Устройство трансляции Советский патент 1988 года по МПК G09B9/08 

(21)4140762/24-12

(22)27.10,86

(46) 23.04.88. Бюл. № 15

(71)Институт проблем моделирования в энергетике АН УССР

(72)Н.П.Тимошенко, Б.К.Крыжный, В.П.Тарапата, А.Н.Постернак

и В.В.Реутов (53) 681.136.54(088.8) (56) Патент США № 3999308, кл. 35/12N, 1976,

(54) УСТРОЙСТВО ТРАНСЛЯЦИИ

(57) Изобретение относится к учебньпч моделям или тренажерам, а также к цифровым вычислительным машинам для обработки информации, и может быть применено в тренажерах для подготовки персонала, управляющего транспортными средствами. Пелью изобретения является расширение области применения путем обеспечения работы в тре

Wn

fitf 3«VJ

г 3if 3738 35

Фи.1

сл

05

ю

33 36

Фи.1

1390629 ажерах с разлйчньпда масштабами объек- табирования 26,

группы элементо зователи дополн мой 19-2 К Это об ъеме памяти п ниченное количе плоскостей с це ва (информативн 3 3 р п„ ф-лы J 4

тсв, Последовательно соединенные ед льтнплексорьз 1-3,, регистры 4-6,, сумматоры 13-15j сдвигающие регистры 22-24 и блок управления 25 выполняют параллельный перегное трехмерной системы координатJ описывающей изображение имитируемзпс объектов, В устройство вводятся: блок выборочного масш-:

Изобретение относится к учебньм и наглядным пособиям, а именно к учебным моделям или тренажерам а также к цйфровьм вьгчислительнь м ма-- пмнам для обработки информации и может быть применено в комплексных тренажерах для подготовки персонала,, управляющего транспортными средствами „

Цель изобретения - расширение области применения путем обеспечения работы в тренажерах с различными: масштабам - - объектов

Ка фиг. 1 приведена функциональная схема устройства трансляции на фиг, 2 - функциональная схема блока управленияJ на фиг, 3 первьй воз™ можньш вариант функциональной сх€;мы блока выборочного масштабирования на фиг„ 4 - то же, второй возможный вариант.,,

Устройство трансляции (фиг, 1) содержит yльтиплeкcopы 1-3, регистры 4-6J комь1утаторы ,, сумматоры 13-155 группы элементов ИЛИ 16-18 преобразователи 19-21 дополнительного кода в прямой,, сдвигающ ш регистры 22-24J блок 25 управления, блок 26 выборочного масштабирования, шину 27 коэффициента масштабирования, шины 28-33 данны: 5 выходные шины 34-36 устройства, знаковые выходные шины 37-39 устройства, шины 40 количества сдвигов,, 41 пропускаS 42 за- держанного чтения памяти, 43 чтения памяти и 44 смены объекта. Выход каждого из регистров 4-6 соединен с первым входом соответствующего сумматора 13-15 Их выходы соединены с первыми информацнонньп-ш входами соответствующих мультиплексоров

табирования 26,

коммутаторы 7-125 группы элементов ИЛИ 16-18, преобразователи дополнительного кода в прямой 19-2 К Это позволяет при прежнем об ъеме памяти перераспределить ограниченное количество аппрокси шруюп1:их плоскостей с целью повышения качества (информативности) изображения, 3 3 р п„ ф-лы J 4 ил

