DE1944928A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschieben eines Elementes in UEbereinstimmung mit dem Wert eines zwei Variable aufweisenden Verhaeltnisses - Google Patents

Description

PATc MTAH WXLT β

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 1944928

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT MDNCHEN * HAMBURG

TELEFON: 395314 2000 HAMBU RG 50, "3|9iB9

TELEGRAMME! KARPATENT KÖNIGSTRASSE 28 "

W 23 914/69 12/B

Singer-Gfeneral Precision, Inc. Binghamton, New York (V.St.A.)

"Verfahren und Vorrichtung zum Verschieben eines Elementes in Übereinstimmung mit dem Wert eines zwei Variable aufweisenden Verhältnisses.

.Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Sichtsystemcomputer und insbesondere auf einen logischen Stromkreis zum Steuern der Drehstellungen eines Paares anamorpher Linsen in einem optischen System zur Perspektivenänderung <> Die Erfindung hat besondere Anwendung bei optischen Systemen zur Perspektivenänderung, bei denen zwei anamorphe Linsen verwendet werden, um zwei primitive Transformationen eines Bildes vorzunehmen.

Bei einer besonderen Art eines optischen Systems zum Ändern der scheinbaren Perspektive eines Bildes, werden zwei anamorphe Linsen verwendet, die gemäss einem vorbestimmten Verhältnis angeordnet werden müssen, wobei die Stellung einer der Linsen gemäss diesem Verhältnis mit Bezug auf die Stellung der anderen Linse bestimmt ist. Iiin solches optisches System ist in der USA-Patentschrift 3 015 988 beschrieben. Um die anamorphen Linsen eines solchen Systems einzustellen, können zwei Servomechanismen und eine Differentialkupplung verwendet werden. Eine der Linsen ist in Tandemanordnung mit einem Ausgang eines der Servomechanismen und einer Mngangswelle der Differentialkupplung verbunden.

009815/0439

Das zweite Linsenelement Ist mit einem Ausgang der Differentialkupplung derart verbunden, dass seine Stellung aus der Stellung der ersten Muse, die mit einem ersten Eingang der DifferentialkuppXiuag verbunden ist, und aus der Stellung des zweiten iiingangs der Differentialkupplung bestimmt werden kann.

Bei dem optischen üjstem zur uildänderung gemäss der USA-Patentschrift 3 015 988 ist in der Stellung der beiden anamorphen Linsen ein PunKt vorhanden, an dem die Stellung einer der anamorpnen Linsen gegenüber einem üezug oder ne-zugswert unbestimmt ist. jöieser Punkt tritt bei einer Stellung der anamorphen linsen auf, bei der die Vergrösserungsachse der Linsen ortüogonal zueinander liegen, wenn. die. Vergrösserungsaehsen zweier anamorpher Linsen, die gleiche Yergrösserungsenergie haben, orthogonal zueinander liegen, ist die Kombination mit -üezug auf das hindurcütretende Licht einer sphärischen Linse gleichwertig, «enn demgemäss die VergrösKerungsachsen zweier anamorpner Linsen mit .bezug aufeinander orthogonal angeordnet sind, wird durch gleichzeitige -ureiwing beider Linsen und Aufrechterhalten des orthogonalen YerJaäXtnisses der vergrösserungsachsen ein durch axe Linsen übertragenes -öild nicht geänaert oder verzerrt.

In einem optischen System, welches zum Ändern aer scheinbaren Perspektive eines -ßildes anamorpne Linsen verwendet, kann es notwendig sein, das uild ohne irgendeine Verzerrung oder Verformung zu betracnten. ju& die Kombination zweier anamorpher Linsen, deren vergrösserungsacnsen orthogonal zueinander liegen» das Äquivalent einer sphärischen Linse ist, muss die relative otellung einer Linse mit -tsezug auf die andere linse konstant gehalten v/erden, Jedoch wird durch eine Änderung der relativen Stellung beider Linsen gegenüber einem joezugspunkt oder -bezugswert das Bild nicht verzerrt. Vienn demgemäss die Winkelstellung einer Linse mit -ßezug auf die Winkelstellung der anderen Linse

009815/0439

bestimmt ist, ist die Winkelstellung der anderen Linse im Verhältnis zu einem Bezugspunkt oder einem Bezugswert unbestimmt, wenn die Vergrösserungsachsen der beiden Linsen orthogonal zueinander liegen.

Wenn ein solches optisches System als Sichtsystem eines simulierten fahrzeuges oder dergleichen verwendet wird, wird ein Film verwendet, der eine Mehrzahl von Szenen umfasst, die entlang eines typischen lahrzeugweges des simulierten fahrzeuges fotogitfiert sind, üin optisches System zum Ändern der scheinbaren Perspektive der .bilder dieser Szenen wird verwendet, um eine Abweichung von dem üahrzeugweg zu simulieren, der durch die auf dem ffilm aufgezeichneten Szenen besenrieben ist. JJas optische System zum iinuern der scneinbaren Perspektive der .tsilder dieser Szenen wird von verschiedeiien berechneten «rossen gesteuert, die von · den Steuerungen abgeleitet sind, die von dem das simulierte fahrzeug benutzenden Schüler oder dergl. betätigt werden, wenn der Scnüler die Steuerungen des simulierten fahrzeuges derart betätigt, dass das simulierte iaxirzeug identisch dem Weg folgt, dem das irahrzeug folgte, das die aen PiIm fotografierende Kamera trägt, erzeugen die beiden anamorphen Linsen des optischen Systems zum darstellen der Szenen fr den ücnüler keine Verzerrung aes sich ergebenden bildes. iVie oben erwähnt, ist die Stellung einer der anamorpnen Linsen gegenüber einem Bezugspunkt oder r>ezugswert nicht bestimmt oder unbestimmt, wenn durch das optische System' in dem JiId keine verzerrung erzeugt wird.

