DE69127650T2

DE69127650T2 - Verfahren und Gerät zur Erzeugung von dreidimensionalen graphischen Symbolen

Info

Publication number: DE69127650T2
Application number: DE69127650T
Authority: DE
Inventors: John F Dawson; Douglas E Thorpe
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1990-04-26
Filing date: 1991-04-25
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2011-04-26
Also published as: CA2038915C; JP3028379B2; EP0454136B1; EP0454136A2; DE69127650D1; US5226109A; CA2038915A1; JPH05120448A; EP0454136A3

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf Anwendungen der digitalen Signalverarbeitung und insbesondere auf einen Computer-Generator für dreidimensionale graphische Symbole bei der Verwendung in einem digitalen Abbildungssystem bezogen.

Hintergrund der Erfindung

Fortgeschrittene digitale Abbildungs-Computersysteme und insbesondere digitale Abbildungs-Computersysteme, die in der Lage sind, eine perspektivisch abgebildete Struktur darzustellen, erfordern eine Fähigkeit zur Erzeugung von dreidimensionalen Symbolen. Die Datenstruktur der dreidimensionalen Symbole muß kompatibel mit der Pipeline-Verarbeitungstechnik von digitaler Geländetransformation sein. Bekannte Symbolgeneratoren sind ihrer Natur nach zweidimensional und positionieren die Symbole nicht in einem dreidimensionalen Koordinatenraum. Unter Verwendung bekannter Techniken können zweidimensionale graphische Symbole ebenfalls einer digitalen Kartendarstellung überlagert werden, aber nicht in der Tiefe positioniert werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein leistungsfähiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler graphischer Symbole anzugeben. Der Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff der Anspruche 1 und 4 ist aus der EP-A-0 231 060 bekannt. Diese Aufgabe wird gelöst gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umsetzung einer allgemein dreidimensionalen Positionsbibliothek von Symbolzeichen in das dreidimensionale Erdkoordinatensystem des digitalen Geländes vor, wie es auf einem digitalen Kartensystem dargestellt wird. Die Polygonbeschreibung des Symbols kann sodann durch den gleichen perspektivischen Transformationsschaltkreis, wie er für die anderen Polygone einschließlich von Geländepolygonen verwendet wird, umgesetzt werden. Die Datenstrukturen der gespeicherten Symbolbibliothek können mit Attributen versehen werden, um den Auftritt des sich ergebenden Symboles zu verändern. Jeder Scheitelpunkt eines Polygones kann rote, grüne und blaue (RGB) Farbattribute sowie einen Alpha-Transparenzfaktor bzw. eine Struktur-Abbildungsadresse umfassen. Diese Attribute gestatten eine Veränderung der individuellen Polygonfacetten, welche ein Gesamtsymbol ausmachen. Die dreidimensionale Ausgestaltung kann irgendwo in Erdkoordinaten abgelegt werden, was zu einer geeigneten perspektivischen Ansicht führt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines dreidimensionalen Symbolgenerators, wie er in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;
Figur 2 veranschaulicht eine Technik zur Speicherung von Quellen in einer digitalen Speichereinrichtung gemäß der Erfindung;
Figur 3 veranschaulicht ein Beispiel eines Symbols, das durch das Verfahren der Erfindung modelliert ist;
Figur 3A veranschaulicht ein Beispiel eines Referenzrahmens, wie er bei der Erfindung verwendet wird;
Figur 4 veranschaulicht ein Beispiel einer Scheitelpunktliste, wie sie unter Verwendung eines Aspekts der Erfindung verarbeitet wird;
Figuren 5 und 6 veranschaulichen Beispiele von Listen für Scheitelpunkte und Oberflächennormale, wie sie bei einem alternativen Aspekt der Erfindung verwendet werden;
Figur 7 veranschaulicht ein Beispiel eines Würfelsymbols, das durch einen Aspekt der Erfindung modelliert wird;
Figur 8 veranschaulicht eine Verbindungskarte, wie sie durch einen alternativen Aspekt der Erfindung verwendet wird;
Figur 9 veranschaulicht schematisch das Daten-Speicherschema für einen RGB-RAM, wie er bei einem Aspekt der Erfindung verwendet wird;
Figur 10 veranschaulicht schematisch das Daten-Speicherschema für transformierte Koordinatendaten in dem X'Y'Z'-RAM, wie sie bei einem Aspekt der Erfindung verwendet werden;
Figur 11 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch die grundlegende, dreidimensionale Symbolerzeugungsvorrichtung, wie sie durch die Erfindung verwendet wird, veranschaulicht;
Figur 12 ist ein Blockdiagramm des digitalen Abbildungssystems.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung gibt eine Vorrichtung, wie sie im Anspruch 1 beansprucht ist, und ein Verfahren, wie es im Anspruch 4 beansprucht ist, vor, um dreidimensionale graphische Symbole zu erzeugen. Jedes Symbol umfaßt mehrere Polygone, die beispielsweise auf einen Datenpunkt in einem kartesischen Koordinatensystem mit X-, Y-, und Z-Achsen bezogen sind. Eine Einrichtung zur Speicherung einer Scheitelpunktuste ist enthalten. Die Scheitelpunktliste charakterisiert jedes Symbol und umfaßt eine Startadresse und mehrere Scheitelpunkte, wobei jeder Scheitelpunkt einen X-, Y-, und Z-Versatz von dem Datenpunkt umfaßt. Jeder Scheitelpunkt besitzt eine ihm zugeordnete Oberflächennormale. Mit der Scheitelpunkt-Speichereinrichtung ist eine Einrichtung zur Zuordnung eines Symbolzeichen-Identifikations-(ICON-ID)-Bezugszeichens zu jedem Symbol verbunden. Eine Einrichtung zur Abbildung an der Startadresse ist ferner mit einem Ausgang der Zuordnungseinrichtung verbunden. Die Abbildungseinrichtung verwendet das ICON-ID- Bezugszeichen, um auf die Startadresse eines jeden Symbols zu verweisen. Mittel zur Umwandlung der Scheitelpunktliste in ein unterschiedliches Koordinatensystem sind angeordnet und empfangen die Scheitelpunktliste von der Abbildungseinrichtung. Mittel zum Unterteilen eines jeden Symbols sind angeordnet, um die transformierte Scheitelpunktliste von der Transformationseinrichtung zu empfangen.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles

Bezugnehmend nunmehr auf Figur list ein Blockdiagramm eines Symbolgenerators dargestellt, wie er in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird. Der Symbolgenerator 10 umfaßt ein ICON-ID-Register 12, einen Abbildungs-ROM14, einen ersten Aufwärtszähler 16, einen Ursprungs-ROM18, einen zweiten Aufwärtszähler 20, einen Überlagerungs-RAM22 und eine Steuerung 24. Die Register, die Festwertspeicher (ROM), die Aufwärtszähler und der Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 22 können aus handelsüblich verfügbaren Digitalkomponenten bestehen. Die Steuerung 24 steuert den Zeittakt, den Datenfluß und andere Steuerparameter für den Betrieb der anderen Komponenten in einer in der Technik wohlbekannten Weise. Der Datenbus 30 ist an das ICON-ID-Register 12 über den Bus 32 angeschlossen, an den Quellen-ROM 18 über den Bus 34 angeschlossen und an den zweiten Aufwärtszähler 20 über die Busverzweigung 36 angeschlossen. Der Abbildungs-ROM 14 empfängt ICON-ID-Daten auf der Leitung 38, welche in diesem Beispiel eine 8-Bit-Leitung ist. Der Aufwärtszähler 16 empfängt in diesem Beispiel 15 Datenbits von dem Abbildungs-ROM-14 auf der Leitung 40. Der Quellen-ROM 18 empfängt Daten von dem Aufwärtszähler 16 über die Leitung 42. Der zweite Aufwärtszähler 20 ist über die Leitung 44 mit dem Adressen-Eingangsanschluß ADDR des Überlagerungs-RAM 22 verbunden. Der Datenausgang Daus des Überlagerungs-RAM 22 ist an die Busverzweigung 34 angeschlossen. Adresseninformation wird auf der Leitung 44 von der Leitung empfangen, die mit DSM ADDR bezeichnet ist und die Adressen von dem DSM-Prozessor führt. Ein Beispiel eines DSM-Prozessors ist in Einzelheiten in der EP-A2-0 341 645 erläutert. Symboldaten werden von dem Dateneingang DIN des Überlagerungs-RAM auf dem DSM-BUS empfangen. Daten werden aus dem RAM auf den Leitungen 50 ausgelesen.
Bezugnehmend nunmehr auf Figur 2 ist eine Technik zur Speicherung von Quellen in einer digitalen Speichereinrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht. Zur erleichterten Beschreibung der Erfindung und für die Zwecke der Darstellung der Erfindung werden verschiedene Beispiele benutzt, um die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. Es versteht sich jedoch für den Fachmann, daß diese nur für die Zwecke der Veranschaulichung eingeführt werden und nicht zur Beschränkung der Erfindung. In dem in Figur 2 gezeigten Beispiel wird angenommen, daß eine Modelldefinition auf die Nord- und Ost-Richtungen und ein Höhen-Koordinatensystem bezogen ist. Diese Koordinaten und Richtungen können vorteilhafterweise so erfolgen, daß sie einem kartesischen System mit X-, Y-, und Z-Koordinaten entsprechen. Jede in Figur 2 gezeigte Zeile, die in diesem Beispiel mit A-H markiert ist, repräsentiert ein Wort mit 16 Bit. In der Zeile A wird das erste Bit nicht benutzt und dem Zweier-Komplement für die X-Koordinate sind 15 Bits zugeordnet. In gleicher Weise ist die Zeile B der Y-Koordinate des Scheitelpunktes A zugeordnet und wird ebenfalls in der Form eines Zweier-Komplements, wie die Z-Koordinate in der Zeile C, gespeichert. Die Zeile C umfaßt ebenfalls ein Polygonende- Bit an der signifikantesten Bitposition. Die Zeile D umfaßt ein Bit EOF für die Quellenend-Markierung und drei Oberflächennormale-Vektoren S/N mit fünf Bit, die jeweils S/N X, S/N Y und S/N Z umfassen. Zusammen machen die Zeilen A-D und E-H jeweils eine Scheitelpunktgruppe aus. D.h. sie beschreiben vollständig einen Scheitelpunkt in dem gespeicherten ICON bzw. Symbol. Jeder Scheitelpunkt ist zusammengesetzt aus einem X-, Y- und Z-Versatz von einem Ausgangspunkt des ICON. Jeder Scheitelpunkt besitzt einen Oberflächennormalenvektor, der ihm zugeordnet ist und in diesem Beispiel einen Wert mit 5 Bit aul"veist. Jedem Quellenzeichen wird ein ICON ID-Bezugszeichen im Bereich von 0-255 zugeordnet. Das ICON D wird in dem ICON ID-Register 12 gespeichert und adressiert den Abbildungs-ROM.
