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System zum Erzeugen von zweidimensionalen Mustern
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Zusammen fassung Es wird ein System vorgeschlagen, das zur Erleichterung
und Vereinfachung des Entwurfs von Mustern für vorzugsweise textile Erzeugnisse
dient. In einem Signalkreislauf zwischen Bildspeichern und der Bildtransformationseinrichtung
eines Geometriecomputers werden Videosignale zweidimensional deformiert und logisch
verknüpft. Die bei diesem Signalverarbeitungsprozei# erhaltenen Muster werden auf
dem Bildschirm eines Videosichtgerätes dargestellt.
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem System zum Erzeugen
von zweidimensionalen Mustern. Aus der Zeitschrift 11Elektronik-Anzeiger", 7. Jahrgang,
1975, Nr. 3, S. 67 und 68, ist ein grafisches Ausgabesystem bekannt, bei welchem
ein Farbfernseh-Monitor als interaktives Peripheriegerät eines Prozeßrechners eingesetzt
wird.
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Der interaktive Verkehr zwischen einem Bediener und dem Prozeßrechner
wird mit einem Lichtgriffel ermöglicht, der über den Bildschirm des Farbfernseh-Monitors
geführt wird. Im Lichtgriffel wird durch den Helligkeitqimpuls eines unter seiner
Spitze ausgegebenen Bildpunktes ein Impuls erzeugt. Der Impuls bewirkt, daß durch
den Prozeßrechner entsprechend seiner Programmierung bestimmte Steuerfunktionen
eingeleitet werden, die es dem Bediener gestatten, auf dem Bildschirm zu schreiben,
zu markieren oder Muster zu erzeugen. Da jedoch die Muster bezüglich ihrer Form
durch ein Programm vorgegeben ~sind, können neuartige Muster nicht erzeugt werden.
Kreativ tätige Personen, die beispielsweise neuartige Stoffmuster entwerfen sollen,
werden von einem solchen
System nur unzureichend angeregt. Dies
vor allem deshalb, weil die verschiedenen Muster durch ihre Programmierung schon
als bekannt und damit nicht als neu zu betrachten sind.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße System mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch eine Ja-Nein-Transformation
eines vorgegebenen Musters mit der an sich bekannten Transformationseinrichtung
eines Geometriecomputers völlig neuartige Muster erzeugt werder. Da das erfindungsgemäße
System außerdem in Echtzeit arbeitet, läßt sich jede Auswirkung einer Bildtransformation
auf ein vorgegebenes Muster unmittelbar auf dem Bildschirm des Videosichtgerätes
beobachten.
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Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale kann das vorgegebene
oder das transformierte Muster schrittweise kontrolliert aufgebaut und sowohl in
struktur- wie auch in farbbeeinflussender Weise jederzeit zielstrebig oder zufällig
verändert werden. Besonders vorteilhaft ist, daß die Programmierung des erfindungsgemäßen
Systems über hinsichtlich ihrer Funktion leichtverständliche Schalt- und Einstellelemente
erfolgt. Eine komplexe Programmiersprache, die den Einsatz eines ausgebildeten Programmierers
bedingt, wird nicht benötigt. Damit verbunden sind die Betriebskosten des erfindungsgemäßen
Systems niedrig. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß bei einer zufallsgesteuerten
Programmierung ein neue Muster suchender Betrachter jeglicher Mühe einer manuellen
Betätigung enthoben werden kann. Der Betrachter wird lediglich bei ihn ansprechenden
Mustern diese "synthetisierten Muster" speichern, um sie jederzeit reproduzieren
zu können.
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Zeichnung Weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen
Systems
werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in
der Zeichnung mit mehreren Figuren dargestellt und in einer nachfolgenden Beschreibung
näher beschrieben und erläutert. Von den Figuren zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild
nach dem erfindungsgemäßen System und Fig. 2 eine Erweiterung des Blockschaltbildes
nach Fig. 1 zur Erzeugung von farbigen Mustern.
