DE2235932C3

DE2235932C3 - Verfahren und Vorrichtung zur elektronischen Erzeugung und Wiedergabe von perspektivischen Umgebungsbildern

Info

Publication number: DE2235932C3
Application number: DE2235932A
Authority: DE
Inventors: Shuntetsu Matsumoto; Teruo Yatabe
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1971-07-22
Filing date: 1972-07-21
Publication date: 1978-09-07
Also published as: GB1389861A; DE2235932A1; US3833759A; DE2235932B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektronischen Erzeugung und Wiedergabe von perspektivischen, auf den Standort eines Beobachters bezogenen, aus vereinfachten, durch mathematische Funktionen beschreibbaren Komponenten zusammengesetzten Umgebungsbildern, bei dem die Parameter des Standortes des Beobachters in Form von Spannungssignalen in Analogschaitungen eingegeben werden, die diese Spannungen entsprechend den mathematische Funktionen verändern und deren Ausgangssignale zur Erzeugung eines die Darstellung der Umgebungsbilder auf dem Bildschirm eines Fernsehmonitors ermöglichenden Videosignals weiterverarbeitet werden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Vorrichtungen, die nach derartigen Verfahren arbeiten, finden hauptsächlich im Zusammenhang mit dein Sichtgerät eines Kraftfahrzeug- oder Flugsimulai» ts usw. Verwendung, wobei es von besonderer Wichtigkeil ist, auf einfache und kostengünstige Weise ein möglichst realistisches Umgebungsbild zu erzeugen, das insbesondere auch sich aus der wechselnden Lage bzw. Geschwindigkeit des simulierten Fahrzeuges ergebende, komplizierte Umgebungsänderungen naturgetreu wiedergibt.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs beschriebenen Art (US-PS 34 18 459) werden die Ausgangssignale der Analogschaltungen jedoch zunächst nur zur Erzeugung der x- und j-Ablenkspannungen für eine Oszillographenröhre verwendet. Die einzelnen Komponenten der darzustellenden Umgebungsbilder werden also mit einem Elektronenstrahl als Ganzes auf den Bildschirm »geschrieben«; während des Übergangs von einer Komponente zur nächsten wird dabei der Elektronenstrahl dunkel getastet. Um zu einer der Fernsehwiedergabe entsprechenden, zeilenweisen Aufbereitung der Bildinformation zu gelangen, werden die Umgebungsbilder in der oben beschriebenen Weise auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre dargestellt und von dort auf optischem Weg durch Vidikonröhren abgenommen, die dann ihrerseits die zeilenweise gerasterten, für die Wiedergabe auf einem Fernsehmonitor geeigneten elektrischen Signale liefern.

Ein solches Verfahren ist jedoch außerordentlich aufwendig und birgt überdies das Problem, daß die Steuersignale der Kathodenstrahlröhre mit den Horizontal- und Vertikalsynchronisationsspannungen des Fernsehmonitors synchronisiert werden müssen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs geschilderten Art «> so weiterzubilden, daß zu seiner Durchführung eine möglichst einfache, voll elektronische Anordnung Verwendung finden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor. daß aus den Horizontal- und Vertikalsynchronisations- b5 Signalen für den Fernsehmonitor erzeugte, die v-)'-Koordinaten des Bildschirms als Funktion der Zeil darstellende Sägezahnspannungs-Signale den Analogschaltungen als weitere Eingangssignale zugeführt und gleichzeitig mit den die Koordinaten der Llmgebungsbüdkomponenten repräsentierenden Ausgangssignalen dieser Analogschaltungen verglichen werden und daß die die Vergleichsergebnisse charakterisierenden Signale mit Hilfe von digitalen Logikschaltungen zusammengefaßt werden, deren Ausgangssignale zur Helltastung der Bildsignalgeneratoren des Fernsehmonitors dienen.

Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die Ausgangssignale der Analogschaltungen, die die x-y-Koordinaten der einzelnen Bildkomponenten darstellen, in jedem Augenblick daraufhin untersucht werden, ob sie größer, gleich oder kleiner als die momentanen Werte der integrierten x- und y-Synchronisiersignale des zur Wiedergabe benutzten Fernsehmonitors sind und bei dem dann die diese Größenverhältnisse kennzeichnenden Digitalsignale verwendet werden, um zu entscheiden, ob der Elektronenstrahl an der betreffenden Stelle des Bildschirms hellzutasten ist oder nicht, werden die einzelnen Bildkomponenten nicht als Ganzes »geschrieben«, sondern Zeile für Zeile gerade die Punkte des Bildschirms zum Leuchten gebracht, an denen sich ein Teilbereich einer Bildkomponente befindet. Auf diese Weise werden mit einem minimalen Aufwand die zur Erzeugung der Umgebungsbilder erforderlichen elektrischen Signale unmittelbar in einer für die Darstellung auf einem Fernsehmonitor geeigneten Form erhalten. Die Zwischenschaltung irgendwelcher optisch-mechanischer Abtast- und Umsetzeinheiten ist nicht et forderlich.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also Umgebungsbilder erzeugt, die so weit abstrahiert bzw. auf ihre wesentlichen Komponenten reduziert sind, daß sie sich auf einfache Weise mit Hilfe von mathematischen Funktionen darstellen lassen, ohne daß der wirklichkeitsgetreue Eindruck für die einen entsprechenden Simulator benutzende Person verloren geht. In diesem Simulator werden die vereinfachten Bilder auf einem Schirm dargestellt, der in gewisser Entfernung vor der Vorderseite des sich bewegenden Körpers angeordnet sein soll.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß es ausschließlich auf elektronisch-mathematischen Prinzipien basiert und durch geeignete Programmierung und Ausgestaltung der analogen Rechenschaltungen eine sehr große Vielfalt und Flexibilität hinsichtlich der darstellenden Umgebungsbilder ermöglicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind L. den Unteransprüchen niedergelegt.

Dabei ist insbesondere die Darstellung der verschiedenen Bildbereiche in unterschiedlichen Farben von Bedeutung, da dies die Wiedergabe von Nebel oder beginnender Dämmerung ermöglicht.

Auch die Simulierung von Roll-, Stampf- und Schlingerbewegungen sowie die Einblendung eines das eben in Vorwärtsrichtung durchfahrene Umgebungsbild mit umgekehrter Bewegungsrichtung wiedergebenden »Rückspiegels« tragen zur Verbesserung der Wirklichkeitstreue des elektronisch-mathematisch erzeugten Fernsehbildes bei.

Die ti iindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine erläuternde Darstellung eines Beispiels eines Umgebungsbildes.

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Straße zur Erläute-

rung des Verfahrens zur Gewinnung von Gleichungen, welche die Grenzlinien der Bildbercichc darstellen.

Cig. 3 eine Seitenansicht der in I'ig. 2 gezeigten Straße,

I" ig. 4A eine Darstellung zur Erläuterung eines ^r> Umgebungsbildes, welches eine kurvige Straße enthält.

l'ig. 4B ist eine Draufsicht auf den in I" ig. 4Λ gezeigten Straßenzug,

l'ig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Aiisführungsform der erfindungsgemäßen Anlage,

Fig.b ist ein Blockschaltbild einer crfindungsgcmäßen Schaltung zur Darstellung des blauen Himmels, der Straße und grüner Flächenbereiche,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Darstellung der Leitplanken der Straße, π

Fig.8 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Darstellung einer kurvigen Straße,

Fig. 9 die Methode der Koordinatentransformation bei Lageänderungen des sich bewegenden Körpers,

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Durchführung der Koordinatentransformation,

Fig. 11 die Bildwiedergabe im Falle eines Tunnels, die

Fig. 12 bis 15 Blockschaltbilder erfindungsgemäßer Schaltungen zur Darstellung eines Tunnels,

Fig. 16 Bilder für eine in einem Einschnitt geführte Straße,

Fig. 17 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Darstellung eines Straßeneinschnitts, die jo

Fig. 18 und 19 eine Straßenfahrt und eine Straßenausfahrt,

F i g. 20 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Darstellung des Rückblicks auf eine Straße,

Fig. 21 die Anwendung der Erfindung in einem Kraftfahrzeugsimulator,

Fig. 22 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Simulation des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeuges.

Die von einem sich bewegenden Körper aus gesehenen Umgebungsbilder sind unterschiedlich und kompliziert und es ist nahezu unmöglich, sie durch künstliche Mittel mit Hilfe digital und/oder analog arbeitender Schaltungen perfekt darzustellen. Es ist daher üblich, die Bilder so weit zu vereinfachen, wie es ohne Verlust der Wirklichkeitstreue möglich ist. Ein Bild, welches durch irgendeine »sehende« Einrichtung wie z. B. die Augen des Fahrers an Bord eines sich bewegenden Körpers, wie beispielsweise eines auf einer beidseitig mit Leitplanken versehenen Straße fahrenden Automobils erfaßt wird, kann in der Weise vereinfacht werden, daß man es gemäß Fi g. 1 in von geraden oder gekrümmten Linien begrenzte farbige Bereiche aufteilt, beispielsweise den blauen Himmel 1, die graue Straße 2, die grünen Flächen 3 beidseitig außerhalb der Straße 2, die beidseitig längs der Straße durch weiße Linien definierte Leitplanken 4, die Stützen 5 für die Leitplanken usw. Es sei nun angenommen, daß das derart vereinfachte Bild auf einem Schirm 5 (im folgenden »imaginärer Schirm« bezeichnet) projiziert werden, der in einem Abstand a vor dem Beobachtungspunkt P auf dem beweglichen Körper angeordnet sei, wie es in den F i g. 2 und 3 gezeigt ist

Zur Erzeugung des auf dem imaginären Schirm S eines Farbfernsehmonitors darzustellenden Bildmusters werden zunächst die Gleichungen der Grenzlinien gebildet welche die farbigen Bereiche des Bildes auf dem imaginären Schirm S begrenzen. Als Ursprung 0 des \-i -Koordinatensystems aiii dem Schirm 5 wird ein Punkt gewählt, der einem unendlich vor dem beweglichen Körper liegenden Punkt entspricht. Eine Linie auf dem .Schirm, die dem vorneliegenden Horizont. 6 entspricht, bildet die \-Achse und eine diese Achse am Ursprung 0 schneidende senkrechte Linie bildet die (-Achse.

