Устройство для кадрирования трехмерных изображений при отображении графической информации

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах машинной графики, в частности в системах синтезирования изображений. Цель изобретения - повышение быстродействия. Сущность изобретения: устройство содержит блок управления 1, блоки ограничения координаты 3 - 5, блоки умножения 6, 7, компараторы 8 - 12, датчик ограничения значения координаты X 13, буферный блок 14. Устройство обеспечивает ограничение трех координат одной узловой точки изображения в среднем за 16 тактов работы, что вдвое превышает потребную производительность вычислений для устройств, работающих в реальном масштабе времени. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах машинной графики, в частности в системах синтезирования изображений.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 блок ограничения координаты; на фиг. 3 показана область ограничения и расположения кадрируемых векторов.

Устройство содержит блок 1 управления, шину 2 данных, первый 3, второй 4 и третий 5 блоки ограничения координаты, первый 6 и второй 7 блоки умножения, первый 8, второй 9, третий 10, четвертый 11 и пятый 12 компараторы, датчик 13 граничного значения координаты Х и буферный блок 14.

Блок 2/3,4/ ограничения координаты содержит регистр 15, четырехвходовой сумматор 16, сдвиговый регистр 17 и двухпортовый регистр 18.

Информационными входами блока являются информационные входы регистра 15, сумматора 16 и регистра 18, стробирующими входами стробирующие входы регистров 15, 16 и 18, управляющим входом управляющий вход сумматора 16, сдвиговым входом сдвиговый вход регистра 17. Выходами блока являются выходы регистра 18.

Устройство работает следующим образом.

Изображение формируется в пространстве, превышающем область ограничения. Количество разрядов, используемых при построении исходного изображения, ограничивается потребностями практики и разрядностью применяемых в устройстве элементов (сумматоров, регистров). С целью уменьшения количества операций при кадрировании процесс ограничения координаты ограничивается при ее попадании в определенную зону, внутренняя граница которой совпадает с границей области ограничения, а внешняя превышает ее на определенную величину, обычно на один разряд. Окончательное ограничение элементов изображения реальными границами экрана осуществляется в последующих устройствах, например в генераторе изображения.

При трехмерном кадрировании область ограничения определяется следующим образом: 1. По координате Х положительными значениями Х при отображении объектов, расположенных перед индикатором, или отрицательными значениями Х, если отображаются объекты, расположенные сзади индикатора.

2. По координатам Y и Z значениями Y и Z, пропорциональными текущим значениям Х, т.е. Y,Z nX.

На фиг. 3 показаны область ограничения и зоны окончания процесса ограничения координат X и Z в плоскости Z. Кадрирование в этой плоскости заканчивается при попадании точки в зону, определяемую границами X O; X Xmin;Z| nX_j Z| mX. Здесь m>n обычно на один разряд. Область ограничения может быть несимметричной. В этом случае значения n и m для положительных и отрицательных Z неодинаковы. Область ограничения и зона окончания процесса ограничения в плоскости Y имеют аналогичный вид. Если область ограничения сплюснута по одной из координат Y или Z, то значения n и m для этих координат будут неодинаковыми. Трехмерное кадрирование заканчивается при попадании точки в зоны окончания процесса ограничения, расположенные в обеих плоскостях Y и Z. Следует иметь в виду, что размеры элементов изображения на экране индикатора определяется отношениями Y/X и Z/X, поэтому величина n непосредственно определяет угол зрения для данного индикатора, в частности при n 1 он равен 90^о.

Координаты, например, начальной точки X_н, Y_н, Z_н отдельных векторов из шины 2 данных вводятся последовательно: вначале координата X в блок 4, затем координаты Y и Z в блоки 3 и 5. Здесь они запоминаются и с выходов блоков поступают на компараторы 8-12. Если сигналы на выходах компараторов удовлетворяют соотношениям X> 0;Y| < mX;Z| < mX (1), то точка находится внутри области, ограниченной границами зоны окончания процесса ограничения. Координаты этой точки стробируются в буферном блоке 14 и могут быть выданы в следующее устройство системы отображения. Если соотношения (1) неудовлетворяются, то координаты этой точки необходимо ограничить.

После ввода координат X_н, Y_н, Z_н в те же блоки 4, 3, 5 из шины 2 данных вводятся координаты конца вектора Х_к, Yк, Z_к, которые запоминаются и проверяются на соответствие условиям (1). После чего осуществляется вывод координат второй точки в буферный блок 14 непосредственно или после ограничения и переход к ограничению следующего вектора.

Блок ограничения работает следующим образом.

При поступлении из шины 2 координаты начальной точки вектора она запоминается на регистре 18. В следующем такте осуществляется ее проверка на соответствие условиям (1) и принимается решение на ограничение. После этого на регистр 15 принимается координата конца вектора, в регистр 17 с выхода сумматора 16 со сдвигом вправо на один разряд заносится их разность. Таким образом, в регистрах 17 блоков 3, 4, 5 будут записаны X/2 X_к Х_н; Y/2 Y_к Y_н; (2) Z/2 Z_к Z_н.

