DE2264123A1

DE2264123A1 - Verfahren zur rechner-unterstuetzten erzeugung von trickfolgen-projektionsbildern mehrdimensionaler objekte

Info

Publication number: DE2264123A1
Application number: DE2264123A
Authority: DE
Inventors: Arthur Appel; Arthur J Stein
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-12-30
Filing date: 1972-12-29
Publication date: 1973-07-12
Also published as: JPS4878835A; CA985783A; US3792243A; FR2170668A5; GB1399538A; DE2264123C3; BE793543A; DE2264123B2; SE389566B; IT972513B

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 971 028

Verfahren zur rechner-unterstützten Erzeugung von Trickfolgen-Projektionsbildern mehrdimensionaler Objekte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechner-unterstützten Erzeugung von Trickfolgen-Projektionsbildern mehrdimensionaler Objekte, auf denen an geeigneten Stellen Abtastpunkte zur Lagefeststellung und -Codierung angebracht sind.

Ein solches Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen zur Codierung und Umsetzung zwei- oder dreidimensionaler Objekte in verschiedenen Lagen in digitale Werte und die daraus berechneten Ergebnisse sind für technische Analysen oder künstlerische Zwecke nützlich.

In der US-Patentschrift 3 510 210 ist eine Technik beschrieben, bei der ein lebender Akteur reflektierende oder leuchtende Elemente trägt, die an bestimmten Stellen seines Körpers angebracht sind und die durch eine Fernseh-Aufnahmeröhre aufgenommen werden. Die Lagen dieser Elemente werden in einem Computer gespeichert in der Weise, wie der Akteur die verschiedenen Bewegungen ablaufen läßt, und diese Bewegungen, codiert durch den Computer, können mit einer abgespeicherten Darstellung einer Figur und deren Posen verglichen werden. Die Posen, die ausgewählt werden, können in einer Trickfolge zusammengefaßt werden.

309820/0868

In der Veröffentlichung mit dem Titel "The Lincoln Wand" in Proceedings of the Fall Joint Computer Conference, 1966, auf Seiten 223 bis 227 ist eine Vorrichtung beschrieben, die akustische Wellen zur Codierung der Positionsinformationen in zwei oder drei Dimensionen verwendet. In ähnlicher Weise ist in der Veröffent-' lichung mit dem Titel "A Sonic Pen: A Digital Stylus System" von A.E. Brenner und P. de Bruyne auf den Seiten 346 bis 348 in IEEE Transactions On Computer, Juni 19 70, ein Schallstift beschrieben, der ebenfalls Schallwellen zur Codierung der Lageinformationen in zwei oder drei Dimensionen verwendet. Weiterhin ist bekannt, Tafeln zur Codierung einer Stiftposition zu verwenden, die dazu die Kapazitätsmessung verwenden.

Es wurde herausgefunden, daß bei Benutzung einer Tafel der vorgenannten Art zusammen mit einer graphischen Zwischeneinheit, wie beispielsweise einer IBM 2250/1130, die X, Y-Position eines Stiftes auch dann genau festgestellt wird, wenn der Kopf des Stiftes nicht die Fläche der Tafel kontaktiert. Der Stift kann von der Oberfläche der Tafel bis zu 20 cm abgehoben werden und doch ist die Abbildung eines solchen codierten Punktes auf dem Bildschirm der graphischen Zwischeneinheit so stabil, als ob der Schreibkopf des Stiftes in Kontakt mit der Tafeloberfläche gestanden hätte. Daraus ist nun die Erkenntnis gezogen worden, daß eine Tafel nicht nur die Lage eines Punktes auf seiner Fläche sondern auch die Projektion eines Punktes auf die Fläche codieren kann. Es wurde weiterhin gefunden, daß in Zusammenhang mit der Benutzung einer derartigen Tafel die Gegenwart nichtmetallischer Gegenstände keinen Einfluß auf die Codierung hat und daß selbst kleine metallische Gegenstände nur einen minimalen Einfluß ausüben. Weiterhin konnte gefunden werden, daß zusätzlich abgeschirmte Hochfrequenzkabel, die auf der Tafelfläche liegen, den Tafelstift nicht beeinflußen, wenn die Abschirmung dieser Leitungen geerdet ist und mit der Abschirmung des Stiftes verbunden ist. Zusätzlich kann, wenn der Innenleiter des abgeschirmten Kabels mit dem Schrei'.■ kopf des Stiftes kontaktiert wird und die Kabelabschirmung mit der Abschirmung des Stiftes in Kontakt gebracht wird, das freiliegende

^{Y0 971 O28} 309828/0868

Ende des Innenleiters zur Codierung der Positionsdaten verwendet werden.

Bei Verwendung von zwei solcher Tafeln und rechtwinkliger Anordnung zueinander, können dreidimensionale Gegenstände codiert werden. Ein nichtmetallisches Modell eines solchen Gegenstandes kann abgefühlt und die Koordinaten der Abtastpunkte der Modells und die topologische Leitfähigkeit dieser Punkte kann automatisch durch eine Datenverarbeitungsanlage qespeichert werden, die ein dazu geeignetes Programm verwendet.

Die wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung und die Angabe eines Verfahrens für die Codierung von Gegenständen und Apparaten in verschiedenen Positionen. Es sollen zwei- und dreidimensionaler Objekte codiert werden können, wobei die Bewegungen dieser Objekte mit Hilfe mathematischer Techniken analysiert werden sollen, auch dann, wenn die Lagen der Objekte nicht in allen Einzelheiten abgetastet worden sind, nämlich aufgrund von Interpolationsverfahren.