jja das optische System in Übereinstimmung mit einer LIehrzahl berechneter Trossen gesteuert ist, die in Übereinstimmung mit den Steuerungen des simulierten j;a_trzeuges erzeugt sind, muss ein oignal entwickelt werden, welches die Stellung jeder der anamorphen Linsen anzeigt. Wenn jedoch die Stellung einer der anamorphen Linsen unbestimmt bzw. nicht bestimmt ist, kann die berechnete trosse in rorm eines Steuersignals innernaIb eines vorgeschriebenen iereicnes

00981 E/0439 BAD OBMlMAt

irgendeinen Wert haben, wenn die Stellung dieser Linse nicht bestimmt ist. Unter solchen Bedingungen können in der WinkeIverSchiebung der anamorphen Linsen ausserordentlich hohe Beschleunigungen erzeugt werden. Wenn die Winkelstellung der anderen anamorphen Linse mit Bezug auf die Winkelstellung der ersten anamorphen Linse bestimmt ist, können die oben beschriebene Differentialkupplung und die zugeordneten Servomechanismen zum Steuern der Stellung beider Linsen verwendet werden. Jedoch überschreiten die berechneten Geschwindigkeiten nicht nur die Fähigkeiten der Bauteile, sondern hohe Beschleunigungen, die in der Bewegung der ersten anamorphen Linse sich ergeben können, führen auch zu einem Fehler ,in der Stellung der zweiten anamorphen Linse zufolge inhärenter Auslenkung (üigencomplianz) bzw. der "Güteziffer" der Servomechanismen.

Wenn das simulierte Fahrzeug in einer Art und Weise betätigt wird, die Sichtsimulierung einer besonderen Szene erfordert, gesehen von einer Stelle, die von dem Betrachtungspunkt der aufgezeichneten Szene in einem Abstand liegt, und eine Auswanderung durch den Betrachtungspunkt der aufgezeichneten Szene zu einem anderen Betrachtungspunkt ausgeführt wird, können ausserordentlich hohe Beschleunigungen für die anamorphe Linse erforderlich sein, deren Stellung gegenüber einem Bezugspunkt an der Stelle nicht bestimmt ist, an der das Bild unverzerrt ist, und die der Betrachtungspunkt der aufgezeichneten Szene ist. Wenn beispiels- weise die Szene von einer Stelle links des Betrachtungspunktes der aufgezeichneten Szene betrachtet werden soll und eine Auswanderung direkt in Kichtung gegen den Betrachtungspunkt der aufgezeichneten Szene durchgeführt und an diesem Betrachtungspunkt in der Auswanderung eine plötzliche Änderung vorgenommen wird, erfordert die Drehstellung der anamorphen Lins.e, deren Stellung nicht bestimmt ist, wenn der ^etrachtungspunkt der simulierten Szene sich an dem ^etrachtungspunKt der aufgezeichneten

009815/0439

Szene befindet, eine grosse Änderung, während die Sichtauswanderung durch diesen Betrachtungspunkt hindurchgeht. Demgemäss sind für diese Linse hohe Beschleunigungen erfor-. derlich, die zu einem fehler in der Stellung der anderen anamorphen Linse zufolge der Eigencomplianz in den zugeordneten Servomechanismen führen. Dieser i'ehler führt dazu, dass unerwünschte Terzerrungen in das Bild eingeführt werden, welche die Realität der Darstellung verschlechtern.

Demgemäss besteht ein Zweck der Erfindung darin, die obengenannten Machteile zu beseitigen oder zu verringern.

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Darstellen eines Elementes in Übereinstimmung mit einem Verhältnis, das zwei Variable hat und bei dem ein Punkt bei einem besonderen Wert einer der Variablen besteht, an dem die andere der Variablen unbestimmt ist, wobei der Wert der einen Variablen mit einer Konstanten verglichen wird und die Stellung des Elementes in Übereinstimmung mit einer ü-rösse gesteuert wird, die während irgendeines Zeitintervalle konstant bleibt, in dem der Wert der einen Variablen grosser als die Konstante ist.

Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zum Steuern der Verschiebung eines Elementes in Übereinstimmung mit einem Verhältnis, das zwei Variable hat und bei dem ein Punkt bei einem besonderen 'Wert einer der Variablen besteht, bei dem die andere Variable unbestimmt ist, wobei eine Einrichtung zum Vergleichen des Wertes der einen Variablen mit einer Konstanten und eine Einrichtung vorgesehen sind, die auf die Vergleichseinrichtung anspricht, um die Stellung des Elementes in Übereinstimmung mit einer ü-rösse zu steuern, die während irgendeines Zeitintervalles konstant bleibt, in dem der wert der einen Variablen grosser als der vVert der Konstanten ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

i'ig. 1 ist eine scxiematische Ansicht der ilugbahn eines

009815/0439

— ο —

Kameraflugzeuges und der zugeordneten Hülle, welche die maximalen Auslenkungen oder Auswanderungen eines Sichtsystems in einem simulierten flugzeug bestimmt, welches die gleiche Flugbahn oder den gleichen Plug simuliert. Fig. 2 ist eine Seitenansicht und schematische Ansicht eines Simulators, an dem das zugeordnete biciitsystem angeordnet ist.
Fig. 3 ist eine schematische -uarstellung des in aem

Siehtsystem gemäss i'ig. 2 verwendeten optischen Systems ο

l'ig. 4 ist eine schematische .uar st ellung des optischen Systems gemäss Sig. 3» wobei verschiedene Punktionen und Verhältnisse der darin befindlichen Elemente dargestellt sind.

Pig. 5 ist eine graphische Darstellung des Stellungsverhältnisses mehrerer der Elemente des optischen Systems gemäss Fig. 3 mit bezug auf den simulierten Betrachtungspunkt eines durch das optische System produzierten bildes. Pig. 6 ist ein teilweise schematisch und teilweise in Blockform gehaltenes Diagramm des Computers bzw. Rechners und der logischen Schaltung gemäss der Erfindung.

In i'ig. 1 ist eine !Flugbahn 12 eines Luftfahrzeuges 14 dargestellt, das eine Annäherung an einen Landestreifen 16 ausführt. Wenn es gewünscht wird, die Annäherung des Luftfahrzeuges 14 an den Landestreifen 16 zu simulieren, wird eine nicht dargestellte filmkamera an dem Luftfahrzeug 14 angeordnet und es wird eine Mehrzahl von Szenen etwa mit der Geschwindigkeit von 24 Bildern je Sekunde aufgezeichnet. Der entwickelte i'ilm wird dann mit einem am Boden angeordneten Flugzeugsimulator verwendet, der beispielsweise von der Art ist, wie er in Pig. 2 wiedergegeben ist, um eine Darstellung von Filmszenen zu schaffen, wie sie von dem entlang

009815/Q439

der Flugbahn 12 fliegenden Luftfahrzeug 14 gesehen sind. Falls jedoch ein Flugschüler der Flugbahn 12 nicht identisch folgen kann, muss das Sichtsystem zum Darstellen der Filmdarstellung in der Lage sein, das Bild zu verzerren, um Abweichungen von der Flugbahn 12 zu simulieren·

Das optische System zum Ändern der scheinbaren Perspektive eines Bildes, das in der USA-Patentschrift 3 015 988 beschrieben ist, ermöglicht Abweichungen des simulierten Luftfahrzeuges von der Flugbahn 12 bis zu den Grenzen, die durch mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnete unterbrochene Linien dargestellt sind. Die Linien 18 bestimmen daher die Umhüllende oder Hülle der Möglichkeit der Perspektivenänderung des in Verbindung mit dem Filmprojektor an dem Luftfahrzeugsimulator verwendeten optischen Systems.

Kin solcher Luftfahrzeugsimulator ist in Fig. 2 dargestellt und er umfasst ein Cockpit 20, das an einem Bewegungssystem angeordnet ist, das allgemein mit 22 bezeichnet ist. &ln Projektor 24 stellt die auf dem Film aufgezeicnneten Szenen dar, die von dem Luftfahrzeug 14 beim Folgen der Flugbahn 12 aufgenommen sina. .bin optisches System 26 schafft die notwendige Änderung in der scheinbaren Perspektive des .Bildes in Übereinstimmung mit Steuerungen, die von deia Pilotenschüler in dem Cockpit betätigt sind. Das projizierte .aild wird dem xlugscnUler mittels eines Spiegels 28, eines hinteren Projeictionsscüirmes 3^, eines Spiegels i2 and einer Linse 34 dargestellt.

Das optische fitsten 26 zum Ändern aer scneinbaren PerspeKtive des bildes aer -^uf dem Film aufgezeicnneten Szenen ist in -ig. 3 dargestellt, ^emäss Fig. 3 umfasst das optische System 2b eine erste \jru:;pe von optischen .Elementen oier Linsen, die mit dem ^esugszeichen 36 bezeichnet ist unci eine kombination aus xsildrotator bzw. Bilddreheinrichtung und Eoomlinse bildet. x*ine mit 38 be-

009815/0439

zeichnete Gruppe von Linsen bildet eine Kombination für änderbare Vergrösserung, änderbare Brennlänge oder eine Zoomlinse zum Ändern der Grosse des projezierten Bildes β üin Pechanprisma 40 ist vor der Zoomlinse 38 angeordnet und ermöglicht Drehung des Bildes. Ein feiner oder kleiner Brennpunkt für das System ist durch eine Gruppe 42 von Linsen geschaffen.