Die Grenzlinie zwischen dem blauen Himmel und den anderen Bereichen ist der Horizont 6, und soimit ist die Gleichung der dem Horizont 6 entsprechenden geraden Grenzlinie auf dem imaginären Schirm:

= O.

Die Gleichung der geraden Linien auf dem imaginären Schirm, welche den Grenzlinien 7 und 8 zwischen der Straße 2 und den grünen Flächen 3 entsprechen, können aus den Fi g. 2 und 3 hergeleitet werden. Für die linke Seitenlinie 7 der Straße ergibt sich:

X = X,=

R-D

und für die rechte Seitenlinie der Straße ergibt sich:

-D

x = X₂ = -γ- ν. (3)

wobei Ai und xi die x-Koordinaten auf dem imaginären Schirm sind, wenn Teile der linken und rechten Grenzlinien 7 und 8 in gewissem Abstand / vor dem Beobachtungspunkt P auf den imaginären Schirm projiziert sind. Die Größe h ist die Höhe des Beobachtungspunktes über der Straßenfläche, R ist die Breite der Straße und D ist der Abstand zwischen dem rechten Rand der Straße und dem Beobachtungspunkt auf dem beweglichen Körper. Durch Beeinflussung der Größe D mittels des Lenkrades des Kraftfahrzeugsimulators können die sich bei seitlicher Verschiebung des beweglichen Körpers ergebenden Änderungen des auf dem imaginären Schirm projizierten Bildes auf dem Schirm des Farbfernsehmonitors dargestellt werden.

Die farbigen Bereiche des Bildes auf dem imaginären Schirm lassen sich daher folgendermaßen beschreiben:

Blauer Himmel y > 0, (4)

Straße X₁ < χ < x₂y <0, (5)

Grenzlinie zwischen Straße und grüner Fläche

X = X₁, χ = X₂, y <0, (6)

grüne Flächen χ < X₁ oder χ > X₂, y < 0. (7)

Wenn andererseits angenommen wird, daß die linke Randlinie T und die rechte Randlinie 8' zwischen der Straße und den grünen Flächen längs der in Fig.4 gezeigten Kurven verlaufen, werden sie nicht durch die Gleichungen (2) und (3), sondern durch folgende Gleichungen ausgedrückt:

wobei
und

') ein multinominaler Ausdruck von y' ist,

dl)

wobei g₂iy') ein multinominaler Ausdruck von ι' und

Schirm entsprechend dem /i-ien Pfosten der Leitplanke (gezahlt iib dem Pfosten, der dem imaginären Schirm ;im ^{ühI iM)} ^M^^M

In diesem Fall wird das auf dem imaginären Schirm zu projizierende Bild der gekurvten Straße nach einer ähnlichen Berechnungsmethode wie oben folgendermaßen ausgedrückt:

' Pfosten links

= Xn\ = T

linke Randlinie T der Straße

IO

D)I y < 0 (2') (n-l)b_o + b +
Pfosten rechts

^pl (n-l)b_o

< y_Pi <

-(R-D). (10)

— a

(n- l)b_o

rechte Randlinie 8' der Straße

X — X _nj —

{n-l)b_o

D.

(Π)

(12)

(3') 2o {n-

Somit gilt für die Straßenfläche

25

abweichend von Gleichung (5), und für die grünen Flächen gilt

x < /i(y) oder χ > f₂(y) y < 0 abweichend von Gleichung (6).

(6')

Die Größe D in den Gleichungen (2) und (3) ist der Abstand zwischen dem beweglichen Körper und dem rechten Straßenrand, und durch Beeinflussung dieser Größe kann die durch seitliche Auslenkung des beweglichen Körpers auf den imaginären Schirm hervorgerufene Änderung auf dem Schirm des Färbfernsehmonitors dargestellt werden.

Die Gleichungen gerader Linien auf dem imaginären Schirm, die dem oberen Rand der Leitplanken 4 entsprechen, lassen sich aus den Fig.2 und 3 folgendermaßen ableiten:

45

linke Leitplanke

X = X„i =

R-D

h-i

-y y

(8)

rechte Leitplanke

-D

X = Xt= ν ν < 0

ft — /I₀

(9)

55

Wobei Xg 1 die x-Koordinate (auf dem imaginären Schirm) eines Punktes des oberen Randes der linken Leitplanke ist, der in einer Entfernung von Ig vor dem Beobachtungspunkt P liegt während x_g2 die x-Koordinate eines Punktes des oberen Randes der rechten Leitplanke im selben Abstand ist. A₀ ist die Höhe der oberen Leitplankenränder über der Straßenfläche.

Wenn angenommen wird, daß die Pfosten 5 für die Leitplanken 4 regelmäßig in gleichbleibenden Abständen bo längs der Straße 2 angeordnet sind, dann ist die Gleichung für das Linienstück auf dem imaginären Wobei .v_;, 1 und y,, 1 die x-y-Koordinaten sind, wenn der Pfosten der linken Leitplanke, der im Abstand von l=(n-\) ■ b+ 6o + a,(77=l,2...)vordem Beobachtungspunkt P liegt, auf dem imaginären Schirm dargestellt wird, und wobei Xp₂ und y_P2 die entsprechenden Werte für den rechten Pfosten in derselben Entfernung sind.

Bei gerader Straße 2 erscheint die Änderung des auf dem imaginären Schirm projizierten Bildes als Bewegung der Leitplankenpfosten, wenn der bewegliche Körper, der im folgenden als »Fahrzeug« bezeichnet wird, mit einer Geschwindigkeit V längs der Straße fährt. Da bei fahrendem Fahrzeug unter den Parametern in den Gleichungen 10 bis 13 nur der Parameter b geändert wird, der dem Abstand zwischen dem imaginären Schirm und dem ihm am nächsten liegenden Pfosten entspricht, kann die Änderung des auf dem imaginären Schirm projizierten Bildes, die sich beim Fahren des Fahrzeugs auf der Straße mit einer Geschwindigkeit V ergibt, auf dem Schirm eines Farbfernsehmonitors dargestellt werden, indem man Zj=JVW/ setzt und b mit der Zeit periodisch innerhalb des Bereichs O<bsbo ändert.

Nachstehend wird anhand der Fig. 5, 6 und 7 ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung erläutert, welche die durch die oben beschriebenen Gleichungen ausgedrückten Umgebungsbilder auf dem Schirm eines Farbfernsehmonitors darstellt.

Zur Darstellung des durch die Gleichungen ausgedrückten Umgebungsmusters auf dem Schirm eines Farbfernsehmonitors müssen die x-y-Koordinaten des imaginären Schirms in Zeitabstände zu einem Synchronisiersignal umgesetzt werden, weil beim abtastenden Fernsehen Streckenkoordinaten eine Funktion der Zeit sind. Zur Abtastung des zum Beispiel in F i g. 1 gezeigten Bildes auf dem imaginären Schirm führt man die Horizontalabtastung um die ^-Koordinate in Richtung von minus nach plus und die Vertikalabtastung um die y-Koordinate in der Richtung von plus nach minus.

Wie in F i g. 5 gezeigt, werden die Bewegungszustände (seitliche Auslenkung D und Geschwindigkeit V) des Fahrzeuges 9 in einen Umgebungsbild-Signalgenerator 10 eingegeben, der analoge elektronische Schaltungen und logische Schaltungen enthält, die gemäß den vorerwähnten Gleichungen des Bildmusters verknüpft sind. Die eingegebenen Werte werden in zeitliche Längen elektrischer Signale entsprechend den räumli-

chen Bereichen und synchron mit Horizontal- und Vertikalsynchronisiersignalen aus einem Synchronisierungsgeneraior 14 umgesetzt, um die Farbsignalgcneratoren 11 entsprechend den Zeitlängen zu steuern. Die Farbsignale werden einem Farbsignalmodulator 12 und ^r> dann dem Farbfernsehmonitor 13 zugeführt, auf welchem das Umgebungsbild dargestellt wird.

Eine Methode zum Zusammensetzen und Darstellen des blauen Himmels, der Straße und der grünen Flüchen wird nachstehend im einzelnen anhand der F i g. 6 beschrieben.

Als erstes werden die .v-/-Koordinaten des imaginären Schirms 5, der das Umgebungsbild enthält, in Spannungswerte als Zeitfunktion einer Sägezahnwelle umgesetzt. Hierzu wird für die X-Koorclinate eine mit dem Horizontalsynchronisiersignal synchronisierte Rechteckwelle an einen Integrator (I) gegeben, während für die y-Koordinate eine mit dem Vertikalsynchronisiersignal synchronisierte Rechteckwelle auf einen anderen Integrator (II) gegeben wird. Die Spannungswerte werden einer analogen elektronischen Schaltung zugeführt, die gemäß den Gleichungen des Umgebungsbildes aufgebaut ist, wie dargestellt und beschrieben. In den Figuren bedeutet »r_v« die Abtastzeit von links nach rechts und »τ,« die Abtastzeit von oben nach unten auf dem Farbfernsehschirm.

Für den Bildbereich des blauen Himmels wird das Ausgangssignal Y des Integrators (II) mit y = 0 in einem Vergleicher (1) übereinstimmend mit Gleichung (4) verglichen. Wenn dieser Vergleich das Ergebnis y > liefert, dann ist der Ausgang Qi des Vergleichers (I) ein elektrisches Signal, dessen Breite dem blauen Himmelbereich entspricht. Wenn der genannte Vergleich das Ergebnis y < 0 liefert, dann ist der Ausgang ζ?ι ein elektrisches Signal, welches den Bereich unter dem Horizont darstellt. Durch das Ausgangssignal Q\ wird über das logische UND-Glied (I) eine Torschaltung (I) gesteuert, um das Ausgangssignal eines Blausignalgenerators zum Farbsignalmodulator durchzulassen und dadurch den blauen Himmelbereich auf den 4η Farbfernsehmonitor darzustellen.