5

0

5

5

0

Шины 28-30 данных связаны с вторыми информационными входами соответствующих мультиплексоров 1-Зр выход каждого из которых соединен с информационным входом соответствующих регистров 4-6 а Первый и второй выходы блока 25 управления связаны соответственно с первым и вторым управляющими входами мультиплексоров 1-3, Третий выход блока 25 управления соединен с управляющими входами регистров 4-6, Шина 27 коэффициента масштабирования соединена с первым информационным входом блока 26 выборочного масштабирования. Шины 31-33 данных соединены с вторьм, третьим и четвертым информационными входами блока 26 выборочного масштабирования и информационными входа ми коммутаторов 10-12 соответственно, выходы каждого из которых связаны с первыми входами соответствующих групп элементов иЛи 16-18о Выходы блока 26 выборочного масштабирования соединены с соответствуюпщми информационными входами коммутаторов 7-9J вьпсоды которых связаны с вторыми входами соответствующих сумматоров 13-15, Выходы последних соединены также с вторыми входами соответствующих , групп элементов ИЛИ 16-18, Выходы групп элементов ИЛИ 16-18 связаны с информационными входами соответствующих.преобразователей 19-21 дополнительного кода в прямой выходы которых соединены с информационными входами соответствующих сдвигающих ре1гистров 22-24 р подключенных выходами к соответствующим выходным шинам 34-36 устройства. Знаковый разряд каждого сумматора 13-15 соединен с управляющим входом

соответствующего преобразователя 19- 21 дополнительного кода в прямой и с соответствующей знаковой выходной шиной 37-39 устройства. Старшие разряды сдвигающих регистров 22-24 соединены соответственно с первьм, вторым и третьим входами блока 25 управления, четвертый выход которого соединен с управляющим входом блока 26 выборочного масштабирования, Пятьш выход блока 25 управления свя- щан с управляющими входами коммутаторов 7-9, шестой выход - с управляющими входами коммутаторов 10 - 12 седьмой и восьмой выходы - соответственно с входами занесения и сдвига сдвигающих регистров 22-24, девятый выход - с шиной 40 количества сдвигов, четвертый, пятый, шестой и седь- сой входы - соответственно с шинами пропуска 41, задержанного чтения памяти 42, чтения памяти 43 и смены объекта 44.

Блок 25 управления (фиг, 2) со- держит счетчики 45-47, дешифратор 48, триггеры 49 и 50, генератор 51 импульсов, инверторы 52 и 53, элементы И 54-59 и ИЛИ 60-62,

Входы элемента ИЛИ 60 соединены с первым, вторым и третьим входами блокаJ а выход соединен с нулевым входом триггера 49, нулевой выход которого связан с входом сброса счетчика 45, Четвертый вход блока (шина 41) соединен с шестым выходом блока и с входом инвертора 52, выход которого соединен с пятым выходом блока. Пятый вход блока (шина 42) соединен со счетным входом счетчика 46, первый выход которого соединен с первыми входами элементов И 54 и 55, а второй выход - с первыми входами элементов И 56 и 57, Шестой вход блока (шина 43) соединен с первым входом элемента И 58, выход которого связан со счетным входом счетчика 47, выходы первого и второго разрядов которого подключены к соответствующим входам дешифратора 48, Седьмой вход блока (шина 44) соединен с единичным входом триггера 50, единичньй выход которого связан с вторым входом элемента И 58, а нулевой выход - с входом сброса счетчика 47, Первый выход дешифратора 48 соединен с вторыми входами элементов И 55 и 57 и входом инвертора 53, выход которого подключен к вторым входам элементов И 54

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

и 56, Второй выход дешифратора 48 соединен с вторым вьгходом блока, третий выход - с первым выходом блока, четвертый выход - с нулевым входом триггера 50, Выход элемента И 54 соединен с первыми входами элементов ИЛИ 61 и 62, Выход элемента И 56 связан с вторым входом элемента ИЛИ 61, |выход которого подключен к третьему выходу блока. Выход элемента И 55 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 62 выход которого связан с четвертым выходом блока. Выход элемента И 57 соединен с седьмым выходом блока и единичным входом триггера 49, единичный выход которого подключен к первому входу элемента И 59, вькод которого связан со счетным входом счетчика 45 и восьмой выходной шиной блока. Выход генератора 51 импульсов соединен с вторым входом элемента И 59, Выход счетчика 45 соединен с девятой выходной шиной 40 блока.