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Beschreibung der Erfindung Im vorliegenden Aus führung sbeispiel wurden
nur die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile aufgenommen. Gleiche
Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In dem Blockschaltbild der Fig. 1 wird ein von einer Signalquelle
erzeugtes Videosignal in einen Signalkreislauf eingespeist und einer zweidimensionalen
Bildtransformation unterworfen. Der Signalkreislauf besteht im wesentlichen aus
einem Bildspeicher 1 und einer Einrichtung 2 zum Transformieren eines Bildes. Zwischen
den Ein- und Ausgängen dieser beiden Blöcke sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
verschiedene logische Verknüpfungsschaltungen geschaltet. Zwischen dem Ausgang der
Einrichtung 2 zum Transformieren eines Bildes und dem Eingang des Bildspeichers
2 liegt eine logische Verknüpfungsschaltung 3, deren logische Verknüpfungsart mit
einem Steyersignal an einer Klemme 4 anwählbar ist. Zwischen dem Ausgang des Bildspeichers
1 und dem Eingang der Einrichtung 2 zum Transformieren eines Bildes befinden sich
ein Negator 5, eine Torschaltung 6 und eine weitere logische Verknüpfungsschaltung
7. Ueber die logische Verknüpfungsschaltung 7 soll beispielsweise ein als Signalquelle
dienender Lichtgriffel 8, welcher über den Bildschirm eines Videosichtgerätes 9
geführt wird, ein Videosignal in den zuvor beschriebenen
Signalkreislauf
1, 5, 6, 7, 2 und 3 einspeisen. Das am Ausgang der Einrichtung 2 zum Transformieren
eines Bildes abnehmbare Signal wird über eine Mischstufe 10 und einem Umschalter
11 dem Videosichtgerät zugeführt.
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Das in den Signalkreislauf eingespeiste Signal wird durch die Einrichtung
2 zum Transformieren eines Bildes deformiert. Derartige Einrichtungen zum Transformieren
eines Bildes sind bekannt (Zeitschrift "Radio Mentor Electronic", Jahrgang 40, 1974,
Heft 3, S. 105 bis 109). Hierbei werden nach Maßgabe eines strukturierenden Elements
mengentheoretische Operationen durchgeführt.
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Die Form eines strukturierenden Elements ist maßgebend für Art und
Grad der Deformation. Da das strukturierende Element jedoch jede beliebige Form
annehmen und sogar aus mehreren, weit voneinander getrennten Teilen bestehen kann
bei gleichzeitig verschiedener Transformationsfragestellung bezüglich einzelner
Komponenten, ist ein außergewöhnlich großer Variantenreichtum der Bildtransformationen
gegeben. In Verbindung mit der Erzeugung von neuartigen Mustern hat sich besonders
vorteilhaft eine Bildtransformation mit einem komplexen, multivariablen strukturierenden
Element von hexagonaler Ringform mit einem Zentralpunkt erwiesen.
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Die Eckpunkte und die Seiten des hexagonalen Ringes werden im Transformationsprozeß
zunächst getrennt behandelt und erst im späteren Verlauf zueinander in bestimmte
Beziehungen gesetzt.
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Dabei können sowohl den Eckpunktaials auch den Seiten entsprechend
der Programmierung der #inrichtung 2 zum Transformieren eines Bildes verschiedenen
Transformationsbedingungen zugeordnet werden. So kann für jeden einzelnen Eckpunkt
des Ringes beispielsweise festgelegt werden, ob dieser am Trnnsformationsprozeß
teil hat und ob er innerhalb oder außerhalb eines vorgegebenen Musters liegen muß.
Nach einer wahlweisen logischen Verknüpfung aller Teilantworten wird eine die Gesamtheit
aller Eckpunkte repräsentierende Antwort auf verschiedene Einzeltransformationen
zur Verfügung gestellt, deren bildliche Darstellungen
auf dem Bildschirm
des Videosichtgerätes 9 zu deformierten und damit neuartigen Bildern führen.
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Das Ergebnis einer Bildtransformation erfolgt bei jedem Bilddurchgang
in Echt zeit und wird auf dem Bildschirm des Videosichtgerätes 9 sofort dargestellt.