Über das ICON ID-Register 12 adressiert z.B. das ICON D-Bezugszeichen, das jedem ICON zugeordnet ist, den Abbildungs-ROM 14. Der Abbildungs-ROM verweist seinerseits zu der Startadresse in dem Quellen-ROM 18 der Scheitelpunktliste für das zu erzeugende ICON. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das ICON aus 1 bis N planaren Polygonen zusammengesetzt, wobei die Verbindbarkeit der Scheitelpunkte durch die Reihenfolge der Scheitelpunkte innerhalb der Liste vorgegeben ist. In diesem Fall repräsentiert "N" irgendeine ganze Zahl größer als 1. Der letzte Scheitelpunkt eines Polygons wird durch eine "1" in dem signifikantesten Bit des Parameters Z des Scheitelpunktes bezeichnet. Dies bedeutet, daß EOP auf "1" gesetzt ist. Der letzte Scheitelpunkt des letzten Polygons eines ICON weist das signifikanteste Bit in dem Oberflächenparameter S/N als gesetzt auf, um anzuzeigen, daß der letzte Scheitelpunkt für das verarbeitete ICON erreicht worden ist. In diesem Beispiel wird EOF auf "1" gesetzt.
Bezugnehmend nunmehr auf Figur 3 ist ein Beispiel eines dreidimensionalen ICON's der Art, wie es durch das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung erzeugt wird, als Würfel 60 dargestellt. Für die Zwecke der digitalen Darstellung umfaßt der Würfel 60 Polygone P1, P2, P3, P4 und P5. Die sechste Fläche wird offengelassen. Jedes der fünf Polygone besitzt vier Scheitelpunkte. Der Würfel ist auf das Koordinatensystem bezogen, wie es in Figur 3A gezeigt ist, welches X-, Y-, und Z-Koordinaten entsprechend der Ost-, Nord- und Höhenrichtung besitzt. Ein Ausgangspunkt V1 ist mit Koordinaten (0,0,0) ausgewählt. Daher besitzt in diesem Beispiel ein mit V2 bezeichneter zweiter Punkt Koordinaten (0,0,3), wenn das Polygon so ausgewählt ist, daß es Seiten besitzt mit einer beliebigen Größe von 3 Modelleinheiten (mu).
Bezugnehmend nunmehr auf Figur 4 ist das ICON 60 gespeichert in dem Quellen-ROM dargestellt. Das ICON ist in einer Reihe von Scheitelpunktgruppen V1, V2, usw. gespeichert und in Polygonnummern P1, P2 ... P5 gruppiert. Wie zuvor erläutert, umfassen die ersten drei Zeilen jeder Scheitelpunktgruppe die X-, Y- und Z-Koordinaten und die vierte Zeile enthält die Oberflächennormalen S/Nx1, S/Ny1 und S/Nz1. Dem Block wird eine ICON 11)-Registernummer gegeben, welche den Abbildungs-ROM 14 veranlaßt, auf die ICON-Startadresse in dem Quellen-ROM 18 zu verweisen, wie in dem Polygon 1 des Scheitelpunktes V1 angezeigt.
Studien der Arten von dreidimensionalen Symbolmodellen, die für ein digitales Abbildungssystem benötigt werden, zeigen, daß zwei Klassen von Modellen benötigt werden. Die erste Klasse, wie beispielsweise Bedrohungsdome, erfordern einen individuellen Oberflächennormalen-Vektor, der jedem Scheitelpunkt zugeordnet wird, der sich in der Modell-Datenbank befindet. Dies erleichtert die Verwendung von Gouraud- Schraffierung bei gekrümmten Oberflächendarstellungen. Die zweite Klasse der dreidimensionalen Symbolmodelle erfordert nur, daß eine Oberflächennormale jedem Polygon zugeordnet wird, wobei ein einzelnes Polygon aus vielen Scheitelpunkten bestehen kann, wie beispielsweise im Falle der Figur 3, die einen Würfel 60 veranschaulicht. Wie aus dem obigen Beispiel erkennbar, ist die Zuordnung einer Oberflächennormale zu einem einzelnen Polygon für flache Oberflächen erforderlich, wie beispielsweise bei den Flächen von Würfeln und Pyramiden. Die Bildung einer Oberflächennormale für jedes Polygon kann ganz leicht verwirklicht werden durch Modifizierung des zuvor unter Bezugnahme auf die Figuren 2, 3 und 4 beschriebenen Schemas durch Modellierung jedes ICON's in zwei getrennten Dateien. Die erste Datei wird als Scheitelpunkt- und Oberflächennormale-Liste oder VSN-Liste bezeichnet, und die zweite Datei wird als Verbindungskarte bezeichnet. Dieses alternative Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 5 veranschaulicht. Hier sind die Oberflächennormalen für jeden Scheitelpunkt, wie zuvor im Zusammenhang mit Figur 4 gezeigt, durch eine einzige Oberflächennormale für jede Fläche eines jeden Polygons in dem Symbol ersetzt worden. Der primare Unterschied zwischen den zwei Ausführungsbeispielen liegt darin, daß eine individuelle Oberflächennormale nicht jedem Scheitelpunkt zugeordnet wird. Statt dessen wird die Beziehung zwischen den Oberflächennormalen und den Scheitelpunkten durch die Verbindungskarte zugeordnet.
