Пристрій для визначення інтенсивності дзеркальної складової кольору

1. Пристрій для визначення інтенсивності дзеркальної складової кольору, який включає перший, другий, третій і четвертий регістри, мультиплексор, суматор, блок постійної пам'яті, блок множення, вихід якого підключений до інформаційного виходу пристрою, а перший і другий входи з'єднані відповідно з виходом першого регістра і виходом блока постійної пам'яті, вихід др угого регістра підключений до другого входу суматора, вихід якого з'єднаний з першим інформаційним входом мультиплексора, вихід якого підключений до інформаційного входу четвертого регістра, а другий інформаційний вхід - до виходу третього регістра, другий вхід суматора з’єднаний з виходом четвертого регістра, який відрізняється тим, що в нього введені п'ятий регістр, лічильник, дешифратор, другий блок постійної пам'яті, другий блок множення та блок керування, перший вихід якого з'єднаний з входом лічби лічильника, вихід переносу якого підключений до третього входу блока керування, другий вихід якого з'єднаний з керуючим входом мультиплексора, а третій вихід - з входом запису в четвертий регістр, вихід якого з'єднаний з першим входом другого блока множення, другий вхід якого підключений до виходу другого блока постійної пам'яті, інформаційний вхід якого підключений до виходу п'ятого регістра і входу дешифратора, перший, другий, третій та четвертий виходи якого з'єднані відповідно з найстаршим та трьома наступними розрядами адресного входу першого блока постійної пам'яті, вихід другого блока множення з'єднаний з інформаційним входом першого блока постійної пам'яті, перший, другий, третій, четвертий та п'ятий інформаційні вхо 2 (19) 1 3 71489 Винахід відноситься до автоматики та обчислювальної техніки і призначений для використання в системах формування реалістичних зображень. Відомий пристрій для визначення інтенсивності дзеркальної складової кольору, який містить перший та другий суматори, перший¸четвертий блоки множення, зсувний регістр, лічильник, схему порівняння, мультиплексор (патент №5739820 США, МПК6 G06Т15/50, 1998, фіг.7С, 7D). Недолік пристрою полягає в низькій точності формування інтенсивності дзеркальної складової кольору. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, є пристрій для визначення інтенсивності дзеркальної складової кольору, який включає перший, другий, третій і четвертий регістри, суматор, мультиплексор, блок постійної пам'я ті, блок множення, вихід якого підключений до інформаційного виходу пристрою, а перший і другий входи з'єднані відповідно з виходом першого регістра і виходом блоку постійної пам'яті, вихід другого регістра підключений до другого входу суматора, вихід якого підключений до першого інформаційного входу мультиплексора, керуючий вхід якого з'єднаний з першим керуючим входом пристрою, вихід мультиплексора підключений до інформаційного входу четвертого регістра, а другий інформаційний вхід до ви ходу третього регістра, другий керуючий вхід пристрою з'єднаний з керуючим входом четвертого регістра, вихід якого підключений до входу блоку постійної пам'яті та першим входом суматора (Аbbаs А. М., Szirmaу-КаIos L., Ноrvath Т. Наrdware ІmpIemention оf Рhong Shading using Spherical Іnterpolation // Реriodica роlуtechniса. -Vоl.44. -Nos 3-4, 2000.). Недолік пристрою полягає в низькій точності визначення інтенсивності дзеркальної складової кольору. В основу винаходу поставлена задача створення пристрою для формування інтенсивності дзеркальної складової кольору, в якому за рахунок використання не однієї, а чотирьох двонаправлених дистрибутивних функцій (BRDF), введення нових елементів та зв'язків між ними досягається суттєве підвищення точності визначення інтенсивності дзеркальної складової кольору. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для визначення інтенсивності дзеркальної складової кольору, який включає перший, другий, третій і четвертий регістри, мультиплексор, суматор, блок постійної пам'яті, блок множення, вихід якого підключений до інформаційного виходу пристрою, а перший і другий входи з'єднані відповідно з виходом першого регістра і виходом блоку постійної пам'яті, вихід другого регістра з'єднаний з другим входом суматора, вихід якого підключений до першого інформаційного входу м ультиплексора, вихід якого підключений до інформаційного входу четвертого регістра, а другий інформаційний вхід - до виходу третього регістра, другий вхід