Устройство для формирования изображения Советский патент 1989 года по МПК G06F3/153 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и може 1 быть использовано при разработке графических процессоров в системах отображения объемной графической информации на экране ЭЛТ, а также других устройствах вывода графической информации (графопостроители и др.),

Цель изобретения - расширение области применения устройства путем формирования стереоизображений с заданной стереобазой.

На фиг.1 представлен принцип стереографического преобразования эле- ментов изображения; на фиг.2 - функциональная схема устройства.

Позициями 1-7 обозначены информационные входы устройства, на которые соответственно поступают зна- чения tgCf, tg Ј/2, D, R, 2; , у,-, xj, где (f - поле зрения, Ј - стерео- угол (для человека с нормальным зревшем 571°), D - расстояние до центра области максимального стереоэф- фекта (связано со стереобазой S следующим соотношением tg ), R - радиус экрана, z, у-, х- - координа- ты трехмерного пространства. Если ог1 раничить общее поле зрения углом 2 (jf (фиг,1), то произвольная точка трехмерного пространства х-, у; , z(- в выбранной системе координат счита- ется видимой, если выполняются условия

И

к + z & у. tgtp; (1)

yjSsR/tgCf.(2)

Условие (2) накладывает требование, чтобы каждая координата отобра- жаемого объекта находилась за экраном.

Позициями 8 и 9 обозначены первый и второй управляющие входы, а позициями 10-12 - выходы устройства.

Устройство содержит блок 13 управления и синхронизации, регистры 14-23, блоки 24-33 элементов И, умножители 34-37, сумматоры 38-40, делители 41-46, вычитатели 47 и 48, вы числитель 49 длины вектора, блок 50 сравнения, элемент 51 задержки, элемент И 52,

Позициями 13-1 и 13-2 обозначены входы блока 13, а позициями 13-3 - 13-12 - его выходы.

Блок 13 управления и синхронизации содержит генератор 13-14 такто- вых импульсов, триггеры 13-15 и 1316,элемент ИЛИ 13-17, элементы И 13-18 и 13-19, счетчики 13-20 и 13-2 дешифраторы 13-22 и 13-23.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии все регистры счетчики, триггеры устройства обнулены. Устройство работает в два этапа: подготовительный этап и этап непосредственного вычисления координат стереопроекции.

На подготовительном этапе по решению оператора осуществляется изменение значений tg cf, tgЈ/2, D, R и расчет величин S, M, L, которые вычисляются в следующей последовав тельности.

На информационные входы 1-4 из па мяти ЭВМ (не показана) по команде оператора в двоичном коде поступают значения величин tgtp, tg Ј/2, D, R который записываются в регистры 1417,одновременно на первый управляющих вход 8 поступает управляющий импульс (УИ1), который переводит бло 13 в режим вычисления величин S, M, L, используемых при стереопреобразо- вании.

УИ1 поступает на первый вход триггера 13-15 и переводит его в единичное состояние. На первом выходе триггера устанавливается единичный потенциал, который поступает через элемен ИЛИ 13-17 на вход триггера 13-16, удерживая его в нулевом состоянии до тех пор, пока не будут закончены вычисления на подготовительном этапе работы устройства. Единичный потенциал поступает так же на вход элемента И 13-18, тем самым разрешая прохождение через него тактовых импульсов с генератора J3-J4 на вход счетчика 13-20, с первого выхода которого на вход дешифратора 13-22 с частотой тактовых импульсов в двоичном коде поступает последовательность чисел (номеров тактов), и в зависимости от кода номера такта на одном из выходов дешифратора 13-22 вырабатывается управляющий синхроимпульс (УСИ). В качестве первого - четвертого выходов 13-3 - 13-6 блока 13 используются те выходы дешифратора, появление импульсов на которых соответствует определенным номерам тактов, с таким расчетом, чтобы каждый последующий УСИ вырабатывался после завершения самой длительной вычислительной операции, инициируемой им на предыдущем шаге вычисления«

Весь подготовительный этап выполняется за четыре шага вычислений. На первом шаге вычислений подготовительного этапа УСИ1 поступает с первого выхода 13-3 блока 13 на входы умножители 34 и делителя 41 и разрешает прохождение соответственно на входы умножителя 34 с выходов второго 15 и третьего 16 регистров значений величин tgЈ/2 и D, а также прохождение соответственно на входы делителя 41 с выходов первого 14 и второго 15 регистров значений величин tg q и tgЈ/2, и разрешает проведение операций умножения и деления.

На выходе делителя 41 формируется промежуточная величина отношения tg6/2/tgcp, которая поступает на вход делителя 43. На выходе умножителя 37 формируется величина S D-tgЈ/2, которая записывается в регистр 21, а

20 На этапе непосредственного вычис ления координат стереопроекции из памяти ЭВМ на информационные входы 5-7 устройства поступают соответственно значения z.-, у , х- (подготов

также поступает на вход сумматора 38,25 ленная специальным образом инфорнана который с выхода регистра 17 поступает значение величины R, которая также, поступает на входы умножителя 35.