Bezüglich Figur 5 sei vermerkt, daß S/NA nicht notwendigerweise zu dem Scheitelpunkt 1 gehört. Es kann zu einem ganzen Polygon gehören, das viele Modell-Scheitelpunkte umfaßt. Bei Verwendung in diesem Beispiel liegt eine Einschränkung darin, daß die Oberflächennormalen in der VSN-Liste in der Reihenfolge auftreten müssen, in der sie durch die Verbindungskarte benutzt werden. Andere Änderungen in dem Schema umfassen das Streichen des Polygonende-Bits EOP, das in dem signifikantesten Bit des Z-Parameters enthalten ist, wie dies in den Zeilen C, G und K gezeigt ist. Bei diesem Aspekt der Erfindung wird das Polygonende-Bit durch ein Hinweisbit EOV auf das Ende der Scheitelpunkte ersetzt. Das signifikanteste Bit eines jeden Oberflächennormalen- Parameters zeigt an, ob die passende Oberflächennormale die letzte innerhalb der VSN- Liste ist oder nicht. Dieses Bit wird als das Ende der Oberflächennormale EOSN bezeichnet. Wenn das EOV- oder EOSN-Hinweisbit in der VSN-Liste angetroffen wird, so zeigt dieses an, daß der Datentyp entsprechend diesem Bit (d.h. Scheitelpunkt oder Oberflächennormale) für das verarbeitete ICON vollständig ist. Der verbleibende Datentyp tritt in darauffolgenden Positionen der VSN-Liste auf bis sie vollständig gelesen ist. Wenn sowohl das EOSN- und EOV-Bit angetroffen werden, so ist die Information für die ICON's in der VSN-Liste vollständig gelesen worden. Ein neues ICON kann sodann verarbeitet werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die VSN-Liste die relativen Scheitelpunktpositionen der allgemeinen Bibliothek von ICON's. Zusätzlich enthält sie eine Oberflächennormale mit 16 Bit, ein Polygonende-Hinweis mit 1 Bit und ein Symbolende-Hinweis mit 1 Bit. Ein Maximum von 512 Scheitelpunkten kann jedem vorgegebenen ICON zugeordnet werden. Die Verbindungskarte enthält die Verbindungsinformation der Scheitelpunkte des Symbols. Eine Tabelle mit 64K × 12 Bit enthält diese Infomation.
Bezugnehmend nunmehr auf Figur 11 ist ein Blockdiagramm dargestellt, welches schematisch eine grundlegende Erzeugungsvorrichtung für dreidimensionale Symbole veranschaulicht, die bei der Erfindung verwendet wird. Die Symbol- Erzeugungsvorrichtung umfaßt einen Symbolgenerator 10, erste und zweite Geometriefeld-Prozessoren 100 und einen Unterteiler 102. Die Geometriefeld-Prozessoren umfassen vorzugsweise numerische Hochgeschwindigkeitsprozessoren. Der Unterteiler umfaßt ein zweites ICON ID-Register 104, welches Daten von dem ersten und dem zweiten Geometriefeld-Prozessor über Leitungen 101 und 103 empfängt und welches mit einem Ausgang über Leitungen 105 an den Darstellungs-ROM 106 angeschlossen ist. Der Darstellungs-ROM 106 ist seinerseits durch Leitungen 107 mit einem dritten Zähler 108 verbunden. Der dritte Aulwärtszähler 108 ist über Leitungen 109 an einen Verbindungs- ROM 110 angeschlossen, der die Verbindungsliste enthält. Der Ausgang des Verbindungs- ROM wird über Leitungen 111 und 113 zu einem vierten Aufwärtszähler 112 geführt. Der Ausgang des Aufwärtszählers 112 wird auf der Leitung 124 zu dem Adresseneingang des RAM 116 übertragen, der für den Scheitelpunkt die RGB-Daten bzw. rot, grün und blau enthält. Der fünfte Aufwärtszähler 114 ist über die Leitung 128 an den Ausgang des Verbindungs-ROM 110 angeschlossen. Der Ausgang des Aufwärtszählers 114 wird über Leitungen 126 an den Adressen-Eingangsanschluß des gepufferten RAM 118 übertragen, welcher die perspektivisch transformierten Koordinaten X', Y', Z' speichert.
In einem Ausführungsbeispiel eines dreidimensionalen graphischen Symbolgenerators, wie er in dem digitalen Abbildungssystem verwendet wird, befindet sich die VSN-Liste in der Elektronik des dreidimensionalen Symbolgenerators. Die Verbindungskarte befindet sich auf einer Schaltkreisplatine, die ebenfalls die Unterteilungselektronik enthält.
Die zwei Geometriefeld-Prozessoren (GAP's) 100 arbeiten parallel zueinander. Die Anordnung der Daten in der VSN-Liste gestattet die Zuführung eines Scheitelpunktes zu einem GAP und einer Oberflächennormale zu dem anderen GAP. In diesem Fall wird die Information bezüglich der Oberflächennormale zusammen mit der RGB-Information zu dem GAP 2 gesendet, während die X-, Y-, und Z-Koordinaten zu dem GAP 1 gesendet werden. Beide Datengruppen werden sodann parallel verarbeitet, wobei die Ergebnisse der zwei Operationen gleichzeitig in den Unterteiler geladen werden. Es sei vermerkt, daß die ICON ID-Referenznummer durch die GAP's zu dem Unterteiler hindurchgereicht werden muß, um die Verbindungskarte zu adressieren.