Блок 26 выборочного масштабирования (фиг, 3) содер;кит сдвигающие регистры 63-65, вычитающий счетчик 66, схему 67 сравнения с нулем, триггера 68, генератор 69 импульсоВс элемент И 70, Первый информационный вход блока соединен с информационным входом вычитающего счетчика 66, Второй, третий и четвертый информационные входы блока связаны с информационными входами соответствуюш 1х сдвигающих регистров 63-65, выходы которых соединены с соответствующими выходами блока. Управляющий вход блока соединен с входами занесения вычитающего счетчика 66 и сдвигающих регистров 63-65, а также с единичным входом триггера 68. Единичный выход последнего соединен с первым входом элемента И 70, выход которого соединен со счетным входом вычитающего счетчика 66 и сдвигаюш ми входами регистров 63-65, Выход генератора 69 импульсов соединен с вторым входом элемента И 70. Выход вычитающего .счетчика 66 соединен с входом схемы 67 сравнения с нулем, выход которой соединен с нулевым входом триггера 68,

Блок 26 выборочного масштабирования (фиг. 4) содержит регистры 71-74 и умножители 75-77, -Выходные шины 27, 31-33 данных соединены с информационными входами соответствую1цих регистров 61, 72-74, а управляющий

вход блока соединен с вxoдa да занесения регистров. Выход регистра 71 соединен с входаг-да кножит«шя умножителей 75-77, выходы которьис соединены с выходамз блока. Выходы регистро 72-74 соединены с sxoдa и множимого соответствующих умножителей 75-77,

Устройство работает следующим образом.

Район моделируег ого пространства 600x600 км описывается 23-разряд, числом и знаком в 24-м разряде с весом младшего разряда 4 см, Координа™ ты наблюдателя , который может находиться в любой точке моделируемого пространства5 описываются 24-раз-- рядными числами. .Шобая точка руемого объекта также может располагаться в любой точке моделируемого пространства, т,е. для задания любой точки моделируемого объекта также требуется 24 разрядное число.

Протяженность моделируемых объек тов намного меньше j, чем протяженност моделируемого пространства. Это создает предпосьтки описывать моделируе Mi)ie объекты-числами с меньшим количеством разрядов, например 16-разрядными числами (включая знак), чем достигается существенная (до 30%) экономия памятиS Для реализации указанной предпосылки вводится промажу™ точная система координат - координаты центра сферы, описанной вокруг моделируемого объекта, т.е„ положение моделируемого объекта в системе координат моделируемого пространства описывается только тремя 24-разрядными числа1уи вместо 3j| 24-разрядных чисел, где п - количество точек, описываюп их объект, и . Теперь точки объекта описыЕ1ают ся координатами XaYt, Z в сист.еме координат сферы описанной вокруг моделируемого объекта. Для представла- НИН координат XaYaZa В указанном случае достаточно 16-разрядных чисел, 1

Наиболее распространенный метод имитации объектов заключается в применении аппрокси1«мруюш;их поверхностей - треугольников, четьфехугольни- ков и .тому подобкьк (в нашем случае треугольники)„ Поэтому введенные выше координаты XaYdZq в системе координат сферы, описат ной вокруг моделируемого объекта, описывают на каждую точку объекта, а только вершины аппроксимирующих треугольников Когд

5

0

5

0

5

0

5

0

5

соотносят выбранные размеры моделируемого пространства с разрядностью координаты (в нашем случае 24 р), задают вес младтего разряда. При 3foM вес младшего разряда координат (XaYaZ,) описания объекта (в нашем случае 16 р) равен весу младшего разряда, координат описания моделируемого пространства В моделируемом пространстве моделируются объекты малых размеров, которые должны задаваться с максимальной точностью (летательные аппараты, строения и т.п.), и протяженные объекты (лесар поля, водоемы и т.п.)5 для представления которых обычно максимальная точность не нужн Если вес младшего разряда 16-разряд- ньгх координат объекта () зафиксировать постоянным, для (Описания протяженных объектов требуется большое количество таких 1б-разряд- ных слов или пропорционально большое количество аппроксимирующих поверхностей. Так к.ак количество аппрокси- мируюш 5х поверхностей в кадре ограничено (например, 4000 поверхностей), при моделировании малоразмерных объектов на фоне множества протяженных объектов (например, летательные аппараты на фоне поверхности земли) может создаться нехватка аппрокси- мируюшрих поверхностей и как следствие снижение качества изображения. Для существенной эконо1 даи аппроксш-гирую- щих поверхностей в случаях, подобных указанному, вводится блок выборочного масштабирования 16-разрядных координат объекта. С помощью этого блока при моделировании протяженных объектов по соответствующему коэффициенту масштабирования увеличивается вес младшего разряда 16-разрядной координаты объекта и его можно аппроксимировать одной поверхностью меньшей точности (например, участки полей, массивы лесов и т.п„). Координаты объектов, которые имитируются с максимальной точностью, подаются с коэффициентом масштабирования один к одно ну.

