Графічний спецпроцесор для систем візуалізації

Графічний спецпроцесор для систем візуалізації, що містить блок завдання вхідних параметрів, блок керування, перший, другий, третій блоки перетворення координат, перший, другий, третій логарифмічні перетворювачі, перший, другий функціональні перетворювачі, перший, другий адресні формувачі, блок формування сигналу "Обрій", перший інформаційний вихід блоку завдання вхідних параметрів з'єднаний із дев'ятими входами першого, другого, третього блоків перетворення координат, другий інформаційний вихід з'єднаний з одинадцятими входами першого і другого адресних формувачів, від першого до четвертого керуючі виходи з'єднані з відповідними входами першого, другого і третього блоків перетворення координат, четвертий також зв'язаний із дев'ятими входами першого і другого адресних формувачів, треті і четверті входи яких зв'язані відповідно з п'ятим і шостим виходами блоку завдання вхідних параметрів, перший вхід якого з'єднаний із п'я тим виходом блоку керування, перший вихід блоку керування зв'язаний із другими входами першого, друго го, третього логарифмічних перетворювачів і блоку формування сигналу "Обрій", п'ятими входами першого, другого і третього блоків перетворення координат, третіми входами першого і другого функціональних перетворювачів, шостими входами першого і другого адресних формувачів, від другого до четвертого виходи блоку керування з'єднані відповідно із шостими, сьомими і восьмими входами першого, другого, третього блоків перетворення координат, третій вихід блока керування також з'єднаний із третіми входами першого, другого і третього логарифмічних перетворювачів, сьомими входами першого і другого адресних формувачів, шостими входами першого і другого функціональних перетворювачів і третім входом блоку сигналу "Обрій", а четвертий вихід блоку керування з'єднаний також із десятими входами першого і другого адрес A (54) ГРАФІЧНИЙ СП ЕЦПРОЦЕСОР ДЛЯ СИСТЕМ ВІЗУАЛІЗАЦІЇ 39377 паковки з'єднаний із виходом першого оперативного запам'ятовуючого пристрою, вихід першого оперативного запам'ятовуючого пристрою з'єднаний з другим і третім входами першого блоку розпаковки та через другий вхід третього мультиплексораселектора з другим входом четвертого мультиплексора-селектора, вихід якого з'єднаний з другим входом п'ятого мультиплексора-селектора, вихід якого зв'язаний з дев'ятим входом блоку вибору кольору, вихід якого є ви ходом спецпроцесора, а десятий вхід зв'язаний з блоком формування сигналу "Обрій", треті входи першого і другого мультиплексорів-селекторів з'єднані відповідно з бітом переходу на наступний рівень першого і другого оперативних запам'ятовуючих пристроїв, треті входи другого і третього блоку розпаковки з'єднані відповідно з бітом переходу на наступний рівень другого і третього оперативних запам'ятовуючих пристроїв, четверті входи першого, др угого і третього блоку розпаковки, другі входи першого, другого і третього регістрів, одинадцятий вхід блоку вибору кольору з'єднані з третім входом блоку запам'ятовування та розпаковки сцени, перший, другий і третій виходи першого і др угого блоку розпаковки і перший і другий виходи третього блоку розпаковки з'єднані відповідно з 1-8 входами блоку вибору кольору, треті входи третього, четвертого і п'ятого мультиплексорів-селекторів з'єднані відповідно з бітом переходу на наступний рівень першого, другого і третього оперативних запам'ятовуючих пристроїв. Винахід відноситься до обчислювальної техніки, тренажерів різноманітного призначення, а також може бути використаний в телевізійній техніці. Відомий пристрій для формування динамічних зображень (див. А.С. СРСР № 1109785 за МПК G09G 1/08, бюл. № 31, 1984), що містить блок завдання вхідних параметрів і синхронізації, два блоки перетворення координат, формувач керуючих імпульсів, шини керуючого і вихідного сигналів. Найбільш близьким за сукупністю ознак є пристрій для обчислення швидких геометричних перетворень (див. пат. РФ № 2020557 за МПК5 G06F 7/548, бюл. № 18, 1994). Пристрій містить блок завдання вхідних параметрів, перший, другий, третій блоки перетворення координат, блок пам'яті, блок керування, перший, другий, третій логарифмічні перетворювачі, перший, другий функціональні перетворювачі, перший, другий адресні формувачі, блок формування сигналу "Обрій". Описані аналог і прототип не забезпечують високий ступінь деталізації та якість відображення об'єктів сцени через відсутність запам'ятовуючого пристрою, що зберігає сцену з різним ступенем деталізації та пристрою розпаковки, що дозволяє розпаковувати об'єкти сцени із запам'ятовуючого пристрою при їх відображенні. В основу винаходу поставлено завдання створення графічного спецпроцесора для систем візуалізації, що за рахунок уведення блока зберігання та розпаковки сцени замість блока пам'яті і нових зв'язків забезпечував би високоякісне відображення об'єктів. Такий технічний результат може бути досягнутий, якщо в графічний спецпроцесор для систем візуалізації, що містить блок завдання вхідних параметрів, блок керування, перший, другий, третій блоки перетворення координат, перший, другий, третій логарифмічні перетворювачі, перший, другий функціональні перетворювачі, перший, другий адресні формувачі, блок формування сигналу "Обрій", перший інформаційний вихід блока завдання вхідних параметрів з'єднаний із дев'ятими входами першого, другого, третього блоків перетворення координат, другий інформаційний вихід, з'єднаний з одинадцятими входами першого і другого адресних формувачів, від першого до четвертого керуючі виходи з'єднані з відповідними вхо дами першого, другого і третього блоків перетворення координат, четвертий також зв'язаний із дев'ятими входами першого і другого адресних формувачів, треті і четверті входи яких зв'язані відповідно з п'ятим і шостим виходами