Bezugnehmend nunmehr auf die Figuren 6 und 7 ist ein Beispiel einer Quelle gezeigt, die die oben beschriebenen alternativen Aspekte der Erfindung verwendet. Figur 7 zeigt einen Würfel 70 mit Scheitelpunkt A-H und einem Ursprungspunkt am Scheitelpunkt D. Das ICON ist ein 3×3×3-Würfel 70 mit einem offenen Boden und fünf Flächen. In der VSN-Liste startet das ICON an der Reihe AA und endet an der Reihe ZZ. Die Reihen AA, BB und CC enthalten die Koordinateninformation für den Scheitelpunkt A, welcher in diesem Fall durch (-3,0,+3) vorgegeben ist. Die Oberflächennormale für X, Y und Z für das Polygon ABCD ist durch (0,-1,0) vorgegeben, wie in Reihe DD gezeigt. Die Spalte für das Ende des Scheitelpunktes EOV besetzt das signifikanteste Bit 15 in der Reihe CC und ist auf "0" gesetzt, um anzuzeigen, daß sich mehr Scheitelpunkte in der Liste befinden. Das Bit EOSN besetzt das Bit 15 in der Reihe DD und ist auf "0" für alle Scheitelpunkte gesetzt mit Ausnahme des Scheitelpunktes H in der Reihe ZZ, wo es auf "1" gesetzt ist, um das Ende der Oberflächennormalen-Liste zu markieren. In gleicher Weise wird der Scheitelpunkt B durch die Zeilen EE, FF und GG beschrieben, und die Oberflächennormale für das Polygon BHED ist in der Zeile HH gespeichert.
Wenn das Symbol durch den GAP 1 verarbeitet wird, so werden die transformierten XYZ-Scheitelpunktdaten der Reihe nach beginnend mit der Adresse 0 in den X'-,Y'-,Z'-RAM 118 geladen. Die S/N-Daten in der VSN-Liste werden transformiert und sodann benutzt, um einen durch den Sonnenwinkel schattierten Rot-, Grun-, Blau-Ausgang von dem GAP 2 zu erzeugen. Diese Daten werden in den RGB-RAM 116 in der Reihenfolge beginnend an der Adresse 0 geladen. Die ICON ID wird durch den GAP 1 geleitet und verwendet, um die korrekte Verbindungskarte innerhalb des Verbindungskarten-ROM 110 auszuwählen. Die Verbindungskarte (siehe Figur 8) wird sodann sequentiell adressiert bis das Quellenend-Bit (EOF) angetroffen wird. Die zwölf am wenigsten signifikanten Bits der Daten in der Verbindungskarte werden benutzt, um den X',Y',Z'-RAM 118 direkt zu adressieren. Der RGB-Wert, der jeder X',Y',Z'-Auslesung aus dem X',Y',Z'-RAM zugeordnet ist, hängt von dem Wert der Hinweisadresse in dem RGB-RAM ab. Anfänglich ist diese Hinweisadresse für jedes Symbol auf "0" gesetzt. Jedesmal, wenn ein Farbfortschalt-Bit (AC) in den Verbindungsdaten angetroffen wird, wird die Hinweisadresse um 1 fortgeschaltet, wenn der laufende Zugriff beendet ist. Durch Verwendung dieser Hinweisadresse ist es möglich, eindeutige RGB-Werte den Scheitelpunkten bzw. Polygonen durch unterschiedliche Codierung der Verbindungsliste zuzuordnen. Es sei jedoch vermerkt, daß die Codierung der VSN-Liste die Weise festlegt, in der die Verbindungskarte codiert ist. Wenn jeder Scheitelpunkt innerhalb eines Symboles eindeutig zu färben ist, so muß jeder Scheitelpunkt innerhalb der VSN-Liste einen entsprechenden Parameter S/N besitzen. D.h. die Anzahl der Scheitelpunkte entspricht der Anzahl der Oberflächennormalen-Vektoren. Polygongrenzen innerhalb eines Symboles werden gekennzeichnet durch das Polygonende-Bit EOP, das in den Daten der Verbindungskarte codiert ist. Ein Beispiel der Codierung des Verbindungskarten-ROM 110 ist in Figur 8 gezeigt. Die Bits AC, EOF und EOP sind klar festgelegt.
Figur 9 veranschaulicht das Datenspeicherschema in dem RGB-RAM 116. Jeder RGB-Wert besitzt seinen eigenen Wert, der jeder X',Y',Z'-Auslesung in dem X',Y',Z'-RAM zugeordnet ist und von dem Wert der Hinweisadresse für den RGB-RAM abhängt. Figur 10 zeigt das Datenspeicherschema in dem X',Y',Z'-RAM 118, in welchem die transformierten Scheitelpunkte gespeichert sind, nämlich A',B',C' bis H' in diesem Beispiel.
Bezugnehmend nunmehr auf Figur 12 ist ein teilweises Blockdiagramm eines digitalen Abbildungssystems dargestellt, um die Anordnung des Symbolgenerators 10 in einem solchen System zu veranschaulichen. Das System umfaßt eine digitale Speichereinheit (DMU) 209, eine DMU-Schnittstelle 250, einen IC/DE 252, einen Erhebungs- Pufferspeicher 254, einen Form-Adreßgenerator 212, eine DSM-Steuerung 201, eine Strukturmaschine 230, eine Ausgabemaschine 234, einen Darstellungsspeicher 242, einen Videogenerator 246, einen Symbolgenerator 10, Geometriemaschinen 100 und eine Unterteilungsmaschine 102.
In dem in Figur 12 veranschaulichten System führt der dreidimensionale Symbolgenerator die folgenden Aufgaben aus:
1. Er legt ein Modell der Erd-Transformationskoeffizienten in den GAP's ab.
