Устройство преобразования координат

 

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано в качестве периферийного процессора, в котором выполняется операция вращения вектора, а вспомогательные вычисления выполняются в центральной ЭВМ. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет возможности произвольного задания результирующей оси вращения вектора. Для этого в устройство введены три регистра и шесть блоков умножения. При этом обеспечивается одновременное вращение вектора вокруг трех осей, причем шаги вращения вокруг каждой из осей различны. В результате достигается эффективное решение задач, описываемых математическим аппаратом кватернионов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()9) (11) 2 А1 ц!) 4 G 06 F 7/544!! ..с".,!И 38@ -, .:.:-, =.,КАЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I г

1

Изобретение относится к цифровой вьнислительной технике и может быть использовано в качестве периферийного процессора.

Цель изобретения — расширение класса решаемых задач за счет возмож,ности произвольного задания результирующей оси вращения вектора.

На фиг . 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг. 2— вариант выполнения блока управления.

Устройство содержит регистры 1 -6, ° сумматоры — вычитатели 7-12, блоки

13-1 8 умножения, дешифратор 1 9, счетчик 20, блок 2! управления, входы 22Х = Хсозб +Ы(1-cos8) ЯХ +

Устройство работает по следующему алгоритму.

Кватернионное преобразование р Y + 2)+(рŠ— y Y) з1пв, P Y + уЕ)+()Х -d Z) sin8, (1) рY + g 2)+(о(7 — р Х) sinB

Y = Ycos В +р(1-cose) QХ +

Z = Zcos B + (1-coso) (ЫХ +

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ THHT СССР (21). 431 9683/24-24 (22) 1 9.1 0.87 (46) 5. 04.89. Бюл. II 14 (71) Новороссийское высшее инженерное морское училище (72) В. В. Владимиров (53) 681 . 325 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1361546, кл. G 06 F 7/544, 1986, Авторское свидетельство СССР

Ф 1403062, кл. G 06 F 7/544, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ KOOP

ДИНАТ (57) Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано в качестве периферийного процессора, в котором выполняется операция вращения вектора, а вспомогательные вьн исления выполняются в центральной 3ВМ. Цель изобретения — расширение класса решаемых задач за счет возможности произвольного .задания результирующей оси вращения вектора. Для этого в устройство введены три регистра и шесть блоков умножения. При этом обеспечивается одновременное вращение вектора вокруг трех осей, причем шаги вращения вокруг каждой из осей pasличны. В результате достигается эффективное решение задач, описываемых математическим аппаратом кватернионов. 2 ил.

24 задания координат устройства, входы 25-27 задания шагов вращения о соответствующим углам устройства, вход 28 задания угла устройства, вход 29 "знака направления вращения, вход 30 запуска устройства, выходы

31 -33 координат устройства, выход

34 сигнала окончания преобразования.

Блок 21 управления содержит триггеры 35-37 знака направляющих косинусов, элемент НЕ 38, элементы И 39-47.

1 472 902

Х;+1 >st

Z 1+1 где Х, ZI (3) Л ), sign g. (4) выполняется путем вращения вектора.

R (Х,Y,Z) в соответствии с алгоритмом

Х; +hР. д -Л Z, а, У; -Л,Х;4р+Л Z,лС, (2)

Z +ApХ P -hg У; у! — координаты вектора Х, У, Е, развернутого-,.

М- г ", М- 2".р

Л signo(, Лр sipntI

Вращение выполняется в блоке по-: ворота вектора, образованном регист20 рами 1-б, сумматорами»вычитателями

7-12 и блоками 13-18 умножения., Отработка угла 6 осуществляется по алг о ритму

81 -2 (5)

Устройство работает следующим образом.

Перед началом вычислений в регист"

30 ры 1-3 заносятся координаты Xt 7, Е, являющиеся начальными данными для алгоритма (2), в регистры — шаги вращения @с, лв, дт, в счетчик

20 — угол 8 и в блок 21 управления (по входу 29) — знаки направляющих 35 косинусов оси вращения (4) . Информация по входам 22-29 сопровождается соответствующими стробами.

По сигналу начала вычислений, поступающему по входу 30, в блоке 21, управления вырабатываются сигналы син- хронизации регистров 1-3, по которым производится запись очередных прибли", жений Х 1+ g з X j yj ь Z t+q ю H сигналы управления режимами работы сумматоров-вычитателей 7-12 h,, Л, », В блоках 13-18 умножения вычисляются частичные произведения Y; dy, Х,- dô, : Х,. »»/ь, Z д/3 Е 1 0 и. 7фЫ соответственно. На сумматоре-вычитателе 7 вычисляется величина 81+, Х„+

+ k Y;gf, а на сумматоре-вычитателе 10 - коорДината Х ;:„ S, ++ — Лр Z; др, записываемая в регистр 1,, Аналогичным образом на сумматорахвычитателях 8, 11 и 9, 12 вычисляют ся координаты У; и Е.,, записы ваемые в регистры 2 и 3 соответствокруг оси вращения на угол В>

d p> г - компоненты единичного вектора, задающего ось вращения так, что a(4 т

В алгоритме .(2) шаги вращения вокруг осей прямоугольной системы координат равны

1 венно. В каждой итерации в блоке 21 управления вырабатывается импульс, соответствующий угловому кванту 2™ и поступающий на вход счетчика 20, по которому вычисляется очередное приближение угла (5) . После отра,ботки. угла (9 р, +1 = О} срабатывает дешифратор 19, по сигналу которого прекращается выработка счетных импульсов 2 „операторов,Л,, Л р

Л „сигналов синхронизации регистрев .

1-3 и на входе 34 выставляется сигнал окончания преобразования. Вычис ления заканчиваются. Координаты развернутого вектора Х = Х;+,, Y

Yj... Е Z âüäàþòñÿ по выхо дам 31-33.

Блок 21 управления может быть выполнен по схеме, приведенной на

:фиг. 2. Перед началом вычислений в .триггеры 35-37 записываются (по вхо« ду 29) знаки направления вращения. На вход элемента НЕ 38 подается сиг-. нал с дешифратора 1 9, который.появ ляется при нулевом содержимом счетчика 20, т.е. после окончания разворота вектора. При отсутствии этого сигнала выходом элемента НЕ 38 подготавливается элемент И 45, по второму входу которого (по входу ЗО) поступает сигнал начала вычислений, Но этому сигналу открывается элемент И 45 и на элементах И 39, 40 вырабатываются сигналы + „, на элементах И 43, 44 — +Л, на:элементах

И 45, 46 — +h1 Эти сигналы вырабатываются в соответствии с выражениями (4) и являются сигналами задания режимов работы сумматоров-вы" читателей 7-1 2 (третий выход блока

21 управления) . Одновременно на

5 1 элементе И 46 вырабатываются сигналы синхронизации регистров 1 -3 (второй выход блока 21 управления) и счетные импульсы 2 (первый выход блока

21 управления). На вторые входы элементов И 46, 47 (по входу 30) подаются импульсы, соответствующие моментам записи координат Х.;»,, У;„, Z,"+, в регистры 1 -3 и переключения ;счетчика 20. После окончания вьиис-;лений сигналом 34 должен сниматься сигнал начала вычислений, поступаю-, щий по входу ЗО на элемент И 45.

1Формула изобретения

Устройство преобразования координат, содержащее с первого по третий регистры, дешифратор, блок управления, счетчик и с первого по шестой сумматоры-вьиитатели, причем выходы первого, второго и третьего регистров соединены с входами первых операндов соответственно первого, второго и третьего сумматоров-вычита- телей, выходы которых соединены с входами первых операндов соответственно четвертого, пятого и шестого сумматоров-вычитателей, выходы которых являются выходами координат устт ройства и подключены к первьм входам соответственно первого, второго и третьего регистров, вторые входы ко,торых являются входами задания коор". динат устройства, вход задания угла которого подключен к информационному входу счетчика, первый и второй входы блока .управления соединены с входами соответственно знака направ

472902 ления вращения и запуска устройства, а третий вход — с выходом дешифратора, вход которого соединен с выходом счетчика, вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого подключены к входам синхронизации первого, второго и третьего регист1О ров и входам задания режимов сумматоров-вычитателей соответственно, а четвертый выход блока управления является выходом сигнала окончания, -преобразования устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью, расширения класса решаемых задач путем обеспечения возможности произвольного задания результирующей оси .вращения вектора, в него введены с четвертого по шестой регистры и шесть блоков умножения, выходы которых соединены с входами вторых операндов одноименных сумматороввьнитателей, выход четвертого ре25. гистра подключен к первьж входам первого и второго блоков умножения, выход пятого регистра соединен с первьми входами третьего и четвер.того блоков умножения, выход шестого

30 регистра — с первыми входами пятого и шестого блоков умножения, выходы первого, второго и третьего регистров подключены соответственно к объединенным попарно вторым входам второго и третьего, первого и шестого, четвертого и пятого блоков умножения, входы четвертого, пятого и шестого регистров соединены с входами задания шагов вращения по соответствующим

4О углам устройства.

1472902

Составитель В. Владимиров

Редактор И. Рыбченко Текред g.дидык Корректор Л. Пилипенко

Заказ 1712/48 Тираж б67 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,301