Устройство для отображения информации на экране цветного телевизионного индикатора Советский патент 1989 года по МПК G09G1/28 

Изобретение относится к вычисли- .тельной технике, в частности к устройствам отображения визуальной информации на экране цветного телевизионного индикатора, и может быть использовано для формирования динамических проекций трехмерных объектов в плоскости индикатора, меняющихся в реальном временно

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.З - центральная проекция объекта на экране телевизионного индикатора; на фиг.4 - фазы формирования изображения проекций поверхностей тела на экране телевизионного индикатора; на фиг.5 - возможные приращения координат по четырем либо восьми направлениям; на фиг.6 - представление образующей в виде приращений координат.

Устройство содержит блок 1 памяти данных, вычислитель 2 координат точек образующих и направляюш11Х 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, преобразователь 8 приращений координат образующей в координаты точек поверхности отображаемых объектов.

сл

ГС

со

1C

00

Преобразователь 8 приращений координат образующей в координаты точек поверхности содержит нервый 9, второй 10, третий 1, четвертый 12 регист- 1ры, первый 13, третий 14, второй 15 |четвертый 16 сумматоры, элемент НЕ 17, элемент ИЛИ 18, блок 19 преобразования кодов.

Устройство для отображения графической информации на экране цветного телевизионного индикатора работает следую1дим образомс

, что необходимо на экран цветного телевизионного индикатора 7 отобразить изображение проекции объемного тела, состоящего из соеди- неннь1х цилиндра и конуса (см.фиг.З) В процессе отображения такого тела необходимо осуществить ряд геометрических преобразований по уравнениям центральной проекции, В качестве исходных данных используется массив координат точек образующих поверх- насти объекта и массив координат точек направляющей. Под образующей линией поверхности понимается множество точек, совместное перемещение которых в направлении, задаваемом на равляющей, позволяет получить поверхность тела.

На фиг,4 образующей является про- ек1а1я окружности FCG на экран индикатора 7, которая перемещается по направляющей 3F .и в процессе этого порождает точки проекции поверхности цилиндра ВВЕГСО. Для порождения точек поверхности конуса ADBE образующая перемещается по поверхности на равляю1цей и одновременно масштабируеся в сторону уменьшения ее размера от начальной величины до нуля. Таков геометрический оысл процесса порож дения поверхностей, где под термином перемещение подразумевается пересчет координат точек образующей для каждого текущего значения координат точек напр а в, ,: и При этом пересче координат ч оч.мч образующей для всех точек на11р; вл :1 г;еГ .расчет координат точек :овер vH.)C i; до;1Аен происходит достаточно быстро, чтобы за время см нь фаз движения ооъг-;- i 1ПО ) можно было Сфпрммро;-, I : ; ..-: LIT ОЧНО d КОЛ

чество повср хН .т rev i ;i :,-i отображения с: 1ожного об .екта :; - Кр/. Че индикатора .

Для описатиш ооь-.-лПЮГо тела достаточно выдели гь .;ующие его по0

5

0

5

верхностей и соответствующие им направляющие, которые в виде координат точек или параметров уравнений их описывающих заносятся в блок 1 памяти данныхс Сигналы 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 тактируется синхронизатором 5, Координаты точек образующей для экономии объема блока 4 буферной памяти и ускорения процесса пересчета образующей в координаты точек поверхности задаются в виде единичных приращений координат точек образующей по восьми возможным направлениям (й,Х 0; ±1; ( Y 0; +1). Преобразователь 8 является специализированным процессором и работает по жесткой программе преобразования приращений координат образующей в координаты точек поверхности По мере расчета координат точек поверхности преобразователь 8 выдает адреса на адресные входы блока 6 памяти кадра, который состоит из двух страниц.. В одной странице осуществляется запись битов (точек), рассчитываемых поверхностей тела, а из другой страницы в это время осуществляется считывание информации на экран индикатора в течение времени смены движения объекта (100 мс). Считывание заполненной страницы осуществляется периодическими цифровыми адресными функциями частот строк и кадров телевизионной развертки; Тактовые и строчные импульсы поступают в блок 6 памяти кадра из синхронизатора 5; Выходной сигнал блока 6 является видеосигналом изображения и nocrvnaeT на информационный вход ( электронно-лучевой трубки) цветного ;елевизионного индикатора 7,на с.чнх- р)Бход которого с выхода синхрониза0

5

0

5

0

тора 5 поступают кадровые и строчные синхроимпульсы. Выход преобразователя 8 служит для выдачи в блок 4 буферной памяти сигналов окончания пересчета координат образующей, а также сигнала конца расчета координат точек поверхности.

Образующая представляется в виде единичных приращений координат йходя щих в нее точек, начиная с точки, пр принадлежащей направляющей. Приращения координат могут задаваться, например, по четырем (фиг.5а) или восьми (фиг.Зб) направлениям. Лучшее качество изображения получается при задании приращений по восьми направлениям, Дпя их кодирования достаточно трех двоичных разрядово При необходимости можно ввести дополнительный разряд-признак высвечиваемости либо несколько разрядов - код интенсивности высвечиваемой точки (для полутоновых черно-белых изображений) Для кодирования цветного изображения вводятся также дополнительные разряды.