На втором гааге вычислений УСЙ2 с

ция о положении объекта в трехмерном пространстве X, Y, Z с направлением оси Y на объект) с частотой поступления УИ2, которые поступают на

второго выхода 13-4 блока 13 поступа-зо вход 13-2 блока 13С

ет на входы сумматора 38 и умножителя 35 и разрешает прохождение указанных величин на их другие входы, а также проведение операций сложения и умножения. На выходе сумматора 38 формируется величина S+R, которая поступает на вход делителя 42, на который поступает величина Ra, формируемая на выходе умножителя 35,

На третьем шаге вычислений УСКЗ . с третьего выхода 13-5 блока 13 поступает на вход делителя 42 и разрешает прохождение указанных величин

35

40

УИ2 поступает на 13-16 и переводит е состояние, на перво устанавливается еди который поступает н И 13-19, тем самым дение через этот эл пульсов с выхода ге вход счетчика 13-21 тый выход блока 13. счетчика 13-21 на в 13-23 с частотой та двоичном коде посту ность чисел (номер

УИ2 поступает на вход триггер 13-16 и переводит его в единичное состояние, на первом выходе которого устанавливается единичный потенциал, который поступает на вход элемента И 13-19, тем самым разрешая прохождение через этот элемент тактовых им пульсов с выхода генератора 13-14 на вход счетчика 13-21, а также на пятый выход блока 13. С первого выхода счетчика 13-21 на вход дешифратора 13-23 с частотой тактовых импульсов двоичном коде поступает последовател ность чисел (номер тактов) и по ана13-23 на выходы 13-8 - 13-12 блока

13 поступают УСЙ. I

на его другие входы, а также проведение операции деления. На выходе дели-45 Л0гии работы блока 13 на подготовителя 42 формируется величина М - тельном этапе с выходов дешифратора

S + R я -р которая записывается в девя

тый регистр 22, а также поступает на вход делителя 43. При поступлении УСИ4 на четвертом шаге вычислений с четвертого выхода 13-6 блока 13 на делитель 43 разрешается поступление величин tg6/2/tgt и М на его другие входы, а также проведение операции деления. На выходе делителя 43

50

55

Значения величин z-, у; , х;, поступающие на информационные входы 5-7, записываются соответственно в регистры 18-20, С выходов регистров 14, 18-23 значения величин tgcf , S М, L, z,, у,1, х поступают соответственно на первые входы блоков 24-30 элементов И, на вторые входы которых поступает единичный потенциал с пятого выхода 13-7 блока 13, обеспечиформируется величина L

B:itg /2.

(S+R) tg(f которая записывается в регистр 23,

Счетчик 13-20 подобран таким образом, чтобы его разрядность обеспечивала выработку необходимого коли- чества УСИ. При переполнении счетчика на его выходе переполнения формиг руется импульс, который поступает на вход триггера 13-15 и переводит его в нулевое состояние. Как только тригrep 13-15 установится в нулевое состояние, то прохождение тактовых импульсов с генератора 13-14 через элемент И 13-18 на вход счетчика 13-20 прекращается, одновременно снимается запрет прохождения УИ2, поступающего из ЭВМ на второй управляющий вход 9 и на вход триггера 13-16, На этом подготовительный этап работы устройства заканчивается

На этапе непосредственного вычисления координат стереопроекции из памяти ЭВМ на информационные входы 5-7 устройства поступают соответственно значения z.-, у , х- (подготовленная специальным образом инфорнация о положении объекта в трехмерном пространстве X, Y, Z с направлением оси Y на объект) с частотой поступления УИ2, которые поступают на

УИ2 поступает на вход триггер 13-16 и переводит его в единичное состояние, на первом выходе которого устанавливается единичный потенциал, который поступает на вход элемента И 13-19, тем самым разрешая прохождение через этот элемент тактовых импульсов с выхода генератора 13-14 на вход счетчика 13-21, а также на пятый выход блока 13. С первого выхода счетчика 13-21 на вход дешифратора 13-23 с частотой тактовых импульсов в двоичном коде поступает последовательность чисел (номер тактов) и по анаЛ0гии работы блока 13 на подготовительном этапе с выходов дешифратора