Ferner kann das Ergebnis in den Bildspeicher 1 eingelesen werden. Dabei besteht
die Möglichkeit mit der logischen Verknüpfungsschaltung 3 durch an der Klemme 4
liegende Steuersignale das ursprünglich im Bildspeicher 1 befindliche Bild durch
das neue, transformierte Bild zu ersetzen oder beide logisch zu verknüpfen. Die
logische Verknüpfungsschaltung 3 kann beispielsweise eine -ND-, ODER- oder Exklusiv-ODER-Fur.ktion
beeinhalten. Zur weiteren Verfremdung des Bildes kann mit dem Negator -5 durch ein
an einer Klemme 12 liegendes Steuersignal das Bildsignal negiert werden. Weiterhin
ist durch die nachgeschaltete Torschaltung 6 durch ein an einer Klemme 13 liegendes
Steuersignal das aus dem Speicher fließende Videosignal an- und abschaltbar.
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Das im Bildspeicher 1 befindliche Bild kann in weiteren Verarbeitungsprozessen
durch die Einrichtung 2 zum Transformieren eines Bildes erneut transformiert werden.
Die Anzahl der Transformationszyklen und damit auch der Formenreichtum der dabei
entstehenden Muster kann als unbegrenzt angesehen werden.
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Durch Takt- oder Adressierungsmodifikation des Bildspeichers 1 lassen
sich die Muster auch translatieren. Im Fall einer ODER-Verknüpfung durch die logische
Verknüpfungsschaltung 3 beim Wiedereinlesen in den Bildspeicher 1 ist auch eine
Reduplisierung durch Translation in verschiedenen Richtungen und Abständen der Muster
mögLich.
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Das Ergebnis einer unter Umständen zahlreiche #Transformationszyklen
aufweisenden Mustererzeugung kann schließlich in einen
nicht flüchtigen
Speicher1 z.B. Magnetband oder Plattenspeicher zur späteren Weiterverarbeitung eingelesen
werden. Der Umschalter 11 erlaubt ein Umschalten auf das im Bildspeicher 1 befindliche
Videosignal, so daß der Speicherinhalt jederzeit visuell kontrolliert werden kann.
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In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind zur Ableitung eines Videosignals
für die Einspeisung in den Signalkreislauf vier verschiedene Signalquellen vorgesehen.
Eine erste Signalquelle stellt der bereits erwähnte Lichtgriffel 8 dar. Das vom
Lichtgriffel 8 erhai+..ene Impulssignal wird in einer Griffelschaltung 15 zu einem
Videosignal so aufbereitet, daß Punkte, Konturen und flächenhafte Muster direkt
auf den Bildschirm des Videosichtgerätes 9 gescepieben werden oder vorhandene individuell
gelöscht werden können. Eine andere Signalquelle kann beispielsweise aus einem Zufallsgenerator
16 bestehen, der auf dem Bildschirm des Videosichtgerätes 9 Punkte in einer vorwählbaren
Dichte erzeugt. Mit einer Matrix 17 kann eine weitere Signalquelle aufgebaut sein,
Unter Verwendung von Steckern ist eine punktweise Konstruktion von binären Bildern
möglich. Vorteilhafterweise ist die Matrixgröße so ausgebildet, daß sie einem Bruchteil
des Gesamtrasters entspricht. Dadurch können translative Reduplizierungen des synthetischen
Musters vorgenommen werden.
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Eine noch andere Signalquelle kann mit einer Videokamera 18 aufgebaut
sein, aus deren Videosignal mittels eines Anplitudendiskriminators 19 ein binäres
Signal gewonnen wird. Durch die an den Ausgängen der Signalquellen liegenden Torschaltungen
20, 21 und 22 können durch die an den Klemmen 23, 24 und 25 liegenden verschiedenen
Steuersignale bestimmte Signalquellen - an- und abgeschaltet werden.
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Zur weiteren Manipulation und Deformierung von Mustern ist ein
Subbildspeicher
26 vorgesehen. Dieser Subbildspeicher 26 ist frei adressierbar und soll aus ökonomischen
Gründen nur einen relativ kleinen Rasterausschnitt zu speichern in der Lage sein.