Der Bereich der Straße 2 und die grünen Flächen 3 werden in der folgenden Weise erzeugt. Das Ausgangssignal Ydes Integrators (II) wird gemäß Gleichung (2) mit Mh durch ein Potentiometer (I) multipliziert und anschließend in einem Multiplikator (I) mit der seitlichen Auslenkung (R-D) multipliziert, die einer der Bewegungszustände des Fahrzeuges ist. Hiedruch wird ein elektrisches Signal Xi erhalten, welches x\ entspricht. Das Signal X\ wird mit dem Ausgangssignal X des Integrators (I) in einem Vergleicher (II) verglichen. Wenn X\ > X ist, erscheint am Ausgang Q> des Vergleichers (II) ein elektrisches Signal, und wenn X\ < X ist, dann erscheint am Ausgang Q₂ dieses Vergleichers ein Signal. Andererseits erhält man das Signal X2 durch Multiplikation der seitlichen Auslenkung — D, die der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem rechten Straßenrand und der andere Bewegungszustand des Fahrzeuges ist, mit dem Wert Mh- Y in einem Multiplikator (II) entsprechend Gleichung (3). Das Signal X2 wird mit dem Ausgangssignal X des Integrators (I) in einem Vergleicher (III) verglichen. Wenn Xi > Xist, wird am Ausgang Q3 des Vergleichers (III) ein Signal erzeugt, und wenn X2 < X ist, dann erscheint am Ausgang Qi dieses Vergleichers ein elektrisches Signal. Da das elektrische Signal, dessen Breite der durch die Gleichung (5) -ausgedrückten Straße entspricht durch Bildung des logischen Produkts der Signale Q₂ und Qs mittels einer logischen UND-Schaltung (II) erhalten wird, öffnet das Ausgangssignal dieser logischen UND-Schaltung (II) eine Toschaltung (II), um das Ausgangssignal eines Grausignalgenerators zum Farbsignalmodulator durchzulassen, so daß der Straßenbereich auf dem Farbfernsehmonitor dargestellt wird. Gleichzeitig wird die logische Summe der Ausgangssignale TJ₂ und Qi in einer logischen ODER-Schaltung (1) gebildet. Das logische Produkt der Ausgangssignale _der ODER-Schaltung (I) mit dem Ausgangssignal Q₁ des Vergleichers (I) durch die logische UND-Schaltung (III) gebildet, wodurch ein Signal erhalten wird, dessen Breite den von der Gleichung (7) ausgedrückten grünen Bereichen entspricht. Das Ausgangssignal der UND-Schaltung (III) öffnet eine Torschaltung (III), um das Signal vom Grünsignalgencrator zum Farbsignalmodulator durchzulassen und somit die grünen Bereiche auf dem Farbfernsehmonitor darzustellen. Zu dieser Zeit, wenn die den Multiplikatoren (I) und (II) zugeführten seitlichen Abweichungen (R-D) und — D des Fahrzeuges gesteuert werden, kann die durch die seitliche Auslenkung des Fahrzeuges erzeugte Änderung des auf dem imaginären Schirm befindlichen Bildes auf dem Schirm des Farbfernsehmonitors dargestellt werden.

Wie in Fig. 7 gezeigt, wird zur Darstellung des oberen Randes der linken Leitplanke das Ausgangssignal Y des Integrators (II) gemäß der Gleichung (8) mit dem Wert Mh-Λο durch ein Potentiometer (II) multipliziert. Das Ergebnis wird durch den Multiplikator (III) mit der seitlichen Abweichung (R-D) des Fahrzeuges multipliziert, um ein dem Wert für x_fi entsprechendes elektrisches Signal X_g\ zu erzeugen. Dieses Signal wird in einem Vergleicher (IV) mit dem Ausgangssignal X des Integrators (I) verglichen. Wenn X=X_fi ist, liefert der Vergleicher (IV) ein Ausgangssignal Qa, welches einen Monostabilen Multivibrator (I) auslöst, um einen Impuls zu erzeugen, dessen zeitliche Länge der Breite des oberen Randes der Leitplanke entspricht. Dieser Impuls läuft durch die logische ODER-Schaltung (II) zur logischen UND-Schaltung (IV), um sein Produkt mit dem Ausgang Q\ des Vergleichers (1) zu erhalten. Der Ausgang dieser logischen UND-Schaltung (IV) öffnet eine Torschaltung (IV), um das Signal von einem Weißsignalgenerator zum Farbsignalmodulator durchzulassen und somit die obere Kante der linken Leitplanke auf dem Fernsehmonitor darzustellen.

In ähnlicher Weise geschieht die Darstellung der oberen Kante der rechten Leitplanke auf dem Fernsehmonitor durch Multiplikation des Ausgangs M(h-ha) ■ Y des Potentiometers (II) mit der seitlichen Abweichung — D des Fahrzeuges in einem Multiplikator (IV) gemäß Gleichung (9), um ein dem Wert x_g2 entsprechendes elektrisches Signal Xgi zu erhalten. Dieses Signal und das Ausgangssignal A"des Integrators (I)' wird in einem Vergleicher (V) verglichen, so daß dieser ein Ausgangssignal Qs erzeugt, wenn X=Xg ist Dieses Ausgangssignal Qs löst einen monostabilen Multivibrator (II) aus, um einen Impuls zu erzeugen, dessen Breite der Breite der oberen Kante der Leitplanke entspricht Außerdem wird in der ODER-Schaltung (II) die logische Summe der Ausgangssignale der monostabilen Multivibratoren (I) und (II) gebildet In der logischen UND-Schaltung (IV) wird dann das logische Produkt des Ausgangssignals _dieser ODER-Schaltung (II) mit dem Ausgangssignal <?i des Vergleichers gebildet Das AusgangssigTial der UND-Schaltung

(IV) dient der Öffnung einer Torschaltung (IV), um das Signal vom Weißsignalgenerator an den Farbsignalmodulator durchzulassen und somit die Oberkante der rechten Leitplanke auf dem Farbfcrnsehmonitor darzustellen. ■)

Die bildliche Darstellung der Leitplankenpfostcn auf dem Fernsehmonitor geschieht auf folgende Weise. Es wird zunächst der dem imaginären Schirm 5 am nächsten liegende Pfosten betrachtet, d.h. n=\. Zunächst wird für den linken Pfosten gemäß Gleichung κι (10) mittels einer Dividierschaltung (I) der Wert —(R — D)/(b + a)ausgrcrechnel. Das Ergebnis wird mil ■7 im Potentiometer (II) multipliziert, um ein dem Wert λγ,,ι entsprechendes elektrisches Signal X,,\ zu erzeugen. Dieses Signal wird in einem Vergleicher (Vl) mit dem i> Ausgangssignal X des Integrators (I) verglichen. Wenn X = X_pi ist, liefert der Vergleicher an seinem Ausgang Qa ein elektrisches Signal, welches den monostabilen Multivibrator (111) auslöst, um einen Impuls zu erzeugen, dessen Breite der Dicke des Pfostens entspricht. Gemäß der Gleichung (12) ist jedoch der Bereich der y-Koordinate, in welchem der Pfosten liegen kann, begrenzt. Es wird daher zuerst der Wert — \/(b+a) ausgerechnet, indem mittels der Potentiometer (IV) und

(V) die Größen a und h mit —\/(b + a) multipliziert werden. Dann wird der Wert

-ah

(b + a)

JO

in einem Vergleicher (VII) mit dem Ausgang Y des Integrators (11) verglichen. Wenn'V ^ — a ■ h/(b + a)\s\. liefert der Vergleicher (VIl) ein elektrisches Signal an seinem Ausgang Qj. In ähnlicher Weise wird durch die Dividierschaltung (II) und die Potentiometer (IV) und (Vl) der Wert — a(h—hr,)l(b+a) ausgerechnet, und der Ausgang Y des Integrators (II) wird im Vergleicher

(VIII) mit diesem Wert verglichen. Wenn Y = -a(h-h_o)/(b+a)\si, liefert der Vergleicher (VlH) ein elektrisches Signal an seinem Ausgang Q~$. Daher wird ein elektrisches Signal erhalten, welches den durch die Gleichungen (10) und (11) beschriebenen Bereichen entspricht, indem durch die logische UN D-Schaltung (V) ein logisches Produkt des Ausgangssignals des monostabilen Multivibrators (III) mit den Ausgangssignalen Q; und Qs der Vergleicher (VII) und (VIII) gebildet wird. Dieses elektrische Signal wird durch eine ODER-Schaltung (III) zu einer Torschaltung (V)gegeben, um das Ausgangssignal des Weißsignalgenerators zum Farbsignalmodulator in Fig. 6 durchzulassen und somit auf dem Fernsehmonitor einen weißen Pfosten für die Leitplanke darzustellen.

Für den rechten Pfosten wird auf ähnliche Weise gemäß Gleichung (12) mittels einer Dividierschaltung (III) und dem Potentiometer (VlI) ein elektrisches Signal Xpi ausgerechnet, welches dem Wert x_P2 entspricht Dieses Signal wird mit X in einem Vergleicher (IX) verglichen. Wenn X= X_p 2 ist, liefert der Vergleicher

(IX) ein Signal an seinem Ausgang Qg, und dieses Signal löst einen monostabilen Multivibrator (IV) aus, um einen Impuls zu erzeugen, dessen Breite der Dicke des Pfostens entspricht Wenn das elektrische Signal vom Ausgang Qi des Vergleichers (VII) und das Ausgangssignal Qs des Vergleichers (VIII), deren zeitliche Längen den y-Koordinaten gemäß Gleichung (13) oder (11) entsprechen, und der obenerwähnte Impuls einer logischen UND-Schaltung (VI) zugeführt werden, erhält man ein elektrisches Signal, welches den durch die Gleichungen (12) und (13) beschriebenen Bereichen entspricht. Dieses elektrische Signal öffnet die Torschaltung (V) über eine ODER-Schaltung (111), um das Ausgangssignal des Weißsignalgenerators zum Farbsignalmodul.jtor in Fig. 6 durchzulassen und somit einen weißen Leilplankenpfosten auf dem Farbfernsehmonitor darzustellen.