13-23 на выходы 13-8 - 13-12 блока

13 поступают УСЙ. I

0

5

Значения величин z-, у; , х;, поступающие на информационные входы 5-7, записываются соответственно в регистры 18-20, С выходов регистров 14, 18-23 значения величин tgcf , S, М, L, z,, у,1, х поступают соответственно на первые входы блоков 24-30 элементов И, на вторые входы которых поступает единичный потенциал с пятого выхода 13-7 блока 13, обеспечивая поступление этой информации через указанные блоки элементов И на входы соответствующих блоков, осуществляющих стереографическое преоб- разование координатной информации с учетом отбора координат, попадающих в заданный угол поля зрения, В дал дальнейшем принцип работы устройства на этапе непосредственного вычисле- ния координат стереопроекций аналогичен работе устройства на подготовительном этапе На первом шаге преобразований с выхода блока 24 элементов И значение величины tgtf по- ступает на вход умножителя 36, на который поступает значение координаты у. с выхода блока 29 элементов И, Кроме того, с выхода блока 25 элементов И значение величины S поступает на сумматор 39 и вычитатель 47, на которые поступает значение координаты х с выхода блока 30 элементов И, которое также поступает на вычислитель 49. С выхода блока 28 элементов И значение координаты z; поступает на вход вычислителя 49 и на вход элемента 51 задержки, а с его выхода - на вход делителя 46.

При поступлении с шестого выхода 13-8 блока 13 УСИ5 на входы умножителя 36, сумматора 39, вычитателя 47 и вычислителя 49 разрешается прохождение информации на другие входы и инициируется проведение вычислительных операций. На выходе умножителя 36 формируется величина ,ч tgq , которая поступает на вход блока 50 сравнения и вход умножителя 37, на который поступает величина М с выхо- да блока 26 элементов И. На выходе сумматора 39 формируется координата х4. « х ; + S, которая поступает на вход делителя 44.

На выходе вычитателя 47 формиру- ется координата х. e xj - S, которая поступает на вход делителя 45. Ка выходе вычислителя 9 формируется величина Q -fxf+zf , которая поступает на вход блока 50 сравнения. На втором шаг е преобразований с седьмого выхода 13-29 блока 13 выдается УСИ6, который поступает на входы умножителя 37 и блока 50 сравнения и разрешает прохождение информации

(значение величин I,-Y, M) на их другие входы, и также инициирует проведение вычислительных операций. На вы

ходе умножителя 37 формируется вели- „ у; (s+R) tgtf

чина , которая посту-;

пает на входы делителей 44-46, а на выходе блока 50 сравнения формируется величина

(1, если I Q О, если IЈQ,которая поступает на вход элемента |И 52 „ На третьем шаге преобразований с восьмого выхода 13-10 блока 13 выдается УСИ7, который поступает на входы делителей 44 и 45 и разрешает прохождение информации, поступающей на их другие входы, а также инициирует проведение вычислительной операции, осуществляющей проецирование координаты х; в плоскость левого и правого экранов. На выходе делителя 44

№ ( формируется координата х.д y7(s+R).Tec/

которая поступает на вход вычитателя 48. На выходе делителя 45 формируется координата

п

х;

&1л§}:R

y;(S+R) tg4 которая поступает на вход сумматора 40.

На четвертом шаге преобразований с девятого выхода 13-11 блока 13 выдается УСИ8, поступающий на входы делителя 45, вычитателя 48 и сумматора 40 и разрешающий прохождение информации, поступающей на их другие входы, и также инициирующий операцию смещения изображения на экране таким образом, чтобы центр проекции области максимального стереоэффекта находился в центре экрана. На выходе вычитателя 48 формируется координата

А (x;+S).R2 R tgЈ/2

К 9 yT(S+R)Tgif (S+R)tg(f

На выходе сумматора 40 формируется координата

.2.

«9

&Ll§lLRl-+§Ltg Ј/2. у; 7s+R) tgif Ts+R) tgtp

На выходе делителя 46 формируеткоордината

yi z;.Rf

y.(S+R)tgq

V

3 1

Таким образом, с выходов делителя 46, вычитателя 48 и сумматора 40 на входы соответственно блоков 31-33

элементов И поступают преобразованные координаты у , , ,

С десятого выхода 13-12 блока 13 выдается УСИ 9, который поступает на вхоД элемента И 52, и от того, какое значение: О или 1 поступает с выхода блока 50 сравнения на вход элемента И 52 зависит прохождение УСИ9 через этот элемент. Если координаты i-й точки объекта попадают в угол поля зрения -2Cf , то на выходе блока 50 сравнения формируется единичный потенциал, которьй обеспечивает прохождение УСИ9 через элемента И 52 на входы блоков 31-33 элементов И, и, следовательно, преобразованные координаты проходят на выходы 10-12 усройства. Если же координаты i-й точки не попадут в угол поля зрения1, то преобразованные координаты на выходы устройства не пройдут При переполнении счетчика 13-21 на его выходе формируется импульс, который поступает на вход триггера 13-16 и переводит его в нулевое состояние и, следовательно, на его первом выходе устанавливается нулевой потенциал, который не обеспечивает прохождение тактовых импульсов с генератора 13-14 на вход счетчика 13-21 через элемент И 13-19, и выработка УСИ прекращается.