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Durch Anlegen eines Maskensignals an Klemme 28 einer Torschaltung
27 wird ein Zeitrahmen für den Subbildspeicher 26 vorgegeben. Uber eine Klemme 29
wird in der Mis#hstufe 10 dem am Ausgang der Einrichtung 2 zum Transformieren eines
Bildes abnehmbaren Videosignais ebenfalls das Maskensignal zugesetzt, so daß auf
dem Bildschirm des Videosichtgerätes 9 der im Subbildspeicher 26 eingelesener Rasterausschnitt
hellgetastet erscheint.
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Das Auslesen des Subbildspeichers 26 geschieht durch eine programmierte
Adressenansteuerung. Je nach Programm können Muster redupliziert, gespiegelt, verzerrt
oder auf andere Art und Weise verfremdet werden. Die Funktion des Einlesens und
Auslesen des Subbildspeichers 26 erfolgt durch ein an einer Klemme 30 liegendes
Steuersignal.
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Zum Erzeugen von farbigen Mustern auf dem Bildschirm eines Farbvideosichtgerätes
31 sind nach dem Ausführungsbeispiel der Fig.
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2 zusätzlich zu dem Bildspeicher 1 zwei weitere Bildspeicher 1', 1"
vorgesehen. Selbstverständlich können auch weitere Bildspeicher vorgesehen werden.
Die Anzahl der Bildspeicher bestimmt sich z.B. aus der weiter unten beschriebenen
Colorierung der Muster. Auch diese zusätzlichen Speicher 1' und 1" verfügen eingangsseitig
über logische Verknüpfungsschaltungen 1' und 1" und ausgangsseitig über Negatoren
5', 5" sowie Torschaltungen 6', 6t'. Die von den Bildspeicherntl, 1', 111 ausgelesenen
Videosignale werden in einer weiteren logischen Verknüpfungsschaltung 32 entsprechend
der Programmierung logisch verknüpft und der logischen Verknüpfungsschaltung 7 zugeführt,
die der Einrichtung 2 zum Transformieren eines Bildes vorgeschaltet ist. Auch die
logische Verknüpfungsschaltung 32 stellt nur eine Zusammenfassung verschiedener
logischer Verknüpfungsarten und -kombinationen dar. Mit dem Umschalter 11 kann der
Inhalt eines jeden Bildspeichers 1, 1' und 1" angewählt und auf dem Bildschirm des
Videosichtgerätes 9 dargestellt werden.
Zur Ableitung eines Farbsignais
werden die von den Bildapeichern 1, 1'. 1" ausgelesenen Videosignale einer Farbmatrix
33 zugeführt. In der Farbmatrix 33 wird entsprechend einer Programmierung jedem
Speichersignal ein vorwählbarer Farbton zugeordnet.
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Am Ausgang der Farbmatrix 33 sind verschieden variierbare (R-G-B)-Farbwertsignale
abnehmbar, die in einem Farbcoder 34 in FBAS-Signale umcodiert und einem Farbmischer
35 zugeführt werden. Entsprechend dem vorliegenden Programm wählt der Farbmischer
35 additiv oder nichtadditiv von den angelieferten FBAS-Signalen Signale aus, die
von der Kontaktstrecke eines Umschalters 36 übertragen auf dem Bildschirm des Farbvideosichtgerätes
31 dargestellt werden sollen. Bei der nichtadditiven Mischung kann die Priorität
bei mehreren FBAS-Signalen beliebig gewählt werden, mit der Einschränkung, daß ein
Hintergrundsignal stets an letzter Stelle in einer Priori tätsab folge steht.
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Mit Zufallsgeneratoren können von Hand durchgeführte Umschaltungen
und Programmierungen in den logischen Verknüpfungsein heiten wie auch in der Farbgebung
und der Farbmischung automatisch vorgenommen werden. Der sich dabei ergebende Wechsel
an Formen und Farben des Musters kann auf den Bildschirmen beobachtet und zur weiteren
manuellen Auswertung oder zum Abspeichern unterbrochen werden. Der Rhythmus von
einer Bildtransformation zur anderen ist in weiten Grenzen variierbar.
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Bezüglich der in diesem Ausführungsbeispiel verarbeiteten Signalformen
des Videosignals sind nur ökonomische Beschränkungen zu sehen. Bei einer Verarbeitung
von binären Bildern wird der Schaltungsaufwand wesentlich geringer sein als bei
einer Verarbeitung von Bildern mit einer Anzahl von Graustufen.