Wenn man das Signal b + a, welches zu dieser Zeit den Dividierschaltungen (I), (II) und (III) einzugeben ist, durch Integration der Fahrzeuggeschwindigkeit V im Bereich 0 > b < bv im Integrator (111) und Addition des Ergebnisses mit ,7 im Addierer (1) erhält, kann die Änderung des Bildes infolge der Bewegung des Fahrzeuges mit der Geschwindigkeit Vauf dem Schirm des Farbfernsehmonitors dargestellt werden.

Das Bild des dem imaginären Schirm am zweitnächsten liegenden Pfostens (d.h. n = 2) kann mit derselben Schaltungskombination wie oben erzeugt werden, indem man die durch die Dividierschaltungen (1), (I I) und (III) durchgeführte Teilungsoperation (b + a)durch eine Teilungsoperaiion (bo+b + a)ersetzt.

In ähnlicher Weise können die Bilder der weiter vom imaginären Schirm entfernten Pfosten auf dem Fernsehmonitor dargestellt werden, indem man dieselbe Schaltungskombination verwendet und dabei π = 3.4,... setzt und die Teilungsoperation der Dividierschallungen mit 2h, +b + a, 3bo+b+ a... durchführt.

Wenn das Bild einer gekurvten Straße auf dem Farbfernsehmonitor darzustellen ist, können statt des in Fig. 6 gezeigten Potentiometers (1) und statt der Multiplikatoren (1) und (II) die in F i g. 8 gezeigten Funktionsgeneratoren (I) und (H) verwendet werden. Der Funktionsgenerator (I) erzeugt ein elektrisches Signal F\(Y) entsprechend der Gleichung (2'), und der Funktionsgenerator (11) erzeugt ein elektrisches Signal Fi(Y) entsprechend der Gleichung (3')· Diese Signale werden in den Vergleichern (X) und (Xl) mit dem Ausgangssignal X des Integrators (1) verglichen. Der Vergleicher (X) _erzeugt ein elektrisches Signal an seinem Ausgang £>io. wenn X < F\(Y), und ein Signal an seinem Ausgang (V wenn X > F](Y). Der Vergleicher (XI) erzeugt ein Signal an seinem Ausgang Qw, wenn X < F₂(Y). und ein Signal an seinem Ausgang Qw. wenn X > Fj ist. Ein elektrisches Signal, dessen zeitliche Breite dem durch die Gleichung (5') beschriebenen Bereich der gekurvten Straße entspricht, wird erhalten durch Bildung eines logischen Produktes der Ausgangssignale (pio und Q\] und des Ausgangssignals φ des Vergleichers (1) in einer UND-Schaltung (VIl). Dieses Signa! mit einer dem gekurvten Straßenbereich entsprechenden Breite öffnet eine Torschaltung (VI). um das Ausgangssignal des Grausignalgenerators zum Farbsignalmodulator durchzulassen und somit den gekurvten Straßenbereich auf dem Fernsehmonitor darzustellen. Andererseits wird die logische Summe der Ausgangssignale Qw und Qu mittels der ODER-Schaltung (IV) erhalten, und das Produkt dieses Summensignals mit dem Ausgangssignal Q\ wird in der logischen UND-Schaltung (VIII) gebildet Der Ausgang der UND-Schaltung (VIII) ist ein elektrisches Signal, dessen Breite den durch die Gleichung (6') ausgedrückten grünen Bereichen entspricht Das auf diese Weise erhaltene Signal öffnet eine Torschaltung (VII), um das Signal des Grünsignalgenerators zum Farbsignaimodulator durchzulassen und somit die grünen Bereiche auf dem Farbfernsehmonitor darzustellen

Zu diesem Zeitpunkt kann die r-t: Bewegung des Fahrzeuges erfolgende Änderung des auf dem imaginä-

ren Schirm befindlichen Bildes auf d^rn Farbfernsehmonitor dargestellt werden, indem die in den Funktionsgeneratoren (I) und (II) enthaltenen Parameter entsprechend der seitlichen Auslenkung usw. des Fahrzeuges gesteuert werden.

Es wird nun beschrieben, wie Änderungen des Umgebungsbildes, die sich aus Änderungen der Lage des Fahrzeuges ergeben, auf dem Farbfernsehmonitor dargestellt werden.

Lageänderungen sind Schlingern (F i g. 9A), Stampfen (Fig. 9B) und Kursabweichungen (Fig. 9C) oder irgendeine Kombination dieser Bewegungen.

Zunächst werden die Bildänderungen auf dem imaginären Schirm behandelt, die sich beim Schlingern ergeben. Das Schlingern läßt sich ausdrücken durch eine der Fahrzeugbewegung folgende Drehung der x'—y'-Koordinaten auf dem imaginären Schirm bezüglich der vorerwähnten \ —κ-Koordinaten auf dem imaginären Schirm, die sich bezüglich der Straßenoberfläche nicht bewegen. Die Angabe des in Fig. 9A gezeigten Schlingerwinkels Θ reicht aus. um das v— ^--Koordinatensystem in das ν '—.ν- Koordinatensystem zu überführen.

Diese Koordinatentransformation erfolgt nach Vorschrift:

x' = xcosO

y' = -xsinö + cos©·

(T)

Im vorliegenden Fall ist der Schlingcrwinkel Θ sehr jo klein, so daß θ«0 gesetzt werden kann, wodurch die Transformation folgendermaßen beschreiben wird:

y& ] (14)

χ' = χ

v' = —χθ + y

wobei θ in Uhrzeigerrichtung positiv ist.

Der Stampfwinkel α ist ebenso wie der Schlingerwinkel sehr klein und vernachlässigbar (λ = 0), so daß nur die Vertikalbewegung des Horizonts bemerkenswert ist, während andere Änderungen nicht so groß sind. Es reicht daher zur Darstellung der durch das Stampfen hervorgerufenen Bildänderungen auf dem imaginären Schirm aus, wenn man lediglich die Vertikalbewegung des Horizonts berücksichtigt. Der Bildteil auf dem imaginären Schirm, der einem vom Beobachtungspunkt unendlich weit entfernten Ort entspricht, wird, wie in Fig.9B gezeigt, in der Richtung der j-Achse um den Bett ag jo= +<» · λ verschoben, wobei λ in Abwärtsrichtung als positiv angenommen wird.

Es ist daher ausreichend, den Ursprung (0,0) parallel auf (0, a · λ) zu verschieben, d. h. es ergeben sich folgende Transformationsgleichungen:

χ = x,

y' = y-a-Λ.

(15)

Die sich bei Kursabweichungen (Gieren) ergebenden Bildänderungen auf dem imaginären Schirm entsprechen gemäß F i g. 9C einer Verschiebung des Ursprungs um Xo = a tan Φ, wobei Φ der Kursabweichungswinkel ist. Man braucht daher nur den Ursprung auf (:i tan Φ. 0) zu verschieben, el. Ii. für die neuen Koordinaten gilt:

χ' = χ - αΙαηΦ- (j)

γ' = ν .
Der Schnittpunkt des l.inicnstücks des rechten

50

55

Randes der Straße und des imaginären Schirms ändert sich bei einer Kursabweichung von (D, h) auf (D/cos Φ, h) wegen der Bezeihung Xi = Dlcos Φ. Daher ergibt sich für die Gleichung, die das Linienstück des rechten Randes der Straße ausdrückt:

χ =

-D

/ICOS0'

Unter der vereinfachenden Annahme Φ = 0 wird cos Φ= 1 und tan Φ = Φ so daß die obengenannte Gleichung folgendermaßen vereinfacht wird:

χ =

-D

y' (vgl. Gleichung 2).

Für die sich aus Kursabweichungen ergebenden Bildänderungen genügt die folgende Koordinatentransformation:

χ' = χ — αΦ

ν' =■ ν

(16)

Um die obenerwähnten Änderungen des Umgebungsbildes, die sich aus Lageänderungen des Fahrzeuges ergeben, auf dem Farbfernsehmonitor darzustellen, braucht man nur die in Fig. 10 gezeigten analogen elektronischen Schaltungen zur Koordinatentransformation mit den Ausgangsseiten der in F i g. 6 gezeigten Integratoren (I) und (I I) zu verbinden.

In den analogen Schaltungen werden die Ausgangssignale X und Y der Integratoren (I) und (II) in den Multiplikatoren (IlI) und(IV) mit Φ multipliziert, und der Ausgang des Integrators (I) und des Multiplikators (IV) wird einem Addierer (II) zugeführt, während gleichzeitig das Ausgangssignal Y und das im Inverter (I) invertierte Ausgangssignale des Multiplikators (III) dem Addierer(lli) zugeführt wird, um die Koordinatentransformation gemäß Gleichung (14) durchzuführen. Um die für das Stampfen gehende Koordinatentransformation durchzuführen, wird in Übereinstimmung mit Gleichung (15) die Größe α durch einen Inverter (II) invertiert und durch ein Potentiometer (VIII) mit a multipliziert, worauf das Ergebnis dem Addierer (III) zugeführt wird. Zur Koordinatentransformation für die Kursabweichung wird in Übereinstimmung mit Gleichung (16) der Wert Φ durch einen Inverter (III) invertiert und durch das Potentiometer (IX) mit a multipliziert, worauf das Ergebnis dem Addierer (II) zugeführt wird. Durch Anlegen der hiermit erzeugten elektrischen Signale X' und V" an die in den Fig.6, 7 und 8 gezeigten Einrichtungen wird es möglich, die erforderlichen Koordinatentransformationen durchzuführen, um auf dem Farbfernsehmonitor die Änderungen des Umgebungsbildes bei Lageänderungen des Fahrzeuges darzustellen. Hierauf können die gleichen Prozesse wie oben beschrieben ablaufen.

Ein Verfahren zur Zusammensetzung und Darstellung anderer Umgebungsbilder für Straßen wie z. B. Tunnel, Einschnitte und Ein- u. Ausfahrten von Schnellstraßen usw. wird nachstehend beschrieben.