Dazu ist gemäß der Erfindung ein Verfahren für die Codierung eines Objektes vorgesehen, das vorschlägt, daß auf dem Objekt mehrere Koordinaten-Abtastpunkte abgebracht sind, die in gerichteter Orientierung, insbesondere in kartesischer Koordinatenanordnung abgetastet werden, um auf diese Weise für jeden Punkt Koordinatenangaben zu erhalten. In geeigneter Form werden diese Informationen einer Kombination aus einer graphischen Zwischeneinheit und einem Rechner zugeführt und in diesem gespeichet. Die gespeicherte Information wird im Computer zur Berechnung einer abbildbaren Projektion des Gegenstandes verwendet, wobei die abbildbare Projektion auf dem Bildschirm der graphischen Zwischeneinheit angezeigt wird. Der verwendete Gegenstand kann fest oder beweglich sein und sowohl ein Original als auch ein Modell sein. Beispielsweise kann anstelle eines beweglichen Originalgegenstandes eine Nachbildung davon benutzt werden, wie beispielsweise eine Puppe, die bewegliche Abschnitte hat, um die verschiedenen Lagen und

^{Y0 971} °²⁸ 309828/0868

Posen darzustellen, die normalerweise der Gegenstand, oder die eine Person einnimmt. Gemäß dem Vorschlag der Erfindung werden die Koordinaten-Abtastpunkte in verschiedenen Positionen des Gegenstandes codiert. Zusätzlich können die Gegenstände in Posen codiert werden, die 90 zueinander gedreht sind oder in rechtwinklig zueinander stehenden Ebenen, um X, Y und Z Kooridnateninformationen zu erhalten, um die Computerberechnung der dreidimensionalen Projektionsbilder zu ermöglichen. Die Abfühlung der Abtastpunkte kann manuell oder automatisch vorgenommen werden und die kartesiche Koordinaten-Orientierung kann durch Projektion der Abfühlung dieser Punkte auf einer Vorrichtung, wie beispielsweise eine mit Hilfe von Kapazitäten arbeitende Tafel vorgenommen werden, um die kartesischen Koordinaten-Informationen zu erhalten, die dann der Kombination von graphischer Zwischeneinheit und Rechner für die Projektionswerteberechnung zugeführt werden.

Im folgenden wird an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele der Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung sowie des ihr zugrunde liegenden Verfahrens näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine dreidimensionale Abbildung einer Puppe,

die bewegliche Glieder hat und die geeignet ist für die Ausführung der Erfindung, wobei die Puppe über der Fläche einer Kapazitätstafel dargestellt ist, die mit einer graphischen Zwischeneinheit zusammenarbeitet;

Fig. 2 ist eine Ansicht ähnlich der in Fig. 1, bei

der jedoch die Puppe in einer rechtwinklig zu der in Fig. 1 dargestellten Lage dargestellt ist;

YO 971 028

309828/0868

Fig. 3 zeigt die Puppe aus den Fign. 1 und 2 mit den

Koordinaten-Abtastpunkten, die an verschiedenen Stellen angebracht sind;

Fig. 4 zeigt in ähnlicher Ansicht wie Fig. 3 die freiliegenden Enden der Innenleiter der Kabel, die mit den Koordinaten-Aufnahmepunkten verbunden sind, wobei diese Kabel zur automatischen Abfühlung der Abtastpunkte zusammen mit einem Auswahlschalter benutzt werden;

Fig. 5 zeigt schematisch einen Auswahlschalter für die

Anschaltung der einzelnen Kabel, um das Abfühlen der Abtastpunkte auf der Puppe zu ermöglichen;

Fig. 6 ist ein ähnliches Bild wie in Fig. 5, jedoch

mit einem Motor-getriebenen Auswahlschalter;

Fig. 7 in schematischer Ansicht eine Anordnung mit

einer auf kapazitiver Basis arbeitenden Tafel und dem Bildschirm einer graphischen Zwischeneinheit, auf dem die berechneten Projektionsbilder angezeigt werden;

Fig. 8 eine schematische Widergabe der in drei Dimensionen in Fig. 1 und 2 dargestellten Puppe sowie die Orientierung des Kartesischen Koordinatensystems;

Fig. 9 schematisch, wie die Informationen für die Be

rechnung der Richtungswinkel gemäß der Erfindung festgestellt werden und

Fign. 10a, 10b, deren gegenseitige Anordnung in Fig. 10 dargestellt ist, ein Flußdiagramm eines geeigneten

^{Y0 971 O28} 30 9 8 28/0868

Programms für die Benutzung gemäß der Erfindung, um anzeigbare Projektionen zu erzeugen.

Die Codierung der Bewegungen eines beweglichen Gegenstandes oder Objektes, wie beispielsweise einer bewegten menschlichen Figur ' in drei Dimensionen, ist eine sehr komplexe Angelegenheit. Die Spezifizierung dieser Bewegungen in bezug auf die Winkeländerungen und die räumlichen Translationen dieser Bewegungen sind sehr schwierig, weil es für solche Bewegungen keine genauen mathematischen Gleichungen gibt.

Gemäß der Erfindung wird ein manipulierbarer Gegenstand, wie beispielsweise eine einfache Puppe, verwendet, die für computerunterstützte Trickbilderzeugung manipuliert werden kann. In den Fign.