Dem ersten Abschnitt 36 folgt unmittelbar eine Gruppe von Linsen 44, die eine Gruppe anamorpher Linsen bilden. Alle Linsen in der Gruppe 44 sind relativ zueinander fest angeordnet und die gesamte Gruppe 44 ist für Drehung um ihre optische Achse angeordnet, uine andere Gruppe von anamorphen Linsqn 46 ist für Drehung um die' optische .achse des optischen Systems 26 in Tandemanordnung mit den Linsen 44 angeordnet. Zwei öteigungskeile und 50 sind der Gruppe von anamorphen Linsen 46 benachbart und auf der optischen Achse des optischen Systems 26 angeordnet und sie erzeugen eine senkrechte Verschiebung des hinaurchtretenden Bildes. Line Gruppe von Decollimatorlinsen 52 bildet die letzte Gruppe von Linsen in dem optischen bystern 26ο

Wenn es gewünscht wird, ein Bild über das optische System 26 ohne irgendeine Verzerrun_o zu projizieren, werden die Vergrösserungsachsen der anamorphen Linsen 44 und 46 orthogonal zueinander angeordnet. Wenn eine Vergrösserung von lsi erwünscht ist, wird die Zoomlinse 38 so eingestellt, dass eine Verkleinerung der Grosse des Bildes gleich dem Ausmass der Vergrösserung hervorgerufen wird, die durch aie beiden anamorpnen Linsen 44 und 46 an dem Bild erzeugt wird. Um verschiedene uewegungseffekte oder Änderungseffekte im ^etrachtungspunkt zu erzeugen, werden verschiedene .elemente des optischen Systems 2b entweder verschoben oder gedreht.

Um den .effekt einer simulierten Änderung in der Kopfstellung Hervorzurufen, wird der Projektor 24 seitlich ver-

009815/0439

schoben, wie es durch den mit zwei Köpfen versehenen Pfeil 54 angedeutet ist, Um den iiffekt einer simulierten Änderung der bteigung des Luftfahrzeuges zu schaffen, werden die Steigungskeile 48 und 50 mit .bezug aufeinander in entgegengesetzter Kichtung gedreht, um das gesamte .Bild senkrecht zu verschieben. Um den Rolleffekt zu schaffen, wird das Bilddreh-Pechanprisma 40· gedreht.

Um sichtbare Wirkung von bewegung entlang einer l'lugbahn innerhalb der Hülle 18 ohne irgendeine waagerechte oder senkrechte Abweichung zu schaffen, wird die Vergrösserung des bildes mittels der Zoomlinse 38 geändert. Da Jedoch der Simulator 20 eine simulierte Fluggeschwindigkeit von etwa der fluggeschwindigkeit des Kaineraluftfahrzeuges 14 hat, kann irgendeine geringfügige Änderung des bildes, die zufolge einer simulierten Änderung der ü-eschwindigkeit erfox'derlicn ist, durch Steuern der Geschwindigkeit des Jj'ilmdurchlaufes durch den Projektor 24 gesteuert werden. Um sichtbare V/irkung einer waagerechten, einer senkrechten oder einer Kombination aus waagerechter und senkrechter Auswanderung oder Abweichung innerhalb der Mülle 18 zu schaffen, müssen die anamorphen Linsen 44 und 46 in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Verhältnis dreheingestellt werden. Zusätzlich muss zufolge der durch die anamorpnen Linsen 44 und 46 erzeugten Drehung des .bildes das Pechanprisma 40 gedreht werden, um alle waagerechten Linien in dem Bild parallel zum Horizont zu halten. Da die u-esamtvergrösserung, die von den anamorphen Linsen 44 und 46 erzeugt ist, sich mit Ütellungsänderungen der Linsen 44, 46 ändert, muss die Zoomlinse 38 so eingestellt werden, dass diese Vergrösserungsänderung kompensiert wirdo

Demgemäss ändert das in den i'ig. 3 und 4 dargestellte optiscne System 26 die scheinbare Perspektive eines bildes dadurch, dass zwei primitive l'rarisformationen mittels der beiden anamorphen Linsen 44, 46, eine sphärische Vergrösserung mittels der Zoomlinse 38 und Drehung des Bildes

009815/0439

mittels des Pechanprismas 40 geschaffen werden. Die Stellung der anamorphen Linse 44 ist durch den Wert des Winkels β bestimmt, der der Winkel zwischen der Vergrösserungsachse der anamorphen Linse 44 una einer senkrechten Linie ist. .Die Stellung der anamorphen Linse 46 ist durch einen Winkel θ bestimmt, welches der Wimcel zwischen der Vergrösserungsachse der anamorphen Linse 46 und. der Vergrösserungsachse der Linse 44 ist.

Fig. 5 iot eine graphische darstellung der Werte von (3 und Θ, welche die Änderung der scneinbaren Perspektive eines nildes schaffen, das durch das optische System 26 gemäss den i'ig. 3 und 4 übertragen wird. Die Kurvenfamilie gemäss Jb¹Ig. 5 ist durch eine Hülle umgrenzt, die durch den Wert von θ = O⁰ bestimmt ist. Diese Hülle entspricht etwa der Hülle 18 gemäss ü'ig. 1, welche die maximal mögliche Abweichung darstellt, die von dem Sichtsystem bei Änderung der scheinbaren Perspektive eines .oildes angeboten wird. In i'ig. 5 sind auf der Abszisse die seitliche Verschiebung und auf der Ordinate die senkrechte Verschiebung aufgetragen, die jweils in der .ebene des ursprünglichen Betrachtung spunkt es gemessen sind. Der Punkt P-, stellt aen Betrachtungspunkt des unverzerrten Bildes gemäss den mit dem Kameraflugzeug 14 aufgenommenen Szenen dar. Zusätzlich zu den Werten von 'h und θ stellt Üg. 5 die Kurvenschar dar, welche die Drehung y des Pechanprismas 40 darstellt. Die Vergrösserungen m-, der anamorphen Linse 44 und m_? der anamorphen Linse 46 haben gemäss i'ig. 5 aen wert 2.