Zuniiehst und der Fall eines Tunnels behandelt, wie ei in [' i g. 1 1 A dargestellt ist. Das in F i g. I 1 B gezeigte Bild des Inniieren des Tunnels wird mathematisch ausgedrückt. Die Linie, welche die linke Seite der Straße 18 im Inneren des Tunnels von der linken Tunnelwand

trennt, hat folgende Gleichung:

R-D

(17)

und die entsprechende Linie auf der rechten Seite hat die Gleichung:

(18)

Die Linie zwischen der linken Seite der Tunneldecke 20 und der Tunnelwand hat die Gleichung:

X = X_n =

R-D H-h

y.

(19)

und die entsprechende Linie auf der rechten Seite hat die Gleichung:

X = X_n =

H-h

y.

(20)

Straße im Tunnel X₁₁ < χ < x,₂, (21)

linke Tunnelwand χ < X₁₁, χ < χ_Γ1, (22)

rechte Tunnelwand χ > x,₂, χ > x_m< (23)

Tunneldecke x_n < χ < x_n. (24)

35

Lampen 21, deren jede eine Länge cfc hat und die oben an den Tunnelwänden in gleichbleibenden Abständen q> an den Trennlinien zwischen der Decke 20 und den Seitenwänden 19 erscheinen, werden durch die Gleichungen (19) und (20) ausgedrückt. Die n-te Lampe vor -to dem Kraftfahrzeug nimmt folgenden Bereich der y-Koordinateein:

a{H - h)

a(H-h)

c + {n — I)C₀ + η ■ do + a

(25)

(26)

(27)

50

wobei c der Abstand zwischen dem imaginären Schirm und der diesem am nächsten liegenden Lampe ist.

Die sich bei einer Fahrzeugbewegung längs der Straße mit der Geschwindigkeit Vergebende Änderung des Bildes folgt dem Ansatz:

c= j VdI = C₀- I

Kdt.(28)

Sie läßt sich somit ausdrücken durch zeitlich periodische Änderung des Wertes c innerhalb eines Bereichs 0 < c <a> + d>.

Wenn der Tunneleingang 16, wie in F i g. 11A gezeigt, rechteckige Form hat, läßt er sich durch folgende

Gleichungen ausdrücken:
Oberseite

Unterseite

linke Seite

15 rechte Seite

20

wobei A/die Höhe der Decke über der Straßenfläche ist. Somit gilt für die Bildbereiche des Tunnelinneren folgendes:

Somit gilt für den Bereich, innerhalb dessen das Tunnelinnere erscheint, folgendes:

x_a

x_E2.

3(1 Die Annäherung an den Tunneleingang mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V läßt sich dadurch ausdrükken, daß man die Größe /,, d. h., die Entfernung zwischen dem Tunneleingang und dem Kraftfahrzeug in den Gleichungen (29)bis (32) folgendermaßen einsetzt:

l-e

Vat

In der Gleichung (34) bedeutet I₁- den Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und einer Stelle, wo der Tunneleingang zuerst auf dem Farbfernsehmonitor erscheint. Die Größe /c-hat einen bestimmten endlichen Wert, weil der Tunneleingang bei unendlich weiter Entfernung bei unendlich weiter Entfernung nicht durch die später beschriebenen analogen Schaltungen simuliert werden kann.

Die Form des Tunnelausgangs wird ebenfalls durch die Gleichungen (29) bis (32) definiert, jedoch ist seine Bildung um die Zeitspanne τ gegenüber der Bildung des Tunneleingangs verzögert. Somit wird die Größe /, in den Gleichungen (29) bis (32) durch die Größe /', ersetzt, welche den Abstand zwischen dem Tunnelausgang und dem Kraftfahrzeug definiert und für die folgendes gilt:

b0 ¹I ~ ι

Vat.

Diese Integration wird mit der Verzögerung r begonnen. Da die Länge des Tunnels durch die Zeit r bestimmt ist, läßt sich die Tunnellänge durch geeignete Änderung der Zeit r variieren.

Der Bereich, innerhalb dessen das Tunnelinnere außerhalb des Randes des Tunnelausgangs erscheint ist

809 636/196

folgender:

y > yi oder y < y'_e oder χ >

oder χ < x'_a
(36)

Eine Methode zur mathematischen Beschreibung des Bildes des Berges, durch welchen der Tunnel führt, wird nachstehend erläutert. Es sei angenommen, daß M die Höhe des Berges und A die Ausdehnung des Fußes des Berges auf jeder Seite ist, wie es in F i g. 11C gezeigt ist. Dann gilt für die x— y-Koordinaten eines Punktes (x_nh y,„) auf dem Abhang des Berges folgendes:

χ = — χ , (37)

^Λ ι -Sn* K-" I

und die Gleichung des Abhangs ist

_ A ( aM\
^Xm~ M\^y~ I, J

für die linke Seite, und

_( ^Xm~M \

(38)

(39)

(40)

für die rechte Seite.

< χ < x_M2, und y >-f h.

(41)

V dt

(42)

io

15

20

25

3(J

Der Bereich, innerhalb dessen der Berg erscheint, ist somit

35

Das Näherkommen des Berges bei einer Bewegung des Fahrzeuges mit der Geschwindigkeit V läßt sich beschreiben, indem man

45

setzt und diese Größe in den Gleichungen (39) bis (41) verwendet.

Die Fig. 12 bis 15 zeigen elektrische Schaltungen, deren jede analoge Schaltungen und logische Schaltungen enthält, die miteinander gemäß den Gleichungen für das zusätzliche Bild des Tunnels verknüpft sind. Durch Verwendung dieser elektronischen Schaltungen ist es möglich, das zusätzliche Bild und einen Teil des Grundbildes zu kombinieren und das kombinierte Bild auf dem Farbfernsehmonitor entsprechend der Fi g. 1IA darzustellen.

Die Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektronischen Schaltung zur Darstellung der Straße im Tunnel, der Tunnelwände und der Tunneldecke. Diese e>o Schallungsanordnung ist aus analogen und logischen Schaltungen aufgebaut, die in Übereinstimmungen mit den Gleichungen (17) bis (24) verknüpft sind. Fig. 13 zeigt eine elektronische Schaltung zur Darstellung der Lampen im Tunnel. Diese Schaltungsanordnung ist eine bi Kombination aus analogen und logischen Schaltungen gemäß den Gleichungen (25) bis (28), und die Ausgangssignale dieser elektronischen Schaltungen werden dem Farbsignalmodulator in F i g. 6 zugeführt. Die F i g. 14A zeigt eine elektronische Schaltungsanordnung zur Bildung der Umrisse des Tunneleingangs und -ausgangs auf dem durch die Schaltung nach Fig. 14 B gebildeten Bereich des Tunnelinneren. Diese Schaltungen bestehen aus einer Kombination analoger und logischer Schaltungen «in Übereinstimmung mit den Gleichungen (29) bis (35), und ihre Ausgangssignale L\ und Li werden auf jeweilige logische UND-Schaltungen gegeben, uin das Innere des Tunnels entsprechend den Gleichungen (34) und (35) zu erhalten. Die F i g. 15 zeigt eine elektronische Schaltung zur Darstellung des den Tunneleingang umgebenden Bergbereichs, und diese Schaltung besteht aus der Kombination analoger und logischer Schaltungen gemäß den Gleichungen (36) bis (42), und ihr Ausgangssignal Li wird über eine Torschaltung auf den Farbsignalmodulator und auf die logische UND-Schaltung (1) in Fig.6 gegeben. Auf diese Weise ist es möglich, ein Bild einer Straße zu erhalten, wie es in F i g. 11A oder 11B gezeigt ist.

Die Methode zur Erzeugung eines Bildes entsprechend Fig. 16A durch Zusammensetzen und Darstellung des Musters für einen Straßeneinschnitt wird nachstehend beschrieben.

Wenn sich das Kraftfahrzeug zum Einschnitt nähen, sieht der Fahrer ein Straßenbild, wie es in Fig. 16B gezeigt ist und wenn das Kraftfahrzeug durch den Einschnitt fährt verschwindet für ihn der Umriß des Eingangs des Einschnitts. Wenn ein solches perspektivisches Bild eines Einschnitts auf dem Fernsehmonitor dargestellt werden soll, ist es unmöglich, einen ausreichenden dreidimensionalen Eindruck der Böschung des Einschnitts auf mathematische Weise zu erzeugen. Um einen genügenden dreidimensionalen Effekt zu erzielen, werden die Farbtöne der Böschungen nicht gleichmäßig gemacht, sondern mit ihrer Höhe abgestuft. Beispielsweise macht man die Farbe der Böschung in der Nähe der Straßenfläche dunkelgrün und an höheren Stellen heller grün.

Um das perspektivische Bild des Einschnitts in der oben beschriebenen Weise zu erzeugen, werden die jeweiligen Bereiche des Bildes zunächst mathematisch dargestellt. Ais Beispiel sei angenommen, daß die Farbabstufung der Böschung in drei Stufen erfolgt.

Die Grenzlinien 23 und 24 der Farben an der linken Böschung 22 des in F i g. 16b gezeigten Einschnitts und die obere Linie 25 der Böschung werden, beginnend mit der untersten Linie und endend mit der obersten Linie, auf folgende Weise dargestellt:

X₁₁ =

W (R-D)+T

" 3

(43)

.2
h-_TH_k

(R-D)+ W

(44)

(45)

Tir die Lmieii 27 bis 29 der rechten Böschung 26 gilt

folgendes:

Λ-

X₂₃=-

-D+W h-H_k

(46)

(47)

(48)

wobei Hk die Gesamthöhe der Böschung und W die Tiefe der Böschung ist

Wie in Fig. 16B gezeigt, ist der Rand des Querschnitts der Eingangsseite 30 des Einschnitts gegeben durch:

für die linke Seite und

für die rechte Seite, wobei 4 der Abstand zwischen dem Fahrer und dem Eingang des Einschnitts ist. Wenn das Kraftfahrzeug auf der Straße mit der Geschwindigkeit V fährt, ist diese Größe durch folgende Gleichung gegeben:

Vdt.

(51)

Der Rand des Ausganges 31 des Einschnittes läßt sich durch dieselben Gleichungen wie in (49) und (50) ausdrücken, nur daß dabei die Koordinaten Xkv und x«· gelten. Jedoch ist der Abstand l_c zwischen dem Ausgang und dem Fahrer anders als der Abstand /j, und seine Darstellung ist um eine bestimmte Zeitspanne verzögert, durch welche die Länge des Einschnitts bestimmt ist. Der Abstand /_t. ist durch eine ähnliche Gleichung wie (51)bestimmt:

/,= 7" Vdt. (52)

1.-1.