Процесс ограничения, например, коoрдинаты точки начала вектора реализуется по формулам: X_i1=X_н X/2; Y_i1=Y_н Y/2; (3) Z_i1= Z_н Z/2, где X_i1,Y_i1,Z_i1 координаты точки после первого цикла ограничения.

Полученные в результате суммирования по формулам (3) ограниченные координаты X_i1,Y_i1,Z_i1 проверяются на соответствие условиям (1), после чего либо они предаются в буферный блок 14, либо проводится второй цикл ограничения. В этом случае содержимое регистра 17 сдвигается на один разряд вправо и образуются новые суммы: X_i2=X_i1 X/4;
Y_i2=Y_i1 Y/4;
Z_i2=Z_i1 Z/4.

Новые значения координат проверяются на соответствие условиям(1). Процесс продолжается до удовлетворения этих условий. После этого во всех блоках 3, 4, 5 из регистра 15 через сумматор 16 и в третий регистр 18 переписываются координаты точки конца вектора и начинается процесс их ограничения, по окончании которого осуществляется переход к следующему вектору.

На фиг. 3 приведен пример ограничения в плоскости одной грани объекта, состоящей из четырех векторов a, b, c, d. Конец и начало вектора находится внутри области ограничения, поэтому их координаты сразу же передаются в буферный блок 14. Конец второго вектора b лежит вне зоны окончания процесса ограничения, поэтому подлежит ограничению. После первого цикла оказалось, что ограниченная точка
X_k2'=X_k2+ X/2;
Z_k2'= Z_k2- Z/2; попала внутрь области ограничения, следовательно, необходимо сделать шаг назад. После второго цикла точка
X_k2''=X_k2'- X/4;
Z_k2''=Z_k2'+ Z/4 оказалась внутри зоны и процесс ограничения закончился.

Конец и начало третьего вектора с находятся вне области ограничения, поэтому этот вектор исключается из рассмотрения. Начальная точка следующего вектора d находится вне зоны, поэтому она ограничивается. В этом случае ограничение потребовало проведения трех циклов. Аналогичные действия проводятся и в плоскости Y до выполнения условий (1). Статистика показывает, что ограничение координат одной точки весьма редко требует более трех циклов.

В случае представления чисел в прямых кодах знак в формулах (3) будет минусом при выполнении условий: Z| > mX и знак Z_исх знак Z_i; Y| > mZ и знак Y_исх знак Y_i; (4)
X X_min и знак Х +.

Если используются числа в дополнительных кодах, условия (4) будут иметь другой вид.

Блок 1 управления может быть реализован в виде блока микропрограммного управления, вырабатывающего стробирующие импульсы для записи данных в блоки ограничения и в буферный блок 14, импульсы сдвига регистров 17 и сигналы управления сумматорами 16 в соответствии с выражениями (1), (2), (3) и (4).

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАДРИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ ОТОБРАЖЕНИИ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее блок управления, буферный блок, шину данных, вход-выход блока управления является входом-выходом устройства, первый выход блока управления соединен со стробирующим входом буферного блока, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что устройство содержит с первого по третий блоки ограничения координаты, первый и второй блоки умножения, с первого по пятый компараторы, датчик граничного значения координаты X, информационные входы блоков ограничения координат соединены с шиной данных, стробирующие входы первого, второго и третьего блоков ограничения координаты соединены с выходами соответственно первой, второй и третьей групп блока управления, управляющие и сдвиговые входы первого, второго и третьего блоков ограничения координаты соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока управления, выход первого блока ограничения координат подключен к первым информационным входам первого и третьего компараторов, буферного блока и блока управления, выход второго блока ограничения координаты подключен к вторым информационным входам буферного блока и блока управления, первому информационному входу пятого компаратора и информационным входам первого и второго блоков умножения, выход третьего блока ограничения координаты подключен к первым информационным входам второго и четвертого компараторов, третьим информационным входам буферного блока и блока управления, выход первого блока умножения подключен к вторым информационным входам первого и второго компараторов, выход второго блока умножения подключен к вторым информационным входам третьего и четвертого компараторов, второй информационный вход пятого компаратора соединен с выходом датчика граничного значения координаты X, выходы первого, второго, третьего, четвертого и пятого компараторов подключены к четвертому, пятому, шестому, седьмому и восьмому информационным входам блока управления соответственно.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок ограничения координаты содержит сумматор, первый, второй и третий регистры, информационными входами блока являются первые информационные входы сумматора и третьего регистра и информационные входы первого регистра, стробирующими входами - стробирующие входы первого, второго и третьего регистров, сдвиговым входом - вход сдвига второго регистра, управляющим входом - управляющий вход сумматора, второй, третий и четвертый информационные входы которого соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего регистров, выход сумматора подключен к информационному входу второго регистра и второму информационному входу третьего регистра, выход которого является выходом блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3