Рассмотрим пример кодирования образующей тела, изображенного на фиГо4, проекция которой (образующей) детально изображена на фигоба. На фиг.бб показаны приращения координат для всех точек образующей Эти приращения кодируются в соответствии с таблицей (графа 2),

В преобразователе 8 решается сист ма управлений (1), описывающая преобразование декартовой системы координат при повороте и перемещении путем интегрирования (накопления) по линии (образующей).,

де X,Y - координаты точек образующей в исходной (канонической) системе координат; X ,Y - координаты точек образующей в преобразованной системе координат (системе координат запоминающего устройства кадра 6);

Y Y л о , - - сз

,YQ - координаты центра вращения в системах координат

исходной и запоминающего - устройства кадра 6 соответственно ;

oL - угол поворота образующей; El - масшатбный коэффициент Перед началом рисования поверхности (т,ео заполнения блока 6 памяти кадра в регистры преобразователя 8

Q загружаются из массива параметров направляющей блока 4 постоянные величины системы уравнений (1) для данного фиксированного положения образующей: XQ, YO в третий 11 и чет5 вертый 12 регистры, а также т-созоб ffi Sinoi в первый 9 и второй 10 регистры, Дпя упрощения процесса решения системы уравнений (1), а следовательно, упрощения структуры преоб0 разоэателя 8, координаты Х, Yg совмещаются с началом координат (П,0) исходной (канонической) системы координат ,

Затем в блоке 19 преобразования

5 кодов начинают поочередно загружаться коды приращений координат образующей, которые управляют работой преобразователя 8, Блок 19 преобразования кодов состоит из регистра и ПЗУ

0 (ШТМ). Он преобразует коды приращений координат в Сигналы, управляющие работой сумматоров 13-16, Эти сигналы управляют порядком решения уравнений системы (l)o Первый 13, третий 14 сумматоры и третий регистр 11 составляют сумматор накапливающего типа на три слагаемых и решают первое уравнение системы (l), а второй 15, четвертый 16 сумматоры и четвертый

Q регистр 12 решают второе уравнение системы (1).

Решение системы уравнений (1) в преобразователе 8 основано на замене операций умножения операциями сложе5 ния (вычитания) с накоплением результата (интегрирование по линии), В связи с этим запишем систему уравнений (l) в виде, более приближенном к алгоритм работы преобразователя 8:

0 х ; X;mj cosuij+ AY;mj sinc/j + - хЦ (2)

Y (,X (-m-sinoi;) + iY-m; +

I J J J «J

+ Y;

5

5

V-( )

где X ;,Y;,

X.,Y| - координаты точки, полученные на данном

ent(Y;

71529281

(i-м}, и предыдущем (i-)-M тактах соответственно (.адрес блока 6 памяти кадра равен ent(xf));

ДХ; , AY- ш.

приращения координат в данном (J-M) такте работе процессора (.1-й точке образующей), масштабный коэффициент образующей в данной (j-й) фазе движения образующей (в j-й) точке направляющей ; угол поворота образующей в j-K точке направляющей относительно исходного положения.

10

15

20

к

ю

в е в в м т о н

Рассмотрим пример работы преобра- ователя 8 согласно фиг с 66 „ .Допустим, то необходимо изобразить образующую данной фазе

25

рисования

30

поверхноси в блоке 6, начиная с точки с ко- рдинатами , и повернутой на гол oi относительно исходного задаия образующей (фиг,66.), Координаты д , Y. загружаются из массива па- аметров направляющей в третий 11

четвертый 12 регистры соответствен- о, а величины т; coso/ , П оответственно в первый 9 и второй О регистры. Затем в блок загружает- я код, соответствующий приращениям оординат для точки А (см,фиг,66) Х, 1; Y , О (см. таблицу, стро- :а 1), В соответствии с этим кодом Q

1ЛОК 19 генерирует сигналы управления

35

умматорами 14-17 бразователь

, по которым пре- 8 выполняет операции.

i

в графах 5 и 6 таблицы, Ре- полученные в данном такте фиксируются в регистрах 11

казанные ультаты,

5 (

J 12. Целые части результатов ent |;Х ), ent (Y ) являются адресом бло- i(.a 6 памяти кадра и выдаются на вто- 1|)ой выход 21 преобразователя 8, Если 11 олученная величина превышает разряд- tocTb адресной шины блока 6, эле- Шент ИЛИ 18 вырабатывает сигнал запре фа записи в блоке 6 для устранения Мультиплицирования изображения, Кро- ifie кодов приращений, в отдельные раз- регистра блока 19 загружается IJIO первому входу также код цветности it яркости данной точки образующей с

Выходы этих разрядов являются шестым выходом блока 19 и подаются на информационные входы запоминающего блока 6, на адресные входы которого подается информация с выходов третьего 11 и четвертого 12 регистров,

В следующем такте в блоке 19 загружается код приращений, соответствующий точке В (смофиг,6б) ДХ +1;

, в соответствии с которым

5

0

5

выполняются операции, указанные в строке 8 таблицы и так далее для всех точек образующей. По окончании обработки всего массива приращений координат точек образующей в блок 19 поступает код, соответствующий концу массива образующей По этому коду блок 19 вырабатывает сигнал конца массива на втором выходе, по которому контроллер блока 14 буферной памяти вырабатывает адрес части массива параметров направляющей, соответствующий следующей точке направляющей, а также возвращается к началу массива образующейо Процесс рисования образующей в блоке 6 повторяется снова, но теперь с новыми исходными данны0

Q

5

0

5

(X

V

m

coso

И

1 . --0,J1- 3-И

mj+, ,).