С поступлением новой координатной информации, которая сопровождается УИ2, работа устройства повторяется.

Предложенное устройство позволяет подготовить стереопару перспективного изображения объекта для отображения на экране ЭЛТ, что приводит к лучшему восприятию пространственной структуры объекта.

Формула изобретения

Устройство для формирования изображения, содержащее блок управления и синхронизации, первый и второй блоки элементов И и элемент задержки, входы блока управления являются соот- ветственно первым и вторым управляющими входами устройства, отличающееся тем, что, с . целью расширений области применения устройства путем формирования стереоизображений с заданной стереобазой, оно содержит вычислитель длины вектора, вычитате- ли, регистры, делители, сумматоры, умножители, с третьего по десятый

ю 15 205 О

-

0

5

«

блоки элементов И, блок сравнения и элемент И, выход которого соединен с первыми входами восьмого, девятого и десятого блоков элементов К, выходы которых являются выходами устройства, информационными входами которого являются входы регистров с первого по седьмой, выход первого регистра соединен с первым информационным входом первого делителя и первым входом первого блока элементов И, выход второго регистра соединен с вторым информационным входом первого делителя и первым информационным входом первого умножителя, второй информационный вход которого подключен к выходу третьего регистра, выход четвертого регистра соединен с информационными входами второго умножителя и первым информационным входом первого сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом первого умножителя, подключенным к входу восьмого регистра, управляющие входы первых делителя и умножитепя соединены с первым выходом блока управления и синхронизации, второй вы- /ход которого подключен к управпяющим входам первого сумматора и второго умножителя, выходы которых соединены с информационными входами второго делителя, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока управления и синхронизации, четвертый выход которого соединен с управляющим входом третьего делителя, инфор- мационные входы которого соединены с выходом первого делителя и выходом второго делителя, подключенным к входу девятого регистра, выход третьего делителя соединен с входом десятого регистра, выходы восьмого, девятого и десятого регистров подключены к первым входам соответственно второго, третьего и четвертого блоков элементов И, вторые входы которых соединены с пятым выходом блока управления и синхронизации, подключенным к первым входам пятого, шестого и седьмого блоков элементов И, вторые входы которых соединены с выходами соответственно пятого, шестого и седьмого регистров, шестой выход блока управления и синхронизации соединен с управляющими входами вычислителя длины вектора, третьего умножителя, второго сумматора и первого вычитателя, информационные входы вычислителя длины вектора соединены с выходами пятого и седьмого блоков элементов И, а выход - с первым информационным вхо-- дом блока сравнения, управляющий вход которого и управляющий вход четверто™ го умножителя подключены к седьмому выходу блока управления и синхронизации, первый информационный вход четвертого умножителя соединен с выхо- J дом третьего блока элементов И, выход третьего умножителя соединен с вторыми информационными входами блока сравнения и четвертого умножителя, выход которого подключен к первым информа- } ционным входам четвертого, пятого и шестого делителей, управляющие входы четвертого и пятого делителей соединены с восьмым выходом блока управления и синхронизации, девятый выход 2 которого соединен с управляющими входами шестого делителя, второго вычи- тателя и третьего сумматора, выходы которого подключены к вторым входам

восьмого, девятого и девятого блоков элементов К, выход четвертого блока элементов И подключен к первым информационным входам второго вычита- теля и третьего сумматора, вторые информационные входы которых подключены к выходам соответственно четвертого и пятого делителей, второй информационный вход шестого делителя соединен через элемент задержки с выходом пятого блока элементов И, выход первого блока элементов И соединен с первым информационным входом третьего умножителя, второй информационный вход которого соединен с выходом шестого блока элементов И, выход второго блока элементов И соединен с первыми информационными входами второго сумматора и первого вычи- тателя, вторые информационные входы которых подключены к выходу седьмого блока элементов И0

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при разработке графических процессоров в системах отображения объемной графической информации на экране ЭЛТ, а также других устройствах вывода графической информации (графопостроители и т.д.). Цель изобретения - расширение области применения устройства путем формирования стереоизображений с заданной стереобазой, которая достигается введением регистров 14-21, делителей 41-46, сумматоров 388-40,вычислителя 49 длины вектора, вычитателей 47 и 48, блоков 26-33 элементов И, блока 50 сравнения, элемента И 52 и соответствующих функциональных связей. Изобретение позволяет подготовить стереопару перспективного изображения объекта для отображения на экране ЭЛТ, что, в свою очередь, приводит к лучшему восприятию пространственной структуры объекта, а следовательно, в значительной степениповысить эффективность исследований. 2 ил.