блока завдання вхідних параметрів, перший вхід якого з'єднаний із п'ятим виходом блока керування, перший вихід блока керування зв'язаний із другими входами першого, друго го, третього логарифмічних перетворювачів і блока формування сигналу "Обрій", п'ятими входами першого, другого і третього блоків перетворення координат, третіми входами першого і другого функціональних перетворювачів, шостими входами першого і другого адресних формувачів, від другого до четвертого виходи блока керування з'єднані відповідно із шостими, сьомими і восьмими входами першого, другого, третього блоків перетворення координат, третій вихід блока керування також з'єднаний із третіми входами першого, другого і третього логарифмічних перетворювачів, сьомими входами першого і другого адресних формувачів, шостими входами першого і другого функціональних перетворювачів і третім входом блока формування сигналу "Обрій", а четвертий ви хід блока керування з'єднаний також із десятими входами першого і другого адресних формувачів, перший вихід першого блока перетворення координат з'єднаний із першим входом першого логарифмічного перетворювача, перші і другі ви ходи якого через перший функціональний перетворювач з'єднані з першим і другим входом першого адресного формувача, перший вихід другого блока перетворення координат з'єднаний із першими входами другого логарифмічного перетворювача і блока формування сигналу "Обрій", перший вихід третього блока перетворення координат з'єднаний із першим входом третього логарифмічного перетворювача, перший і другий ви ходи якого через другий функціональний перетворювач з'єднані з першим і другим входами другого адресного формувача, другі ви ходи першого і третього блоків перетворення координат з'єднані з п'ятими входами відповідно першого і другого адресних формувачів, перший і другий виходи друго го логарифмічного перетворювача з'єднані відповідно з четвертими і п'ятими входами першого та другого функціональних перетворювачів, др угий ви хід др угого блока перетворення 2 39377 координат з'єднаний із восьмими входами першого і другого адресних формувачів, згідно з винаходом, в нього введений блок зберігання та розпаковки сцени, що містить чотири оперативних запам'ятовуючи х пристрої, три блоки розпаковки, блок вибору кольору, п'ять мультиплексорівселекторів, три адресних регістри, при цьому вхід першого оперативного запам'ятовуючого пристрою, перші входи першого блока розпаковки і першого регістра з'єднані з першим входом пристрою, ви хід першого регістра з'єднаний із першими входами другого блока розпаковки і другого регістра і входом другого оперативного запам'ятовуючого пристрою, вихід якого зв'язаний з першим входом третього та з другим входом першого мультиплексора-селектора, вихід якого зв'язаний з другим входом другого блоку розпаковки, четвертий вихід якого зв'язаний з першим входом другого мультиплексора-селектора, вихід якого зв'язаний з другим входом третього блоку розпаковки, вихід другого регістра з'єднаний із першими входами третього блока розпаковки і третього регістра і входом третього оперативного запам'ятовуючого пристрою, вихід якого зв'язаний з другим входом другого та з першим входом четвертогомультиплексора-селектора, вихід третього регістра з'єднаний із входом четвертого оперативного запам'ятовуючого пристрою, другий вхід першого блока розпаковки з'єднаний із виходом першого оперативного запам'ятовуючого пристрою, вихід першого оперативного запам'ятовуючого пристрою з'єднаний з другим і третім входами першого блока розпаковки та через другий вхід третього мультиплексора-селектора з другим входом четвертого мультиплексора-селектора, вихід якого з'єднаний з другим входом п'ятого мультиплексора-селектора, вихід якого зв'язаний з дев'ятим входом блоку вибору кольору, ви хід якого є виходом спецпроцесора, а десятий вхід зв'язаний з виходом блоку формування сигналу "Обрій", треті входи першого і другого мультиплексорів-селекторів з'єднані відповідно з бітом переходу на наступний рівень першого і другого оперативних запам'ятовуючих пристроїв, треті входи другого і третього блоку розпаковки з'єднані відповідно з бітом переходу на наступний рівень другого і третього оперативних запам'ятовуючих пристроїв, четверті входи першого, другого і третього блока розпаковки, другі входи першого, другого і третього регістрів, 11 вхід блоку вибору кольору з'єднані з третім входом блока запам'ятовування та розпаковки сцени, перший, другий і третій виходи першого і другого блоку розпаковки і перший і другий виходи третього блоку розпаковки з'єднані відповідно з 1-8 входами блоку вибору кольору, треті входи мультиплексорів-селекторів 3-5 з'єднані відповідно з бітом переходу на наступний рівень першого, другого і третього оперативних запам'ятовуючи х пристроїв. На фіг. 1 зображена структурна схема графічного спецпроцесору для систем візуалізації, на фіг. 2 зображена структурна схема блоку зберігання та розпаковки сцени, на фіг. 3 зображена структурна схема блоку розпаковки, на фіг. 4 зображена структурна схема блоку вибору кольору, на фіг. 5 зображений формат слова оперативного запам'ятовуючого пристрою, на фіг. 6, 7, 8 приведені геометричні елементи для пояснення роботи блоку розпаковки. Графічний спецпроцесор для систем візуалізації містить блок 1 завдання вхідних параметрів, блок 2 керування, перший 3, другий 4, третій 5 блоки перетворення координат, перший 6, другий 7, третій 8 логарифмічні перетворювачі, перший 9, другий 10 функціональні перетворювачі, перший 11, другий 12 адресні формувачі, блок 13 формування сигналу "Обрій", блок 14 зберігання та розпаковки сцени. Блок 14 зберігання та розпаковки сцени (БЗРС) містить перший 15, другий 16, третій 17 блоки розпаковки (БР), перший 18, другий 19, третій 20, четвертий 21 і п'я тий 22 мультиплексори-селектори, перший 