Die Grenzlinien (33) bis (36) der Farben entlang der Höhe der Plateaus 32, die von beiden Seiten des Einschnitts aus fortlaufen, entsprechen in der Reihenfolge von unten nach oben folgenden Gleichungen:

y« = ~τ^Η>

(53)

(55)

(56)

Gleichungen (43) bis (56) dargestellten Linien im Bild des Einschnitts definiert sind, folgende:

unterer Bereich der linken Böschung

χ < X₁₁, χ < X₁ und x_a < χ < x_u' mittlerer Bereich dieser Böschung

X₁₁ < χ < X₁₂ und x_M < χ < x_a', oberer Bereich dieser Böschung

x_n < χ < X₁₃ und x_u < χ < X₄₁'. unterer Bereich der rechten Böschung

X₂ < x, X₂₁ < χ und X₁₁₂' < χ < Xia, mittlerer Bereich dieser Böschung

X₂₂ < x < ^X2i und x_a'< x<Xia, oberer Bereich dieser Böschung
X₂₃ < χ < X₁₂ und x_K< χ

(57) (58) (59) (60) (61) (62)

unterer Bereich der Fläche links vom Eingang des Einschnitts

y« < y < y>a und χ < x_kl mittlerer Bereich dieser Fläche

:Vk2 < y <.Vö und x<x_uoberer Bereich dieser Fläche

und x<x_w·

Somit sind die Bereiche, die von den durch die (63) (64)

(65)

mittlerer Bereich der Fläche rechts vom Eingang des Einschnitts

y« < y < y« und x_a < x, (66)

mittlerer Bereich dieser Fläche

yk2<y<yk3 und x_t2<x- (67)

oberer Bereich dieser Fläche

y« < y < y*4 und x_u < χ. (68)

Anhand der Fig. 17 sei nun eine Methode zur Darstellung des Straßenbildes in räumlicher Kombination mit einem derartigen Einschnitt erläutert.

Bei dieser Methode werden die χ - y- Koordinaten des Schirms durch Spannungswerte als Funktion der Zeit dargestellt, die von den oben beschriebenen Integratoren '(I) und (11) und dem elektrischen Signal D erhalten werden, welches die seitliche Auslenkung des Kraftfahrzeugs darstellt. Die Operation gemäß der Gleichung (43) wird mit einer Rechenschaltung für ΛΊ, durchgeführt, die eine Kombination von Analogschaltungen entsprechend der Gleichung (43) ist.

Das Ergebnis der Rechenoperation wird in einem Vergleicher mit einer Spannung verglichen, die der v-Kooruinate entspricht; und der Vergleicher liefert ein Ausgangssignal Qku welches den Wert 1 hai, wenn X > X\ ι ist, und welches den Wert 1 hat, wenn X < ΛΊ ι ist, und welches den Wert 0 hat. wenn X < X_u ist. In ähnlicher Weise erfolgt die Ausrechnung der Gleichun-

gen (44) bis (56) mit jeweiligen Rechensehaltungen, bei denen es sich um Kombinationen von Analogschaltungen handelt. Die Vergleiche von X und Y werden un Vergleichern durchgeführt, um die Werte Qki bis Qk\\ zu erhalten.

Als nächstes wird von einer logischen Schaltung ein Impuls mit einer Breite erhalten, die dem durch die Gleichung (57) definierten Bereich entspricht, indem die früher erwähnte Größe Qi aus Fig. 6 und die Größen Qku Qki und Qw herangezogen werden. Dieses Impuls-, signal beaufschlagt eine Torschaltung, um das Farbsignal für dunkelgrün zu steuern und dadurch auf dem Farbfernsehmonitor denjenigen Bildteil er erzeugen, der dem durch die Gleichung (57) beschriebenen Bereich entspricht. In ähnlicher Weise werden unter Heranziehung der Größen ζ)*ι bis Qtu und Qi von jeweiligen logischen Schaltungen Impulse erzeugt, deren Breite den durch die Gleichungen (58) bis (68) beschriebenen Bereichen entsprechen. Diese Impulse beaufschlagen die verschiedenen Torschaltungen, um die jeweiligen Farbsignale derart zu steuern, daß auf dem Farbfernsehmonitor die den Gleichungen (58), (61) und (64) entsprechenden Bereiche in einem dunklen Grün, die den Gleichungen (56), (59), (62) und (65) entsprechenden Bereiche in einem mittleren Grün und die den Gleichungen (57), (60), (63) und (66) entsprechenden Bereiche in einem hellen Grün erscheinen.

Um das in Fig. 16A gezeigte Bild zu erzeugen, wird das in der beschriebenen Weise erhaltene Bild des Einschnitts mit dem in Fig. 1 gezeigten Grundbild der Straße kombiniert, wobei der Bereich des blauen Himmels definiert ist durch:

und die grüne Fläche definiert ist durch:

χ < X₁ oder χ > X₂ und y < y_kv
Xjti'< χ < X₁ oder X₂ < χ < x_k2' und y < 0 (70)

y> y<A,

oder x_M'< χ <

Somit kann bei Einfügung des fiinschnittbildes der blaue Himmel dargestellt werden, indem man die -. to Schallung nach Fig. 6, die zur Erzeugung des früher beschriebenen Grundmusters für die Straße verwendet wird, derart modifiziert, daß durch Anlegen der Signale Qki. QkI^. Qk-*. Qua und Qu4 an die in F i g. 3 enthaltende logische Schaltung ein Impuls mit einer im durch die Gleichung (69) definierten Bereich entsprechenden Breite erzeugt wird und somit ein Impulssignal erhalten wird, dessen Breite dem Bereich des blauen Himmels entspricht.

Der grüne Bereich läßt sich erzeugen, indem die Schaltung derart modifiziert wird, daß durch Anlagen der Größen Qw, Qua und Qui an die logische Schaltung ein Impuls mit einer dem durch die Gleichung (70] definierten Bereich entsprechenden Breite erzeugt wird um das Impulssignal zu erhalten, dessen Breite dem grünen Bereich entspricht.

Nachfolgend wird das Verfahren zur Darstellung dei Bilder für eine Straßeneinfahrt und eine Straßenausfahrt beschrieben.

Es wird angenommen, daß an der Einmündung dei Einfahrt die einmündende Straße 37 und die Hauptstraße 38 in einem Winkel (5 aufeinandertreffen, wie es ir Fig. 19 gezeigt ist.

In diesem Fall haben die Seitenlinien 39 und 40 dei ₂'und>->0 Hauptstraße in dem in Fig. I8A dargestellten Bile

(69) 35 folgende Gleichungen:

x_A=j4ah-toH_v-6)-±. + (R-D + L-t_an6)- ^~^

(71)

-o) · h(R

coso

COS δ J COS (γ¹ — δ)

(72)

Die Seitenlinien 41 und 42 der einmündenden Straße 37 haben folgende Gleichungen:

ah

R-D

y_ h

ah

cosy

tan(f-_v)

y cosy

(73)

(74)

durch:

.= L j

Vat,

L=O

50

55 wobei Lo die Länge der Einfahrtsstraße ist.

Der Bereich der Einfahrtsstraße 37 und de Hauptstraße 38 ist daher folgender:

x_rl <χ<x_r2, y<0 oder (76)

, x<x_rl, y<0,

und der Bereich der grünen Fläche ist:

60

In diesen Gleichungen ist Ro die Breite der einmündenden Straße und der Haußtstraße, φ ist der Winkel, der die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs 46 angibt, und L ist der Abstand zwischen dem Ort des Fahrers und einem Punkt, an welchem die einmündende Straße auf die Hauptstraße trifft Die Größe L ändert sich mit der Bewegung des Fahrzeuges 46. Bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit V ist die Größe L definiert y<0 oder x_rt<jc<x_rl, j» <0 oder x_rl>x, x_r3>x, y<0.

Für eine Straßenausfahrt wird ebenfalls angenoir men, daß die Ausfahrtstraße 43 und die Hauptstraße 3 miteinander einen Winkel <5 bilden. Die Gleichungen de Seitenlinien 39 und 40 der Hauptstraße 38 im Bild nac F i g. 18B entsprechen den Gleichungen (73) und (74) fü die Straßeneinfahrt, und die Seitenlinien 44 und 45 de

Ausfahrtstraße 43 sind durch die Gleichungen (71) und (72) beschrieben.

Die Bereiche der Ausfahrtstraße und der Hauptstraße sind somit folgende:

x_r, <x<x_r2, x<x_r3 y<0.
x_r3 < χ < x_r4 y < 0-

und die Bereiche der grünen Flächen sind:

χ > .X₁₄ y < 0 oder

x_r, > x, x_r3 > χ y < 0 oder

x_r3 > χ > x_r2 >' < 0 .

(78)

(79)

Es sei erwähnt, daß bei den derart dargestellten Bildern für eine Einfahrt und eine Ausfahrt auch Leitplanken vorgesehen sein können, ebenso wie im Fall des Grundbildes der Straße. Bilder für Ein- und Ausfahrten können auch mit dem Grundbild der Straße zusammengefügt werden.

Ein- und Ausfahrten lassen sich auf dem Farbfernsehmonitor darstellen, indem man analoge und logische Schaltungen ähnlich wie in den anderen vorbeschriebenen Fällen miteinander gemäß den jeweiligen Gleichungen verknüpft. Eine Schreibung von Einzelheiten dieser Schaltungen kann daher fortgelassen werden.

Wie es vorstehend im einzelnen beschrieben wurde, macht es die erfindungsgemäße Anlage zur Zusammensetzung und Darstellung von Umgebungsbildern mög- !ich, nicht nur die Änderungen in den komplizierten Umgebungsbilderii sondern auch solche Änderungen der Bilder zusammenzusetzen und darzustellen, die sich infolge der Änderungen des Fahrzeuges ergeben, so daß die Bedienungsperson ein wirklichkeitsnahes Erlebnis hat.

