Устройство для формирования учебной информации Советский патент 1990 года по МПК G09B9/00 

целью увеличения быстродействия устройства, в него введены регистры 1, 2, 3, 4, счетчики 5, 6, мультиплексоры 7, 8, 9, блок 10 сравнения, счет- ный триггер 11, элементы 12, 13, 14 задержки, элементы И 15, 16, 17, 18,

19, элементы ИЛИ 20, 21, 22, инвертор 23. Это позволяет синтезировать сложные и высокодинамические спены с необходимой частотой смены видеофрагмента на экране телевизионно1 о индикатора. 2 ил.

Изобретение относится к учебным и наглядным пособиям, а именно к учебным моделям или тренажерам, а также к цифровым вычислительным машинам для обработки информации, и может быть применено в комплексных тренажерах для подготовки персонала, управляющего транспортными средствами, автоматизированными системами управления, а также в игровых автоматах. Устройство содержит блок 24 памяти видеофрагмента и блок 25 памяти кодов удаленности видеофрагмента. С целью увеличения быстродействия устройства, в него введены регистры 1, 2, 3, 4, счетчики 5, 6, мультиплексоры 7, 8, 9, блок 10 сравнения, счетный триггер 11, элементы 12, 13, 14 задержки, элементы И 15, 16, 17, 18, 19, элементы ИЛИ 20, 21, 22, инвертор 23. Это позволяет синтезировать сложные и высокодинамические сцены с необходимой частотой смены видеофрагмента на экране телевизионного индикатора. 2 ил.

Изобретение относится к учебным л наглядным пособиям, а именно к учебным моделям или тренажерам, а также к цифровым вычислительным маши- яам для обработки информации, и может |быть применено в комплексных тренажерах для под1 отовки персонала, управ- тяющего транспортными средствами, автоматизированными системами управле- Ьия, а также в игровых автоматах.

Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства. I На фиг.1 приведена функциональная |гхема устройства для формирования Учебной информации; на фиг.2 - вре- keHHbie диаграммы.

Устройство содержит регистры 1-4, рчетчики 5 и 6, мультиплексоры 7-9, |блок 10 сравнения, счетный триггер 11, элементы 12-14 задержки, элементы И 15-19, элементы ИЛИ 20-22, инвер- |гор 23, блок 24 памяти видеофрагмента, блок 25 памяти кодов удаленности видеофрагмента, выход 26 устройства, зход 27 интервала отображения, вход 28 интервала формирования, вход 29 кадровых синхроимпульсов телевизионного индикатора, синхровход 30 зане- :ения интервала отображения, синхро- Ьход 31 занесения интервала формиро- ания, вход 32 системных синхроимпуль |сов, вход 33 энергетических характери Ьтик фона, вход 34 энергетических характеристик элементов изображения, ход 35 дальности.фона, вход 36 дальности элементов изображения, вход 37 адресов чтения, вход 38 адресов записи.

Устройство работает следующим образом.

Наиболее распространенный метод имитации объектов заключается в применении аппроксимирующих поверхностей - треугольников, четьфеху гольни- ков, и т.п., которые задаются энергетическими (яркость, цветность) и геометрическими (координаты X, Y,Z) ха

0

5

Q

5

0

5

рактеристиками вершин, а в дальнейшем на основании этих данных восстанавливаются характеристики всех точек поверхностей с разрешающей способностью телевизионного индикатора. Отображаемое на экране телевизионного индикатора изображение моделируемой трехмерной сцены состоит из фона и различ- ньк объектов, в дальнейшем именуемые фон и элементы изображения соответственно. Взаимное расположение фона и элементов изображения на экране телевизионного индикатора зависит от независимого перемещения отдельных элементов изображения и от -перемещения наблюдателя. При этом отдельные элементы изображения и фона моделируемой трехмерной сцены могут полностью или частично перекрывать друг друга или/и взаимопроникать друг в друга. При совмещении или взаимопроникновении отдельных элементов изображения и фона необходимо удаление их невидимых поверхностей на экране телевизионного индикатора.