2. Er arbeitet mit den Geometriemaschinen zusammen, um eine Erd/Schirmbild- Transformationsmatrix mit der Modell/Erd-Transformationsmatrix zu multiplizieren und eine Modell-Schirmbild-Transformationsmatrix zu bilden. Diese Matrix wird über der Modell/Erd/Transformationsmatrix gespeichert.
3. Er arbeitet mit den Geometriemaschinen zusammen, um die Modell/Schirmbild- Transformationsmatrix an jeden Punkt des Symboles von der Scheitelpunktliste anzulegen und das allgemeine ICON in ein spezielles Symbol zu transformieren.
4. Er verarbeitet die Verbindungsliste in der Unterteilungsmaschine, bildet die Bildschirmpolygone und reicht sie zu der Ausgabemaschine weiter.
Bei einem Aspekt der Erfindung besteht die Symbolgenerator-Datenbank aus einer Scheitelpunkt-Listenbibliothek mit 64K-Bytes in einem Überlagerungs-RAM und einer Verbindungsliste. Bis zu 18K-Bytes von DFAD (d.h. zwei K-Bytes der Darstellungsliste aus dem Puffer-Schattierungs-RAM × 9 Puffersegmente) werden in den Überlagerungs-RAM für die Verarbeitung von Kulturmerkmalen geladen. Der Rest des Speichers speichert die Bedrohungs/Intelligenz-Datei und die Missionsplanungs-Datei für den gesamten Untersuchungsbereich. Der Überlagerungs-RAM wird über den Steuerbus von dem DSM-Prozessor mit den Bedrohungs- und Missionsplanungs-Dateien geladen. Der Form-Adreßgenerator (SHAG) 212 lädt die DFAD-Dateien. Die Symbolbibliotheken werden über den Konfigurationsbus fortgeschrieben.
Eine Wegstrecke in dem Himmeisformat kann in diesem System verwirklicht werden. Sie besteht entweder aus einem Drahtrahmentunnel oder einem angehobenen Straßenbett für die Zwecke des Flugweges. Der Drahrahmentunnel ist eine Reihe von verbundenen transparenten Rechtecken, die durch die Unterteilungsmaschine erzeugt werden und von denen nur die Kanten sichtbar sind (Drahtgitter). Alternativ können die Polygone im voraus in Erdkoordinaten berechnet werden und in einer Missionsplanungs-Datei gespeichert werden. Das Straßenbett umfaßt in gleicher Weise Polygone, die durch den Unterteiler entlang einer festgelegten Wegstrecke erzeugt werden. In jedem Fall muß die Geometriemaschine die Polygone vom Objektraum (d.h. vom Erdkoordinatensystem) in den Schirmbildraum transformieren. Die transformierten Scheitelpunkte werden sodann zu der Ausgabemaschine weitergereicht. Die Parameter (z.B. Höhe, Breite, Frequenz) der Tunnel- und Straßenbett-Polygone sind programmierbar.
Ein anderes Beispiel eines erzeugten Symboles ist ein Wegpunkt-Hinweis. Wegpunkt- Hinweise sind Markierungen bestehend aus einem transparenten oder lichtundurchlässigen Dreieck auf einem vertikalen, sich perspektivisch darstellenden Stab. Das Wegpunkt- Hinweis-ICON wird durch den Symbolgenerator als ein Makro aus einer Missionsplanungs-Datei erzeugt. Alternativ kann es im voraus als Polygone berechnet und gespeichert werden. Die Geometriemaschine empfängt die Scheitelpunkte von dem Symbolgenerator und führt die perspektivische Transformation mit ihnen aus. Die Geometriemaschine reicht die Polygone des Hinweisstabes an die Ausgabemaschine weiter und ebenfalls den skalierten Quellenaufruf des alphanumerischen Symbols. Das Format in ebener Ansicht besteht aus einem Kreis mit einer Zahl darin und wird nicht durch die Geometriemaschine weitergereicht.
Die DFAD-Datenverarbeitung besteht aus einer verallgemeinerten Polygonverarbeitung, welche 32K mögliche Punkte in 256 Polygone oder weniger für ein gegebenes Puffersegment abbildet. Diese Polygone werden sodann zu der Ausgabemaschine weitergereicht. Diese Lösung kann redundant für die gleichen Pixel zu Gelände und DFAD führen, gewährleistet aber leicht eine Entstörung der Einzelmerkmale. Eine andere Lösung liegt in der Rasterung der DFAD und der Verwendung einer Strukturabwicklungsfunktion zur Einlärbung des Geländes. Dies gestattet nicht die Entstörung von Einzelmerkmalen, sondern nur von Klassen (durch die Farbe). Das Durchscheinen der Geländefarbe in spärlichen Überlagerungsbereichen wird durch einen transparenten Farbcode (Schirmtoreffekt) gehandhabt. Es wird keine Vertikalität erzielt.
In einem Ausführungsbeispiel eines digitalen Abbildungssystems, das die Erfindung verwendet, gibt es 298 Kategorien von Luft-, Linien- und Punktelementen. Linienelemente müssen auf eine Doppellinie erweitert werden, um eine Zwischenabtastung zu vermeiden. Ein Punktelement enthält eine Länge, Breite und Höhe, die durch den Symbolgenerator für die Erweiterung benutzt werden kann. Ein typischer See enthält 900 Scheitelpunkte und erzeugt 10 bis 20 aktive Kanten für die Ausgabe bei jeder vorgegebenen Abtastlinie. Die Anzahl der Scheitelpunkte ist auf 512 begrenzt. Die Darstellungsliste besitzt 64K-Bytes für ein 1:250K-Puffersegement. Irgendein vorgegebenes Merkmal kann 32K Scheitelpunkte besitzen.
Bis zu 2K-Bytes der Darstellungsliste pro Puffersegment DTED werden für das DFAD verarbeitet. Der DSM 201 kann die Klassen oder Einzelelemente für die Störung/Entstörung durch Umschaltbits in dem Überlagerungs-RAM des SHAG markieren.
Der Symbolgenerator verarbeitet ebenfalls Makros und graphische Ursprünge, die zu der Ausgabemaschine weitergereicht werden. Diese Ursprünge umfassen Linien, Bogen, alphanumerische Zeichen und zweidimensionale Symbole. Die Ausgabemaschine zeichnet diese Ursprungszeichen und gibt Pixel aus, die entzerrt sind. Die GAP's 100 transformieren diese Polygone und reichen sie zu der Ausgabemaschine 234 weiter. Es wird eine vollständige 4×4-Euler-Transformation ausgeführt. Typische Makros umfassen eine Kompassrose und Entfernungsskalen-Symbole. Mit einer vorgegebenen Makro- Anweisung erzeugt der Symbolgenerator die Ursprungs-Graphikaufrufe an die Ausgabemaschine. Dieser Modus arbeitet nur in der Draufsicht und verwirklicht zweidimensionale Symbole. Der Fachmann wird vermerken, daß die Erfindung nicht auf spezifische Quellen beschränkt ist.
Dreidimensionale Symbole beinhalten das Problem der Beschneidung auf das Betrachtungsvolumen. Eine Grobbeschneidung wird durch den DSM in dem Pufferspeicher bei der Abtast-Ablaufzeit gehandhabt. Die Basis eines Bedrohungsdomes kann beispielsweise außerhalb der autographischen Projektion des Betrachtungsvolumens auf den Pufferspeicher liegen, wobei noch ein Teil des Domes sichtbar auf dem Schirm vorliegt. Die klassische Verwirklichung führt die Funktionen der Unterteilung, Transformierung, Beschneidung auf das Betrachtungsvolumen (was neue Polygone erzeugt) und sodann die Ausgabe aus. Eine Grob-Beschneidungsgrenze wird in dem Pufferspeicher um die Projektion des Betrachtungsvolumens verwirklicht, um den Einschluß des gesamten Symbols zu garantieren. Die bei der Animation zu vermeidende Anomalie liegt darin, daß Symbole sporadisch an den Rahmengrenzen auftreten und verschwinden. Eine Fein-Beschneidung auf dem Bildschirm wird hinter der Ausgabemaschine ausgeführt. Es gibt eine 4K-Grenze um den Bildschirm, die betrachtet wird. Außerhalb dieser Grenze wird das Symbol nicht betrachtet. Dies ruft eine gesonderte Betrachtung hervor, die abgeschnitten wird.
Bedrohungsdome werden in einem Ausführungsbeispiel graphisch durch ein invertiertes konisches Volumen dargestellt. Eine Bedrohungs/Intelligenz-Datei enthält den Ort und Skalenfaktoren für das allgemeine Modell, das in die spezifischen Bedrohungen zu transformieren ist. Die Unterteilungsmaschine enthält die Verbindungsinformation zwischen den Scheitelpunkten und erzeugt die planaren Polygone. Die Bedrohungspolygone werden zu der Ausgabemaschine mit verschiedenen Betrachtungsparametern weitergereicht, wie beispielweise einem Gitter, einer Abdeckung, einem Punkt, einer Durchsichtigkeit usw.
Fadenkreuze stellen Längs- und Seitenlinien, UTM-Klicks usw. dar, welche in die Darstellung perspektivisch abgewickelt werden. Der Symbolgenerator erzeugt diese Linien. Ein Cursor-Symbol wird um den Bildschirm geführt und wird ebenfalls durch den Symbolgenerator erzeugt.
Ein allgemeines Bedrohungssymbol wird in der dreidimensionalen Symbol- Erzeugungsbibliothek in dem dargestellten System modelliert und gespeichert. Parameter, wie beispielsweise die Position, der Bedrohungsbereich und die Winkelansicht der Bedrohung, werden als ein Makro-Aufruf (ähnlich einer Kompass-Rose) an den Symbolgenerator weitergereicht. Der Symbolgenerator erzeugt eine Polygonliste für jeden Bedrohungsfall durch Verwendung der Parameter, um das allgemeine Modell und den Ort in dem Erdkoordinatensystem der Gelände-Datenbank zu modifizieren. Die Polygone werden transformiert und in Schirmkoordinaten durch die perspektivische Betrachtungs- Pipeline ausgegeben. Diese Polygone bilden nur die äußere Umhüllung des Bedrohungskegels.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler graphischer Symbole, wobei jedes Symbol mehrere Polygone umfaßt, die auf einen Bezugspunkt in einem kartesischen Koordinatensystem mit X, Y und Z-Achsen bezogen sind, gekennzeichnet durch :