суматора з'єднаний з виходом четвертого регістра введені п'ятий регістр, лічильник, дешифратор, другий блок постійної пам'яті, другий блок множення та блок керування, перший вихід якого з'єднаний з входом лічби лічильника, вихід переносу 4 якого підключений з третім входом блоку керування, другий ви хід якого з'єднаний з керуючим входом мультиплексора, а третій вихід - з входом запису в четвертий регістр, вихід якого з'єднаний з першим входом другого блоку множення, другий вхід якого підключений до виходу другого блоку постійної пам'яті, інформаційний вхід якого підключений до виходу п'ятого регістра і входу дешифратора, перший, другий, третій та четвертий виходи якого з'єднані відповідно з найстаршим та трьома наступними розрядами адресного входу першого блоку постійної пам'яті, вихід другого блоку множення з'єднаний з інформаційним входом першого блоку постійної пам'яті, перший, другий, третій, четвертий та п'ятий інформаційні входи пристрою підключені відповідно з інформаційними входами першого, другого, третього, п'ятого регістрів та лічильника, перший, другий, третій та четвертий входи запису в пристрій підключені відповідно до входів запису в перший, другий, третій та п'ятий регістри, п'ятий вхід запису в регістр з'єднаний з входом запису в лічильник, вхід початкового установлення та вхід "Пуск" з'єднані відповідно з першим та другими входами блоку керування, четвертий та п'ятий виходи якого підключені до виходу "Кінець" і виходу ознаки достовірності даних. На фіг.1 зображена структурна схема пристрою; на фіг.2 - принципова електрична схема блоку керування; на фіг.3 представлено модель освітлення Бліна; на фіг.4 - представлена інтерполяція векторів нормалей та серединних векторів в рядку растерізації; на фіг.5 представлений графік залежності максимальної відносної похибки апроксимації функції cos nd функцією cos 2ad від коефіцієнта спекулярності n; на фіг.6 представлена структурна схема пристрою-прототипу; на фіг.7 представлений графік формування зон відблиску; на фіг.8 - таблиця, в якій наведені діапазони зміни коефіцієнта спекулярності для забезпечення заданої точності апроксимації; на фіг.9 представлений графік залежності відносної похибки апроксимації функції cos nd функці n d від коефіцієнта спекулярності n; k на фіг.10 наведена таблиця відповідності ВRDF значенням коефіцієнту спекулярності n; на фіг.11 приведена часова діаграма роботи блоку керування; на фіг.12 зображені пікселі рядка растерізації; на фіг.13 приведений варіант реалізації дешифратора 10; на фіг.14 приведена таблиця карти прошивки блоку 9 постійної пам'яті; на фіг.15 приведене функціональне зображення блоку 12 постійної пам'яті; на фіг 16 приведено зображення, яке було сформоване при моделюванні роботи пристрою. єю cosk 5 71489 6 Пристрій для визначення інтенсивності дифуззв'язаний з входом синхронізації першого D - триної складової кольору (фіг.1) включає перший регеру 39, вихід якого підключений до інформаційногістр 1, другий регістр 2, третій регістр 3, п'ятий го входу другого D - тригеру 41 та четвертого вирегістр 4, лічильник 5, суматор 6, мультиплексор 7, ходу 28 блоку 14 керування. Перший вихід четвертий регістр 8, другий блок 9 постійної пам'я генератора імпульсів 40 зв'язаний з другим входом ті, дешифратор 10, другий блок 11 множення, пеелемента 46 І-HI та входом синхронізації другого D рший блок 12 постійної пам'яті, перший блок 13 - тригеру 41, вихід якого підключений до першого множення, блок 14 керування. Пристрій має входи входу другого елементу І 42 і до інформаційного входу та входу скидання третього D - тригеру 43. 15¸26, виходи 27, 28, 29. Перший 15, другий 17, Другий ви хід генератора імпульсів 40 підключений третій 19 і четвертий 21 інформаційні входи придо другого входу др угого елементу І 42, ви хід якострою з'єднані відповідно з інформаційними вхого зв'язаний з входом інвертора 45, входом синдами першого 1, другого 2, третього3, п'ятого 4 регістрів. П'ятий 23 інформаційний вхід пристрою хронізації четвертого D - тригеру 44, з п'ятим 29 та третім 37 виходами блоку 14 керування. Вихід інз'єднаний з інформаційним входом лічильника 5. вертора 45 зв'язаний з входом синхронізації треПерший 16, другий 18, третій 20, четвертий 22 та тього D - тригеру 43, ви хід якого підключений до п'ятий 24 входи запису в пристрій з'єднані відповідругого ви ходу 36 блоку 14 керування. Вихід четдно з входами запису в перший, другий, третій, п'ятий регістри і в лічильник 5. Вхід 25 початкової вертого D - тригеру 44 зв'язаний з першим входом елементу 46 І-HI, вихід якого підключений до перустановки пристрою з'єднаний з першим входом шого ви ходу 34 блоку 14 керування. блоку 14 керування. Вхід 26 "Пуск" пристрою з'єдРегістр 1 призначений для зберігання параменаний з другим входом блоку 14 керування. Четтра С, який поступає від зовнішнього пристрою на вертий і п'ятий виходи блоку 14 керування з'єднані відповідно з виходом 28 "Кінець" і виходом 29 вхід 15. В регістрі 3 зберігається значення початкового кута, який відповідає початковому пікселю ознаки достовірності даних. Вихід першого блоку 13 множення з'єднаний з інформаційним виходом рядка растерізації. Значення кута z(Xs tart) поступає 27 пристрою. Вихід регістру 1 з'єднаний з першим на вхід 19 пристрою. Регістр 2 пристрою признавходом блоку 13 множення, другий вхід якого підчений для зберігання приросту кута Dz(X), який ключений до виходу першого блоку 12 постійної поступає на вхід 17 пристрою. В регістрі 4 зберігапам'яті. Перший 30, другий 31, третій 32, четверється значення коефіцієнту спекулярності n, який тий 33 виходи дешифратора 10 з'єднані з відповіпоступає на вхід 21 пристрою. Запис в регістр 1, 2, дними старшими розрядами адресних входів бло3, 4 здійснюється при подачі на відповідні входи ку 12 постійної пам'яті, причому вихід 30 запису 16, 18, 20, 22 значення логічної одиниці. відповідає старшому розряду адресного входу Лічильник 5 призначений для визначення закінблока 12. Перший вхід другого блоку 11 множення чення процесу зафарбовування рядка растерізації, з'єднаний з виходом четвертого регістра 8 та пермає два керуючих входи - 24, 34. Вхід 24 признашим входом суматора 6, вихід якого підключений чений для запису в лічильник 5. Активний рівень до першого інформаційного входу мультиплексора сигналу запису - нульовий. На вхід 34 лічильника 5 7. Виходи регістрів 2 та 3 з'єднані відповідно з друпоступає імпульсна послідовність для виконання гим входом суматора 6 та другим інформаційним мікрооперації лічби. З кожним переднім фронтом входом мультиплексора 7, вихід якого підключеімпульсу, який поступає на вхід 34, лічильник 5 ний до інформаційного входу регістра 8. Вхід зазменшує свій стан на одиницю. На виході 35 лічипису в регістр 8 з'єднаний з третім 37 виходом льника 5 формується сигнал переносу, який має блоку 14 керування. Керуючий вхід мультиплексовід'ємну полярність. Сигнал переносу формується ра 7 підключений до другого 36 виходу блоку 14 при переході лічильника 5 з нульового стану в його керування. Вихід регістра 4 з'єднаний з молодшимаксимальний стан. Суматор 6, мультиплексор 7, ми розрядами адресного входу блоку 9 постійної регістр 8 утворюють нагромаджувальний суматор, пам'яті та входом дешифратора 10. Вихід блоку 9 в якому визначається значення поточного кута. постійної пам'яті підключений до другого входу Запис в регістр 8 здійснюється під дією переднього блоку 11 множення. Вихід переносу лічильника 5 фронту імпульсної послідовності, яка формується з'єднаний з третім 35 входом блоку 14 керування, на виході 37 блоку 14 керування. Мультиплексор 7 перший 34 вихід якого підключений до входу лічби передає на вхід регістра 8 значення операнду або лічильника 5. Вихід блоку 11 множення з'єднаний з від суматора 6, або від регістра 3. Рівень логічного молодшими розрядами першого блоку 12 постійнуля на керуючому вході мультиплексора 7 забезної пам'яті. печує передачу на його вихід операнду, який збеБлок 14 керування (фіг.2) включає перший рігається в регістрі 3. Якщо на виході 36 блоку 14 елемент 38 І, перший D - тригер 39, генератор імкерування формується рівень логічної одиниці, то пульсів 40, другий D - тригер 41, другий елемент I на вихід мультиплексора 7 передається операнд, 42, третій D - тригер 43, четвертий D - тригер 44, який поступає на його перший інформаційний вхід інвертор 45, елемент 46 I-HI. з виходу суматора 6. Дешифратор 10 визначає Перший вхід 25 блоку 14 керування підключеодин із чотирьох діапазонів, до яких відноситься ний до першого входу першого елементу 38 I, друкоефіцієнт спекулярності n і, як наслідок, тип двогий вхід якого зв'язаний з третім входом 35 блоку направленої дистрибутивної функції, яка відпові14 керування. Вихід елементу 38 підключений до дає даному діапазону. В блоку 9 постійної пам'яті входів обнулення першого та четвертого з D - триn герів 39 та 44 та до входу обн