Тираж 469Государственного комитета113035, Москва,Ужгород, ул. Га г,; р.;: