Устройство для отображения информации на экране цветного телевизионного индикатора

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (5D 4 G 09 Q 1/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4406562/24-24 (22) 07.04.88 (46) 15.12.89. Бюл. N - 46 (72) К.Н. Кузнецов и Б,Г. Майоров (53) 681.327.11 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1166171, кл. G 09 G 1/28, 1982.

Патент Великобритании ¹ 2089625, кл. G 09 G 1/16, опублик. 1982, (54) УСТРОЧСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ЭКРАНЕ ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИНДИКАТОРА (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для формирования динамиИзобретение относится к вычисли.тельной технике, в частности к устройствам отображения визуальной информации на экране цветного телевизионного индикатора, и может быть использовано для формирования дина— мических проекций трехмерных объектов в плоскости индикатора, меняющихся в реальном времени.

Цель изобретения — расширение области применения устройСтва путем формирования изображений объектов в р е аль ном ма сшт аб е вр емени.

На фиг.1 .изображена блок-схема устройства; на фиг.2 — блок-схема преобразователя приращений координат образующей в координаты точек поверхности; на фиг.3 — центральная проекция объекта на экране телевизионного индикатора; на фиг.4 — фазы формирования изображения проекций поверх2 ческих проекций трехмерных объектов в плоскости экрана индикатора, меняющихся в реальном времени, Цель изоб— ретения — расширение области применения устройства путем формирования изображений объектов в реальном масштабе времени — достигается введением преобразователя приращений ко— ординат образующей в координаты точек поверхности отображаемых объектов и соответствующих функциональных связей, что позволяет существенно уве— личить производительность устройства и формировать сложные поверхности в реальном масштабе времени. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл. ностей тела на экране телевизионного индикатора; на фиг.5 — возможные приращения координат по четырем ли— бо восьми направлениям; на фиг.6 представление образующей в виде приращений координат.

Устройство содержит блок 1 памяти данных, вычислитель ? координат точек образующих и направляющих 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, преобраФ

3 о в ат ель 8 прир ащений ко ор динат о бразующей в координаты точек поверхности отображаемых объектов.

1529281

ЗО

1„IH о1п с:ш,l ООь.. 1 ого тела осT;I-..î÷íî выд . ги гь Обр,-.:1ующие его поПреобразователь 8 приращений коор— динат образующей в координаты точек .поверхности содержит первый 9, второй ,1О, третий 11, четвертый 12 регист, ры, первый 13, третий 14, второй э

,четвертый 16 сумматоры, элемент НЕ

17, элемент ИЛИ 18, блок 19 преобразования кодов„

Устройство для отображения гра— фической информации на экране цветного телевизионного индикатора работает следующим образом, Допустим, что необходимо на экране цветного телевизионного индикатора 7 отобразить изображение проекции объемного тела, состоящего из соединенных цилиндра и конуса (см,фиг.3,, )

В процессе отображения такого тела необходимо осуществить ряд геометрических преобразований по уравнениям центральной проекции. В качестве исходных данных используется массив координат точек образую1цих поверхности обьекта и массив координат точек направляющей, Под образующей линией поверхности понимается множество точек, совместное перемещение ко-,орых в направлении, задаваемом нап равляющей, позволяет получить по— верхность тела, На фиг,4 образующей является проек11ия окружности FI;".-. на экран индикавЂ.ора 7, которая "перемещается" по направляющей )7 .и в процессе этого

35 г1орождает точки проекции поверхности

,цилиндра ПВЕГСО. Для порождения точек поверхности конуса ГЛВЕ образующая перемещается" по поверхности направляющей и одновременно маси1табирует- 0 ся в сторону уменьшения ее размера от на 1альной величины до нуля. Таков геометрический смь1сл процесса порождения 11овег1х11uc 1.е1 где под термином перемещение" подразумевается перес 45 чет координат точек образующей для каждого текущего значения координат тачек iialip.1e.111; "1ай 1ри этом пересчет каор 1ин I i I Оч.:"....1брлзуии1ей g:Isr всех точек напр: ь;.".:", l! р;1счет координат

50 точек .. « » . р;н,;; .;: да. I êåí происходить дост11то111о бы-.ро, -, габы за время сме ны фаз Движе111111 бьа: . 10 1 чс) можно бигла сформ1:,.,; i . —.:1I 0 1ное количество поьс". хн ",-.; Отображения с 1ожно! 0 >б-,е-.к г,;: . !ip, : Ii-

55 верхностей и соответствующие им нап— равляющие, которые в виде координат точек или параметров уравнений их описывающих заносятся в блок 1 памя— ти данных. 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 такти— руется 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 (ЛХ = 0; -1; h 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 осущестгляется считывание информации на экран индикатора в течение времени смены движе— ния объекта (100 мс), Считывание заполненной страницы осуществляется периодическими цифровыми адресными функциями частот строк и кадров телевизионной развертки- Тактовые и строчные импульсы поступают в олок

6 памяти кадра из синхронизатора 5

Выходной сигнал блока 6 явл.«=-mes видеосигчалом изображения и пос —..па т на информационный вход (мс Лу.1я —; р элекtpoннo-лучевой трубки ) цветно1 О

:е евизионного индикатора 7,на с1.нхр 1ьход которого с выхода синхрониза-1529281 где Х,Y

X! )У где 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 входящих в нее точек, начиная с точки, при принадлежащей направляющей, Приращения координат могут задаваться, например, по четырем (фиг,5а) или восьми (фиг.5б) направлениям. Лучшее качество изображения получается при задании приращений по восьми направлениям. Для их кодирования достаточно трех двоичных разрядов, 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 фиг.4, проекция которой (образующей) детально изображена на фиг.ба. На фиг.бб показаны приращения координат для всех точек образующей. Эти приращения кодируются в соответствии с таблицей (графа 2) °

В преобразователе 8 решается систе ма управлений (1), описывающая преобразование декартовой системы координат при повороте и перемещении путем интегрирования (накопления) по линии (о бр аз ующей j „! — Х m ° cosoL+ У m sino — Х, m ° сояЫ— — У ° m sin oL+ Х,; (1) = -Х.m sinoL+ Y-m cos Ы,+ X, m )! к Sin OC — У m ° COSoL + У

I о координаты точек образующей в исходной (канонической) системе координат; координаты точек образующей в преобразованной системе координат (системе координат запоминающего устройства кадра 6);

Хо в — о э

X„Y — координаты центра враще!

1 !! ния в системах координат

6 исходной и запоминающегоустройства кадра 6 соответственно; ь — угол поворота образующей;

m — масшатбный коэффициент.

Перед началом "рисования" поверхности (т.е. заполнения блока 6 памяти кадра) в регистры преобразователя 8 загружаются из массива параметров направляющей блока 4 постоянные величины системы уравнений (1) для данного фиксированного положения образующей: Х, У в третий 11 и четвертый 12 регистры, а также ш cosoL

m ° sin oL в первый 9 и второй 10 регистры. Для упрощения процесса решения системы уравнений (1), а следовательно, упрощения структуры преоб20 разователя 8, координаты Хо, У о совмещаются с началом координат (0,0) исходной (канонической) системы координат.

Затем в блоке 19 преобразования

25 кодов начинают поочередно загружаться коды приращений координат образующей, которые управляют работой пре— образователя 8. Блок 19 преобразования кодов состоит из регистра и ПЗУ (ПЛИ). Он преобразует коды приращений координат в сигналы, управляющие работой сумматоров 13-16. Эти сигналы управляют порядком решения уравнений системы (1). Первый 13, третий

14 сумматоры и третий регистр 11 составляют сумматор накапливающего типа на три слагаемых и решают первое уравнение системы (1), а второй 15, четвертый 16 сумматоры и четвертый

40 регистр 12 решают второе уравнение системы (1).

Решение системы уравнений (1) в преобразователе 8 основано на замене операций умножения операциями сложе45 ния (вычитания) с накоплением результата (интегрирование по линии). В связи с этим запишем систему уравнений (1) в виде, более приближенном к алгоритму работы преобразователя 8:

X; = Х,ш cosoL;+ ЬУ ш ° sinoL> +

+ х.,,; (2) !