Для осуществления адресации считываемых данных из двухпортового блока 4 в преобразователь 8 контроллер двухпортового блока 4 буферной памяти содержит два регистра-счетчика адреса: регистр-счетчик адреса массива образующих; регистр-счетчик адреса массива направляющих (не пока- 3 аны),

Массивы описаний образующих и направляющих в блоке 4 хранятся в виде списков, т,е, последним словом в массиве описания образующей (направляющей) является адрес начала массива описания следующей образующей (направляющей). Предпоследним словом в массивах является код конца массивао

Процесс масштабирования образующей при рисовании поверхности, например конуса (см,фиг,4), осуществляется загрузкой в преобразователь 8 величин m созЫ, m sinwi, заранее умноженных на масштабный коэффициент m в процессе расчета параметров направляющей (, YO , га: coso(.j, m: sinoi:) в вычислителе 2,

При использовании предлагаемого устройства затрачивается меньше времени на расчет точек проекции тела на плоскость цветного телевизионного индикатора 7, что позволяет рассчитывать сложные изображения за время смены фаз движения изображения (100 мс) и получать изображения объектов, двигающихся в реальном времени.

Формула изобретения

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 информационным входом вычислителя координат точек образующих и направляющих поверхностей отображаемых объектов, второй информационный вход которого является уп- равляю1чим входом устройства, а второй выход соединен с информационным входом блока буферной памяти, управ- ляющий вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого подключен к управляющему входу блока памяти кадра, выход которого соединен.с информацион- ным входом цветного телевизионного индикатора, синхровход которого подключен к третьему выходу синхронизатора, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства путем формировани изображений объектов в релльном масштабе времени, оно содег-: преобразователь приращений координат образующей в координаты точек поверхности отображаемых объектов, информационный вход и первый выход которого подключены к выходу и адресному входу блока буферной памяти, синхровход к четвертому выходу синхронизатора, а второй выход - к адресному входу блока памяти кадра.

2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что, преобра

0

о 5 0 ,Q

д

35

зователь приращений координат образующей в координаты точек поверхности отображаемых объектов содержит блок преобразования кодов, информа- ционный вход которого и информационные входы первого и второго регистров и первые информационные входы третьего и четвертого регистров являются информационным входом преобразователя, управляющие входы которых являются синхровходом преобразователя, первый выход блока преобразования кодов соединен с первым управляющим входом первого сумматора и входом элемента НЕ, выход которого подключен к первому управляющему входу второго сумматора, второй выход блока преобразования кодов соединен с первыми управляющими входами третьего и четвертого сумматоров, третий выход - с вторыми управляющими входами первого и второго сумматоров, четвертый выход - с вторыми управляющими входами третьего и четвертого сумматоров, пятый выход блока преобразования кодов является первым выходом преобразователя, первые информационные входы первого и четвертого сумматоров соединены с выходом второго регистра, второй информационный вход первого и первый информационный вход второго сумматоров соединены с выходами соответственно третьего и четвертого регистров, подключенными к входам элемента ИЛИ, выход первого регистра соединен с первым информационным входом третьего и вторым информационным входом второго сумматоров, вторые информационные входы третьего и четвертого сумматоров подключены к выходам соответственно первого и второго сумматоров, выходы третьего и четвертого сумматоров подключены к вторым информационным входам третьего и четвертого регистров, выходы которых, 1честой выход блока преобразования кодов и выход элемента ИЛИ являются вторым выходом преобразователя.

L

ел

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для формирования динамических проекций трехмерных объектов в плоскости экрана индикатора, меняющихся в реальном времени. Цель изобретения - расширение области применения устройства путем формирования изображений объектов в реальном масштабе времени - достигается введением преобразователя приращений координат образующей в координаты точек поверхности отображаемых объектов и соответствующих функциональных связей, что позволяет существенно увеличить производительность устройства и формировать сложные поверхности в реальном масштабе времени. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Фие.1

Фиг. 2

Объект 9 пространстве KQOpduHQm объекта

Ot lOt 0

Проекция объекта 0, на плоскость экрана ХзРэ э

Точка зрения

а

X А

Эх.

Фиг,д

X

л

Фие.

а

о.

0;i о

,+hO

К

J

о

ylm 0;-1 1 fOfOJ

Фиг. 5

У7-1 ,0 ,0

. 1,0