1 und 2 ist eine Puppe dargestellt, die über einer Fläche 8 einer Tafel angeordnet ist, die in Verbindung mit einer graphischen Zwischeneinheit und einem Computer, wie beispielsweise einer Kombination aus dem IBM Gerät 1130/2250, wie bereits erwähnt, verwendet werden kann. Die Puppe 10 enthält einen Kopfteil 12, drehbewegliche Abschnitte 14 und 16, die Unterschenkeln entsprechen, drehbewegliche Abschnitte 18 und 20, die Oberschenkeln entsprechen, drehbewegliche Teile 22 und 24, die Unterarmen entsprechen, und drehbewegliche Teile 26 und 28, die Oberarmen entsprechen. Die Puppe 10 wird von einem Teil 30 getragen, das über ein Scharnier 32 mit der Puppe verbunden ist und um das die Puppe um 90° gedreht werden kann. Vorzugsweise ist die Puppe aus nichtmetallischem Material hergestellt. Die Gelenke zwischen den verschiedenen Teilen, die Körpergliedern entsprechen, sind ebenfalls aus nichtmetaliischem Material hergestellt. Die Lage der Puppe in Fig. 1 wird durch die X-Z-Ebene bestimmt, in der Fig. 2 ist die Puppe aus Fig. 1 um 90° gedreht und die Lage der Punkte wird nunmehr durch die Y-Z-Ebene bestimmt. Die Fig. 3 zeigt die Koordinaten-Abtastpunk te auf der Puppe, wie sie in den Fign. 1 und

2 dargestellt ist, wobei die Abtastpunkte von 1 bis 15 durchnumeriert sind.

YO 971 028

30982 8/0868

Zur Herstellung von computeruntersützten Trickbildern kann die in den Fign. 1 bis 3 dargestellte Puppe manipuliert werden. Der vor dem Gerät sitzende Bediener kann die Puppe verändern und dann einen Tafelstift gegen eine der Koordinaten-Abtastpunkte halten, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, und somit die Aufzeichnung dieser Punkte veranlassen. In einem Durchgang kann der Bedienende alle Punkte in der Projektionsrichtung auf die X-Z-Ebene aufzeichnen lassen, wie dies der Fig. 1 entspricht, und nach Drehung der Puppe um 90 diese Punkte in Projektion auf die Y-Z-Ebene codieren. Das in der graphischen Zwischeneinheit und dem Rechner residente Programm kann dann die codierten Punktwerte bearbeiten, berechnen und die Winkel der Teile, die Körperglieder darstellen, abspeichern, die tatsächliche Lage der Puppe abspeichern und daraufhin aufgrund dieser Berechnungen eine perspektivische Abbildung auf einem Bildschirm wiedergeben. Der Bedienende kann eine ganze Sammlung von verschiedenen Posen des "Mannequins" erarbeiten und abspeichern, wobei durch die Rechnerunterstützung zwischen den einzelnen Posen interpoliert werden kann, um eine Trickfolge in dreidimensionaler Weise herstellen zu können. Obwohl bereits Programme für die Herstellung dreidimensionaler Filme und bewegter Bilder existieren, besteht der Vorteil bei der Benutzung einer Puppe darin, daß der Künstler oder der Bedienende unmittelbar die gewünschte Pose erhält und den abzuspeichernden Eindruck von der graphischen Zwischeneinheit auf deren Bildschirm unmittelbar zurückgemeldet bekommt.

Da die von Hand gesteuerte Berührung der Koordinaten-Abtastpunkte, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, nicht immer ganz sicher ist, kann nach einer weiteren Ausführungsform, die in Fig. 4 dargestellt ist, eine Anzahl von Verbindungskabeln an der Puppe angebracht sein, deren freiliegende Enden an den Teilen des Innenleiters angebracht sind, die die Lage der Glieder wiedergeben. Diese freiliegenden Enden der Verbindungskabel sind fast immer sicher zu finden und zu lokalisieren. In Fig. 4 ist der Verbindungsdraht 37 ein typisches Beispiel eines abgeschirmten Kabels,

YO 971 028

309828/0868

dessen Innenlei.terende 34 freiliegt. Die Kabel sind in geeigneter Weise, beispielsweise durch ein Isolierband 36, an die verschiedenen Teile der Puppe angebracht. Die Kabel von den verschiedenen Punkten der Puppe laufen bei 38 zusammen und können dann in geeigneter Weise mit einem Auswahlschalter verbunden werden. In Fig. 5 ist schematisch ein solcher Auswahlschalter 40 dargestellt, bei dem die verschiedenen, in Fig. 4 dargestellten Punkte zusammenlaufen.

Wie in Fig. 5 bzw* Fig. 6 dargestellt, kann der Auswahlschalter 40 von Hand oder von einem Motor verstellt werden. Der bewegliche Arm 41 ist mit einer Tafelsteuerung 42 verbunden, in der die verschiedenen, von der Puppe durch Betätigung der einzelnen Kabelenden abgenommenen Signale bearbeitet werden und von dort zu einer graphischen Zwischeneinheit 44 übermittelt werden. Bei Verwendung des Auswahlschalters 40 braucht der Bedienende nur die Puppe in gewünschter Weise lagemäßig zu verändern und dann die ausgewählten Abtastpunkte anzuwählen, die codiert werden sollen.

Um eine Synchronisation zwischen einem motorangetriebenen Auswahlschalter 40, wie in Fig. 6 dargestellt, und dem angeschlossenen Rechner herzustellen, der seinerseits die graphische Zwischeneinheit steuert, kann der Motor 46 für den Antrieb des Auswahlschalters 40 vom Computer her durch Impulse angetrieben werden, die mit 48 schematisch gezeigt sind. Der Motor verschiebt den Abnahmearm 41 des Auswahlschalters 40. Die Signale dieses Abnahmearmes 41 werden einem Tafelverstärker 43 zugeführt, dessen Ausgang der Tafelsteuerung 42 zugeführt wird. Von dort gelangen die Signale zu der graphischen Zwischeneinheit 44, die im gegenseitigen Kommunikationsaustausch mit dem Rechner 52 steht. Die Information von der Tafelsteuerung 42 dient zur Unterbrechung, um zu X, Y, Z Daten zu gelangen.