23, другий 24, третій 25 і четвертий 26 оперативні запам'ятовуючі пристрої (ОЗП), блок 27 вибору кольору (БВК), перший 28, другий 29 і третій 30 адресні регістри. Вхід 1 є входом адресу, вхід 2 є входом сигналу "Обрій", вхід 3 є входом синхроімпульсів, що управляють обчислювальним конвеєром у блоці. Пристрій працює таким чином. Роботу пристрою розглянемо з моменту появи на другому і третьому виходах блоку 2 керування імпульсів "Рядковий імпульс, що гасить (РІГ)" і "Кадровий імпульс, що гасить (КІГ)", що встановлюють пристрій у вихідний стан, а також "Обмін", що ініціює передачу параметрів із блоку 1 завдання вхідних параметрів (БЗВП). Кожний параметр, що виставляється БЗВП 1 на інформаційних вихода х 1 і 2, супроводжується парою керуючих сигналів по керуючи х ви ходах: перший установлює відповідний регістр у режим "Прийом", другий син хросигнал "Запис" надходить на синхровходи усіх регістрів, призначених для зберігання параметрів, забезпечуючи їхній запис у регістри. По закінченні дії сигналу "КІГ" блок 2 керування починає видавати на одному із своїх ви ходів серію синхроімпульсів, що управляють обчислювальним конвеєром у пристрої. Частота цих синхроімпульсів відповідає темпу промальовування пікселів на екрані телевізійного приймача. На кожний синхроімпульс на виході блоку 14 зберігання та розпаковки сцени з'являється інформація, що відповідає пікселу екрана. Після відображення чергового рядка блок 2 керування виробляє сигнал "РІГ", що установлює вузли пристрою в стан, що відповідає початку рядка, а потім формування кадру закінчується появою на виходах 2 і 3 блоку 2 керування сигналів відповідно "РІГ" і "КІГ". Кожний із трьох блоків перетворення координат (БПК) 3, 4, 5 обчисляє координату проекційного променя. Логарифмічні перетворювачі 6, 7, 8 здійснюють апаратну реалізацію функції двійкового логарифма. Призначення функціональних перетворювачів 9, 10 полягає у формуванні на першому виході значення функції 2k, а на другому ви ході D. Адресні формувачі (АФ) 11, 12 призначені для обчислення координат проекції елемента екрана на предметну площину. Блок 2 керування призначений для синхронізації функціонування усього пристрою: ініціює передачу вхідних параметрів БЗВП, коли з'являється КІГ, і виробляє серію синхроімпульсів СІ, що керують конвеєром протягом часу формування кадру. Блок 14 зберігання та розпаковки сцени при 3 39377 значений для зберігання сцени та визначення кольору точки місцевості, з якою має пересічення проекційний промінь. У кожній комірці ОЗП зберігається слово, що описує графічний примітив, що відображає певну ділянку місцевості, а також інформацію про колір кожної із трьох можливих областей ділянки місцевості. Адреси розташування графічних примітивів в ОЗП відповідають координатам розташування ділянок місцевості. Формат слова, що зберігається в комірці ОЗП, показаний на фіг. 5, де d0 - перестановка координат, d1 - інверсія координати X, d2 - інверсія координати Y, d3, d4 - зсув координати Y, d5, d6 - нахил координати Y, d7 - роздвоєння, NL перехід на наступний рівень, С1, С2, С3 - колір першої, другої і третьої областей комірки місцевості. Довжина слова складає 18 біт. Блок розпаковки містить: п'ятнадцять регістрів, у тому числі, три вхідних регістри координат і коду графічного примітива (ГП), сім проміжних регістрів збереження результатів перетворення координат, чотири проміжних регістри збереження коду ГП, вихідний регістр збереження результатів порівняння, два мультиплексори-селектори, мультиплексор, зсувач, два суматори, дві схеми порівняння перетворених координат, два елементи "логічна нерівнозначність", диз'юнктор. При цьому, перший вхід БР з'єднаний із входами першого і другого регістрів, другий вхід БР з'єднаний із входом третього регістра, третій вхід БР з'єднаний із третім входом диз'юнктора, четвертий вхід БР з'єднаний із другими входами 1-15 регістрів, виходи першого і другого регістрів з'єднані відповідно з першими входами першого і другого елементів "логічна нерівнозначність", вихід третього регістра з'єднаний із другими входами першого і другого елементів "логічна нерівнозначність", третіми входами першого і другого мультиплексорів-селекторів і входом шостого регістра, вихід першого елемента "логічна нерівнозначність" з'єднаний із першим входом першого мультиплексора-селектора і другого входу др угого мультиплексора-селектора, вихід другого елемента "логічна нерівнозначність" з'єднаний із першим входом другого мультиплексора-селектора і першим входом другого мультиплексора-селектора, виходи першого і другого мультиплексорів-селекторів з'єднані, відповідно, з входами четвертого і п'ятого регістрів, вихід четвертого регістра з'єднаний із першим входом першого мультиплексора, вихід п'ятого регістра з'єднаний із входом восьмого регістра, вихід шостого регістра з'єднаний із входом дев'ятого регістра і другого входу першого мультиплексора, вихід першого мультиплексора з'єднаний із входом сьомого регістра, вихід сьомого регістра з'єднаний із першими входами першого і другого суматорів і першого входу друго го мультиплексора, вихід дев'ятого регістра з'єднаний із другими входами першого і другого суматорів, третім входом другого мультиплексора і входом тринадцятого регістра, виходи першого і другого суматорів з'єднані відповідно з входами десятого й одинадцятого регістрів, вихід другого мультиплексора з'єднаний із входом тринадцятого регістра, вихід восьмого регістра з'єднаний із входом дванадцятого регістра, виходи десятого й одинадцятого регістрів з'єднані, відповідно, з першими вхо дами першої і другої схем порівняння, вихід дванадцятого регістра з'єднаний із другими входами першої і другої схем порівняння, вихід тринадцятого регістра з'єднаний із першим входом п'ятнадцятого регістра, вихід п'ятнадцятого регістра є четвертим