a) eine Einrichtung (18, Figuren 4 bis 6) zur Speicherung einer Scheitelliste, welche jedes Symbol kennzeichnet, wobei die Scheitelliste eine Startadresse und ferner mehrere Scheitel umfaßt, wobei jeder Scheitel einen X, Y und Z-Versatz von dem Referenzpunkt umfaßt und jedes Polygon eine ihm zugeordnete Oberflächennormale besitzt;

b) eine Einrichtung (12) zur Zuordnung einer ICON-ID-Referenznummer zu jedem Symbol;

c) eine erste Speichereinrichtung (14) zur Aufzeichnung der Startadresse unter Verwendung der ICON-ID-Referencenummer (38), um zu der Startadresse eines jeden Symboles zu verweisen;

d) eine Einrichtung (100) zur Umformung der Scheitelliste in ein Bildschirm- Koordinatensystem, die angeordnet ist, um die Scheitelliste von der Speichereinrichtung (18) zu empfangen; und

e) eine Einrichtung zum Ablegen (102) eines jeden Symboles, wobei die Ablagereinrichtung angeordnet ist, um die transformierte Scheitelliste von der Umformeinrichtung zu empfangen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablageeinrichtung (102) umfaßt:

a) eine Registereinrichtung (104) zum Speichern der ICON-D-Referenznummer (32) mit einem Ausgang (105) zum Übertragen der ICON-ID-Referenznummer (32);

b) eine zweite Speichereinrichtung (106) zur Aufzeichnung der Startadresse (103) unter Verwendung der ICON ID-Referenznummer (32), um zu der Startadresse (103) eines jeden Symbols zu verweisen, wobei die zweite Speichereinrichtung (106) angeordnet ist, um die ICON ID-Referenznummer (32) von der Registereinrichtung (104) zu empfangen;

c) eine erste Zählereinrichtung (108) zur Verarbeitung der Startadresse (103), wobei die erste Zählereinrichtung (108) die Startadresse von der zweiten Speichereinrichtung (106) empfängt;

d) eine dritte Speichereinrichtung (110) zum Speichern und Aufsuchen der Verbindungsliste (Figur 8) für jedes Symbol aufgrund des Empfangs der verarbeiteten Startadresse (109) von der ersten Zählereinrichtung (108);

e) eine vierte Speichereinrichtung (116) zum Speichern und Aufsuchen von Farbdaten aufgrund der aufgesuchten Verbindungsliste (124); und

f) eine fünfte Speichereinrichtung (118) zum Speichern und Aufsuchen transformierter Koordinatendaten aufgrund der aufgesuchten Verbindungsliste.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitel- und Oberfiächennormalenliste (Figur 4 bis 6) mehrere Scheitelgruppen (Figuren 5, 6) umfaßt, wobei jede Scheiteigruppe ein Datenwort für jede Koordinate und ein Datenwort für die Oberflächennormale (Figur 6) umfaßt.

4. Verfahren zur Erzeugung dreidimensionaler graphischer Symbole, wobei jedes Symbol mehrere Polygone umfaßt, die auf einen Bezugspunkt in einem kartesischen Koordinatensystem mit X, Y und Z-Achsen bezogen sind, gekennzeichnet durch :

a) Speicherung einer Scheitelliste, welche jedes Symbol charakterisiert, wobei die Scheitelliste eine Startadresse umfaßt und ferner mehrere Scheitel umfaßt, wobei jeder Scheitel einen X, Y und Z-Versatz von dem Referenzpunkt umfaßt und jedem Polygon eine Oberflächennormale zugeordnet ist;

b) Zuordnung einer ICON ID-Referenznummer zu jedem Symbol;

c) Aufzeichnung der Startadresse unter Verwendung der ICON ID-Referenznummer, um zu der Startadresse eines jeden Symbols zu verweisen;

d) Umformung der Scheitelliste in ein Bildschirmkoordinatensystem nach Aufzeichnung der Startadresse; und

e) Ablegen eines jeden Symbols unter Verwendung der umgeformten Scheitelliste.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelliste mehrere Scheiteigruppen umfaßt, wobei jede Scheiteigruppe ein Datenwort für jede Koordinate und wenigstens ein Datenwort für jede zugeordnete Oberflächennormale umfaßt.