Ein Vorteil bei der Verwendung einer Puppe zur Codierung einer

YO 971 028

3098 2 8/086 8

dreidimensionalen Figur besteht darin, daß die Puppe keine genaue Copie der Figur sein muß, mit deren Hilfe computerunterstützte Trickfolgen erzeugt werden sollen. Das heißt, die Puppe gibt Positionen der Figur vor, aber die daraus gemäß der Erfindung berechnete und gespeicherte Beschreibung der Figur kann detaillierter sein. Diese Details können durch Programme verändert werden. Zusätzlich kann eine Puppe für die Entwicklung mehrerer verschiedener TrickCharaktere verwendet werden, d.h. mit anderen Worten, daß eine Puppe nicht einen einzigen Charakter darstellen muß. Beispielsweise kann das Modell eines Reiters auf einem Pferderücken vorgesehen sein, ein Spitzentänzer, mehrere Flugzeuge, die über einen Flugzeugträger fliegen, und ähnliches mehr.

Das erfindungsgemäße Konzept für das Prüfen und Abtasten der Koordinatenpunkte auf einer Puppe kann schließlich auch für das Aufzeichen von Punkten auf einem bewegten Apparat gleich welcher Art verwendet werden. Dadurch ist es ganz leicht, eine billiges Modell eines Gerätes herzustellen. Durch Anbringung von datencodierenden Drähten an jedem der gewünschte Punkte auf einem solchen Modell, können die momentanen Lagen dieser Punkte schnell aufgezeichnet werden, wenn das Modell manipuliert wird. Wird ein Modell eines Apparates gebaut und dieser Apparat durch einen Schrittmotor angetrieben bei Codierung und Katalogisierung der Punkte mit einem Schrittindex als Parameter, dann kann zusätzlich auf einer Zeitbasis eine Analyse der Punkte, die aufgezeichnet worden sind, durchgeführt werden. Die Vektoränderungen in den Punktpositionen können bei diesen Situationen als die an diesen Punkten vorliegende Geschwindigkeit genommen werden. Eine solche Technik ist insbesondere dann wertvoll, wenn Mechanismen und Geräte analysiert werden sollen, die schwer mathematisch wiederzugeben sind.

Ganz allgemein ist für dreidimensionale Geräte die mathematische Analyse recht schwierig und die Programmierung analytischer

YO 971 028

309828/0868

Probleme auch, extrem kostspielig. Daher ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufzeichnung und Bearbeitung der Koordinatenpunkte in Zeitabhängigkeit anhand eines Modells eines dreidimensionalen Gerätes sehr wertvoll und bei vielen Anwendungen sogar notwendig. Beispielsweise kann die Modelltechnik gemäß der Erfindung bei ' den folgenden verschiedensten Anwendungsgebieten Verwendung finden. So kann die Hubschrauberblatt-Kippstellung untersucht werden, Beschläge, Klappenbetätigungen von Flugzeugen, verstellbare Tragflächen von Flugzeugen, Fahrwerke, Setzmaschinen, Webmaschinen, mechanische Analogsteuerung wie ein Turbinenventil, Drahtwickelmaschinen für Ringkörper, Erdbewegungsmaschinen usw. Zusätzlich sei bemerkt, daß Abfuhlvorrichtungen, die die Bewegung solcher Mechanismen aufzeichnen, normalerweise teuer und schwierig zu installieren sind, ohne daß sie mit der normalen Bewegung der Geräte durcheinander geraten.

In Fig. 7 ist eine allgemeine Anordnung dargestellt, mit Hilfe derer das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Die Anordnung enthält eine Bildschirmeinheit 60, für die beispielsweise die bereits erwähnte IBM Einheit 2250 als optische Anzeige bzw. graphische Zwischeneinheit verwendet werden kann, die in geeigneter Weise durch einen IBM 1130 Rechner gesteuert werden kann. Der Aufbau und die Arbeitsweise dieser IBM Geräte braucht hier nicht näher beschrieben zu werden. Die verwendete Tafel 62, der Tafelstift und die Tafelsteuerung 66 sind ebenfalls Geräte, die im Handel erhältlich sind. Auf deren Einzelaufbau soll hier auch nicht näher eingegangen werden. Die Puppe und ihr Tragteil 68 ist von der Art, wie es bereits im Zusammenhang mit den Fign. 1 bis 6 beschrieben wurde. Eine alphanumerische Tastatur 70 ist als bekannte Eingabeeinheit für ein Datenverarbeitungssystem bekannt. Die Beschriftung "Pose 5" auf dem Bildschirm des Anzeigegerätes 60 gibt den Stand eines Posenzählers wieder, dessen Aufgabe im weiteren noch beschrieben wird. Die Aufschrift "Punkt 15" gibt den Zählerstand eines Punktzählers auf dem Schirm der Anzeigeeinheit wieder und wird im einzelnen auch später noch beschrie-

YO 971 028

309828/0868

ben. Die Beschriftung "Handlung", "Wiederholen" und "Wiederstart" auf den Schirm der optischen Einheit 60 sind Beispiele von Lichttasten, deren nähere Bedeutung auch noch erläutert wird. Im allgemeinen dienen diese Aufschriften zur Erleichterung der Arbeit für den vor dem Gerät sitzenden Bedienenden. Die Puppe ist als Projektionsbild schematisch auf dem Bildschirm der Anzeigevorrichtung 60 bei 72 wiedergegeben und in isometretischer Wiedergabe aufgezeichnet. Der Tafelstift 64 wird dazu benutzt, um die Aufnahmepunkte auf dem zu codierenden Mechanismus zu berühren und die Abfühlung dieser Punkte auf die Fläche der Tafel 62 zu projizieren, und zwar dort, wo der Auswahlschalter 40 und die Kabel verbunden sind, wie dies in den Fign. 5 und 6 dargestellt ist, woraufhin dann der Stift nicht benutzt wird und die Kabel in irgendeiner gewünschten Weise betätigt werden können.