улення другого D зберігаються коефіцієнти для k=1, 2, 4, 16, k тригеру 41. Др угий вхід 26 блоку 14 керування 7 71489 8 n=1¸1000. ìA cos l = cos q1 ï Другий блок 11 множення забезпечує переcos q 2 - cos q1 cos g í множення операндів, які поступають від блоку 9 ïA sinl = sing постійної пам'яті та регістра 8. В першому блоці 12 î постійної пам'яті зберігається значення чотирьох косинусоїд, які використовуються при визначенні r де q1 - кут між вектором нормалі N1 та сереінтенсивності дзеркальної складової кольору. Пеr рший блок 13 множення призначений для визнадинним вектором H1 в початковому пікселі рядка чення добутку операндів, які поступають з регістра r 1 та блоку 12 постійної пам'яті. растерізації, q2 - кут між вектором нормалі N1 в Розглянемо основні теоретичні положення, які початковому пікселі рядка растерізації та вектором використовуються в запропонованому пристрої і в r r H` , g - кут між серединним вектором H1 до початпристрої-прототипі (Аbbаs А. М., Szirmaу-КаIos L., 2 r Ноrvath Т. Наrdware ІmpIemention оf Рhong Shading кового пікселя рядка растерізації та вектором H` 2 using Spherical Іnterpolation // Реriodica (фіг.4) роlуtechniса. -Vоl.44. -Nos 3-4, 2000). r В запропонованому пристрої, як і в пристроїВектор H` розраховується за формулою 2 прототипі, для зафарбовування використовується r r r r r r` r r r r (N1 ´ N2 ) ´ ((N1 ´ N2 ) ´ H2 ) широко розповсюджена модель освітлення Бліна, r r H2 = H2 - (N1 ´ N2 ) ´ H2 + згідно з якою інтенсивність дзеркальної складової 1 + (N1 ´ N2 ) r кольору розраховується по формулі: де H2 - серединний вектор в кінцевому пікселі (1) I=Ilkscos nd рядка растерізації. де Il - інтенсивність джерела світла, З останньої системи рівнянь знаходять ks - коефіцієнт дзеркального відбиття, n - коефіцієнт яскравості поверхні, який знахоcos q1 A= , диться в діапазоні 1¸1000, æ æ cos q2 - cos q1 cos g ö ö r ç arctgç ÷ ÷ cos ç ÷÷ d - кут між вектором нормалі N до поверхні в ç cos q1 sin g è øø è r n заданій точці і серединним вектором H , cos d æ cos q2 - cos q1 cos g ö двонаправлена дистрибутивна функція (ВRDF), ÷. l = arctgç ç ÷ cos q1 sing яка відповідає за оптичні характеристики поверхні. è ø На практиці ВRDF - це математична формула, що cos q2 - cos q1 cos g Для спрощення позначимо має декілька параметрів, за допомогою яких предcos q1 sing ставляються оптичні характеристики матеріалу, з r через Р. Тоді рівняння для визначення параметрів якого виготовлено об'єкт. Серединний вектор H А та g перепишуться наступним чином: розраховується за формулою r r cos q1 r A= , L+V cos(arctgP) H= r r L+V , (3) l=arctgP Кут g розраховується за формулою: r r r r (4) g=arccos( H1 ´ H` ) 2 де L та V - одиничні вектори, що визначають Позначимо добуток IlksAn в формулі (2) консвідповідно місце розташування джерела світла та r тантою С: спостерігача (фіг.3). Серединний вектор H знахоС=IlksAn (5) r r З ура хуванням виразу (5) формула (2) прийме диться шляхом додавання векторів L та V та нормалізації отриманого вектору. наступний вигляд: В пристрої-прототипі для зафарбовування ви(6) I=Ccos n(tg-l) користовується модифікований метод Фонга, в Базовою фігурою для процедури зафарбовуякому для визначення векторів нормалей та серевання є трикутник, для вершин якого розраховують динних векторів використовується не лінійна, а напрямки векторів нормалей та серединних вектокутова інтерполяція. рів. На стадії підготовки здійснюється інтерполяція В роботі формулу (1) представлено у вигляді векторів нормалей та серединних векторів вздовж I=IlksAncos n(tg-l) (2) ребер трикутника, проводиться розрахунок невіде Ancos n(tg-l)»cos nd. домих параметрів С, l, g формули (6) для кожного рядка растерізації, з яких складається трикутник. X - Xstart В формулі (2) t = , де X - коордиПристрій-прототип виконує зафарбовування Xend - X start трикутника шляхом визначення інтенсивностей ната поточного пікселя рядка растерізації, Хs tart, кольору пікселів вздовж рядків растерізації згідно Хend - координати початкового та кінцевого пікселів формули (6). рядка растерізації. Параметри А, l та g знаходять В пристрої-прототипі функція cos nd апроксиз системи рівнянь: мована функцією cos 2ad: (7) cos nd»cos 2ad де а - параметр, який залежить від величини коефіцієнта спекулярності поверхні n і знаходиться в циклі підготування до зафарбовування. 9 71489 10 З ура хуванням формули (7) вираз (6) можна Пропонується апроксимувати функцію cos nd записати у вигляді æ n ö І=Ссоs 2x(a(tg-l))=Ссоs 2x(Х), функцією вигляду cosk ç d ÷ , де k - коефіцієнт, ç k ÷ де è ø X - Xstart значення якого вибирають в залежності від точноx( X) = ag - al = sX + b (8) сті апроксимації. X end - Xstart При зафарбовуванні поверхонь дзеркальна Для розрахунку аргументу sХ+b за формулою складова інтенсивності кольору забезпечує фор(8) застосовується підхід, згідно якого кожне намування відблиску. Підвищені вимоги до точності ступне значення кута x(Х) розраховується з попевизначення інтенсивності кольору пред'являються реднього значення x(Х-1): тільки для епіцентру відблиску, за границями якого (9) x(Х)=xХ-1)+s необхідно відносно реалістично передати зміну де інтенсивності кольору без появи артефактів. На ag фіг.7 представлений вигляд функції cos nd, де точка s= (10) Xend - Xstart перегину розділяє зону епіцентру відблиску від n зони затухання. Покажемо, що при апроксимації функції cos d Нехай задана відносна похибка q апроксимації функцією cos 2ad мають місце достатньо великі похибки, що суттєво впливає на якість сформоваæ n ö функції cos nd функцією cosk ç d÷ ного зображення. На фіг.5 представлені графіки ç k ÷ è ø залежності максимальної відносної похибки апрокКоефіцієнт k розраховується таким чином, симації функції cos nd функцією cos 2ad для різних щоб відносна похибка апроксимації функції cos nd значень коефіцієнта спекулярності n на інтервалі, на якому формується епіцентр відблиску, до якості æ n ö функцією cosk ç d ÷ на інтервалі, до якого відображення якого пред'являються підвищені ç k ÷ вимоги по точності. Графіки залежності на фіг.5 è ø отримаю авторами з використанням пакету пред'являються підвищені вимоги, не перевищуМаthcad 5.0. вала заданого значення. Розрахунок проводиться З фіг.5 видно, що максимальна відносна похидля всіх можливих значень коефіцієнта спекулярбка апроксимації функції cos nd функцією cos 2ad ності n з діапазону від 0 до 1000. Результати розбільша 10%, що вказує на відносно низьку точність рахунків приведені в таблиці 1 (фіг.8). Дані таблиці формування відблиску на поверхні. 1 були отримані шляхом моделювання в пакеті Структурна схема пристрою-прототипу привеМаthcаd 5.0. дена на фіг.6 (Аbbаs А. М., Szirmaу-КаIos L., З таблиці видно, що, наприклад, для забезпеНоrvath Т. Наrdware ІmpIemention оf Рhong Shading чення відтворення епіцентру відблиску з максимаusing Spherical Іnterpolation // Реriodica льною відносною похибкою, яка б не перевищувароlуtechniса. -Vоl.44. -Nos 3-4, 2000,page 11). В ла 1%, необхідно використати 4 ВRDF з k=1, 2, 3, якості пристою-прототипу використовується не 9. Таку ж відносну похибку можна досягти і при весь пристрій зафарбовування, а тільки та його k=1, 2, 4, 16, які є степенями двійки. Моделювання частина, яка відповідає за дзеркальну складову показало, що в останньому випадку q£0,6% для кольору. На фіг.6 виділена та частина пристрою всіх n³6 для всього діапазону зміни n. Для n£6 зафарбовування, яка і відповідає за дзеркальну відносна похибка не перевершує 1%. складову кольору. Пропонується апроксимувати функцію cos nd Пропонується підвищити точність апроксимації æ n ö функції cos nd шляхом її заміни функцією соs k(аl). функцією cosk ç d ÷ з точністю, яка б не переn k ç k ÷ Представимо функцію cos d у вигляді соs (аl) è ø (11) cos nd=соs k(аl). вищувала 1%. Для цього необхідно використати 4 Розклавши ліву та праву частину виразу (11) в ВRDF (див. фіг8). Пропонується взяти ВRDF з коряд Маклорена та обмежившись першими чотирефіцієнтами k=1, 2, 4, 16. ма членами, отримуємо На фіг.9 представлені графіки залежності мак1 1 4 симальної відносної похибки апроксимації функції 2 1 4 2 1 - × n × l + ×l ×n ×l ×n = 2 8 12 æ n ö cos nd функцією cosk ç d ÷ від кута d для різних 1 1 1 4 ç k ÷ = 1 - × k × a2 × l2 + × l4 × k2 × a4 × l × k × a4 . è ø 2 8 12 значень коефіцієнта спекулярності n. Для порівВраховуючи, що перші члени лівої та правої няння точності апроксимації запропонованої функчастини отриманого рівняння співпадають, то найæ n ö більш визначальними в розкладі обох функцій в ції cosk ç d ÷ з точністю апроксимації функцією ряд Маклорена будуть другі члени. Прирівняємо ç k ÷ è ø другі члени лівої та правої частини рівняння (3) cos 2ad, яка була використана в пристрої-прототипі, між собою. взяті такі ж самі значення коефіцієнта спекулярно1 1 1 - × n × l2 = 1 - × k × a 2 × l2 Þ n = k × a.2 сті n. 2 2 Як видно з фіг.5, 9 при апроксимації функції Звідси, a = n а k cos nd функцією cos 2ad для значень коефіцієнта спекулярності n, з усього діапазону його існування, 11 71489 12 максимальна відносна похибка перевищує 10%, а 19. На вхід 17 пристрою поступає значення прироприапроксимації функції cos nd функцією сту кута Dz(Х), який запам'ятовується в регістрі 2. Для цього на керуючий вхід 18 пристрою подають æ n ö активний рівень сигналу. На вхід 21 пристрою поcosk ç d ÷ максимальна відносна похибка не ç k ÷ ступає значення коефіцієнту спекулярності n, який è ø заноситься в регістр 4 при подачі на керуючий вхід більша 1%. 22 активного рівня сигналу. В лічильник 5 від зовПроцес зафарбовування здійснюється аналонішнього пристрою поступає операнд, який визнагічно до методу, запропонованого в роботі. Різничає довжину рядка растерізації l. Запис в лічильця полягає в тому, що для апроксимації функції ник 5 здійснюється нульовим рівнем сигналу, який cos nd використовується не одна функція cos 2ad, а поступає на вхід 24 пристрою. æ ö kç n ÷ На цьому закінчується цикл підготовки. чотири функції cos d з різними коефіцієнтаç k ÷ Цикл визначення інтенсивності дзеркальної è ø складової кольору починається з моменту подачі ми k. на вхід 26 сигналу "Пуск", який подається після Інтенсивність дзеркальної складової кольору в занесення операндів в блоки 1-5 пристрою. Відразапропонованому пристрої розраховується згідно зу після надходження сигналу "Пуск" на виході 28 формули пристрою формується рівень логічного нуля, який æ ö n сигналізує, що пристрій знаходиться в режимі фоkç n ÷ k k I = C cos d = C cos z( (tg - l)) = C cos z( X ) ç k ÷ рмування інтенсивності дзеркальної складової k è ø кольору і не готовий до прийому операндів в блоки де 1-5. n X - Xstart n n В початковий момент часу на виході 36 блоку (12) z( X) = g l= ( Dz ( X) × ( X - Xstart ) + ( -l)) k X end - Xstart k k 14 керування формується рівень логічного нуля, Невідомі параметри С, g, l, розраховуються по під дією якого через мультиплексор 7 забезпечуформулам 3, 4, 5. ється передача значення початкового кута з ви хоДля розрахунку аргументу ду регістру 3 на вхід регістра 8. Під дією переднього фронту сигналу, який поступає з виходу блоку n ( Dz( X) × ( X - X start) + (-l) формули (12) застосо14 керування на керуючий вхід регістра 8, в останk ній заноситься значення початкового кута z(Хstart). вується підхід, згідно якого кожне наступне знаЗ виходу регістра 4 на вхід дешифратора 10 чення кута z(X) розраховується з попереднього поступає значення коефіцієнту спекулярності n. На значення z(Х-1): одному з виходів деши фратора формується сигнал, який визначає, яка із чотирьох BRDF буде n (13) z( X) = (z( X -1) + Dbz( X) використовува тися в даний момент часу. k Тип BRDF визначається значенням коефіцієнде ту спекулярності, який зберігається в регістрі 4. На g фіг.10 представлена таблиця 2, в якій приведені (14) Dz( X) = l види BRDF для різних значень коефіцієнтів спекуВ формулі (14) l - довжина рядка растерізації, лярності n та значення сигналів на виході блоку яка розраховується наступним чином 10. L=Xend-Xstart (15) З блоку 9 постійної пам'яті для заданого знаЗгідно формули (12) величина початкового куn та z(Хs tart) дорівнює: чення n і типу BRDF вибирається значення , k n n z ( Xstart ) = ( Dz( X ) × ( X start - X start ) + (- l)) = l (16) яке поступає на другий вхід блоку 11 множення. В k k Пристрій працює наступним чином. При включенні пристрою на вхід 25 початкової установки поступає рівень логічного нуля, який забезпечує установку пристрою в режим очікування прийому даних від зовнішнього пристрою. В роботі пристрою виділяють цикл підготовки та цикл визначення інтенсивностей дзеркальної складової кольору в рядку растерізації. В циклі підготування в зовнішньому пристрої визначаються параметри z(Хs tart), С, Dz(Х), l та n, які заносяться в блоки 1-5 пристрою. Значення параметрів z(Хstart), C, Dz(Х), l визначаються згідно формул (5), (14), (15), (16). Параметр С поступає на вхід 15 пристрою і записується в регістр 1 активним рівнем сигналу на керуючому вході 16. Значення початкового кута z(Хstart) заноситься в регістр 3. Для цього на вхід 19 пристрою поступає операнд z(Хstart), який записується в регістр 3 активним рівнем сигналу на вході n з виходу блоку 9 k перемножується зі значенням початкового кута з виходу регістра 8. Отримане значення добутку поступає на блок 12 постійної пам'яті. На блок 12 постійної пам'яті з виходів 30¸33 дешифратора 