В начале каждого кадра по шине 44 поступает сигнал Смена объекта, который устанавливает в единичное состояние триггер 50 в блоке 25 управления, подготавливая к открытию элемент И 58, После этого по шине 43 поступает сигнал Чтение памяти, который, проходя элемент И 58, насчи.тывает единицу в счетчике 47. В результате этого на первом, третьем и четвертом выходах дешифратора 48 устанавливаются нули, а на втором выходе - единичный сигнал, по которому разрешается прохождение через мультиплексоры 1-3 координат наблюдателя ХнУцЕ, по шинам 28-30 на информационные входы регистров 4-6. После этого по шине 42 поступает сигнал Чтение памяти задержанное и насчитывает единицу в счетчике 46. В это время с выхода инвертора 53

подготовлены к открытию элементы И преобразователи 19-21 дополнительного и 56. Сигнал с первого выхода счетчика 46 проходит через элементы И 54 и ИЛИ 62 и 63 и осугцествляет занесение координат наблюдателя в регистры 4-6, а также по шинам 31- 33 координат центра сферы, описанной вокруг моделируемого объек20

кода в прямой поступают на выходы сдвигающих регистров 22-24, Преобразование дополнительного кода в прямой существенно облегчает операцию нормализации на сдвигающих регистрах 22-24, Однако на этом этапе работы занесение в сдвигающие регистры 22- 24 не происходит.

та, в регистры 63-65 блока 26 выбоПо второму (с момента поступлени

рочного масштабирования. По этому же

сигналу заносится коэффициент масшта-25 сигнала Смена объекта по шине 44)

бирования по шине 27 в вычитающий сигналу Чтение памяти, (шина 43)

30

35

40

счетчик 66 и устанавливается в единичное состояние триггер 68. I Если коэффициент масштабирования от нуля, импульсы генератора 69 через элемент И 70 начинают сдан- гать информацию в регистрах 63-65 и синхронно вычитать единицы из содержимого вычитающего счетчика 66, При сравнении с нулем на схеме 67 сравнения триггер 68 сбрасывается в нуль и масштабирование прекращается. Единичный сигнал по шине 41 Пропуск приходит только при прохождении через блок трансляции координат звезд или огней горизонта. В этом случае сигналом с входа инвертора 52 открываются коммутаторы 10-12, а сигналом с выхода инвертора 52 закрываются коммутаторы 7-9, и транслирование координат на сумматорах 13-15 не происходит. Во всех других случаях по шине 41 приходит нулевой сигнал, закрывающий коммутаторы 10-12 пропуска, а коммутаторы 7-9 сумматора открыты.

Итак, на входы сумматоров 13-15 с выходов регистров 4-6 получают координаты наблюдателя и с выходов коммутаторов 7-9 поступают масштабированные координаты центра сферы, описанной вокруг объекта, 55 XjY|-Zc. Координаты поступают в дополнительном коде, причем масштабирование координат производится всегда

45

так, чтобы не терялся знак координаты, размноженный в старших разрядах координат (т.е., сдвиг никогда не доходит до первой значащей цифры). На сумматорах 13-15 происходит алгебраическое суммирование поступаюш гх координат, в результате чего получаются координаты ХцУцХ, положения цент- ра описанной вокруг объекта сферы в системе координат наблюдателя. Координаты Х„Уц7,„ поступают на входы мультиплексоров 1-3, а также через группы элементов ИЛИ 16-18 и через

преобразователи 19-21 дополнительного

кода в прямой поступают на выходы сдвигающих регистров 22-24, Преобразование дополнительного кода в прямой существенно облегчает операцию нормализации на сдвигающих регистрах 22-24, Однако на этом этапе работы занесение в сдвигающие регистры 22- 24 не происходит.