Моделируемая трехмерная сцена проектируется на плоский телевизионный экран и, следовательно, одной точке телевизионного растра может соответствовать несколько точек различных поверхнос-тей, лежащих на одном луче зрения, т.е. имеющих одинаковые экранные координаты, но различные по дальности до наблюдателя. Отображению на экране телевизионного индикатора подлежат энергетические характеристики только той точки, которая имеет наименьшую дальность до наблюдателя. Таким образом, для удаления невидимых точек поверхностей необходимо сравнивать дальности ранее вычисленной точки телевизионного растра с дальностью точки, вычисленной в данный момент и имеющей те же координаты на телевизионном экране. Главной проблемой удаления скрытых поверхностей является не сложность операции сравнения, а количество таких опера16157

в конечном счете, влияет на время формирования изображения. Количество операций сравнения зависит от размеров телевизионного растра (например, телевизионный растр 512X512 - содержит 256К точек), от сложности моделируемой трехмерной сцены, т.е. от возможного количества взаимосовме- щаняцихся или/и взаимопроникаюцих элементов изображения и фона.

J5

Время формирования изображения прямо пропорционально сложности моделируемой трехмерной сцены. Известное устройство для вьшвления наиболее близких к .наблюдателю точек сцены содержит микропроцессор, которому для этого требуется вьшрлнение программы из последовательности нескольких операций, следовательно, возможно формирование сложных статистических или относительно простых динамических сцен, поскольку время формирования

дина„„«ск„х сцен ограничено времен. 25 „з ло Г 5 акже . сменм т ипопАг, 11-,.«гг,„™ .. 1с1лл1е и момент

Каждый из системньрс син сов, поступакяцих по входу чтения блоков 24 и 25, про борку информации об знерге характеристиках и дальност J5 вычисленной точки по соотв адресу, поступающему с вхо мультиплексор 9 на адресны блоков 24 и 25. Информация тических характеристиках р ленной точки считывается в из памяти 24, но в регистр ход 26 не поступает из-за элемента И 19. Информация ранее вычисленной точки сч

20

35

40

смены видеофрагмента на экране телевизионного индикатора (обычно 40 м-с) Для удаления скрытых поверхностей при синтезе сложных и высокодинамических сцен необходимо более простое специализированное устройство для формирования учебной информации.

В исходном состоянии в памяти видеофрагмента блока 24 и памяти дальности блока 25 содержится информация об энергетических характеристиках и дальности фона соответственно. В регистре 1 и счетчике 5 содержится информация об интервале отображений, а в регистре 2 и счетчике 6 - об интервале формирования изображения. Прямой выход счетного триггера 11 находится в нулевом состоянии, что соответствует режиму формирования изображения. Нулевой потенциал прямого выхода счетного триггера 11 запре- щает на элементе И 19 занесение информации в регистр 3. Единичный по- тен1щал инверсного выхода счетного триггера 11 разрешает прохождение через элемент И 16 на счетный вход счетчика 6 кадровых синхроимпульсов, поступающих по вхьду 29, если в старший разряд регистра 2 записана единица. Единичный потенциал инверсного выхода счетного триггера 11 проходит через элемент ИЛИ 20 на вход элемента И 18 и является одним из условий прохождения через этот элесится в момент t (фиг.2) в системным синхроимпульсом, ным элементом 14 на время п процессов считывания из бло 30 формация о дальности ранее ной точки поступает на вход сравнения, на другой вход к входу 36 поступает информац ности вновь вычисленной точ дальность ранее вычисленной лее, mи равна дальности вно ленной точки, то сигнал с в

Больше или равно блока 10 через элемент ИЛИ 22 на вхо И 18 и разрешает прохождени ционного системного синхроим на входы записи блоков 24 и мент t (фиг.З), после оконч ходных процессов в регистре 10, энергетические характери дальность вновь вычисленной записываются в блоки 24 и 25 дальность ранее вьмисленной меньше дальности вновь вычис 5Q точки, элемент И 18 не откры и информация по данному адре ках 24 и 25 остается без изм Этот процесс повторяется для вновь вычисляемых точек и за по истечении интервала форми изображения.

Момент окончания интервала рования изображения определя сигналу на выходе разряда пе

55

- -

5 „з ло Г 5 акже . 1с1лл1е и момент

мент на входы записи блоков 24 и 25 системных синхроимпульсов, инвертированных инвертором 23. Потенциал с инверсного выхода триггера 11 коммутирует также информацию с входо в 34, 36, 38 на выходы соответствующих мультиплексоров 7-9, т.е. на соответствующие входы блоков 24 и 25.

Каждый из системньрс синхроимпульсов, поступакяцих по входу 32 на входы чтения блоков 24 и 25, производят выборку информации об знергетических характеристиках и дальности ранее 5 вычисленной точки по соответствующему адресу, поступающему с входа 38 через мультиплексор 9 на адресные входы блоков 24 и 25. Информация об энергетических характеристиках ранее вычисленной точки считывается в момент t. из памяти 24, но в регистр 3 и на выход 26 не поступает из-за закрытого элемента И 19. Информация о дальности ранее вычисленной точки считывается

0

25 „з ло Г 5 акже . 1с1лл1е и момент

35

40

и заносится в момент t (фиг.2) в регистр 4 системным синхроимпульсом, задержанным элементом 14 на время переходных процессов считывания из блока 25. Ин- 30 формация о дальности ранее вычисленной точки поступает на вход блока 10 сравнения, на другой вход которого по входу 36 поступает информация о дальности вновь вычисленной точки. Если дальность ранее вычисленной точки более, mи равна дальности вновь вычисленной точки, то сигнал с выхода

Больше или равно блока 10 проходит через элемент ИЛИ 22 на вход элемента И 18 и разрешает прохождение информационного системного синхроимпульса, на входы записи блоков 24 и 25. В момент t (фиг.З), после окончания переходных процессов в регистре 4 и блоке 10, энергетические характеристики и дальность вновь вычисленной точки записываются в блоки 24 и 25. Если дальность ранее вьмисленной точки меньше дальности вновь вычисленной 5Q точки, элемент И 18 не открывается и информация по данному адресу в блоках 24 и 25 остается без изменения. Этот процесс повторяется для всех вновь вычисляемых точек и завершается по истечении интервала формирования изображения.

Момент окончания интервала формирования изображения определяется по сигналу на выходе разряда переполнё5

71615776

ния счетчика 6. Этот сигнал проходит Иереэ элемент ИЛИ 21 на счетный вход триггера 11 и изменяет его состояние ра противоположное, что соответству- |ет режиму отображения изображения. Ьтрицательный фронт потенциала с ин- версного выхода счетного триггера 11 проходит через элемент 13 задержки, заносит содержимое, регистра 2 в счетчик 6 и одновременно устанавливает рязряд его переполнения в нулевое состояние.

Нулевой потенциал на инверсном выходе счетного триггера 11 запрещает прохождение кадровых синхроимпульсов через элемент И 16 на счетный вход счетчика 6, не препятствует изменению, выхода элемента ИЛИ 20 в зависимости от изменения другого входа этой схе- Q

8

5

мы, коммутирует информацию с входов 133, 35, 37 на выходы соответствующих Iмультиплексоров 7-9, а следовательно, и на соответствукщие входы блоков 24

и 25. Единичный потенциал на прямом 23 I выходе счетного триггера 11 разрешает прохождение кадровых синхроимпульсов :через элемент И 13 на счетный вход

счетчика 5, если в старший разряд

зионного кадра отображения видеофрагмента. Счетчик 5 необходим для отображения одного и того же видеофрагмента в течение нескольких телевизионных кадров. Наиболее характерные величины интервала отображения; один два, три телевизионных кадра. Во время последнего телевизионного кадра отображения видеофрагмента происходит занесение в блоки 24 и 25 энергетических характеристик и дальности точек фона, которое происходит следующим, образом. При этом нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 11 коммутирует через мультиплексоры 7-9 сигналы с входов 33, 35, 37. В момент поступления последнего телевизионного кадра отображения видеофрагмента единицы на выходах счетчика 5 устанавливают единицу на выходе элемента И 17, которая проходит через элемент ИЛИ 20 и открывает элемент И 18,, По каждому системному синхроимпульсу (вход 32) и очередному адресу чтения (вход 37) из блоков 24 и 25 считывается информация об очередной точке в момент t|, (фиг.2)5 а в момент t - этого же, но инвертированного синхроимпульса.

С. I ri И. Л с - J C.V-JA«I. J - -4. j.,.- -.

регистра 1 записана единица, проходит 0 который поступает с выхода инвертора

через элемент ИЛИ 22 на вход элемента И 18j являясь одним из условий разрешения прохождения системных синхроимпульсов на входы записи блоков 24 и 25, а также разрешает элементом И 19 занесение информации в регистр 3. Поступающий по входу 32 на входы блоков 24 и 25 иьшульс производит выборку информации об энергетических характеристиках и дальности точки сформированного изображения по адрег су, находящемуся на входе 37 адреса чтения. Информация об энергетических характеристиках точки записьтается

55

23 на входы записи блоков 24 и 25, записывается информация о фоне по тому адресу, по которому бьта считана в момент t информация об очередной точке видеофрагмента. В конце последнего телевизионного кадра отоб ражения видеофрагмента в блоки 24 и 25 записываются энергетические характеристики и дальности всех точек фона. В результате этого устройство подготовлено к режиму формирования следуюш;е1 о видеофрагмента, который наступает после переполнения счетчика 5. Сигнал переполнения счетчика 5

ЛехрсаЛ I CjJriv- 11ала.л. - -vj.x« «.-«--- - --в регистр 3 сигналом t элемента |4 , проходит через элемент ИЛИ 21 на

лп --...„ллт TattirrtTT/ тютимй nvnn ТПТЛГТ& ОЗ 11 и измен

через элемент 19 и поступает на выход 26. Информация о дальности хотя и записывается из блока 25 в регистр 4, но результаты сравнений в блоке 10 не проходят через элемент ИЛИ 22 так как через него постоянно проходит единичный сигнал с прямого выхода триггера 11. Перед отображением каждой новой точки на входе 37 устанавливается соответствующий адрес,

В режиме отображения наступает момент, когда на всех выходах счетчика 5 установятся единищ Ь т.е. наступает время отображения последнего телевисчетный вход триггера 11 и изменяет его состояние на противоположное. На прямом выходе триггера 11 устанавливается нулевой потенциал, что соответствует режиму формирования изобра жения. Отрицательный фронт потенциал с прямого выхода счетного триггера проходит через элемент 12 задержки, заносит содержимое регистра 1 в счет чик 5 и одновременно устанавливает разряд переполнения счетчика 5 в нулевое состояние.

Изменение интервалов отображения и формирования изображения произвог

8

Q

5

23

зионного кадра отображения видеофрагмента. Счетчик 5 необходим для отображения одного и того же видеофрагмента в течение нескольких телевизионных кадров. Наиболее характерные величины интервала отображения; один два, три телевизионных кадра. Во время последнего телевизионного кадра отображения видеофрагмента происходит занесение в блоки 24 и 25 энергетических характеристик и дальности точек фона, которое происходит следующим, образом. При этом нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 11 коммутирует через мультиплексоры 7-9 сигналы с входов 33, 35, 37. В момент поступления последнего телевизионного кадра отображения видеофрагмента единицы на выходах счетчика 5 устанавливают единицу на выходе элемента И 17, которая проходит через элемент ИЛИ 20 и открывает элемент И 18,, По каждому системному синхроимпульсу (вход 32) и очередному адресу чтения (вход 37) из блоков 24 и 25 считывается информация об очередной точке в момент t|, (фиг.2)5 а в момент t - этого же, но инвертированного синхроимпульса.

- -.

который поступает с выхода инвертора

23 на входы записи блоков 24 и 25, записывается информация о фоне по тому адресу, по которому бьта считана в момент t информация об очередной точке видеофрагмента. В конце последнего телевизионного кадра отображения видеофрагмента в блоки 24 и 25 записываются энергетические характеристики и дальности всех точек фона. В результате этого устройство подготовлено к режиму формирования следуюш;е1 о видеофрагмента, который наступает после переполнения счетчика 5. Сигнал переполнения счетчика 5

--проходит через элемент ИЛИ 21 на

проходит через элемент ИЛИ 21 на

/ тютимй nvnn ТПТЛГТ& ОЗ 11 и измен

счетный вход триггера 11 и изменяет его состояние на противоположное. На прямом выходе триггера 11 устанавливается нулевой потенциал, что соответствует режиму формирования изображения. Отрицательный фронт потенциала с прямого выхода счетного триггера 11 проходит через элемент 12 задержки, заносит содержимое регистра 1 в счетчик 5 и одновременно устанавливает разряд переполнения счетчика 5 в нулевое состояние.

Изменение интервалов отображения и формирования изображения произвог

9 16

дится занесением соответственно в ре . гистры 1 и 2 новых значений этих интервалов . Новые значения интервалов отображения и формирования поступают на информационные входы регистров 1 и 2 по входам, 27 и 28 соответственно Запись производится импульсами, поступающими на входы занесения регистров 1 и 2 по входам 30 и 31 соответственно. Орз анизация неопределенно длительных интервалов отображения и формирования изображения осуществляется записью в рех истры 1 и 2 кодов, содержащих нуль в старшем разряде. Выход из неопределенно длительного интервала отображения осуществляется записью в регистр 1 кода, содержащего единицу в старшем разряде. Выход из неопределенного длительного интервала формирования осуществляетс записью в регистр 2 кода, содержащег единицу в старшем разряде. Формула изобретения Устройство для формирования учебной информации, содержащее блоки памяти видеофрагмента и кодов удаленности видеофрагмента, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, оно содержит первый регистр, информационный и синхронизирующий входы которого являются первыми информационным и синхровходом устройства соответственно, второй регистр, информационный и синхронизирующий входы KOTopoi o являются соответственно вторыми информационным входом и синхровходом устройства соответственно, первый и второй счетчики, входы данных которых подключены к выходам младших разрядов первого и второ- регистров соответственно, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходами старшего разряда первого и второго рех истров соответственно, вторые входы - с входом кадровых синхроимпульсов устройства, а выходы - со счетными входами первого и второго счетчиков соответственно, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы задержки, выходы которых подключены к синх- ровходам первого и второго счетчиков соответственно, третий элемент И, вход которого соединен с одним входом первого элемента ИЛИ, а входы - с соответствующими информационными выходами первого счетчика, выход перб610

полнения которого подключен к одному входу второго элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом второго счетчика, четвертый элемент И, выход которого подключен к входам записи блоков памяти видеофрагмента и кодов удаленности видеофрагмента, а первый вход - к выходу первого эле-

мента ИЛИ, первый, второй и третий мультиплексоры, третий элемент ИЛИ, пятый элемент И, счетный триггер, вход которого соединен с выходом вто- poi o элемента ИЛИ, .один выход - с од-

ними входами третьего элемента ИЛИ и пятого элемента И, входом первого элемента задержки и третьим входом первого элемента И, а другой выход - с синхровходами первого, второго и

третьего мультиплексоров, входом вто- poi o элемента задержки, третьим входом BTopoi o элемента И и с дру1 им входом первого элемента ИЛИ, инвер- - тор, третий элемент задержки, третий

н четвертый регистры и блок сравнения, выход которого подключен к другому входу TpeTbei o элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И , выходы

блоков памяти видеофрагмента и кодов дальности подключены к информационным входам третьего и четвертого регистров соответственно, адресные входы - к выходу третьего мультиплексора,

информахщонные входы - к выходам пер- Boi o и второго-мультиплексоров. соответственно, а входы считывания - к входам инвертора, третьего элемента задержки и входу системных синхроимпульсов, первые информационные входы первого, второго и третьех о мультиплексоров являются соответственно третьим, четвертым и пятым информационными входами устройства, а вторые

информационные входы - шестым, седьмым и восьмым информационными входами устройства соответственно, выход инвертора подключен к третьму входу четвертого элемента И, выход третьего

элемента задержки соединен с другим входом пятого элемента И и синхровходом четвертого регистра, выход которого подключен к одному входу блока сравнения, другой вход которого соединен с четвертым информационным входом устройства, синхровход третьего регистра подключен к выходу пятого элемента И, а выход является выходом устройства.

Чтение

Занесение 8 регис -пр

Запись Чтение

L,

$us.Z