10 поступає також сигнал, який вказує, яка BRDF використовується в даний момент часу. На виході блоку 12 постійної пам'яті формується значення BRDF для даного аргументу. В першому блоці 13 множення знаходиться добуток операнду С, який зберігається в регістрі 1, зі значенням BRDF. Отримане значення інтенсивності дзеркальної складової кольору поступає на вихід 27 пристрою. Задній фронт імпульсу на виході 29 блоку 14 керування підтверджує, що на виході блоку 27 сформоване достовірне значення інтенсивності кольору. Вказані дії стосувалися початкової точки рядка блоці 11 множення значення 13 71489 14 растерізації. виході 37. Це забезпечує запис в регістр 8 значенВ подальшому на виході 36 блоку 14 керування початкового кута z(Хstart), оскільки на виході 36 ня формується рівень логічної одиниці, який заформується в даний час рівень логічного нуля, а безпечує передачу через мультиплексор 7 операна виході 37 формується сигнал запису в регістр 8. нду з ви ходу суматора 6 на вхід регістра 8. Переднім фронтом імпульсу послідовності, яка Оскільки на перший вхід суматора 6 з виходу регіформується на виході елементу 45 І-НІ в одиничстра 8 поступає значення початкового кута, а на ний стан переводиться тригер 43, що забезпечує переключення мультиплексору 7 в режим передачі другий вхід - значення приросту кута Dz(Х) з ви ходу регістра 2, то на виході суматора 6 отримують інформації від регістру 2, в якому зберігається значення z(Хstart)+Dz(Х), тобто наступне значення приріст кута Dz(Х). В подальшому під дією імпулькута. Під дією переднього фронту імпульсу, який сної послідовності на виході 37 блоку 14 керування поступає з виходу 37 блоку 14 керування, в регістр в регістрі 8 формується поточне значення кута 8 записується значення кута для наступної точки z(Х). рядка растерізації. Визначення операнду на виході Переднім фронтом імпульсної послідовності, 27 пристрою аналогічне описаному для початкової яка формується на виході 37 в одиничний стан точки. переводиться тригер 44, що забезпечує формуВ циклі визначення інтенсивності дзеркальної вання на виході елементу 46 І-НІ імпульсної посліскладової кольору в нагромаджувальному суматодовності, яка поступає через вихід 34 блоку 14 рі, який включає суматор 6, мультиплексор 7 та керування на вхід ра хунку лічильника 5. З кожним регістр 8, знаходиться сума поточного значення імпульсом, який формується на виході 34 блоку 14 кута по формулі (13), шляхом додавання до місту керування стан лічильника 5 зменшується на одирегістру 8 приросту кута, який зберігається в регісницю. При досягненні лічильником нульового статрі 2. ну на його виході 35 формується імпульс від'ємної Після видачі операнда на вихід 27 та підтверполярності, під дією якого тригери 39, 41 і 44 передження його достовірності (активним фронтом водяться в нульовий стан. В нульовий стан пересигналу на виході 29) вміст лічильника 5 зменшуйде і тригер 43, оскільки його R - вхід обнулення ється на одиницю. Це здійснюється переднім фропідключений до виходу тригера 41. нтом сигналу, який поступає з ви ходу 34 блоку 14 З моменту переходу в одиничний стан тригера керування. При досягненні лічильником 5 нульово39 до моменту його обнулення на виході 28 блоку го стану на його виході переносу формується ім14 керування формується додатний імпульс, який пульс від'ємної полярності, який поступає на вхід сигналізує, що пристрій знаходиться в стані визна35 блоку 14 керування. Під дією даного сигналу чення інтенсивності дзеркальної складової кольоблок 14 керування переходить в початковий стан, ру. Рівень логічного нуля на виході 28 блоку 14 а на виході 28 блоку 14 керування формується керування сигналізує про те, що пристрій готовий сигнал нульового рівня, який сигналізує, що приприйняти значення нових параметрів для подальстрій визначив інтенсивності кольору всіх точок шої роботи. рядка растерізації і готовий до прийому нових опеСлід відмітити, що блок 14 керування синтезорандів наступного рядка растерізації. ваний таким чином, щоб забезпечити видачу на Блок 14 керування працює наступним чином. вихід 27 пристрою інтенсивності дзеркальної склаПеред роботою пристрою на вхід 25 початкодової кольору як початкової точки в рядку растерівої установки поступає імпульс від'ємної полярнозації, так і всіх точок, які лежать за нею. сті, під дією якого тригери 39, 40, 43, 44 перевоНа фіг.12 показаний рядок растерізації трикутдяться в нульовий стан. ника. Із фіг.12 