У. = gX (-m. sinoL;) + ЬУ; m cosoL +

55 1-1 ) ! у э--! (Х, У вЂ” координаты точки по1— - 1 1 лученные на данном

1529281

ent(Y; ) ) x !

11ЬХ,, ЬУ. (5-м,, и предыдущем

1 (i-1)-м такгах соответственно (адрес блока 6 памяти кадра равен ent(X ));

5 приращения координат в данном (j-м) такте работе процессора (i-й точке образующей), масштабный коэффициент образующей в данной (j-й) фазе движения образующей (в j-й) точке направляющей); угол поворота образующей в j-й точке направляющей относитель— но исходного положения.

Рассмотрим пример работы преобраователя 8 согласно фиг.бб. Допустим, то необходимо изобразить образующую 25 данной фазе "рисования" поверхноси в блоке 6, начиная с точки с коI рдинатами Х,,УО, и повернутой на гол <1< . относительно исходного задаия образующей (фиг.бб). Координаты (I

У, загружаются из массива паО1 -О аметров направляюц1ей в третий 11 четвертый 12 регистры соответствен о, а величины m соя<1<;, m sin g.

< оответственно в первый 9 и второй

О регистры. Затем в блок загружаетя код, соответствующий приращениям оординат для точки А (см,фиг.бб)

X, = 1; У, = 0 (см. таблицу, строа 1), В соответствии с этим кодом 40 лок 19 генерирует сигналы управления

< умматорами 14 — 17, по которым пребразователь 8 выполняет операции, казанные B графах 5 и 6 таблицы. Ре ультаты, полученные в данном такте 45

<фиксируются в регистрах 11 и 12. Целые части результатов ent

,X, ) znt (v, ) являются адресом бло 1

1 ка 6 памяти кадра и выдаются на второй выход 21 преобразователя 8. Если полученная величина превышает разрядйость адресной шины блока 6, элемент ИЛИ 18 вырабатывает сигнал запрета записи в блоке 6 для устранения йультиплицирования изображения. Кро ле кодов прирац1ений, в отдельные раз55 ряды регистра блока 19 загружается фо первому входу также код цветности

И яркости данной точки образуюц<ей, Выходы этих разрядов являются шестым выходом блока 19 и подаются на информационные входы запоминающего блока б, 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 (см.фиг.бб) ЬХ = +1;

Д = — 1, в соответствии с которым 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 конт— роллер блока 14 буферной памяти вырабатывает адрес части массива параметров направляющей, соответствующий следующей точке направляющей, а также возвращается к началу массива образующей. Процесс "рисования" образующей в блоке б повторяется снова, но теперь с новыми исходными данныI у (XQ,+1 о,+1 m)„cos )

m, s пй;„,).

Для осуществления адресации считываемых данных из двухпортового блока

4 в преобразователь 8 контроллер двухпортового блока 4 буферной памяти содержит два регистра-счетчика адреса: регистр †счетч адреса массива образующих, регистр-счетчик адреса массива направляющих (не показаны) .

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 массива.

Процесс масштабирования образующей при рисовании поверхности, например конуса (см,фиг.4), осуществляется загрузкой в преобразователь 8 величин m <.osoL, m sineC, заранее умноженных на масштабный коэффициент ш в процессе расчета параметров направI ляющей (Х,, У, 1, m <.os m sing )

11 э -о1 э в вычислителе 2.

При использовании предлагаемого устройства затрачивается меньше вре1529281 мени на расчет точек проекции тела на плоскость цветного телевизионного индикатора 7, что позволяет рассчитывать сложные изображения за время

5 смены фаз движения изображения (100 мс) и получать изображения объектов, двигающихся в реальном времени.