Die erfindungsgemäße Anlage kann somit als Sichtgerät für Kraftfahrzeug-, Flugzeug-, und Simulatoren usw. oder für verschiedene andere Trickeinrichtungen verwendet werden.

Es sei nun der Fall beschrieben, daß die erfindungsgemäße Anlage bei einem Kraftfahrzeugsimulator verwendet wird.

Beim Führen eines Kraftfahrzeugs muß der Fahrer nicht nur ständig auf die Straßenverhältnisse vor sich sondern mittels eines Rückspiegels auch auf die hinter ihm liegende Straße achten.

Wie in Fig.20 dargestellt, werden bei der Einrichtung zur künstlichen Darstellung der vorderen Umgebungsbilder die x— y-Koordinaten auf dem imaginären Schirm, wie oben erwähnt, in Spannungswerte als Funktion der Zeit von Sägezahnwellen 51 und 52 umgesetzt, indem eine mit dem Horizontalsynchronisiersignal synchronisierte Rechteckwelle 47 und eine mit dem Vertikalsynchronisiersignal synchronisierte Rechteckwelle 48 jeweils einem Integrator 49 bzw. 50 zugeführt wird. Die sich daraus ergebenden Spannungssignale 51 und 52 werden der Schaltungsanordnung 53 zugeführt, welche Analogschaltungen und logische Schaltkreise enthält

Die Analogschaltungen und logischen Schaltkreise in der Anordnung 53 werden miteinander entsprechend den vorerwähnten Gleichungen verknüpft, welche für die verschiedenen Umgebungsbilder der Straße charakteristisch sind. Die Anordnung erhält die in die Spannungswerte 51 und 52 umgesetzten x—^Koordinaten sowie die Ausgangssignale von einer weiter unten beschriebenen Simulationseinrichtung für dynamische Größen (seitliche Abweichung D und Geschwindigkeit V). Die Anordnung 53 steuert den Farbsignalgeneratoren für die farbigen Umgebungsbilder zugeordnete Torschaltungen 54 derart, daß die Farbsignale über die Torschallungen 56 und den Addierer 57 zum Farbsignalmodulalor 58 gelangen, wodurch auf dem Farbfernsehmonitor 59 die Änderungen des vorne liegenden Umgebungsbildes der Straße dargestellt werden.

Die Bilder der hinter dem Kraftfahrzeug liegenden Umgebung, die im Rückspiegel sichtbar werden, können auf einem Teil des Schirms des Farbfernsehmonitors in .der gleichen Weise wie die vorstehend beschriebenen Bilder der vorne erscheinenden Umgebung dargestellt werden, jedoch mit einer Ausnahme:

Die x — y-Koordinaten auf dem Rückspiegel müssen auf die Zeitintervalle Γ2, τ 3 transformiert werden, um sie auf den Schirm 59 des Farbfernsehmonitors zu übertragen. Daher wird eine mit dem Horizontalsynchronisiersignal synchronisierte Rechteckwelle erzeugt, die gegenüber dem Beginn des genannten Horizontalsynchronisiersignals um Ti verzögert ist und eine Breite von Xj hat. Ferner wird eine mit dem Vertikalsynchronisiersignal synchronisierte Rechteckwelle 61 mit der Impulsbreite Ti erzeugt. Diese beiden Rechteckwellen werden durch Integratoren 62 und 63 in zeitabhängige Spannungssignale 64 und 65 umgesetzt. Dann wird unter den Eingangssignalen, die von der Simulationseinrichtung für die dynamischen Größen einer Schaltungsanordnung 66 mit Analogschaltungen und logischen Schaltkreisen zugeführt werden, das Signal V für die Geschwindigkeit in — V umgekehrt, während das das Signal für die seitliche Abweichung D unverändert bleibt.

Wie obenerwähnt, können durch Modifizierung eines Teils der Eingangssignale und Verwendung einer das rückwärtige Umgebungsbild zusammensetzenden Einrichtung, die in der gleichen Weise wie die das vorderseitige Umgebungsbild zusammensetzende Einrichtung aufgebaut ist, die jeweiligen der Farbverteilung auf dem Rückspiegelbild entsprechenden Farbsignale über den Addierer 52 dem Farbsignalmodulator 58 zugeführt werden, so daß auf einem Teil des Schirms 59 des Farbfernsehmonitors das Rückspiegelbild 59' dargestellt wird. Hierbei wird die Torschaltung 56 geschlossen, wenn das elektrische Ausgangssignal von der das rückwärtige Umgebungsbild zusammensetzenden Einrichtung dem Addierer 57 zugeführt wird, so daß derjenige Teil des Ausgangssignals der das vordere Umgebungsbild zusammensetzenden Einrichtung, der dem vom Rückspiegel eingenommenen Teil 59' des Monitorschirm entspricht, nicht dem Addierer zugeführt wird.

Der gesamte Fahrzeugsimulator sei nun anhand der F i g. 21 beschrieben. Der Führerstand 66 des Simulators enthält ein Lenkrad 67, ein Gaspedal 68 und ein Bremspedal 69 usw., wie in einem richtigen Automobil. Die- Operationen des Fahrers, d. h. der Lenkradeinschlag und die Stellung des Gas- oder Bremspedals werden- als elektrische Signale der Simulationseinrichtung 76 für die dynamischen Kenngrößen eingegeben. In Blickrichtung des Fahrers ist ein Farbfernsehmonitor 70 angeordnet Wie obenerwähnt, werden die rechteckigen Synchronisiersignale von dem Horizontal- und dem Vertikal-Synchronisierungsgenerator den Einrichtungen zur Zusammensetzung des rückwärtigen und vorderseitigen Umgebungsbildes zugeführt um elektrische Signale zu erzeugen, deren zeitliche Längen dem vorderseitigen und dem rückwärtigen Umgebungsbild

809 636/196

entsprechen. Das elektrische Signal mit der vordcrscili- folgendermaßen: gen Bildinformation wird über eine Torschaltung 74 dem Addierer 75 zugeführt, während das elektrische Signal mit der rückwärtigen Bildinformation dem selben Addierer direkt zugeführt wird. Dadurch wird die ■> Summe der Signale derart gebildet, daß sowohl das vorne liegende Umgebungsbild als auch das vom Rückspiegel reflektierte hinten liegende Umgebungsbild auf dem Farbfernsehmonitor 70 erscheint.

Der Fahrer sitzt am Führerstand 66 und betätigt die Bedienungselemente, wobei er die auf dem Farbfernsehmonitor 70 dargestellten Straßenbilder beobachtet. Die den Bewegungen des Lenkrades, des Bremspedals und des Gaspedals entsprechenden elektrischen Signale werden dem »Dynamik-Simulator« 76 zugeführt, der seinerseits elektrische Signale erzeugt, die dem Zustand des Fahrzeugs, d. h. seiner seitlichen Abweichung und seiner Geschwindigkeit, entsprechen.

Was den »Dynamik-Simulator« betrifft, so sind für das Studium der Lenkbarkeit und der Stabilität eines Automobils einige mathematische Modelle vorgeschlagen worden.

Man kann zwar solche Modelle im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwenden, indem man sie mit einem Analogrechner simuliert, jedoch wird die Einrichtung selbst zur Realisierung solcher Modelle kompliziert und teuer. Es ist daher vorteilhafter, wenn ma.1 die nachstehend beschriebene Einrichtung verwendet.

Es sei der Fall betrachtet, daß das nachzuahmende Kraftfahrzeug ein automatisches Getriebe hat, bei dem keine Gänge gewechselt zu werden brauchen. Die Geschwindigkeit V des Kraftfahrzeuges wird aüti folgender Gleichung erhalten:

= h'sVdt

(84)

Ρ(Θ) = A ~ + BV² +/(/?).

(80)

Die von der Gaspedalstellung Θ, abhängige Motorleistung /Y0Jist aus der Maschinenmechanik bekannt als

P(B)₃ =

(81)

wobei Αϊ und fo konstant sind. BV² ist die Rollreibung der Räder und der Luftwiderstand. Hß) ist die Bremskraft als Funktion des Drucks auf das Bremspedal, die empirisch bestimmt wird.

Aus den Gleichungen (80) und (81) kann die Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeuges folgendermaßen hergeleitet werden:

= Τ^θ' ⁺ Τ -T^-r/W· (82)

dt

Bei seitlicher Auslenkung des Kraftfahrzeuges läßt sich der Drehungswinkel ψ* des Kraftfahrzeuges, wenn das Lenkrad um oc₅ gedreht ist, unter Verwendung des geometrischen Modells folgendermaßen bestimmen:

(83)

wobei Is eine Konstante ist die vom Obersetzungsverhältnis des Lenksystems und vom Abstand zwischen der vorderen Radachse und der hinteren Radachse abhängt Die seitliche Auslenkung D ist also angenähert Fig. 22 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Simulationseinrichtung für die dynamischen Bewegungsvorgänge in Kraftfahrzeugen, die entsprechend den vorstehenden Gleichungen aufgebaut ist. In der F i g. ist mit 77 ein Blockschaltbild eines Mechanismus zur Erzeugung von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit V entsprechenden Signalen dargestellt. Dabei wird die

Größe-j /(jS), welche die Bremskraft in Gleichung (82) betrifft, durch einen Funktionsgenerator 79 und ein Potentiometer 80 erhalten, während die Größe -^ Ψ welche die Rollreibung und den Luftwiderstand in Gleichung (82) betrifft, durch einen Multiplikator 85 und durch ein Potentiometer 86 erhalten wird. Beide Größen werden in einem Addierer (81) addiert, und das Ergebnis wird in einen Inverter (83) invertiert, um die

B 1

Größe -r- V² —- f[ß) zu liefern, die einem Addierer/Inte-

Λ A

grator 84 zugeführt wird. Zusätzlich wird durch Eingabe der Gaspedalstellung Θ* in ein Potentiometer 87 die

Größe^|-0_S erzeugt, die zusammen mit der konstanten -^■dem Addierer/Integrator 84 zugeführt wird. Der Ausgang der Schaltung 84 entspricht dem Integral der rechten Seite der Gleichung (82) und ist somit ein elektrisches Signal, welches der Geschwindigkeit V entspricht.