видно, що рядок растерізації вклюПісля задання всіх необхідних параметрів для чає три проміжки, які лежать між чотирма точками, роботи пристрою на вхід 26 "Пуск" поступає імтобто необхідно видати значення інтенсивностей пульс, переднім фронтом якого тригер 39 перевокольору чотирьох точок. В цьому випадку в лічидиться в одиничний стан. Оскільки вихід тригера льник 5 заноситься кількість проміжків, тобто зна39 з'єднаний з інформаційним входом тригера 41, чення 3. На фіг.11 приведений приклад часової то останній переводиться в одиничний стан педіаграми саме для даного випадку. Як видно з реднім фронтом імпульсу послідовності, яка форфіг.11 на виході 37 формується чотири імпульси мується на інверсному виході генератора 40 імпудля формування і стробування чотирьох інтенсивльсів. Вказані дії забезпечують ностей кольору, причому перший імпульс на вихоприсинхронiзований початок роботи пристрою до ді 37 відповідає за формування початкової точки імпульсної послідовності, яка формується на прярядка растерізації, а три наступних - за інші три мому виході генератора 40 імпульсів. Одиничний точки рядка растерізації. Під час формування стан тригера 41 забезпечує формування на виході останніх трьох імпульсів на виході 37 на виході 36 другого елемента І 42 імпульсної послідовності, присутній рівень логічної одиниці. передній фронт якої забезпечує запис в регістр 8 Дешифратор 10 може бути реалізований різпристрою, а задній фронт стробує (підтверджує ними способами. Наприклад, його можна реалізудостовірність даних) на виході 27 пристрою. вати у вигляді блоку постійної пам'яті. Одиничний стан тригера 41 розблоковує робоНа фіг.13 приведений один із можливих варіату тригера 43. Як видно з часової діаграми роботи нтів реалізації дешифратора 10. Він включає елеблоку 14 керування (фіг.11) тригер 43 переходить менти 47¸52, 54 І, а також елемент 53 АБО. На в одиничний стан тільки по задньому фронту імпуфіг.13 входи n1¸n9 дешифратора відповідають льсної послідовності, яка формується на виході виходам регістра 4, причому n1 - відповідає моло37, тобто після формування першого імпульсу на дшому розряду. Елемент 47 виділяє значення ко 15 71489 16 ефіцієнту спекулярності n=1, елемент 48 - n=2 , n блоку 9 та значення величин , які одержуютьелементи 49¸53 - n =3¸6 (елемент 49 виділяє n=3, k елемент 50 виділяє n=4, елемент 51 виділяє n=5, ся на його виході. елемент 52 виділяє n=6, а елемент 53 АБО об'єдФункціональне зображення блоку 12 постійної нує випадки n=3¸6). Елемент 54 І виділяє випадки, пам'яті представлено на фіг.15. Старші розряди коли на виходах елементів 47, 48 та 53 присутні адресного входу блоку 12 підключені до виходів рівні логічного нуля, тобто випадок, коли 30, 31, 32, 33 дешифратора. На вказаних ви ходах n=7¸1000. дешифратора в кожний момент часу присутня Дешифратор 10 (фіг.13) сигнали на виходи тільки одна логічна одиниця, яка визначає тип 30¸33, яка визначає яки коефіцієнт k ставиться у BRDF. Наприклад при значенні логічної одиниці на відповідність коефіцієнту спекулярності n (фіг.10). виході 30 дешифратора 10 використовується фунОскільки коефіцієнт спекулярності n знаходиться в кція соs(z(X)), тому по адресних входах А1¸ Аn-4 діапазоні n=1¸1000, то дешифратор має 9 входів блоку 12 заносять значення соs(z(X)). Аналогічно n1¸n9 (фіг.13). при Аn, Аn-1, Аn-2 , Аn-3=0100 по адресах А1¸ Аn- 4 в В блоку 9 постійної пам'яті зберігається знаблок 12 заносять значення функції соs 2(z(X)), при n Аn , Аn-1, Аn-2, Аn-3=0010 по адресах А1¸ Аn-4 в блок чення . Враховуючи, що для кожного діапазоk 12 заносять значення функції соs 4(z(X)), при Аn, ну значень коефіцієнту n ставиться у відповідність Аn- 1, Аn- 2, Аn-3=0001 по адресах А1¸ Аn-4 в блок 12 свій коефіцієнт k (фіг.8), то кількість комірок блоку заносять значення функції соs 16(z(X)). 9 буде дорівнювати кількості значень коефіцієнту Авторами винаходу було проведено програмспекулярності n. Оскільки n=1¸1000, то блок 9 поне моделювання роботи пристрою. На фіг.16 пристійної пам'яті буде складатись з 1000 комірок. В ведено зображення, яке було сформоване при таблиці 3 (фіг.14) представлені значення величини моделюванні. На фіг.16 чітко виражені відблиски, коефіцієнта спекулярності n, які подаються на вхід які надають зображенню високої реалістичності. 17 71489 18 19 71489 20 21 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 71489 Підписне 22 Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601