виходом БР, перші ви ходи першої і другої схем порівняння з'єднані з першим і другим входами регістра збереження результатів порівняння, другі виходи першої і другої схем порівняння з'єднані відповідно з першим і другим входами диз'юнктора, вихід диз'юнктора з'єднаний із третім входом регістра збереження результатів порівняння, перший, другий і третій виходи регістра збереження результатів порівняння є відповідно першим, другим і третім виходами БР. На фіг. 3 показана структурна схема блоку розпаковки. Блок вибору кольору містить три дешифратори інформації, що надходить від першого, др угого і третього блоків розпаковки, три регістри для збереження декодованої інформації, регістр для збереження інформації про кольори оброблюваної ділянки місцевості, якій належить дана точка місцевості, регістр для збереження коду обраного кольору, комбінаційну схему керування регістрами, в яку входять інвертор і два логічних елементи Шефера, шифратор коду відображуваної кольорової області ділянки місцевості, мультиплексорселектор кольору точки місцевості, що відповідає даній області ділянки місцевості. Перший і другий входи БВК з'єднані відповідно з першим і другим входами першого дешифратора, третій вхід БВК з'єднаний із четвертим входом першого регістра і з першими входами першого і другого логічни х елементів Шефера, четвертий і п'ятий входи БВК з'єднані відповідно з першим і другим входами другого дешифратора, шостий вхід БВК з'єднаний із входом інвертора і другим входом другого логічного елемента Шефера, сьомий і восьмий входи БВК з'єднані відповідно з першим і другим входами третього дешифратора, перший, другий і третій ви ходи дешифраторів з'єднані відповідно з першим, другим і третім входами першого, другого і третього регістрів, вихід інвертора з'єднаний із другим входом першого логічного елемента Шефера, виходи першого і другого логічних елементів Шефера з'єднані відповідно з четвертими входами другого і третього регістрів, виходи першого, друго го і третього регістрів з'єднані відповідно з першим, другим і третім входами шифратора, десятий вхід БВК з'єднаний із входом четвертого регістра, одинадцятий вхід БВК з'єднаний із п'ятими входами 1-3 регістрів і з другими входами четвертого і п'ятого регістрів, вихід четвертого регістра з'єднаний із першим, другим і третім входами мультиплексораселектора, на четвертий вхід мультиплексораселектора подається код кольору неба, п'ятий і шостий входи мультиплексора-селектора з'єднані відповідно з першим і другим виходами шифратора, вихід мультиплексора-селектора з'єднаний із першим входом п'ятого регістра. Вихід п'ятого регістра є виходом блоку вибору кольору. Структурна схема блоку вибору кольору показана на фіг. 4. При проектуванні цифрових систем візуалізації для тренажерів транспортних засобів виникає 4 39377 проблема оперативного збереження і відображення з необхідною точністю зображень на великій площі. Так, наприклад, для авіаційних тренажерів необхідно мати "без підкачування" в оперативній пам'яті (ОП) інформацію про зображення на площі не менше: S = l x x l y = 2 16 x 216 м niy істотно залежать від складності синтезованого зображення. Кількість рівнів, що заповнюються для запам'ятовування даного фрагмента сцени визначається необхідною детальністю його відображення. Розбивка на рівні здійснюється так, що: (1) nx = n1x + n2x +…+n(k-1) x + n kx n y = n1y + n2y +…+n(k-1) y + n ky де lx, l у - довжини сторін площі. При цьому, щоб зменшити ступінчастість малювання ліній графічних примітивів (ГП), дискретність відображення лінійного розміру повинна складати D = 2-6 – 2-8 м. Таким чином, ємність пам'яті досягає проблематичних розмірів: E = 2n x × 2 ny ( n x + ny ) = 2 44- 48 біт =2 При такому засобі запам'ятовування інформації виникає проблема відображення ГП, що зберігаються на перших рівнях із точністю k-гo рівня, на якому ступінчасте представлення ліній ГП практично не видно, тому що знаходиться на рівні спроможності ока людини. Відомі алгоритми креслення ГП (наприклад, алгоритми Брезенхема і т.п. (Фоли Дж. Основы интерактивной машинной графики: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985. - Т.1.- 367 с., Т.2. - 368 с.)) є ітераційними і, в основному, можуть бути використані при векторному засобі формування зображення. Ці алгоритми погано адаптовані для растрової графіки формування зображення в реальному масштабі часу (Фоли Дж. Основы интерактивной машинной графики: Пер. с англ. М.: Мир, 1985. - Т.1. - 367 с., Т.2. - 368 с.). При комірному засобі синтезу складного зображення в одній комірці в найпростішому випадку зберігається код сторони, що розділяє стичні багатокутники, а також коди кольору цих багатокутників. У процесі формування растра спецпроцесор, що виконує центропроективні перетворення вихідного зображення (Патент № 2020557 МКИ5 G06F 7/548 Устройство для вычисления быстрых геометрических преобразований), розраховує для кожного піксела екрана адрес пересічення (хр,ур) променя, що проектує (ПП) із поверхнею предметів відображуваної сцени. На фіг. 6 показаний фрагмент плоского зображення, що зберігається в одній комірці у виді квадрата, розділеного на дві області різного кольору 1 і 3 і які є частиною стичних через сторону 2 деяких багатокутників. Показано точку пересічення Р(хр,ур) променя, що проектує, із поверхнею зображення. На фіг. 7 показаний варіант плоского зображення, що зберігається в одній комірці у виді квадрата, розділеного на три області різного кольору 1, 2 і 3. Область 2 утвориться в результаті роздвоєння сторони стичних багатокутників (сторона 2 на фіг. 6). Кольори областей 1, 2 і 3 задаються відповідно полями слова ОЗП С1, С2 і С3 (фіг. 5). Можливі такі випадки обробки зображення на деякому рівні (фіг. 6). Випадок 1. Координата ур більша або менша відповідної координати сторони 2. У цьому випадку пікселу присвоюється колір відповідно області 1 або 3. Випадок 2. Координата ур дорівнює відповідній координаті сторони 2. Тоді варто перейти на наступний рівень. Розглянуті два випадки можливі на будь-якому рівні. При такому засобі присвоювання кольору пікселу процес розфарбовування областей багатокутників є результатом пошуку межі між двома кольорами. Лінія межі при цьому не викреслюється. При роздвоєнні сторони 2 (фіг. 7) в обробці (2) де, n= log 2 x ly lx ; n= log 2 ; y Dl x Dl y (3) Рішення проблеми досягається створенням багаторівневої ієрархічної структури ОП, використовуючи так називаний комірний метод (Иванов В.