Mit 78 ist in Fig.22 ein Blockdiagramm eines Mechanismus zur Erzeugung eines elektrischen Signals dargestellt, welches der seitlichen Auslenkung D des Kraftfahrzeuges entspricht. Die Winkelstellung oc_s des Lenkrades und die in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltene Geschwindigkeit V werden in einem Multiplikator 88 miteinander multipliziert. Das Ausgangssignal des Multiplikators 88 läfut über ein Potentiometer 89 und wird im Integrator 90 integriert, um den Drehungswinkel φ₅ aus Gleichung (83) zu erhalten. Der Winkel ψ._ν und die Geschwindigkeit V werden dann in einem Multiplikator 91 miteinander multipliziert, und das Ergebnis wird in einem Integrator 92 integriert, um ein elektrisches Signal D zu erhalten, welches der seitlichen Auslenkung des Kraftfahrzeuges entspricht. Durch Zuführung der elektrischen Signale für die Geschwindigkeit Vund die seitliche Auslenkung D zu den Eingängen der das vorderseitige und das rückwärtige Umgebungsbild zusammensetzenden Einrichtungen 72 und 73 ist es möglich, das vom Fernsehmonitor dargestellte Straßenbild in Übereinstimmung mit dem Fahrzustand des Kraftfahrzeuges zu ändern. Die relativen Veränderungen des vorne sichtbaren und des im Rückspiegel sichtbaren Straßenbildes können also auf rein elektronische Weise entsprechend den Betätigungen des Lenkrades und des Gas- und/oder Bremspedals zusammengesetzt und dargestellt werden.

Wie vorstehend im einzelnen beschrieben wurde, macht es die Erfindung möglich, eine Serie verschiedener Straßenbilder auf einem Farbfernsehmonitor darzustellen. Dabei wird zunächst die Einfahrt in eine Schnellstraße und dann das Straßen-Grundbild dargestellt worauf nacheinander und in Abständen andere

Umgebungsbilder ζ. B. für Tunnel und Einschnitte ausgewählter Länge mit dem Grundbild in der Weise kombiniert werden, daß beispielsweise ein Tunnel und ein Gebirge von einem unendlich weitem Ort (in der Praxis aus einer endlichen Entfernung) mit einer der , Kraftfahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit näherkommen, worauf nacheinander der Eingang des Tunnels, das Innere des Tunnels und der Ausgang des Tunnels erscheinen. Dies geschieht durch Änderung dieser Bilder bei ihrem Näherkommen und derartige Zusammensetzen und Darstellen der Bilder, daß beim Eintritt des Kraftfahrzeuges in den Tunnel das Tunnelinnere, beim Durchfahren des Tunnels das näherkommen des Tunnelausgangs und das durch den Tunnelausgang sichtbare Grundbild, und beim Verlas-

sen des Tunnels nur das Grundbild der Straße gezeigt wird. Schließlich werden andere Bilder geeigneter Länge, die zur Ausfahrt aus der Straße gehören, zusammengesetzt und dargestellt.

Da mit der erfindungsgemäßen Anlage ebenfalls das, hinten liegende Umgebungsbild gleichzeitig dargestellt wird, kann der Benutzer den Simulator so bedienen, als befände er sich in in einem Kraftfahrzeug auf einer richtigen Straße.

Der vorstehend im einzelnen beschriebene Simulator ist nicht nur zur Simulation von Kraftfahrzeugen verwendbar, sondern kann auch nach Modifizierung innerhalb des Bereichs der Erfindung als Simulator für Flugzeuge, Eisenbahnen, Schiffe usw. dienen.

Hierzu 14 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektronischen Erzeugung und Wiedergabe von perspektivischen, auf den Standort eines Beobachters bezogenen, aus vereinfachten, durch mathematische Funktionen beschreibbaren Komponenten zusammengesetzten Umgebungsbildern, bei dem die Parameter des Standortes des Beobachters in Form von Spannungssignalen in Analogschaltungen eingegeben werden, die diese Spannungen entsprechend den mathematischen Funktionen verändern und deren Ausgangssignale zur Erzeugung eines die Darstellung der Umgebungsbilder auf dem Bildschirm eines Fernsehmonitors ermöglichenden Videosignals weiterverarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Horizontal- und Vertikalsynchronisiersignalen für den Fernsehmonitor erzeugte, die x-y-Koordinaten des Bildschirms als Funktion der Zeit darstellende Sägezahnspannungs-Signale den Analogschaltungen als weitere Eingangssignale zugeführt und gleichzeitig mit den die Koordinaten der Umgebungsbildkomponenten repräsentierenden Ausgangssignalen dieser Analogschaltungen verglichen werden und daß die die Vergleichsergebnisse charakterisierenden Signale mit Hilfe von digitalen Logikschaltungen zusammengefaßt werden, deren Ausgangssignale zur Helltastung der Bildsignalgeneratoren des Fernsehmonitors dienen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung von Schlinger- und/oder Stampfbewegungen des Beobachterstandpunktes die die x-y-Koordinaten des Bildschirms als Funktion der Zeit darstellenden Sägezahnspan- 3> nungssignale zunächst einer Koordinatentransformation unterworfen und dann in dieser transformierten Form als weitere Eingangssignale den Analogschaltungen zugeführt und gleichzeitig mit deren Ausgangssignalen verglichen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatentransformation nach den Gleichungen

x' = χ + yO — αΦ

y' = y — χΘ — α<\

durchgeführt wird, wobei λ der Stampfwinkel, Θ der Schlingerwinkel, Φ der Kursabweichungswinkel und a eine einstellbare Konstante ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Horizontal- und Vertikalsynchronisiersignalen ein zweiter Satz von Sägezahnspannungssignalen mit im Vergleich zum ersten Satz verkürzten Zeitkonstanten erzeugt wird, daß dieser zweite Satz einer weiteren Gruppe von die den Parametern des Beobachterstandortes entsprechenden Spannungssignale anhand vorgegebener mathematischer Funktionen verändernden wi Analogschaltungen zugeführt und gleichzeitig mit den die Koordinaten der Komponenten eines verkleinerten Umgebungsbildes repräsentierenden Ausgangssignalen dieser weiteren Gruppe von Analogschaltiingcn verglichen wird, dall die die <r> Vcrgleichscrgebnissc charakterisierenden Signale mit Hilfe von weiteren l.ogikschaltungcn zusammengefaßt werden und daß die Ausgangssignalc dieser weiteren Logikschaltungen anstelle der entsprechenden Ausgangssignale der ersten Logikschaltungen während eines bestimmten Zeitraums innerhalb einer jeden Einzelbild-Wiedergabedauer als Steuersignale für die Helltastung der Bildsignalgeneratoren dienen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem zweiten Satz von Sägezahnspannungssignalen erzeugte, verkleinerte Umgebungsbild den hinter dem Beobachter befindlichen Umgebungsteil wiedergibt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Horizontal- und Vertikalsynchronisiersignale (47, 48) für einen Fernsehmonitor (13) jeweils ein Integrator (49, 50) vorgesehen ist, daß die von den Integratoren (49, 50) abgegebenen Sägezahnspannungssignale (51,52 bzw. X, Y)\n einer Umgebungsbild-Erzeugungsschaltung (53) einerseits an die entsprechenden Eingänge von analogen Rechenschallungen, bestehend aus Potentiometern (I —VII), Multiplizierern (1 —IV), Teilerschaltungen (I — III), Integratoren(III, /,, /,'), Addierern (I), Funktionsgeneratoren (I₁ II\und Rechenkreisen (X, ι, Χτ\. X\2, Χτ2. G. V_n, Y₂U Yc. Yb Xeu Χει. Yc, Ye, Xe\'. Xe2, Xmi, Xmi, X\\, X\2, X\i, -^2i, Λ22, X₂i, Xk\ — Xka, Yk \-Yk 4, I I) und andererseits an die ersten Eingänge von Spannungskomparatoren (I —XI, Qn-Qi Iu, Qk ι - Qk 14) gelegt sind, an deren zweite Eingänge jeweils die Ausgänge der analogen Rechenschaltungen angeschlossen sind, und daß die Ausgänge der Spannungskomparatoren mit Logikschaltungen bestehend aus UND-Schaltungen (I — VIII). ODER-Schaltungen (I —IV) und Monoflops (I — IV) verbunden sind, deren Ausgangssignale zur Helltastung der Bildsignalgeneratoren des Fernsehmonitors (13) an Gatterschaltungen (I —VII) gelegt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, drß der Fernsehmonitor (13) ein Farbfernsehmonitor ist und daß die Bildsignalgeneratoren zumindest jeweils einen Signalgenerator für die Farben Blau, Grau, Grün und Weiß umfassen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Integratoren (49, 50) einerseits und die entsprechenden Eingänge der analogen Rechenschaltungen und die ersten Eingänge der Spannungskomparatoren andererseits eine Koordinatentransformationsschaltung (Fig. 10) geschaltet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatentransformationsschaltung eine analoge Rechenschaltung, bestehend aus Multiplikatoren (III, IV), Invertern (I —111), Potentiometern (VIII, IX)und Addierern (II, III) ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die zeitlich verkürzten und verzögerten Horizontal- und Vertikalsynchronisiersignale (60, 61) jeweils ein Integrator (62, 63) vorgesehen ist, daß die von den Integratoren (62, 63) abgegebenen Sägezahnspannungssignale (64, 65) an die Eingänge einer der Umgebungsbild-Erzeugungssehaltung (53) entsprechenden, gleichfalls analoge Rechenschaltungen und Logikschallungen umfassenden /weiten Umgebungsbild-Er/cugungsschaltung (66) gelegt sind, daß die Ausgangssignalc der beiden Umgebungsbild-Erzeugungsschaltungcn (53,66) ;an eine den Signal-Mo-

dulator (58) des Fernsehmonitors (13) steuernde Addierschaltung (57) gelegt sind und daß zwischen die erste Umgebungsbild-Erzeugungsschaltung (53) und die Addierschaltung (57) ein während der Signalabgabe durch die zweite Umgebungsbild-Er-Zeugungsschaltung (66) sperrbares Gatter (57) geschaltet ist