üs sei angenommen, dass ein uild eines -Bereiches eine Szene, gesehen von einem ursprünglichen xsetrachtungspunkt, der in einer Höhe gemäss 5 Einheiten an einer besonderen Stelle angeordnet ist, darstellt, und dass es erwünscht ist, ein Jiild des -dereiches zu schaffen, wie es aussehen würde, wenn es von einem gewünschten Betrachtungspunkt in einer Höhe von etwa 3 -Einheiten liegt und gegenüber dem anfänglichen üetrachtungspunkt seitlich verschoben ist, oder,

009815/04 39

19U928

dass es, wie in Üg. 5 dargestellt, gewünscht wird, ein an der Stelle P-, genommenes -bild so zu ändern, dass es
die richtige Perspektive hat, wenn es von einem Punkt P₂ betrachtet wird. Üg. 5 zeigt, dass die anamorphe Linse
44 auf einen Windel ß von +30 , die anamorphe Linse 46
auf einen Winkel 9 von 60 eingestellt werden sollten,
dass die sphärische Vergrösserung P der Zoomlinse 38
etwa 0,395 betragen sollte und dass eine Zählerdrehung
des Pechanprismas 40 um einen Vihkel _p von etwa 10,5°
hervorgerufen werden sollte. In der graphischen Darstellung gemäss üg. 5 stellen die α -Kurven die Stellungen
der β -Linee 44 mit .bezug auf eine senkrechte Linie dar» Wenn jedoch .Drehung des .bildes durch das Pecnanpri.sma 40 vor Übertragen des .bildes durch die* anamorphen Linsen 44 und 46 hervorgerufen wird, muss der Winkel 3 von einer ' Linie aus gemessen werden, die gegenüber der senkrecnten Linie um einen Winkel y verschoben ist. In anderen Worten ausgedrückt, sind die Werte der verschiedenen Winkel und Vergrösserun^en der Äurven gemäss üg. 5 nur für die Situation richtig, in der der üldrotatur oder die Bilddreheinrichtung das .bild benandelt, nachdem es durca die anamorphen Linsen 44 und 46 behandelt bzw. geändert worden ist.

jiei Letracntung einer typiscnen x'r ans format ion eines uildes, die erforderlich sein würde, um eine sichtbare Änderung der PerspeKtive von dem Punkt P·^ zu dem Punkt Pr
gemäss ±ig. 5 zu'simulieren, sind vier Arten von Transformationen erforderlicn, obwonl zu verstehen ist, dass die Iransformationen kollektiv ausgeführt werden.

Obwohl die änderung der Perspektive eines bildes allmänlicn erfcl.ren ka;.ii, können solcne Änderungen hohe isescnleunigun.en ier p> -Linse 44 erfordern. t»enn beispielsweise die Steuerungen des Luftfanrzeugsiraulators 20 derart be tut i_f-'t wurden, das^ eine Änderung innerhalb der Hülle Ib von de.·:, i-'un.-it P₂ zu einem Punkt F-, simuliert wird, folgt

009815/0439 ^ßAD

944928

die direkteste Auswanderung zwischen diesen beiden Punkten einer Linie auf der graphischen Darstellung gemäss Fig. 5, die durch den Punkt P-, hindurchgeht oder nahe diesem Punkt vorbeigeht, üin Segment einer solchen Linie ist in 11g. 5 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 62 bezeichnet. Während einer simulierten Abweichung oder Auswanderung entlang der Linie 62 muss die β -Linse 44 ausserordentlich hohe .Beschleunigungen aus einer Drehstellung, die kleiner als +30 ist, zu einer Drehstellung erreichen, die gleich -45° ist. Es ist bequem ersichtlich, dass, wenn eine Auswanderung durch den Punkt P-, vorgenom-

P men wird, ausserordentlich hohe Beschleunigungen notwendig sind, um die β -Linse ,44 genau einzustellen. Da die Stellung der Θ-Linse 46 mit Bezug auf die Stellung der β -Linse 44 an oder nahe dem Punkt P-, bestimmt ist, bleibt die Θ-Linse 46 mit Bezug auf die Linse 44 im wesentlichen feststehend, jedoch muss die Θ-Linse 46 die gleiche oder im wesentliche die gleiche Beschleunigung erreichen, wie sie für die β -Linse 44 erforderlich ist« An dem Punkt P-, ist die stellung der ß -Linse 44 gegenüber einer -tJezugsgrösse oder einem üezugswert, beispielsweise einer senkrechten Linie, unbestimmt. Demgemäss sind die von den bteuerungen des Simulators 20 berechneten trossen zum Antreiben der β -Linse 44 an dem Punkt P->

W unbestimmt und in diesen, Berechnungen ist eine Diskontinuität vorhanden. Als Ergebnis können beim Einstellen der

β -Linse 44 an oder nahe dem Punkt P-, ausserordentlich hohe Beschleunigungen angetroffen werden. Jedoch stellen diese Beschleunigungen der β -Linse 44 keine Scnwierigkeiten dar, wenn die gleichen Beschleunigungen bei der Θ-Linse 46 erreicht werden können, um die Stellung der Θ-Linse 46 mit tie zug auf die 0» -Linse 44 an dem Punkt P-, ortsfest aufrechtzuerhalten. Unglücklicherweise können die gleichen Beschleunigungen bei beiden anamorphen Linsen 44, 46 nicht leicht erreicrit werden. i»aher schlägt die i-.rfin-

009815/0439

dung die Beseitigung des üedürfnisses für eine solche iseschleunigung an den Antriebseinrichtungen für die Linsen 44, 46 vor, die tatsächlich nicht notwendig Bind, wenn die Stellungen der Linse 44, 46 ein vorbestimmtes Verhältnis beibehalten.

Fig. 6 ist ein teilweise in -Blockform und teilweise in schematischer Form gehaltenes Diagramm des Computers oder Rechners und der logischen Schaltung gemäss der oürfindung zum .Beseitigen der unnötigen Anforderungen an die anamorphen Antriebseinrichtungen. Wie dargestellt, werden Signale, welche die Kräfte anzeigen, die an den Luftfahrzeugsimulator 20 angelegt sind, von Steuerungen 56 des Simulators 20 an einen Flugrechner 58 angelegt, der entlang der drei orthogonalen Achsen kontinuierlich die simulierte Stellung berechnet. Der Flugrechner 58 kann irgendein bekannter Flugrechner sein, der auf Signale von den Steuerungen eines Simulators anspricht, um Ausgangssignale entsprechend der simulierten Stellung entlang dreier orthogonaler Koordinatenachsen zu schaffen, .bin solcher ftechner ist in der USA-Patentschrift 2 925 667 beschrieben. Die Signale des Flugrechners 58 y/erden einem Höhenrechner 60 zugeführt, der ebenfalls Signale von einer Filmableseeinrichtung 52 empfängt» Jbei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Film, der die Szenen enthält, die der -Bedienungsperson des Simulators dargestellt werden sollen, mit einer Tonspur versenen, die aufgezeichnete Informationen enthält, .din i'eil dieser Informationen bezieht sich auf die Stellung des lietrachtungspunktes der auf dem Film aufgezeichneten Szene. Die Stellung des ßetrachtungsfilmes der auf dem Film aufgezeichneten üzene entspricht der Stellung der Kamera, die ursprünglich den Film belichtete, mit bezug auf die drei orthogonalen Koordinatenachsen.

Der ilöhenrechner 6ü berechnet die ü-rössen d urrlh, (die auf der Abszisse bzw. der Ordinate der graphischen gemäss irig. 5 aufgetragen sind) und liefert

009815/0439

die berechneten Grossen an einen itechner 64 für optische Transformation, der die trossen zum -hinstellen der optischen .elemente des optischen Systems 26 ableitet, .ein typischer Höhenrechner ist in einer senwebenden Patentanmeldung von gleichem läge besenrieben. i»er lieehner 64 für die optische Transformation berechnet die ü-röasen β , θ, P und j> in Übereinstimmung mit den Gleichungen, welche die in i'ig. 5 dargestellten Kurven bestimmen. Ausgänge des Jiechners 64 zur optischen Transformation werden zum Steuern der Stellung der Elemente in dem optischen «System

^ 26 zur Üldänderung verwendet.

™ uemäss den Prinzipien der Erfindung wird auf aie den

Winkelsteilungen - β und θ entsprechenden trossen durc; einen logischen Stromkreis eingewirkt, bevor sie dem optisenen System 26 zur -öilüänaerung zu_eeführt v/erden, -oei dem oben beschriebenen optischen system 26 zur .tsildänacrung ist aer rfert von (^ unbestimmt, wenn der wert von θ 9ü° ist. nie oben erwännt, bewirict dieser Zustand, dass der xtechner 64 für optische Transformation sich schnell ändernde werte für die der Winke!stellung β entsprechende urösse schafft. Jie Antriebseinricntungen für die optischen elemente in aem Bildänderungssystem 26 können nicht auf sien so scnnell ändernde Werte ansprechen, was zu unerwünschten Verzerrungen

L· in dem -öild führt, das der bedienungsperson des simulators 20 dargestellt wird.

Die Erfindung überwinaet aiese Schwierigkeit durch Kontinuierliches opeichern der der winkelstellung (T> ent— sprecnenden u-rösse una j-iefern des wertes uer -rosse, uer unmittelbar vor dem Zeitpunkt, zu welchem die der Winkelstellung θ entsprecnende α-rösse einen vorbestimmten .«ert überschritt, gespeichert ¥/urde, an aas optische oystem oder jDildänderungssystem 26. i).ri., bevor die der winkelstellung θ entsprechende b-rösse einen vorbestimmten viert überschreitet, wird die der winkelstellung j3 entsprechende arouse dem bildänderungssystem 26 kontinuierlich zugeführt. Vrenn

' 009815/OA 39

jedoch die der Y/inkelstellung ö entsnrechende trosse einen vorbestimmten viert überschreitet, wird der letzte gespeicherte Wert der der Winkelstellung (i> entsprecnenden trosse dem juilaänuerungssystera 26 zugeführt, bis die der Winkelstellung θ entoprecnende ürösse unter den vorbestimmten Wert verringert ist. Dieses Verfanrjii suni oteuern des ±sildänaerun,;ssystems 26 führt nicht zu unerwünschten Verzerrungen wenn der Wert der Konstanten, die mit »der der winkelsteliung θ entsprechenden vrrösse ■ verglichen wird, geringfügig Kleiner ols der maximale wert der der Y/initelstellung Ö entsprechendem jrösse ist. wenn beispielsweise der Wert der Konstanten gleich dem Wert der eier »iiiKelstelJung Ö entsprechenden jrösse bei 9 80 ist, wird uurcn irgendeine Auaer-uiijj des Λΐηκεΐβ [ο aas dor -euienjn^sperson ues uimu- -s 2ü dargestellte .bild niciit merit bar verzerrt.

