Разработка специализированного устройства для определения области видимости объекта
Автор: В.И. Кудояр (3 курс, каф. КИ), А.В. Селинова (6 курс, каф. КИ),
Р.В. Мальчева, к.т.н., доц.
Целью работы является проектирование в системе VHDL специализированного устройства для решения проблемы видимости объекта.
Одной из классических задач компьютерной графики является задача определения видимости, т.е. определения какие именно объекты (или их части) будут видны для данного положения наблюдателя [1].
Задача определения видимости объекта решается в системе координат наблюдателя (СКН). При этом объект (сцена) представляется в виде сферы радиусом Rh с центром, совпадающим с центром системы координат объекта (СКО). Для определения видимости строится пирамида (рис.1).
Рис.1 - Построение пирамиды для определения области видимости
Размеры ее основания определяются из выражения 1:
где a0, b0, d0 - размеры окна наблюдения; - координата центра СКО в СКН.
Математическое выражение для определения выхода габаритной сферы объекта за пределы пирамиды видимости имеет вид (2). Признак видимости (vis) имеет нулевое значение, если результат условия 2 равен 1.
Для распараллеливания вычислений выделим для вычисления А0 и В0, а также для вычисления каждого из условий видимости отдельные комбинационные части. Разработка устройства выполнена в соответствии с методикой, изложенной в [2]. Функциональная схема данного устройства приведена на рис. 2.
Рис.2 - Функциональная схема специализированного устройства
Для моделирования работы разрабатываемого специализированного устройства была написана программная модель на языке описания аппаратуры VHDL [3, 4]. Текст программы приведен ниже:
Результаты моделирования приведены на рис. 3.
Рис.3 - Результаты моделирования разрабатываемого устройства
Как видно из временной диаграммы, с приходом фронта синхросигнала были вычислены значения А0 и В0 и на основании полученных значений была рассчитана видимость объекта. На рис. 4 представлена RTL-модель устройства, синтезированная в среде Quartus II.
Литература
1. Foley J., Dam A. Computer Graphics. Principles and practice. 2nd.ed. in C. – AWPC, 1997.- 1175 p.
2. Malcheva R. Application of multilevel design on the base of UML for digital system developing // in book Design of Digital Systems and Devices. Series: Lecture Notes in Electrical Engineering. Springer-Verlag Berlin Heildelberg, 2011. – Vol. 79. - PP. 93-117.
3. Grout I. Digital Systems Design with FPGAs and CPLDs. – Amsterdam: Elsevier, 2008. – 406 pp.
4. http://www.xilinx.com