Die Fig. 8 stellt eine Strichwiedergabe der Puppe dar, um feste und veränderliche Scheitelpunkte zu verdeutlichen. Der mit 80 bezeichnete Scheitelpunkt ist ein fester Scheitelpunkt und ist durch feste mechanische Verbindungen räumlich fixiert. Der mit 82 bezeichnete Scheitelpunkt ist ein veränderlicher Scheitelpunkt. Die Wiedergabe des Koordinatensystems +X, +Y und +Z zeigt die Beziehung zwischen der Puppe und den kartesischen Koordinatenebenen.

Fig. 9 zeigt, wie die Richtungskosinusse A, B und C von den Codierungen der Bezugspunkte auf der Puppe oder dem Modell im Rechner abgeleitet werden. Die Strahlen X, Y und Z geben die kartesischen Koordinatenachsen an. Die Linie 90 in Fig. 9 gibt ein typisches Glied der Puppe wieder. Der Punkt 92 ist ein Scheitelpunkt. Der Pfeil 94 ist der Bogen des Winkels U. Der Pfeil 96 ist der Bogen des Winkels V und der Pfeil 98 ist der Bogen des Winkels W. Punkt 99 ist ebenfalls ein Scheitelpunkt. Die Winkel U, V und W sind die Winkel mit den Koordinatenachsen. Die Richtungswinkel sind: A = Kosinus U, B = Kosinus V und C = Kosinus W.

Die Fign. 1OA und 1OB, die zusammen die Fig. 10 bilden, stellen

YO 971 028

309828/0868

ein Flußdiagramm eines Programmes dar, mit Hilfe dessen zwei- oder dreidimensionale Objekte gemäß der Erfindung codiert werden können. Die Beschreibung dieses Programmes setzt bei diesem Ausführungsbeispiel die Benutzung der Gerätekombination der IBM 1130/2250 voraus. Es wird daher im folgenden nunmehr auf die allgemeinen Verfahrensschritte bei der Verarbeitung eingegangen.

Das in den Fign. 1OA und 1OB dargestellte Flußdiagrairan eines Programmes kann in günstiger Weise bei der Codierung der Bewegung eines dreidimensionalen Gerätes verwendet werden, wie es insbesondere als Puppe und Puppenmechanismus in den Fign. 1 bis 6 dargestellt ist. Das Programm startet bei dem mit 100 bezeichneten Block, und setzt die graphische Zwischeneinheit bzw. den Anzeige- und Unterbrechungs-Prozessor in Gang. Dadurch wird die Bildschirmgeräteeinheit eingeschaltet, um Bilder anzuzeigen und um Unterbrechungen entgegenzunehmen und um ebenfalls beispielsweise die in Fig. 7 auf dem Bildschirm angesprochenen Leuchtschriftanzeigen zu betätigen. Bei Einschalten solcher Leuchtschriftangaben wird der Prozessor unterbrochen. Im nächsten Schritt 102 wird die Tafelsteuerung gestartet. Dadurch kann die Tafel nunmehr X, Y Koordinateninformationen aufnehmen. Beim nächsten Schritt 104 wird der Punktzähler auf Null gesetzt, der Posenzähler auf Eins gesetzt und die Ansichtsmarkierung auf "Front" gesetzt. Das heißt bei der Ansichtsmarkierung, daß die nunmehr aufzunehmende Ansicht die Ansicht von vorne, von der Front ist. Der Zählerstand für die Punkte wird im Rechner als eine Prorgammvariable gespeichert und dient zur Verfolgung und Identifizierung der gespeicherten Koordinaten. Der zweite Schritt innerhalb des Blocks 104, das Einsetzen des Posenzählers dient demselben Grund, nämlich dem Nachhalten und Identifizieren der Posenkoordinaten. Die Ansichtsmarkierung kann zwei Stellungen einnehmen, nämlich Front- und Seitenansicht, was im Rechner durch den entgegengesetzten binären Status eines Bits abgespeichert werden kann.

YO 971 028

309828/0868

"~ 1 Oj ""

Der Punktezähler wird jedesmal dann um einen Schritt weitergezählt, wenn ein weiterer Punkt auf dem dreidimensionalen Objekt abgespeichert ist. Ebenfalls wird der Posenzähler jedesmal dann um 1 weitergezählt, wenn die Pose des Gerätes wechselt. Die Koordinaten werden zweidimensional abgespeichert, wobei die eine Dimension der Punktzählstand ist und die andere Dimension der Posenzählstand. Ist die Ansichtsmarkierung auf Front gesetzt, dann zeichnet die Tafel die Y- und Z- Koordinaten der Punkte auf. Ist die Ansichtsmarkierung auf Seitenansicht gesetzt, dann werden die X- und Z-Koordinaten codiert. Es sei jedoch betont, daß bei der Seitenansicht nur die X-Koordinaten wesentlich sind, weil die Z-Koordinate bereits bei der Codierung der Frontansicht erhalten wurde.

Nach dieser Vorbereitung, die im Block 104 angesprochen ist, wird auf der Tafel die Puppe so angeordnet, daß die Frontpositionen aufgezeichnet werden können, d.h. daß Übereinstimmung mit der angezeigten Ansichtsmarkierung besteht. Danach wartet das Programm mit der Ausführung, bis eine Lichttaste angesprochen ist, oder eine alphanumerische Taste durch den Bedienenden betätigt wird, um das Programm entlang verschiedener möglicher Wege zu leiten.

Die Schritte 106, 108, 110 und 112 sind Prüfschritte, um festzustellen, welche der Lichttasten angesprochen ist. Diese Lichttasten sind: alphanumerische Taste, Wiederholtaste, Wiederstarttaste, Handlungstaste. Beispielsweise wird im Schritt 106 eine Prüfung daraufhin gemacht, ob eine alphanumerische Taste bei der graphischen Zwischeneinheit gedrückt ist. Diese Prüfung zeigt an, daß der Bedienende des Programms den Tafelstift in Kontakt mit einem Abtastpunkt auf dem dreidimensionalen Gerät hält, und zwar auf denjenigen, der durch die Tafel codiert werden soll. In einer solchen Situation, wenn das Ergebnis im Schritt 106 "ja" lautet, verzweigt das Programm zu Schritt 114, woraufhin dann die X- und Y-Tafel-Koordinatenwerte aufgezeichnet werden. Das Programm geht dann bei 116 weiter, um den Punktzähler um 1 zu vermehren, wodurch angezeigt wird, daß dieser Punkt nunmehr eingegeben wurde. Schritt

YO 971 028

309828/0868

118 als nächster, zeigt den Punktestand auf dem Bildschirm an und dient dazu, daß sich der Bedienende davon überzeugen kann, daß der in 114 und 116 auszuführende Schritt auch tatsächlich ausgeführt wurde. Ebenfalls ist die Anzeige des Punktstandes eine Hilfe für den Programmausführenden, um ihm die überprüfung zu· ermöglichen, welche Punkte er codiert hat.

Das Programm geht dann zum Schritt 120 über, worin geprüft wird, ob die Ansichtsmarkierung auf Front steht oder nicht. In dieser anfänglich vorausgesetzten Situation ist dies selbstverständlich der Fall und dies bedeutet, daß zu diesem Zeitpunkt die Z- und Y-Koordinateninformationen codiert werden. Daher verzweigt das Programm über die Jaleitung zum Schritt 122. In Schritt 122 wird die intern gespeicherte Variable Y, indexiert durch Punkt- und Posenzählerstand, auf den Tafelwert der Koordinate X eingestellt. Schritt 124 ist ähnlich dem Schritt 122, wobei jedoch die intern gespeicherte Variable Z ist, die indexiert durch Punkt- und Posenzählerstand auf den Wert der Tafelkoordinate Y eingestellt wird. Die Schritte 122 und 124 bewirken zusammen die Speicherung der Projektion eines bestimmten Punktes auf dem dreidimensionalen Gerät auf die Tafeloberfläche. Nunmehr wird in Schritt 125 eine Prüfung daraufhin gemacht, ob der Punktestand geringer ist als die maximale Punktzahl auf der Puppe. Der maximale Punkte-Zählerstand auf der Puppe entspricht der Gesamtanzahl der darauf vorgesehen Punkte. Wenn dieser Test ergibt, daß der Punkte-Zählerstand geringer als das Maximum ist, ist klar, daß noch zu codierende Punkte in dieser besonderen Ansicht übrigbleiben, d.h. in der Situation, in der die Ansichtsmarkierung auf Front gesetzt ist. Selbstverständlich kann es sein, daß das Maximum davon abhängt, wie viele der Punkte auf dem dreidimensionalen Gerät bei der eingestellten Pose auftreten und sichtbar werden.

Wenn bei dieser Prüfung im Schritt 125 ein negatives Ergebnis herauskommt, geht das Programm über die Nein-Leitung zum Schritt 126 über, bei dem der Punktezähler auf 0 gesetzt wird. Das ■-

YO 971 028

309828/0868

stellen des Punktezählers bei diesem Verbindungspunkt ändert das Programm dahingehend, daß nunmehr Punkte in Seitenansicht aufgezeichnet werden. Dementsprechend wird im Schritt 128 die Ansichtsmarkierung auf Seitenansicht gesetzt, worauf das Programm nunmehr zurückgeht zum Schritt 106. Es sei noch erwähnt, daß beim Test im Schritt 120 das Programm zum Schritt 130 verzweigt hätte, wenn die Ansichtsmarkierung auf Seitenansicht gestanden hätte und nicht auf Front.

Der erwähnte Schritt 130 ist ähnlich den Schritten 122 und 124, ausgenommen jedoch, daß die Variable X, die abgespeichert und durch Punkt- und Posenzählerstand indexiert ist, auf den Tafelwert X eingestellt wird, wenn die Ansichtsmarkierung auf Seite gesetzt ist. Vom Schritt 130 geht das Programm zum Testschritt 132 über, wobei hier ein Test ähnlich dem von Schritt 124 durchgeführt wird, d.h. es wird gefragt, ob der Punktstand geringer als das Maximum ist. Ist dies nicht der Fall, verzweigt das Programm über die Nein-Leitung zum Schritt 134, um eine isometrische Projektionsdarstellung der laufenden Pose der Puppe auf dem Bildschirm anzuzeigen.

Im nachfolgenden Schritt 136, der ähnlich dem Schritt 118 ist und eine reine Hilfe für den Bedienenden ist, um zu prüfen, ob die Punkte wie gewünscht codiert wurden, wird der Posenstand angezeigt. Das Programm geht dann zum Schritt 138 über, der ähnlich dem Schritt 126 ist, d.h., daß nunmehr das Programm in die Lage versetzt wird, die Information über den Punktestand von der Frontansicht aufzunehmen. Dementsprechend wird im Schritt 150 die Ansichtsmarkierung auf Front gesetzt. Im nächsten Schritt 142 wird der Posenstand um 1 vermehrt. Diese Vermehrung zeigt an, daß eine vollständige Pose eingegeben worden ist. Mit anderen Worten, bei diesem Punkt ist nunmehr die Eingabe aller Punkte einer Position des dreidimensionalen Gerätes vervollständigt worden. Im Schritt 144 wird wiederum ein Test durchgeführt, ob der Posenstand das Maximum überschreitet. Wenn nur eine Pose

YO 971 028

309828/0868

gewünscht ist, kann in diesem Programmabschnitt der Posenzähler das Maximum bereits überschreiten. Da jedoch im allgemeinen mehr als eine Posencodierung erwünscht sein wird, geht das Programm zurück zum Schritt 106, und zwar über die Nein-Leitung am Schritt 144ο Zu dieser Zeit, wenn der Posenstand nicht komplettiert ist für alle Posen, wird das Programm erneut durchlaufen, und zwar in der Weise, wie es eben beschrieben wurde, und zwar so lange, bis sämtliche gewünschte Posen codiert wurden. Wenn andererseits beim Schritt 144 das Ergebnis Ja lautet, d.h., daß die Codierung für alle Posen vollständig ist, verzweigt das Programm zum Schritt 146. Im Schritt 146 wird nun veranlaßt, daß die Richtungskosinusse der Glieder der Puppe für die Posenlage berechnet werden. Diese Berechnung benutzt, wie in Fig. 9 dargestellt, die Richtungskosinusse, die die Informationen über die Orientierung der Punkte auf dem dreidimensionalen Gerät relativ zueinander liefern. Danach geht das Programm zum Schritt 148 über.

In diesem Status 148 werden die Positionen berechnet und abgespeichert, und zwar welchen Abstand sie von festen Punkten haben für dazwischenliegende Zeiten. Bei diesem Schritt ist es ganz wesentlich zu wissen, daß beide Ansichtsposen, jeweils um 90 versetzt für die dreidimensionale Darstellung codiert werden. Es werden jedoch nur einige typische Posen der Puppe bzw. allgemein des Gerätes vom Bedienenden eingestellt werden, und über das Programm die dazwischenliegenden Bewegungsabläufe, d.h. die zeitlichen Zwischenzustände, beispielsweise von Fußheben bis Fußsenken vom Programm her berechnet und abgespeichert. Diese abgespeicherten und berechneten Werte können nachher in einer Trickfolge auf dem Bildschirm wiedergegeben und weiterverwendet werden.

Vom Schritt 148 geht das Programm zum Schritt 150 über, wobei durch lineare Interpolation der Richtungskosinusse die räumlichen Positionen lokalisiert und abgespeichert werden, die die beweglichen Punkte für dazwischenliegende Zeitperioden einnehmen. Unter dem Ausdruck lineare Interpolation werden gleiche Änderungen der

YO 971 028

309828/0868

Richtungskosinusse verstanden, die für die isometrische Projektionen der Zwischenposen berechnet werden, deren Werte dann abgespeichert werden. Das ist so zu verstehen, daß diese Zwischenpositionswerte zu solchen Lagen und Posen gehören, die tatsächlich nicht codiert wurden, sondern in den Schritten 148 und berechnet wurden. Im Schritt 152 werden die isometrischen Projektionswerte aller Zwischenposen berechnet und abgespeichert. Danach geht das Programm zum Schritt 154 über, wo nunmehr auf dem Bildschirm der graphischen Zwischeneinheit alle codierten Posen in der Reihenfolge angezeigt werden, in der sie aufgetreten sind, um eine Trickfolge im ganzen zu erhalten. Das Programm geht dann wieder zum Schritt 106 zurück. Auf diese Weise werden die Bewegungsänderungen eines dreidimensionalen Gerätes teilweise tatsächlich codiert aufgenommen und komplett berechnet, um eine vollständige Trickfolge beweglicher Bilder anzeigen zu können.

Es soll nun noch einmal zum Schritt 106 zurückgegangen werden und angenommen werden, daß die Frage mit "nein" beantwortet worden wäre, woraufhin dann das Programm zum Schritt 108 überqeht, in dem geprüft wird, ob die Lichttaste bzw. das Leuchtband "Wiederholen" an ist oder nicht. Ist es an, dann kann das Programm teilweise oder ganz nochmals durchgeführt werden, wenn ein Fehler entdeckt worden ist. In diesem Falle wird bei 108 über die Jaleitung zum Schritt 156 verzweigt, bei dem der Posenzähler um 1 vermindert wird. Dieses Zurücksetzen bewirkt die Entfernung des vorhergehend codierten Punktes, der falsch codiert wurde. Im nachfolgenden Schritt 158 wird der Posenzähler auf 1 gesetzt, falls er vorher bei 0 stand. Das wesentliche dieses Schrittes besteht darin, daß wie beim Block 104 gezeigt, der Posenzähler mit dem Wert 1 beginnt. Würde der Posenzähler bei 0 stehen, dann wäre das Programm nicht in der Lage, Punktinformationen zu speichern. Zur Überprüfungshilfe für den Bedienenden wird im Schritt 160, der ähnlich den Schritten 126 und 136 ist, der Stand des Posenzählers angezeigt.

YO 971 028

309828/0868

Würde die Prüfung bei 108 ein "nein" ergeben, dann verzweigt das Programm zum Schritt 110, wo geprüft wird, ob die Lichttaste "Wiederstart" an ist oder nicht. Dadurch kann der Bedienende mit der Ausführung des Programmes dort beginnen, wo die Unterbrechung lag. Dies kann in solchen Situationen auszuführen wünschenswert sein, wo die Folge der Posen gewechselt wird, die zu codieren sind, oder wo er den Faden verloren hat oder auch aus anderen Gründen. Ebenfalls kann es angewendet werden dort wo eine neue Folge codiert werden soll. Falls das Testergebnis in 110 positiv ist, verzweigt das Programm über die Jaleitung zurück zum Block 100. Im Fall, daß die Prüfung bei 110 negativ ausfällt, geht das Programm zum Schritt 112 über und prüft, ob die Handlungslichttaste angeschaltet ist. Dieser Status setzt den Bediener in die Lage, die Informationen, die er bereits in aufeinanderfolgenden Posen so weit aufgezeichnet hat, zu überprüfen. Bei dieser Sachlage geht er direkt zum Schritt 146 ■, worin dann die verschiedenen Werte gemäß den Schritten 146 bis 152 berechnet werden und im Schritt 154 die Anzeige erfolgt. Bei negativem Ergebnis in 112 geht das Programm zurück zum Schritt 106.

Aufgrund des im Zusammenhang mit der Fig. 10 beschriebenen Programmablauffolge wurde dargelegt, wie gemäß der Erfindung der dreidimensionale Mechanismus und die Punkte darauf codiert werden können, um daraus eine ganze Serie aufeinanderfolgender Bewegungsabläufe in der gewünschten Folge zu produzieren, ohne daß es notwendig ist, jede einzelne Lage und Pose zu codieren.

Die codierten und abgefühlten Positionsdaten der Puppe, die durch die beschriebene Methode aufgenommen wurden, kann über Datenfernverarbeitung einem anderen Computer zur Verfügung gestellt werden, der daraus die Zwischenpositionen in größeren Details und größerer Häufigkeit berechnen kann, um eine qualitätsmäßig hoch stehende computerunterstützte Trickbilderzeugung zu ermöglichen. Die aufgrund der erfindungsgemäßen Methode codierten Positionsangaben können auch auf einem von einem Rechner adressierbaren Speici jr abgespeichert werden, beispielsweise einer Platte oder einem

YO 971 028 3098 28/086 8

Magnetband oder auch Aufzeichnungen auf Karten für die spätere Wiederverwendung durch andere Rechner und Programme.

YO 971 028

309828/0868

Claims

PATENTANSPRÜCHE

[l) Verfahren zur rechnerunterstützten Erzeugung von Trickbildfolgen-Projektionsbildern zwei- oder dreidimensionaler Objekte, auf denen an geeigneten Stellen Abtastpunkte zur Lagefeststellung und -codierung angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastpunkte (1 bis 15) in gerichteter Orientierung (X, Z bzw. Y, Z) zur direkten Ermittlung von Koordinatenwerten, die den Abtast- bzw. Lagepunkten (1 bis 15) entsprechen, abgetastet werden, daß diese abgetasteten Koordinatenwerte dem Rechner (44, 52) zugeführt werden, der aus diesen Werten Werte für auf einem Bildschirm (60) anzeigbare Projektionsbilder (72) erstellt und speichert.
2. \ferfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (10) in zwei verschiedenen Orientierungsrichtungen (X, Z bzw. Y, Z) über einer Tafel (8, 62) angeordnet wird und die jeweils in Projektionsrichtung sichtbaren Abtastpunkte (1 bis 15) auf die Tafel (8, 62) projiziert und die dabei in der Ebene der Tafel (8, 62) ermittelten kartesischen Koordinatenwerte dem Rechner (44, 52) zugeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur charakteristische Posen und Lagen des Objektes (10) abgetastet werden und die Zwischenstellungen durch Interpolationsrechnung mit Hilfe der codierten Koordinatenwerte und der sich daraus ergebenden Richtungswinkel ermittelt werden, um so eine lückenlose Folge von Einzeltrickbild-Projektionsbildern zu erhalten und auf dem Bildschirm (60) anzeigen zu können.

^YO971028 309828/0868
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Interpolationsrechnung Werte für die Projektionsbilder (72) ermittelt werden, die zwischen den Orientierungsrichtungen (X, Z bzw. Y, Z) liegen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tafelstift (64) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe die Lage der Abtastpunkte (1 bis 15) auf die Tafel (8, 62) projiziert wird, um in der Ebene der Tafel (8, 62) die kartesischen Koordinatenwerte festzustellen.
6. \erfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Abtastpunkten (1 bis 15) freiliegende Enden (34) der Innenleiter von Kabeln (37) angebracht sind, die selektiv aktivierbar sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Aktivierung der Kabel über einen Auswahlschalter (40) erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Objekt (10) ein vereinfachtes Modell verwendet wird, dessen Teile (12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28) beweglich und in verschiedenen Posen manipulierbar sind, und daß deren Lagekoordinaten codiert werden.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Projektionsbilder (72) isometrische Werte bestimmt werden, die auf dem Bildschirm

(62) zur Erzeugung einer belebten Trickbildfolge anzeigbar sind.

YO 971 028

309828/0868

Leerseite