«in anderes Veri'anreii zum Überwinaen dey Problems bestent darin, dem ^-Antrieb aes ^iI länaerun as^stems 26 eine

iüirci-, die ^IuIgk den Etiximulen >iert .ier u~r juh.-· b entsprecnenaen jrösse ist, wenn .ier Vr'ert der der V/iia:eIstellung w entsprechenden uröüse eine vorbestimmte Frenze überscnreitet. Jnter einer soicnen steuerung i:aim die fi -^inse ^4 in irgendeine ott-liuiu; angetrieben werden, wenn die ö-^inse 46 an jer 90^u-wtellung mit rezug auf die r- -Linse 4 4 fest angeordnet ist und er. wird iceine Verzerrung dcü .iur _edieii.uii,"t3person ae^. oimu-ators 2ü dargestellten bildes er::eu_{:t. rei der bevorzugten Ausfüiirungsfori:: aer WJ inaau,·: Können beia·. ο ten beschriebenen Verfahren oier iirc·. it :.-v.c-: sen verwendet werden.

A^ie i.. i.iOixe uuixaltuiifC bb .:omä;.^;i3 xi_{:. t> umfasst einen iiiveaudete ."* or o:', der einen —in_t*an_f;, der an aen y-ij.us_t*antj des Rechner;· 64 für octiscne Iransferrv-tion ai.geschlo. sen ii-t, und eil.ei: ii.ut:_f;an_fr nut, aer \iuav ei;:e -^ioie 70 und eine üpuio- eintit: ivf-a*.3 7 - an x»räpoteiitial goscnaltet ist. uer *;iveauaete..tor :.·*■ jtelxt den »>ert äer dsr nin^elstellung ^ e:.töpre3uer.deu -.-röj. e am hu. _?:aii»; aes itecniiers 64 für opti-

009815/0A39 BAD O

sehe '-Transformation fest und betätigt das itelais 72, wenn dieser ϊ/ert eine vorbestimmte ü-renze überschreitet. .Das Heiais 72 weist einen Schalterkontakt 74 auf, der zwischen den f> -Ausgang des Eechners 64 für optische 'Transformation und den eingang eines Prüf- und Haltestromkreises 76 gescüaltet ist. Der Prüf- und Haltestromkreis 76 speichert· kontinuierlich den letzten Wert der der Winkelstellung P> entsprechenden U-rösse, der an ihn geliefert wird, und er liefert diese gespeicherte ü-rösse an das Bildänderungssystem 26. Das Heiais 72 umfasst weiterhin einen gewöhnlich geschlossenen Schalterkontakt 78, der zwischen den

fe Θ-Ausgang des Hechners 64 für optische Transformation und das .bildänuerungssystem 26, geschaltet ist. Das Heiais 72 umfasst weiterhin einen gewöhnlich offenen Schalterkontakt 80, der zwischen eine Quelle einer Spannung V an einem Anschluss 82 und das -üildänderun^ssystem 2b geschaltet ist. Die Spannung V hat einen Wert gleich dem maximalen Wert der der rfimcelstellung Ö entsprechenden ürösse.

Wenn der Wert der die Winkelstellung Ö darstellenden urösse die νorbestimmte Frenze, die von dem Niveaudetektor 68 nervorgerufen ist, nicht überschreitet, bleibt das Aelais 72 unwirksam, und die Schalterkontakte 74 und 78 bleiben geschlossen. Unter solcnen bedingungen werden die die WinKelstellungen β und θ darstellenden urössen dem

ψ .-ßildänderungssystem 26 direkt zugefünrt. Wenn jedoch der Wert der die Winkelstellung θ darstellenden (rrösse die von dem ^iveaudeteictor 68 hervorgerufene vorbestimmte Grenze überschreitet, wird das Kelais 72 betätigt, um jeden der bchalteiUiontarzte 74 una 78 zu öffnen und den Schalterkontakt 8C zu scnliessen. Unter solchen bedingungen wird der zuletzt gespeicherte «/ert der die Winkelstellung A darstellenden trosse durch αen Prüf- und Haltestromkreis 76 icontinuierlich dem Bildänderun^ssystem 2t zugeführt, und die Spannung V wird dem Θ-Antrieb innerhalb des -Dildänderungssystems 26 über der; ocnalter^ontaKt 80 zugeführt.