10 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 управляющим входом устройства, а второй выход соединен с информационным входом блока буферной памяти, управляющий вход которого соединен с первым выходом синхронизатор а, второй выход которого подключен к управляющему входу блока памяти кадра, выход которого соединен.с информационным входом цветного телевизионного

20

30 индикатора, синхровход которого подключен к третьему выходу синхронизатора,отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства путем формирования изображений объектов в ".pë.—,.:þì масштабе времени, оно содер:::, — реобра— зователь приращений коо„,:. нат образу-, ющей в координаты точек поверхности отображаемых объектов, информационный вход и первый выход которого под2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, преобраключены к выходу и адресному входу блока буферной памяти, синхровход — . к четвертому выходу синхронизатора, 45 а второй выход — к адресному входу блока памяти кадра, зователь приращений координат образующей в координаты точек поверх— ности 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 преобразо— вателя, первый выход блока преобразования кодов соединен с первым уп— равляющим 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, чет— вертый выход — с вторыми управляющими входами третьего и четвертого сумматоров, пятый выход блока преобразования кодов является первым выходом преобразователя, первые ин— формационные входы первого и четвертого сумматоров соединены с выходом второго регистра, второй информационный вход первого и первый информационный вход второго сумматоров сое— динены 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 инAopMBIIHoHHblM входам третьего и четвертого регистров, выходы которых, шестой выход блока преобразования кодов и выход элемента ИЛИ являются вторым выходом преобразователя, 12

1529281

1 х х х х

СР а« 0

>х m

O a

Z и и щ

1- Х и о

И 4

>g (tf .»

Zmo эхо (б х

Z х ц я х х а г- ю х<4 Я ф

° C4 д>х х !

>Q х х

I

Ъ

) I 1 !

» 2Р» Х Р»

:с Х

+ + + + + +

+ I

I -ч ».

3 Ы 3 . 2 3

> ! 7 ) г

m- --.- д и < -.- Д m- --.- а

4 О 4 >>» л! О v> л О >» >> 4»» О

+ л и аu+mu ° и

+ 03 - + + ° + + + m °

О 6, 6 Я О 6 6 .. 6

+ Я+ "+++

+ +,g m + . 4 m л О ..л O

mu>g+ + mu

З gM g .--а m а - --> g

m л m л 6 Я о Д о Х о 4 Я Я ыл 1 о <о о и л и л и O m .-u -+ + . m---л. о> 1 1 И

6 F 6 F О О F 6 F 6 F 6 О 6 F

I I И И II II И И И И II I I II II И И И

>> ч » » Р» Х » >.» «» 1>» » « » Р»

Р )

Р->

Р«, » СЧ

+ Р»

IР»;

+ Р»

О 1 с 4 1

Р»

II II II 11

И И И И И

P ° ° °. ° Г ., /

Р"> М » М 4 с"1 4 М «» М 4 М » М

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4» 4

Єл л л л Рл л л л л л л л л л

1

Р х х

4m f» и х с -» Х

0i х

4 а

>О

С х

М

У

О

>»

Е

Х < д

И х а а х о

1

Х

О О

О О

O O О О

О

О О

Р а о »«

O х

»

Х

0J

et( а х

Z

1» х х х

Cf

Р

С

Р»

»

I

I

C) О

+ + ! I

C) О

+ 1 I 1 .> х

Z х

О

C(I О

1 Х

Х

Э а

Е

Ю

0)

Х

»C и х л х х

I

Р

Ю х

O

S о

CQ х х

>х

М (Х х

Z ф а

О

1 ф

Z

Р> и

4

4 Р»

Р»

1 +

О

1 О

1 +

+

4 Р»

Р»

II И.»

М Р»

Р»

+ М) 4

+ г- Р» г- с Р» +

Р»

+ СЧ

+,Р» (!, 4

Р» +

Р» I О

И II И

Р» М

+ Р»

Р» О

С !

4 Р->

Р»

, Р»

4.1+ СЧ

О Р»

СЧ

4 4

Р» Р»

II И б

Р» г

М

+ 4

Р» г

4 +

Р» г

С

Р» (»!

Р» О

Р».»

Р» - г», <»!

Р»

Р» » г

I u

Р»

Ю

1529281

Фиг.2

1529281

Уйеют 1щюопран мюрже ойекю

x„v., z, / поекция пдьекла

РЫ ллООГОС/ Ъ зкРюа EzP Y>

ТОЧКИ З ВИЦЯ g

1529281

o)

>>70 10

У

Составитель И. Загинайко

Редактор Е. Копча Техред А.Кравчук Корректор Т. Палий

Заказ 7646/47 Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., p 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", -.. Ужгород, ул. Гаг,;р.;: