Устройство для вывода полутоновыхизображений трехмерных об'ектов наэкране телевизионного приемника

Устройство для вывода полутоновыхизображений трехмерных об'ектов наэкране телевизионного приемника

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ВТВЛЬСТВУ

Союз Севетскик .

Социалистических

Реслублик

<н834692 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 1910.77 (21) 2529551/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет—

Опубликовано 30.05.81. Бюллетень М 20

Дата опубликования описания 3005.81 (51) М. Кл.з

G 06 F 3/153

G 09 G 1/16

Государственный комитет.

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК681 ° 327. . 11(088. 8) (72) Авторы изобретения

Б. С. Долговесов, A.М. Ковалев, В.И. Котов,;, A. А.Лубков 0. Е. Н ест ери хин, К. Ф.обертышев и A. С. Тока»рев <

» .»

» »

Институт автоматики и электрометрии Сиб рско о; „ „.. отделения AH СССР (71) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО длЯ ВЫВОДА ПОЛУТОНОВЫХ

ИЗОБРАЖЕНИЙ ТРЕХМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ

HA ЭКРАН ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМНИКА

Изобретение относится к вычисли тельной технике, а именно к разделу формирования изображений с помощью

ЭВМ и может быть использовано в системах визуализации при машинном моделировании и проектировании и, в частности,, в различных тернажерномоделирующих комплексах.

Известно устройство для генерирова-1я йия полутоновых перспективных изображений трехмерных объектов, содержащее предвычислитель перспективных проекций трехмерных объектов на плоскость обзора, формирующий список ребер многогранников, описываюшрлх объекты, цифровой видеопреобразователь, включающий последовательно соединенные схему определения активных ребер, пересекающих текущую строку телевизи ° онного растра, вычислитель пересечения ребер с телевизионной строкой, формирователь сегментов (участков граней, пересекаемых строкой).,вычислитель видимых сегментов и память видиьввх сегментов кадра изображения, формирователь видеосигнала, связанный с телевизионным устройством отображения f1/

Недостатками данного устройства являются малый объем информации, отображаемой в реальном времени, что связано с большим количеством вычислений, необходимых для цифрового видеопреобразования и, в частности, определения видимых сегментов по их двухмерным проекциям, и необходимость памяти большого объема для хранения видимых сегментов текущего кадра и накопления сегментов, формируемых для следующего кадра.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее приоритетный процессор, вычислитель проекции трехмерных объектов на плоскость обзора, выход которого подключен к цифровому видеопреобраэователю проекций объектов в элементы разложения телевизионного растра, состоящему иэ последовательно соединенных схем определения активных ребер, вычислителя пересечений ребер с телевизионной строкой, формирователя сегментов, сортировщика сегментов вдоль строки, приоритетного генератора видитлых сегментов строки, связанного с приоритетным процессором и через формирователь видеосигнала с телевизионным приемником, а также ЭВМ общего назначения с магистралью связи, управляющую работой системы (21.

834692

В данном устройстве введен ряд улучшений. В частности, устроена память видимых сегментов, вычислитель видимых сегментов по двухмерным проекциям заменен приоритетным генератором видимых сегментов, для которого информация о приоритете сегментов (их расположении по дальности от наблюдателя) подготавливается заранее специальным приоритетным процессором.

Однако в известном устройстве сущест- .ЧО . вует ряд недостатков, снижающих производительность системы или объем ото» бражаемой инФормации в течение телевизионного кадра.

Недостатки заключаются в том, что в качестве элементов, описывающих проекции:;трехмерных объектов в плоскости обзора, выбраны ребра граней, что требует при формировании элементов строки изображения реализации таких трудоемких операций как опреде" 20 ление и поддержание списка активных ребер, т.е. ребер, которые пересекают текущую строку изображения. После того, как найдены пересечения ребер со строкой, необходимо найти 25 и объединить два ребра, относящиеся . . к одной грани, и сформировать, таким образом, сегмент грани. Кроме того, для выявления видимого сегмента на заданном участке строки необходимо сегменты -сортировать в соответствии с их приоритетом. В известном устройстве поэтому предусмотрена связь от приоритетного процессора к приоритетному генератору видимых сегментов, через которую передаются приоритеты граней. Реализация .производительной системы затруднена и тем, что время на выполнение вышеописанных операций в нем ограничено периодом строчной развертки. 40