Б., Батраков А.С. Трехмерная компьютерная графика. - М.: Радио и связь, 1995.- 224 с.) запам'ятовування складних зображень. Нехай перший рівень ОП має: n 1x E1 = 2 n1y ×2 комірок пам'яті, де: n1x = log 2 1y 1x ; n1y = log 2 ; D1x D1 y (3a) Dlx, Dl y - дискретність розбивки лінійного розміру площі S на першому рівні або лінійні розміри комірки першого рівня. Далі кожна комірка пам'яті першого рівня ділиться на необхідну кількість комірок другого рівня: E2 = 2 n2 x n2 y ×2 де: n lх = log 2 D1 D1 x ; nly = log 2 y ; D2x D 2y (3б) D2х, D 2у- лінійні розміри комірки другого рівня. При загальному числі рівнів k кожна комірка (k-1) рівня ділиться на число комірок k-го рівня: Ek = 2 nk x ×2 n ky де n k x = log 2 D ( k-1) x Dkx ; n k y = log 2 D (k -1) y Dky ; (4) (Зв) D(k-1) х, D( k-1) у - дискретність розбивки лінійного розміру площі комірки (k-1)-гo рівня або лінійні розміри комірки k-гo рівня. Кількість рівнів запам'ятовування зображення k, а також їхня розрядність nix, 5 39377 бере участь паралельно з ур координата ур’=ур+d 7. Надалі обробку інформації на будь-якому і-му рівні і перехід, якщо це необхідно, до і+1-го рівня ОП у процесі синтезу зображення, назвемо операцією розпаковки, або просто розпаковкою. Можливий випадок, коли ГП запам'ятовується тільки на першому рівні. Проте, для того, щоб відобразити такий ГП із ступінчастістю k-ro рівня, необхідно виконати для даного ГП у процесі його відображення, операцію розпаковки від 1-го до k-гo рівня, так називану "наскрізну розпаковку". Формалізуємо метод наскрізної розпаковки й визначимо алгоритм виконання операції розпаковки. Лінія межі між двома областями різного кольору є пряма. Рівняння прямої, що проходить через задану М(х1 ,у1): у-у1 = b (х-х1). де прийняте таке значення розрядів: d0=1, якщо х і у взаємно переставлені і d0=0 у противному випадку; d2=d1=1, якщо відповідно х, у інвертовані і d2=d1=0 у противному випадку; d4, d3 задається значення і; d6, d5 задається значення коефіцієнта "с"; d7 задається роздвоєння прямої. Тоді, коди вихідних прямих мають значення при двійковій і десятковій основі системи числення: К1=0; К2=000010002=810; К3=000100002=1610; К4=000110002=2410. Коди для похідних прямих одержують шля хом модифікації кодів вихідних прямих. Так, наприклад, К= К2+1=9, тобто d0=1; 5 K6=K3+64=80, тобто d6=1. У змістовному значенні код прямої указує на те, які з кроків алгоритму розпаковки повинні бути виконані. Роздивимося алгоритм розпаковки. На фіг. 8 показана точка пересічення Р проекційного променя, координати котрої xp,yp обчислені спецпроцесором центропроективних перетворень (Патент № 2020557 МКИ5 G06F 7/548 Устройство для вычисления быстрых геометрических преобразований) і є адресою пам'яті, заданої співвідношенням (2). Відповідно до (4) із повної кількості розрядів nх,n у координат Xp,Yp виділяється група старших розрядів n1х, n1y, які утворять адресу Хp1 ,Yp1 першого рівня ОП. Аналогічний поділ розрядів nх, nу на групи розрядів здійснюється для всіх рівнів ОП. Робота алгоритму розпаковки (надалі просто алгоритм) починається з першого рівня. За адресою Xp ,Yp вибирається код Kj і далі починається розпаковка даного коду на першому рівні. При цьому виконуються такі операції: 1. Інверсія координат, тобто, якщо d1=1, то (5) Введемо ряд обмежень на побудову прямої. Обмеження 1. Завжди у>0, х>0, тобто пряма викреслюється в першому квадранті. Обмеження 2. Куто вий коефіцієнт b приймає такі значення: b = 2i (6) де і = -¥ ... 0. Практично достатньо, щоб і приймало значення і = -3...0. Обмеження 3. Координати точки М можуть бути задані тільки з кроком дискретної розбивки всіх k-рівнів розпаковки. Практично виявляється достатньо обмежитися при завданні координат точки М тільки дискретністю того рівня, у якому викреслюється пряма. Введення обмежень істотно не впливає на складність синтезованого зображення. Перетворимо (5) до виду: у = bх + с Хp1= X p1; d 2=1, то Yp1= Y p1 . 2. Взаємна перестановка Хp1, Yp1, якщо d0 =1. 3. Зсув координати, що виконує роль аргументу на і розрядів вправо. Позначимо отримане число f1. 4. Додавання числа f1, отриманого по п.З до числа, поданого у коді Kj розрядами d6d5. Позначимо отримане число j2. 5. Порівняння тієї з координат Хp1, Yp1, яка після виконання п.1 не є аргументом (позначимо її fp), з числом, що отримане в п.4 - з f2. Якщо fp ¹ f2, то пікселу надається колір відповідно вище сторони 3 (фіг. 6), тобто колір області 1, або нижче сторони 3, тобто колір області 2. Якщо fp = f2, то виконується п.6. 6. Реалізується модифікація коду Kj шляхом виконання операції присвоєння розрядам d6d5 значень відповідно з такими правилами: - яккщо b=0,5, тo d6 = 0, d5 = 0; - якщо b=0,25, то d6 = a 0, d5 = 0. 