Устройство для формирования учебной информации

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК щ) G 09 В 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО йЗОН ЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4636391!24-24 (22) 03.01.89 (46) 23,12.90. Бюл. Ф 47 (71) Институт проблем моделирования в энергетике АН УССР и Специальное, конструкторско-технологическое бюро средств моделирования с опытным производством Института проблем моделирования в энергетике АН УССР (72) Н,П.Тимошенко, Б,К,Крыжный, В.П.Тарапнта, А.Н.Постернак и В.В.Реутов

; (53) 681.3.071- (088.8) (56) Патент США Р 44?5104, кл. 340729, опублик. 1984.

SU 1615776 А 1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЗИ ФОРМИРОВАНИЯ

УЧЕБНОЙ ИНФОРМАЦИИ (57) 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 ипровых автоматах. Устройство содержит блок 24 памяти видеофрагмента и блок 25 памяти кодов удаленности видеофрагмента. С

1615776 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, Изобретение относится к учебным наглядным пособиям, а именно к ебным моделям или тренажерам, а кже к цифровым вычислительным маши- 15 ам для обработки информации, и может быть применено в комплексных тренажерах для подготовки персонала, управ ляющего транспортными средствами, автоматизированными системами управлеия, а также в игровых автоматах.

Цель изобретения — повышение быстодействия и упрощение устройства.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для формирования 25 учебной информации; на фиг.2 — временные 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, 35 ход 27 интервала отображения, вход

8 интервала формирования, вход 29 адровых синхроимпульсов телевизионol o индикатора, синхровход 30 занеения интервала отображения, синхро- 4 ход 31 занесения интервала формирования, вход 32 системных синхроимпуль ов, вход 33 энергетических характеристик фона, вход 34 энергетических характеристик элементов изображения, вход 35 дальности. фона, вход 36 дальности элементов изображения, вход 37 адресов чтения, вход 38 адресов записи.

Устройство работает следуюшим об50 разом.

Наиболее распространенный метод

Имитации объектов заключается в приМенении аппроксимирующих поверхностей — треугольников, четырехугольни55 ков, и т.п,, которые задаются энергетическими (яркость, цветность).и геометрическими (координаты X„ Y„Z) ха19, элементы KJIH 20, 2 t 22, инвертор

23. Это позволяет синтезировать сложные и высокодинамические сцены с необходимой частотой смены видеофрагмента на экране телевизионного индикатора. 2 ил.! 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 различных 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 поверхностей, лежащих на одном луче зрения, -..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 именицей те же координаты на телевизионном экране. Главной проблемой удаления скрытых поверхностей является не сложность операции сравнения, а количество таких опера5 161577

Кий, что в конечном счете, влияет на время формирования изображения.

Количество операций сравнения зависит от размеров телевизионного растра (например, телевизионный растр 512Х5 12

5 содержит 256I(точек), от сложности моделируемой трехмерной сцены, т.е. от возможного количества взаимосовмещающихся или/и взаимопроникающих элементов изображения и фона, Время формирования изображения прямо пропорционально сложности моделируемой трехмерной сцены. Известное устройство для выявления наиболее близких к наблюдателю точек сцены содержит микропроцессор, которому для этого требуется выполнение программы из последовательности нескольких опе- 20 раций, следовательно, возможно формировтзние сложных статистических или относительно простых динамических сцен, поскольку время формирования динамических сцен ограничено временем 25 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 отображения, а в регистре 2 и счетчике 6 — аб ин40 тервале формирования из о браже ния .

Прямой выход счетного триггера 11 находится в нулевом состоянии, что соответствует режиму формирования изображения, Нулевой потенциал прямого выхода счетного триггера 11 запрещает на элементе И 19 занесение информации в регистр 3. Единичный потенциал инверсного выхода счетного триггера 1 1 разрешает прохождение через элемент И 16 на счетный вход счетчйка 6 кадровых синхроимпульсов, поступакщих по входу 29, если в старший разряд регистра 2 записана единица. Единичный потенциал ииверс55 ного выхода счетного триггера 11 проходит через элемент ИЛИ 20 на вход элемента И 18 и является одним из условий прохолдения через этот эле6

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

Каждый из системных синхроимпульсов, поступающих по входу 32 на входы чтения блоков 24 и 25, производят выборку информации об энергетических характеристиках и дальности ранее вычисленной точки по соответствующему адресу, поступающему с входа 38 через мультиплексор 9 на адресные входы блоков 24 и 25. Информация об энергетических характеристиках ранее вычис,пенной точки считывается в момент t. из памяти 24, но в регистр 3 и на выход 26 не поступает из-за закрытого элемента И 19. Ичформация о дальности ранее вычисленной точки считывается из блока 25 также в момент t и зано1 сится в момент t < (фиг.2) в регистр 4 системным синхроимпульсом, задержанным элементом 14 на время переходных процессов считывания из блока 25. Информация 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 или 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.3), 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 вычисленной точки меньше дальности вновь вычисленной точки, элемент И 18 не открывается и информация но 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.

Момен окончания интервала формирования изображения определяется по сигналу на выходе разряда переполне

1615776 ния счетчика 6. Этот сигнал проходит через элемент ИЛИ 21 на счетный вход

Триггера 11 и изменяет его состояние на противоположное что соответствуЭ

5 ет режиму отображения изображения, Отрицательный фронт потенциала с ин версного выхода счетного триггера 11 роходит через элемент 13 задержки, заносит содержимое регистра 2 в счет- 10 ик 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 схемы, коммутирует информацию с входов

,33, 35, 37 на выходы соответствующих

1 мультиплексоров 7-9, а следовательно, ! и на соответствующие входы блоков 24 ,,и 25. Единичный потенциал на прямом 25 выходе счетного триггера 11 разрешает прохождение кадровых синхроимпульсов через элемент И 15 на счетный вход счетчика 5, если в старший разряд регистра 1 записана единица, проходит Зр через элемент ИЛИ 22 на вход элемента

И 18, 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 имйульс производит вы=.

; борку информации об энергетических характеристиках и дальности точки

1 сформированного иэображения по адре . су, находящемуся на входе 37 адреса чтения. Информация об энергетических характеристиках точки записывается в регистр 3 сигналом с элемента 14 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

5О единичный сигнал с прямого выхода триггера 11. Перед отображением каждой новой точки на входе 37 устанавливается соответствующий адрес.

В режиме отображения наступает мо55 мент, когда на всех выходах счетчика

5 установятся единицы, т.е. наступает время отображения последнего телевизионного 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 последнега телевизионного кадра отображения видеофрагмента единицы на выходах счетчика 5 устанавливают единицу на выходе элемента И 17, которая проходит через элемент ИЗИ 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), а в момент t3 — 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 была 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 следующего видеофрагмента, который наступает после переполнения счетчика 5. Сигнал переполнения счетчика 5 проходит через элемент ИЛИ 21 на счетный вход триггера. 11 и изменяет

ceo состояние на противоположное. На пгямом 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 произво".

161577Ь 1О!

О!

20

3S

45

50 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, пос" тупающими на входы занесения регистров 1 и 2 по входам 30 и 31 соответственно. Организация неопределенно длительных интервалов отображения и формирования изображения осуществляется записью в регистры 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

HHTepBaJIa формирования осуществляется записью в регистр 2 кода, содержащего единицу в старшем разряде.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для формирования учебной информации, содержащее блоки памяти видеофрагмента и кодов удаленности видеофрагмента, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, оно содержит первый регистр, информационный и синхронизирукщий .входы которого являются первыми информационным и синхровхадом устройства соответственно, второй регистр, информационный и синхронизирукщий входы которого являются соответственно вторыми информационным входом и синхровходом устройства соответст- венно, первый и второй счетчики, входы данных которых подключены к выходам младших разрядов первого и второvo регистров соответственно, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходами старшего разряда первого и второго регистров 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 синхровходам первого и второго счетчиков соответственно, третий элемент И, вход которого соединен с одним входом первого элемента ИЛИ, а входы — с соответствукицими информационными выходами первого счетчика, выход переполнения которого подключен к одному ,входу второго элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом второго счетчика, четвертый элемент И, выход которого подключен к входам за" писи блоков памяти видеофрагмента и кодов удаленности видеофрагмента, а первыч вход — к выходу первого элемента ИЛИ, первый, второй и третий мультиплексоры, третий элемент ИЛИ, пятый элемент И, счетный триггер, вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ,,один выход — с одними 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 второго элемента задержки, третьим входом второго элемента И и с другим входом первого элемента ИЛИ, инвер-. тор, третий элемент задержки, третий и четвертый регистры и блок сравнения, выход которого подключен к другому входу третьего 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, информационные входы — к выходам первого и второго .мультиплексоров. соответственно, а входы считывания — к входам инвертора, третьего элемента задержки и входу системных синхроимпульсов, первые информационные входы первого, второго и третьего 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 вйходом устройства.

1615776

Составитель Б.Карлов

Редактор С.Патрушева Техред Л. Сердокова. Корректор JI. Бескид .

Заказ 3991 Тираж 394 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, 101