Цель изобретения — расширение

/ области применения устройства за счет увеличения объема отображаемой информации в реальном масштабе времени. 45

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены последова-. тельно соединенные формирователь трапеций, подключенный к вычислителю проекций трехмерных объектов, блок сортировки трапеций по полосам телевизионного растра и вычислитель пересечения трапеций со строкой раст. ра, подключенный к приоритетному генератору видимых сегментов трохи, а выход». приоритетного процессора соединен со входом вычислителя проекций трехмерных объектов.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит приоритетный 60 процессор 1, вычислитель 2 проекций трехмерных. объектов, формирователь

3 трапеций, .блок 4 сортировки трапеций по полосам телевизионного растра вЫчислитель 5 пересечения трапеций б5 со строкой растра, приоритетный генератор 6 видимых сегментов строки формирователь 7 видеосигнала и телевизионный приемник 8.

Устройство работает следующим образом.

Координаты текущего положения наблюдателя поступают из ЭВМ по магистрали связи в приоритетный процессор

1, в котором осуществляется вычисление приоритетов отображаемых объектов в соответствии С их расположением относительно наблюдателя.

Приоритетно упорядоченный список объектов передается в вычислитель

2 проекций трехмерных объектов. В вычислителе проекций производится преобразование объектов в соответствии с положением наблюдателя, вычисление перспективной проекции отображаемых объектов на плоскость наблюдения, удаление объектов, не попавших в поле зрения наблюдателя, и удаление задних граней отдельных объектов. На выходе вычислителя 2 проекций формируется приоритетно упорядоченный список граней преобразованных объектов, который поступает на формирователь 3 трапеций. Формирователь .3 трапеций разбивает поступающие грани объектов на трапеции, т е. такие участки грани, в которых две стороны (основания трапеции) параллельны строкам растра и проходят через вершины грани, а боковые стороны совпадают с соответствукщимн ребрами грани.

Приоритетно упорядоченный список образованных трапеций подается на блок

4 сортировки трапеций по. полосам телевизионного растра. Каждая полоса включает определенное число строк телевизионного растра. Массив трапеций разбивается на подмассивы, количество которых соответствует числу выбранных полос. В результате этого в каждом из подмассивов записаны те трапеции, положение которых на поле растра лежит в диапазоне значений координат начала и конца данной полосы, при этом сохраняется приоритетность трапеций внутри подмассива.

Описанные операции выполняются за время обновления информации, кратное периоду кадровой развертки.

Полученные подмасеивы трапеций в пРедыдущем кадре поступают на вычислитель 5 пересечения трапеций со строкой растра, где одновременно определяются координаты пересечения боковых сторон трапеций с текущей строкой, в результате чего получаются сегменты. Сегменты текущей строки телевизионной развертки подаются на вход приоритетного генератора 6 видимых сегментов строки, который выдает на формирователь 7 видеосигнала цвет того сегмента, чей приоритет выше для текущего значения Х на строке.

834692

В формирователе 7 видеосигнала создается полный телевизионный сигнал, который поступает на телевизионный приемник 8.

Основным параметром, позволяющим эффективно испольэовать систеьы 5 цифрового синтеза изображений трехмерных объектов в таких областях, как например авиационные тренажеры, является объем динамической информации, отображаемой за кадр (производительность системй). Как отмечалось, производительность известной системы ограничена из-за необходимости выполнения трудоемких вычислительных операций в цифровом видеопреобразователе проекций объектов в элементы разложения телевизионного растра за время, равное периоду строчной развертки телевизионного устоойства отображения.