По второму (с момента поступления

0

5

0

5

5

насчитывается двойка в счетчике 47, на третьем выходе дешифратора 48 появляется единичный сигнал (на остальных - нули)5 который пропускает координаты XnYHZf с выходов сумматоров 13-15 через мультиплексоры 1-3 на входы регистров 4-6. По второму сигналу Чтение памяти задержанное (ши|на 42) единичный сигнал с второго выхода счетчика 46 через открытый

.элемент И 56 и элемент ИЛИ 61 заносит

в регистры 4-6 координаты по- ложения центра описанной вокруг объекта сферы в системе координат наблю- дателя. На время синтеза изображения i-ro объекта эти координаты хранятся в регистрах 4-6. Действительно, по третьему сигналу Чтение памяти (шина 43) в счетчике 47 насчитывается тройка. Единичный сигнал появляется на четвертом выходе дешифратора 48 и сбрасывает триггер 50 в нулевое состояние, в результате чего сбрлсы- вается в нулевое состояние и счетчик 47, Триггер 50 сохраняет это состояние до прихода следующего сигнала на шине 44 Смена объекта. Единичный сигнал появляется на первом выходе дешифратора 48 и подготавливает к открытию элементы И 56 и 57, ас выхода инвертора 5.3 закрывает элементы И 54 и 56, По третьему (нечетному) сигналу по шине 42 Чтение памяти

задержанное единичный сигнал появляется на первом вькоде счетчика 46 и через элементы И 55 и ИЛИ 62 заносит координаты точек объекта XflYrtZa в регистры 63-65 и коэффициен масштабирования Е вычитающий счетчик 66. После масштабирования координаты XaYaZa поступают ня сумматоры 13-15, где производится их алгебраическое сумм-ирование с координатами X. положения центра описанной вокруг объекта сферы в системе координат наблюдателя, храняпщмися в регистрах 4-6„ Полученные в резулътате координаты поступают через группы

О

элементов ИЛИ 16-18 и преобразователи 19-21 дополнительного кода в прямой на входы сдвигающих регистров 22-24, По 4eTBepTONty (четному) сиг- напу по шине 42 Чтение памяти задержанное единичный сигнал появля- егся на втором вькоде счетчика 46 и через элемент И 57 заносит координаты XgYaZo в сдвигающие регистры 22- 24J а также устанавливает триггер 49 в единичное состояние, с единичного выхода которого открывается элемент И 59,

Импулъсы генератора 51 начинают поступать на счетный: вход, счетчика .45 и на сдвигающие входы регистров 22- 24 г Сдвиг продолжается до тех nopj пока в старшем разряде одного из регистров 22-24 не появится единица.; Соответствующий ей сигнал проходит через элемент ИЛИ 60 на нулевой вход триггера 49 и устанавливает его в нулевое состояние. По шине 40 с выхода счетчика 45 выдается код количества сдвигов на момент окончания ,с.дзига. После сброса триггера 49 в нуль сбрасывается: Б нуль счетчик 45 и закрывается элемент И 59. Нормализованные координаты Xrt Yj Zo выдаются из устройства трансляции по шинам 34-36, а их знаки соответственно выдаются ,с выходов сумматоров 13-15 по шинам 37-39, Получение координат последующих точек данного объекта осуществляется по поступлению каждой последующей пары сигналов (нечетного и четного) по щи:не 42 Чтение памяти задержанное. При переходе к последующему объекту выполняются указанные действия .после прихода сигнала по шине 44 Смена i объекта.