7. Далі алгоритм виконує п. 1 - п.7, оперуючи координатами Хp2, Yp2 другого рівня ОП, а також кодом Kj, модифікованим в п. 7 попереднього рівня розпаковки. Аналогічні кроки алгоритм виконує включно до останнього k-гo рівня ОП. У спецпроцесорі, що описується, кількість рівнів оперативної пам'яті дорівнює чотирьом. БР виконують перетворення координат місцевості (адреса ОЗП) відповідно до коду графічного (7) де с = (у1 – bх1). Введення обмежень 1, 2, 3 спрощує розрахунок (7) до простих операцій додавання і зсуву. Проте, із співвідношень (1, 2) випливає, що розрядність операндів такого обчислювача може досягати n=24 і більшe. Відомо, що зі збільшенням числа розрядів збільшується час обчислення арифметичних операцій. На фіг. 8 подані суцільними лініями деякі можливі типи прямих, що можуть бути отримані зі співвідношення (7) з урахуванням прийнятих обмежень. Показано комірну структур у і-го рівня, для котрого nix=8, nіу=8. Приведені типи прямих, що назвемо вихідними, позначені на фіг. 8 відповідно Y1, Y2, Y3 , Y4. Куто ві коефіцієнти для вихідних прямих відповідно рівні b1=1, b2=0,5, b 3=0,25. З ви хідних прямих можуть бути отримані інші прямі (похідні) шляхом зміни коефіцієнта "с" із дискретністю даного рівня, інверсією значень х, у і їхньою взаємною перестановкою (на фіг. 8 показані пунктиром). Надалі тип j-ї прямої задається кодом Кj: Kj =(d7d6d5d4d3d2d1d0) (8) 6 39377 примітива і наступного порівняння їх між собою. ОЗП призначені для збереження інформації про комірки місцевості. Перший 18 і другий 19 мультиплексори-селектори призначені для комутації коду графічного примітива, що надходить з ОЗП або БР попереднього рівня. Третій 20, четвертий 21 і п'ятий 22 мультиплексори-селектори призначені для комутації даних ОЗП при переході на наступний рівень, перший 28, другий 29 і третій 30 адресні регістри призначені для проміжного збереження адрес ОЗП на кожному такті роботи конвеєра. Блок 27 вибору кольору призначений для вибору коду кольору області комірки місцевості на основі даних, отриманих від БР. На вхід 1 БЗРС надходить 48-розрядна адреса, 24 розряди по координаті X и 24 розряди по координаті Y. Ця адреса логічно розділяється на чотири групи адрес по 12 розрядів у кожній (6 розрядів по координаті X і 6 розрядів по координаті Y), що відповідають чотирьом рівням оперативної пам'яті. Причому, порядок угруповання такий, що до першої групи відносяться старші розряди, до четвертої - молодші. Перша група адрес надходить на вхід першого ОЗП, із виходу якого частина слова, що відповідає коду графічного примітива (фіг. 5), надходить на другий вхід першого БР, на перший вхід якого з входу 1 БЗРС надходить друга гр упа адрес. Перший БР здійснює перетворення адреси відповідно до коду графічного примітива, а також модифікацію коду ГП, якщо це потрібно. З ви ходів 1-3 першого БР результат порівняння надходить на 13 входи БВК. Третій вхід першого БР призначений для примусової установки третього виходу першого БР у значення «дорівнює» при переході на наступний рівень оперативної пам'яті. З цією ціллю третій вхід першого БР з'єднаний із відповідним розрядом виходу першого ОЗП. Друга, третя і четверта групи адрес записуються в перший адресний регістр. Друга гр упа адрес із виходу першого адресного регістра надходить на вхід другого ОЗП, із виходу якого частина слова, що відповідає коду графічного примітива, надходить на другий вхід другого БР, на перший вхід якого з виходу першого адресного регістра надходить третя група адрес. Другий БР здійснює перетворення адреси відповідно до коду графічного примітива, а також модифікацію коду ГП, якщо це потрібно. З ви ходів 1-3 БР 2 результат порівняння надходить на 4-6 входи БВК. Третій вхід другого БР призначений для примусової установки третього виходу БР у значення "дорівнює" при переході на наступний рівень оперативної пам'яті. З цією ціллю третій вхід БР сполучений із відповідним розрядом виходу другого ОЗП. Третя і четверта групи адрес записуються в другий адресний регістр. Третя група адрес із виходу другого адресного регістра надходить на вхід третього ОЗП, із ви ходу якого частина слова, що відповідає коду графічного примітива, надходить на другий вхід третього БР, на перший вхід якого з виходу др угого адресного регістра надходить четверта група адрес. Третій БР здійснює перетворення адреси відповідно до коду графічного примітива. З виходів 1 і 2 БР 3 результат порівняння надходить на 7-8 входи БВК. Четверта гр упа адрес записується в третій адресний регістр. Четверта група адрес із виходу третього адресного регістра надходить на вхід четвертого ОЗП. Виходи 1-4 ОЗП каскадовані через 3-5 мультиплексори-селектори таким чином, що на вхід 9 БВК надходить інформація з виходу того ОЗП, що відповідає рівню деталізації для даної точки місцевості. Якщо на виході першого ОЗП відповідний розряд переходу на наступний рівень ОП встановлений у «0», то третій мультиплексор-селектор, на третій вхід якого залучений цей розряд, на свій вихід комутує інформацію з виходу першого ОЗП. У іншому випадку, якщо розряд переходу на наступний рівень встановлений у «1», третій мультиплексор-селектор на свій вихід комутує інформацію з виходу друго го ОЗП. Якщо на виході другого ОЗП відповідний розряд переходу на наступний рівень ОП встановлений у «0», то четвертий мультиплексор-селектор, на третій вхід якого залучений цей розряд, на свій вихід комутує інформацію з виходу третього мультиплексора-селектора. В іншому випадку, якщо розряд переходу на наступний рівень встановлений у «1», четвертий мультиплексор-селектор на свій вихід комутує інформацію з виходу третього ОЗП. Якщо на виході третього ОЗП відповідний розряд переходу на наступний рівень ОП встановлений у «0», то п'ятий мультиплексор-селектор, на третій вхід якого залучений цей розряд, на свій вихід комутує інформацію з виходу четвертого мультиплексораселектора. В іншому випадку, якщо розряд переходу на наступний рівень встановлений на «1», п'ятий мультиплексор-селектор на свій вихід комутує інформацію з виходу четвертого ОЗП. На вхід 2 БЗРС надходить сигнал із виходу блоку формування сигналу «Обрій». З входу 2 БЗРС сигнал «Обрій» подається на вхід 10 блоку 27 вибору кольору. На вхід З БЗРС надходять синхроімпульси від блоку 2 управління для забезпечення роботи