В отличие от известного устройства, где для описания перспективных про- екций объектов на плоскость используются ребра многоугольников, в предлагаемой системе в качестве примитива для описания объектов использована трапеция. Для формирования и об- 25. работки трапеций в систему введены последовательно соединенные формирователь трапеций, блок сортировки .трапеций по полосам телевизионногс растра и вычислитель пересечения gp трапеций со строкой растра. Кроме того, приоритетный процессор подключен к вычислителю проекций трехмерных объектов. . Введение новых элементов позволя- З5 ет получить ряд преимуществ, состоящих в том, что обработка объектов с целью получения перспективных проекций граней на плоскость в вычислителе проекций осуществляется в правильном приоритетном порядке. Так как 40 при этом грани, поступающие на даль+ . нейшую обработку, оказываются приоритетно упорядоченными то и трапеции в каждой полосе телевизионного растра, и сегменты, полученные от 45 вычислителя пересечения трапеций с текущей строкой растра, следуют в . правильном приоритетном порядке

Таким образом устраняется приоритетная сортировка сегментов на строке. 5р

В предлагаемой системе генерируются и сортируются приоритетно упорядоченные трапеции по полосам телевизионного растра в течение времени, равного периоду кадровой Развертки на 55 предыдущем кадре. Такая предварительная сортировка устраняет необходимость формировать и поддерживатв список активных ребер граней в течение каждого периода строчной развертки отображаемого кадра. d0

Кроме того, в системе устранена операция по формированию сегментов путем слияния двух ребер, принадлежащих одной грани, так как образование сегментов происходит автоматичес- 65

/ ки при вычислении пересечения трапеций со строкой растра.

Рассмотренные отличительные особенности системы, проверенные экспе- риментально в процессе научно-исследовательской работы, позволяют в итоге сократить объем вычислительных операций, производимых в течение периода строчной развертки, что приводит к повышению производительности системы в целом.

Эффект от использования системы с повышенной производительностью в такой области, как авиационные тренажеры, состоит в воэможности отображат окружающую обстановку, выдаваемую на экран тренажера, наиболее приближающу-. юся к реальной действительности, а также имитировать такие условия поле тов, которые не возможны для систем с малой производительностью (много . подвижных объектов и т.п.). Это позволяет повысить качество обучения летного состава, сократить время обучения и число реальных тренировочных полетов.

Базовый комплект предлагаемой системы позволяет отображать за время одного кадра изображение, включающее до 4000 трапеций. Производительность предлагаемого устройства определяется в 1000 потенциально . видимых ребер на один кадр.

Коэффициент повышения производительности предлагаемой системы 0 относительно прототипа вычисляется по формуле

К

I в где К - количество отображаемых трапеций, Р— количество- отображаемых ре.— бер в известном устройстве; коэффициент, переводящий потенциально видимые ребра в трапеции.

Для многоугольников, описывающих объекты в подобных системах у =4-- -

- p где (з- число вершин в многоугольнике.

При использовании для описания объектов многоугольников, содержащих четыре и более вершин, коэффициент повышения производительности составляет Q 4 - 5.

Формула изобретения уотройство для вывода полутоновых изображений трехмерных объектов на экран телевизионного приемника в реальном времени, содержащее приоритетный процессор, вычислитель проекций трехмерных объектов и поапедовательно соединенные приоритетный генератор видимых сегментов строки, формирователь видеосигнала, подключенный к телевизионному приемнику, о т л и ч а ю834692

Сост авит ель Г. Мити на

Редактор А.Лежнина Техред Т. Ыаточка Корректор В. Синицкая

Заказ 4100/75 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет увеличения объема отображаемой .информации в реальном масштабе времени, в него введены последовательно соединенные формирователь трапеции, подключенный к вычислителю проекции трехмерных объектов, блок сортировки трапеции по полосам телевизионного растра и вычислитель пересечения трапеции со строкой растра, подключенный к приоритетному генератору видимых сегментов строки, а выход приоритетного процессора соединен со входом вычислителя проекций трехмерных объектов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 3736564, кл. G 06 К 15/20 1973.

2. Raike R R. Compu-Scene.-Nodular

approach to day"nigt computer image

isimulation.- Proceedings SYAA Visual and Motion Simulation Confeгепсе, Аргi! 1976 (п эототип).