5

Блок выборочного масштабирования (фиг. 3) обеспечивает масштабирование коэффициентами,. кратными степеням двойки. Для еще большего расширения функциональных возможностей и повышения качества изображения предлагает.- ся вариант блока выборочного масштабирования (фиг. 4)j который ПОЗВОЛЯО ет применять масштаб, равный любому числу 2° - 2 , что позволяет имитировать использование оператором.различных оптических приборов, а также более гибко по степеням точности ап- 5 проксимации имитировать указанные психологами точки повьш1енного внимания оператора, точк-и номинального внимания оператора, точки фонового внимания.

0 ;

Возможность такого дифференцированного задания информативности раз-- личных частей моделируемой сцены по принципу чем важней, тем информативней позволяет существенно ускорить обучение оператора, прививает навыки аналитического подхода в оценке ситуации.

Так как использование указанного блока выборочного масштабирования (фиг. 4) не изменяет указанное функционирование устройства трансляции, ограничиваются описанием работы блока выборочного масштабирования по второму варианту схемы.

В момент прохождения сигнала по щинам 43 Чтение памяти и 31-33 на входы регистров 72-74 поступают либо координаты XgYpZe центра сферы, описанной вокруг объекта, либо координаты XnYaZq точек объекта, а по шине 27 на вход регистра 71 поступает коэффициент масштабирования. После подачи сигнала Чтение памяти задер- жанное по шине 42 в блоке 25 управления вьфабатьшается сигнал занесения информации в регистры 71-74. После этого коэффициент масштабирования поступает на входы множителя умножителей 75-77, а координаты с выходов регистров 72-74 поступают на входы множимого умножителей 75-77. Следовательно, при подаче коэффициента масштабирования в виде числа с единицей только в младшем разряде происходит масштабирование поданных координат один к одному, Б результате |перемножения масштабированные координаты поступают на выходы блока.

0

5

0

0

5

Формула изобретения

0

5

5 0 - 5

0

5

5

0

выходами к информационным входам соответствующих сдвигающих регистров, выход каждого из кбторых соединен с соответствующей выходной шиной, при этом знаковый разряд, каждого сумматора подключен к управляющему входу соответствующего преобразователя и к соответствующей выходной шине, старший разряд первого, второго и третьего сдвигающих регистров соединен соответственно с первым, вторым и третьим входами блока управления, четвертый выход которого связан с управляющим входом блока выборочного масштабирования, пятый выход - с управляющими входами четвертого, пятого и шестого коммутаторов, шестой выход - с управляющими входами первого, второго и третьего коммутаторов седьмой и восьмой выходы блока управления связаны соответственно с входами занесения и сдвига сдвигающих регистров, девятый выход блока управления подключен к шине количества сдвигов, а четвертый, пятый, шестой и седьмой входы блока управления соединены соответственно с шинами пропуска, задержанного чтения памяти, чтения памяти и смены объекта.

13

является единичный вход второго триггера5 единичный выход которого связан с вторым входом пятого элемента И, а нулевой выход - с входом сброса, третьего счетчика, при этом первый вьпгод дешифратора подключен к вторым входам второго и четвертого элементов И и входу второго инвертора,, выход которого соединен с. вто- рьий входг 4И первого и третьего элементов И, второй выход дешифратора связан с вторым вькодом блока управления, третий выход дешифратора - с. первым вькодом блока управления, четвертый выход - с нулевым входом второго триггера, выход первого элемента И подключен к первым входам второго и третьего элементов ИЛИ, выход, третьего элемента И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого являетс.я третьим выходом блока управления J, выход второго элемента И соединен с вторым входом третьего элемента И1(И, выход которог является четвертым выходом блока уп- ра5зления5 выход четвертого элемента И является седьмым выходом блока управления и подключен к единичному вхо.ду первого триггера, единичный выход которого соединен с первым входом шестого элемента И связанного выхо.дом со счетньм входом первого счетчика и восьмой выходной шиной, выход генератора импульсов соединен

ед tf.

г

629U

вторым входом шестого элемента И а вьпсод первого счетчика связан с девятой выходной шиной блока.

Фиа..

Фиг.3

--1

Фы&.

1