конвеєра. З входу 3 син хроімпульси подаються на другі входи адресних регістрів, на четверті входи БР і на одинадцятий вхід БВК. Блок розпаковки містить перший 31, другий 32, третій 33, четвертий 38, п'ятий 39, шостий 40, сьомий 42, восьмий 43, дев'ятий 44, десятий 48, одинадцятий 49, дванадцятий 50, тринадцятий 51, чотирнадцятий 55 і п'ятнадцятий 56 регістри, перший 34 і другий 35 блоки елементів "логічна нерівнозначність", перший 36 і другий 37 мультиплексори-селектори, блок 47 модифікації коду графічного примітива, зсувач 41, перший 45 і другий 46 суматори, першу 52 і другу 53 схеми порівняння, диз'юнктор 54, вхід 1 - адресний вхід, вхід 2 - вхід коду графічного примітива, вхід 3 -вхід сигналу переходу на наступний рівень пам'яті, вхід 4 - вхід синхронізації. Призначення БР складається в перетворенні координат місцевості (адрес ОЗП) відповідно до коду графічного примітива і наступного порівняння їх між собою, а також модифікації коду графічного примітива відповідно до п. 7 приведеного вище алгоритму. Результат порівняння надходить у блок 27 вибору кольору, а модифікований код - у БР наступного рівня. Адресний вхід з'єднаний із входами першого і другого регістрів, причому, 6 розрядів координати 7 39377 Y надходять на перший регістр, а 6 розрядів координати X надходять на другий регістр, вхід коду графічного примітива з'єднаний із входом третього регістра, вхід сигналу переходу на наступний рівень пам'яті з'єднаний із третім входом диз'юнктора, вхід синхронізації з'єднаний із другими входами регістрів 31-33, 38-40, 42-44, 48-51, 56 і четвертим входом регістра 55. Виходи першого і другого регістрів з'єднані відповідно з першими входами першого і другого блоків "логічна нерівнозначність". На другий вхід першого блока "логічна нерівнозначність" з виходу третього регістра подається біт d2, на другий вхід другого блока "логічна нерівнозначність" з виходу третього регістра подається біт d1. Вихід першого блоку "логічна нерівнозначність" з'єднаний із першим інформаційним входом першого мультиплексораселектора і другим інформаційним входом другого мультиплексора-селектора, вихід другого блока "логічна нерівнозначність" з'єднаний із першим інформаційним входом другого мультиплексораселектора і другим інформаційним входом першого мультиплексора-селектора. Третій адресний вхід першого і друго го мультиплексорів-селекторів з'єднаний із бітом d0 виходу третього регістра. Виходи першого і другого мультиплексорів-селекторів і вихід третього регістра з'єднані відповідно з входами четвертого, п'ятого і шостого регістрів. Вихід четвертого регістра з'єднаний з інформаційним входом 1 зсувача, на керуючий вхід 2 зсувача залучені біти d3, d4 із виходу шостого регістра. Виходи зсувача, п'ятого і шостого регістрів з'єднані відповідно з входами сьомого, восьмого і дев'ятого регістрів. Вихід сьомого регістра з'єднаний із входами першого операнда 1 першого і другого суматорів, біти d5 і d6 із виходу дев'ятого регістра з'єднані з входами другого операнда 2 першого і другого суматорів, вхід 3 вхідного переносу другого суматора з'єднаний із бітом d7 із виходу дев'ятого регістра. Два молодших розряди з виходу сьомого регістра подаються на перший вхід блоку 47 модифікації коду ГП, на другий вхід якого залучені біти d3 і d4 із ви ходу дев'ятого регістра, а на третій вхід - біти d 5 і d6 із виходу дев'ятого регістра. Виходи першого і другого суматорів з'єднані відповідно з входами десятого й одинадцятого регістрів, вихід восьмого регістра з'єднаний із входом дванадцятого регістра. З виходу блока 47 модифікації коду ГП модифіковані біти d5 і d6 надходять на вхід тринадцятого регістра, туди ж надходять інші біти коду ГП із виходу дев'ятого регістра. Виходи десятого й одинадцятого регістрів з'єднані з першими входами відповідно першої і другої схем порівняння, на другі входи яких залучений вихід дванадцятого регістра. Перший вихід першої схеми порівняння з'єднаний із першим входом чотирнадцятого регістра, перший вихід другої схеми порівняння з'єднаний із другим входом чотирнадцятого регістра. Другі ви ходи обох схем порівняння з'єднані відповідно з першим і другим входами диз'юнктора 54, на третій вхід якого залучений третій вхід БР. Вихід диз'юнктора з'єднаний із третім входом чотирнадцятого регістра. Перший, другий і третій виходи чотирнадцятого регістра з'єднані відповідно з першим, другим і третім виходами БР. Вихід тринадцятого регістра з'єднаний із першим входом п'ятнадцятого регістра. Вихід п'ятнадцятого регістра з'єднаний із четвертим виходом БР. 12-бітна група адрес подається на вхід першого і другого регістрів, причому, 6 розрядів координати Y на перший регістр, 6 розрядів координати X - на другий. Блоки 34 і 35 елементів "логічна нерівнозначність" здійснюють або ні, у залежності від значення бітів d1 і d2 коду ГП, інверсію координат Y і X відповідно. Якщо d1=1, то блок 34 елементів "логічна нерівнозначність" інвертує координату Y. Також, якщо d2=1, то блок 35 елементів "логічна нерівнозначність" інвертує координату X. У випадку d2=d1=0 блоки 34 і 35 передають на свій вихід координати без змін. Перший і другий мультиплексори-селектори комутують на свій вихід інформацію з першого інформаційного входу, якщо значення біта d0 коду ГП, залученого на адресні входи першого і другого мультиплексорівселекторів, дорівнює 0, і комутують на свій ви хід інформацію з другого інформаційного входу при d0=1. Зсувач 41 здійснює нахил прямої шляхом зсуву координати Y управо на кількість розрядів, обумовлену бітами d3 і d4 коду ГП. Логіка роботи зсувача показана в табл.1. Регістри 31-33, 38-39, 4244, 48-51, 55, 56 служать для проміжного збереження даних конвеєра. Перший і другий суматори здійснюють зсув прямої шляхом підсумовування координати Y із таким числом: 0d6d5000. Другий суматор враховує також біт