009815/0 439

-tiei dem oben beschriebenen Bildänderungssystem 26 werden zwei anamorphe Linsen 44» 46 verwendet, um zwei primitive i'ransformationen an einem .Bild zu schaffen, daas der Bedienungsperson des Simulators dargeboten wird. Die Stellung einer der anamorphen Linsen ist gegenüber einem festen Bezug bestimmt und die Stellung der anderen anamorphen Linse ist mit -bezug auf die Stellung der ersten anamorphen Linse bestimmt. Demgemäss wird ein Differential verwendet, um die Stellung der zweiten anamorphen Linse in Übereinstimmung mit den beiden Variablen zu steuern, von denen eine die Stellung der ersten anamorphen Linse und die andere die Verschiebung zwischen der ersten anamorphen Linse und der zweiten anamorphen Linse ist. Wenn, wie oben beschrieben, Servomechanismen verwendet werden, um die beiden Eingänge des Differentials anzutreiben, ergibt sich ein i'enler, wenn verhältnismässig hohe Geschwindigkeiten von einem der Servomechanismen gefordert werden. Der fehler ergibt sich zufolge der ibigencomplianz des anderen Servomechanismus. Als Ergebnis ist die Stellung der Θ-Linse bzw. der zweiten Linse 46 falsch, bis die hohen Anforderungen an der Antriebseinrichtung für die erste Linse oder (i -Linse 44 verringert ist. Aus der graphischen Darstellung gemäss i'ig. 5 ist bequem ersichtlich, dass ein fehler in der Stellung der zweiten Linse oder Θ-Linse 46 beträchtlich icritiscner als ein gehler in der Stellung der ersten Linse oder ß -Linse 44 in dem den Punkt P^ unmittelbar umgebenden Bereich ist. Wie oben beschrieben, überwindet die Erfindung diese Schwierigkeit durch Vorwegnehmen oder Beseitigen des unerwünschten Zustandes und .festlegen der otellang der (!> -Linse 44 und/oder der relativen Stellung der Θ-Linse 46, ¥/erm der Zustand vorhanden ist.

009815/0439

Claims (8)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verschieben eines Elementes gemäss einem Verhältnis, das zwei Variable hat und bei dem bei einem besonderen Wert einer der Variablen ein Punkt vorhanden ist, an dem die andere der Variablen unbestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wert der einen der Variablen mit einer Konstanten verglichen wird und daas die Stellung des Elementes in Übereinstimmung mit einer

_ Trosse gesteuert wird, die während jedes ZeitinterYalles ™ konstant bleibt, in welchem der Viert der einen Variablen grosser als die Konstante ist.

2. Verfahren nacn Anspruch 1, dadurcn gekennzeichnet, dass als diese U-rösse der Wert der anderen Variablen unmittelbar bevor der Wert der einen Variablen grosser als der V/ert der Konstanten wird, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die "verschiebung des .Elementes wänrend jedes solchen Zeitintervalles durcn die genannte vJ-röese und eine andere konstante u-rösse gesteuert wird, die für die eine Variable substituiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurcn gekennzeichnet, fc dass die Verschiebung des Elementes während jedes aolcnen Zeitintervalles durch den Wert der anderen Variablen und durch die genannte b-rösse gesteuert wird.

5. Vorrichtung zum dteuern der Verschiebung eines Elementes gemäss einem Verhältnis, das zwei Variable» hat und in dem bei einem besonderen wert einer der Variablen ein Punkt vorhanden ist, an dem- die andere Variable unbestimmt ist, gekennzeichnet durch.eine einrichtung (68) zum Vergleichen des Wertes der einen Variablen mit einer Konstanten, und durch eine .einrichtung (26), die auf die Vergleichseinrichtung anspricht, um die otellung des Elementes in Übereinstimmung mit einer ü-rösse zu steuern,

009815/0439

die wänrend jedes Zeitintervalles Konstant bleibt, während welchem der Wert der einen Variablen grosser als der Wert der Konstanten ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die j^ui* die Vergleichseinriciitung (68) ansprechende Steuereinriciitung (26) eine Speichereinrichtung aufweist, welcue den wert uer anderen Variablen Kontinuierlich empfängt, wenn der wert der einen Variablen kleiner als der Wert der Konstanten ist und welche wänrend jedes solcnen Zeitintervalles uen Wert der anderen Variablen speichert, der unmittelbar vor dem Zeitintervall empfangen ist, und dass das element in Übereinstimmung mit dem in der Speichereinrichtung vorhandenen Wert gesteuert ist.

7. Vorrichtung "nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Variablen durch elektrische Signale dargestellt sind, die Speichereinrichtung ein.Prüf- und Haltestromkreis (76) ist, und die Vergleichseinrichtung (68) einen Schalter (74) aufweist, uer zwischen den Prüf- und iialteijtrornriruiij und einen eingang für das aie andere Variable darstellende Signal geacnaltet ist.

8. Vorrichtung nacn Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen zweiten schalter (78, 80), um das dio eine Variable darstellende Signal von aer Steuereinrichtung (2b) abzusciialten und os während jedes solchen Zeitintervalles durcii ein bignaj. konstanter Amplitude za ersetzen.

μ. Vorrichtung nuca Ai.sprucn 5, daaureu gekennzeicnnet, du3s aie ^ttaereiiirieiltan_t: (26) in iibereinstimmurie; mit α en beiaei» -ariablen entsprecnenaen elektrischen Signalen arbeitet uu: aass aie oteuereinricxxtui^ \.2d) einen ■jchuxter (7ti, bj) auiweist, an aas der versciiiebungseinriciitun_f; z.u:efi^:arte, der eineii Variablen eiitsprechende Signal wänrend jedes soicnen ^eitintervalles aurch ein Konetanter Amplituie zu ersetzen.

BAD ORIGiNAt 815/0^39