d7 коду ГП, що надходить на вхід вхідного переносу другого суматора, тобто підсумовування координати Y із числом 0d6d500d7. Це необхідно для роздвоєння прямої. Блок 47 модифікації коду ГП служить для модифікації бітів d6 і d5 коду ГП у залежності від кута нахилу прямої для правильної роботи наступного рівня розпаковки. Логіка роботи блоку 47 показана в табл. 2, тут і далі знаком "*" позначений невизначений стан. Схема порівняння 52 здійснює порівняння перетвореної координати Y із координатою X, а схема порівняння 53 здійснює порівняння перетвореної з урахуванням біта роздвоєння d7 координати Y із координатою X. Кожна зі схем порівняння має перший вихід «менше» і другий вихід «дорівнює». На виході «менше» буде логічна 1, якщооперанд на першому вході схеми порівняння менше операнда на другому вході. На ви ході «дорівнює» буде логічна 1, якщо операнди на входах схеми порівняння рівні. Виходи «дорівнює» обох схем порівняння і вхід 3 БР об'єднані диз'юнктором, тому при рівності координат або наявності сигналу переходу на наступний рівень (вхід 3 БР) блок 27 вибору кольору аналізує дані від БР наступного рівня. Блок вибору кольору містить перший 57, другий 58 і третій 59 дешифратори, інвертор 60, перший 61 і другий 62 логічні елементи Шефера, перший 63, другий 64, третій 65, четвертий 66 і п'я тий 69 регістри, шифратор 67, мультиплексор-селектор 68. Входи 1, 2 - входи першого і другого умов «менше» від першого БР, вхід 3 - вхід умови «дорівнює» від першого БР, входи 4, 5 - входи першого і другого умов «менше» від другого БР, вхід 6 - вхід умови «дорівнює» від другого БР, вхо 8 39377 ди 7, 8 - входи умов «менше» від третього БР, вхід 9 - вхід даних про колір від ОЗП відповідного рівня, вхід 10 є вхід сигналу «Обрій», вхід 11 - вхід синхронізації конвеєра. Входи першого і другого умов «менше» від БР 1 з'єднані з першим і другим входами першого дешифратора, вхід умови «дорівнює» від БР 1 з'єднаний із входом установки в третій стан першого регістра і перших входів першого і другого елементів Шефера. Входи першого і др угого умов «менше» від БР 2 з'єднані з першим і другим входами другого дешифратора, вхід умови «дорівнює» від БР 2 з'єднаний із входом інвертора і другим входом другого елемента Шефера. Входи першого і другого умов «менше» від БР 3 з'єднані з першим і другим входами третього дешифратора. Вхід даних про колір з'єднаний з інформаційним входом четвертого регістра. Вхід синхронізації конвеєра з'єднаний із п'ятими входами першого, другого і третього регістрів і з другими входами четвертого і п'ятого регістрів. Перший, другий і третій ви ходи першого, др угого і третього дешифраторів з'єднані відповідно з першим, другим і третім інформаційними входами першого, другого і третього регістрів. Виходи першого і другого елементів Шефера з'єднані відповідно з входами установки в третій стан другого і третього регістрів. Перший, другий і третій виходи першого, другого і третього регістрів сполучені через монтажну диз'юнкцію відповідно з першим, другим і третім входами шифратора, четвертий вхід якого з'єднаний із входом сигналу «Обрій». Перший і другий виходи шифратора з'єднані з першим і другим адресними входами мультиплексора-селектора. Перший, другий і третій інформаційні входи мультиплексора-селектора з'єднані з відповідними розрядами виходу четвертого регістра. На четвертий вхід мультиплексора-селектора подається код кольору неба. Вихід мультиплексора-селектора з'єднаний із першим входом п'ятого регістра, вихід якого з'єднаний із виходом блоку перетворення кольору. У залежності від сигналів, що присутні на входах дешифраторів, на одному із виходів дешифраторів буде рівень логічної 1. Ця залежність показана в табл. 3 (вхідна комбінація 10 не може виникнути за логікою роботи БР). Значення "1" на одному із виходів дешифратора відповідає одній з областей комірки місцевості, як показано в табл. 3. Виходи дешифраторів через регістри 63-65 за допомогою монтажної диз'юнкції залучені на входи ши фратора 67, на четвертий вхід якого подається сигнал «Обрій» із 10 входу БВК. Кожний із регістрів 63-65 може переключатися в z-стан, якщо на четвертому вході регістра є присутнім рівень логічної 1, або видавати на свій вихід ін формацію від дешифратора, якщо на четвертому вході регістра є присутнім рівень логічного 0. На логічних елементах 60-62 реалізована логіка переключення регістрів 63-65 у третій стан (z-стан), робота якого задається в табл. 4. На вхід шифратора подається унітарний код, що відповідає одній з трьох областей комірки місцевості (входи 1-3) або небу (вхід 4). Шифратор здійснює перетворення вхідного унітарного коду в двійковий код,що подається на адресні входи мультиплексора-селектора 68. На перший, другий і третій інформаційні входи мультиплексора-селектора через регістр 66 із входу 9 надходить інформація з ОЗП про кольори областей поточної комірки місцевості, причому, на перший вхід надходить код кольору першої області, на другий вхід надходить код кольору другої області, на третій вхід надходить код кольору третьої області. На четвертий вхід мультиплексора-селектора подається постійний код кольору неба. Мультиплексорселектор на вихід БВК через п'ятий регістр комутує колірний код із 1-4 входів відповідно до коду на адресних входах. Таблиця 1 d4 0 0 1 1 d3 0 1 0 1 Вихід зсувача Y Y/2 Y/4 1 Таблиця 2 y1 * * * 0 0 1 1 * y0 * 0 1 0 1 0 1 * d4 0 0 0 1 1 1 1 1 d3 0 1 1 0 0 0 0 1 9 d6 d6 0 1 0 0 1 1 d6 d5 d5 0 0 0 1 0 1 d5 39377 Таблиця 3 Входи деши фратора 1 2 0 0 0 1 1 1 Виходи дешифратора Обрана область 1 2 3 1 0 0 C1 0 1 0 С2 0 0 1 С3 Таблиця 4 Вхід 3 0 1 1 Вхід 4 * 0 1 Виходи регистрів 63 64 65 дані z z z дані z z z дані Фіг.1 10 Рівень ОП 1 2 3,4 39377 Фіг.2 Фіг.3 11 39377 Фіг.4 Фіг.5 Фіг.6 Фіг.7 12 39377 Фіг.8 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 13