DE2235932B2 - Verfahren und vorrichtung zur elektronischen erzeugung und wiedergabe von perspektivischen umgebungsbildern - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur elektronischen erzeugung und wiedergabe von perspektivischen umgebungsbildernInfo
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Description
Die Ei findung betrifft ein Verfahren zur elektronischen
Erzeugung und Wiedergabe von perspektivischen, auf den Standort eines Beobachters bezogenen,
aus vereinfachten, durch mathematische Funktionen π beschreibbaren Komponenten zusammengesetzten
Umgebungsbildern, bei dem die Parameter des Standortes des Beobachters in Form von Spannungssignalen in
Analogschaltungen eingegeben werden, die diese Spannungen entsprechend den malhcmaiische Funktionen
verändern und deren Ausgangssignale zur Erzeugung eines die Darstellung der Umgebungsbilder auf
dem Bildschirm eines Fernsehnionitors ermöglichenden Videosignais weiterverarbeitet werden sowie eine
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. 2;
Vorrichtungen, die nach derartigen Verfahren arbeiten, finden hauptsächlich im Zusammenhang mit dem
Sichtgerät eines Kraftfahrzeug- oder Flugsimulators usw. Verwendung, wobei es von besonderer Wichtigkeit
ist, auf einfache und kostengünstige Weise ein möglichst n,
realisitisches Umgebungsbild zu erzeugen, das insbesondere auch sich aus der wechselnden Lage bzw.
Geschwindigkeit des simulierten Fahrzeuges ergebende, komplizierte Umgebungsänderungen naturgetreu
wiedergibt. π
Bei einem bekannten Verfahren der eingangs beschriebenen Art (US-PS 34 18 459) werden die
Ausgangssignale der Analogschaltungen jedoch zunächst nur zur Erzeugung der v- und y-Ablenkspannungen
für eine Oszillographcnröhrc verwendet. Die -to
einzelnen Komponenten der darzustellenden Umgebungsbilder werden also mit einem Elektronenstrahl als
Ganzes auf den Bildschirm »geschrieben«; während des Übergangs von einer Komponente zur nächsten wird
dabei der Elektronenstrahl dunkel getastet. Um zu einer der Fernsehwiedergabe entsprechenden, zeilenweiscn
Aufbereitung der Bildinformation zu gelangen, werden die Umgebungsbilder in der oben beschriebenen Weise
auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre dargestellt und von dort auf optischem Weg durch
Vidikonröhren abgenommen, die dann ihrerseits die zeilenweise gerasterten, für die Wiedergabe auf einem
Fernsehmonilor geeigneten elektrischen Signale liefern.
Ein solches Verfahren ist jedoch außerordentlich aufwendig und birgt überdies das Problem, dai.i die
Steuersignale der Kathodenstrahlröhre mit den Horizontal- und Vertikalsynchronisationsspannungen des
Fernsehnionitors synchronisiert werden müssen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aulgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs geschilderten Art ho
so weiterzubilden, daß zu seiner Durchführung eine möglichst einfache, voll elektronische Anordnung
Verwendung finden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor. daß aus den llori/ontal- und Vertikalsynchronisations- h">
Signalen für den l'crnsehnionilor erzeugte, die
\-!-Koordinaten des Bildschirms als Funktion der Zeit darstellende Säge/ahnspannuiigs-Sigiiale den Analogschalliingen
als weilere Fingaiifissignale zugeführt und
gleich/eilig mit den die Koordinaten der llmgebimgsbildkomponenien
repriiseniierenden Alisgangssignalen dieser Analogschaliungen verglichen werden und dall
die die Vergleichsergebnissc charakterisierenden Signale
mit Hilfe von digitalen l.ogikschuliungen zusammen
gefaßt werden, deren Ausgangssignale zur llelltasiung der Bildsignalgeneratoren des Fernsehnionitors dienen.
Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren, bei dem
die Ausgangssignale der Analogschaltungen, die die \-l -Koordinaten der einzelnen Bildkomponenien darstellen,
in jedem Augenblick daraufhin untersucht werden, ob sie größer, gleich oder kleiner als die
momentanen Werte der integrierten .v- und /-Synchronisiersignale
des zur Wiedergabe benutzten Fernsehmoniiors sind und bei dem dann die diese Größenvcrhiiltnisse
kennzeichnenden Digitalsignale verwendet werden, um zu entscheiden, ob der Elektronenstrahl an
der betreffenden Stelle des Bildschirms hellzutasien ist oder nicht, werden die einzelnen Bildkomponenten
nicht als Ganzes »geschrieben«, sondern Zeile für Zeile gerade die Punkte des Bildschirms zum Leuchten
gebracht, an denen sich ein Teilbereich einer Bildkomponente befindet. Auf diese Weise werden mit einem
minimalen Aufwand die zur Erzeugung der Unigebungs· bilder erforderlichen elektrischen Signale unmittelbar in
einer für die Darstellung auf einem Fernsehmonilor gecignelen Form erhalten. Die Zwischenschaltung
irgendwelcher optisch-mechanischer Abtast- und Umsetzeinheiten ist nicht erforderlich.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also llmgebungsbilder erzeugt, die so weit abstrahiert
bzw. auf ihre wesentlichen Komponenten reduziert sind, daß sie sich auf einfache Weise mit Hilfe von
mathematischen Funktionen darstellen lassen, ohne daß der wirklichkeitsgetreue Eindruck für die einen
entsprechenden Simulator benutzende Person verloren geht. In diesem Simulator werden die vereinfachten
Bilder auf einem Schirm dargestellt, der in gewisser Entfernung vor der Vorderseite des sich bewegenden
Körpers angeordnet sein soll.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß es ausschließlich auf
elektronisch-mathematischen Prinzipien basiert und durch geeignete Programmierung und Ausgestaltung
der analogen Reehenschaliungen eine sehr große
Vielfalt und Flexibilität hinsichtlich der darstellenden Umgebungsbilder ermöglicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die Ausgestaltung einer Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Dabei ist insbesondere die Darstellung der verschiedenen Bildberciche in unterschiedlichen Farben von
Bedeutung, da dies die Wiedergabe von Nebel oder beginnender Dämmerung ermöglicht.
Auch die Simulierung von Roll-, Stampf- und
Schlingerbewegungen sowie die Einblendung eines das eben in Vorwärtsriehtungdurchfahrene Umgebungsbild
mit umgekehrter Bewegungsrichtung wiedergebenden »Rückspiegels« tragen zur Verbesserung der Wirklichkeitstreue
des elektronisch-mathematisch erzeugten Fernsehbildes bei.
Hie Erfindung wird im folgenden bekpielswcise
anhand der Zeichnung beschrieben: in dieser zeigt
l'iy. I eine erläuternde Darstellung eines Beispiels
eines I Jmgebungsbildes,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Straße /ur !-!Häute-
rung des Verfahrens zur Gewinnung von Gleichungen,
welche die Grenzlinien der Bildbereiche darstellen.
I'ig. J eine Seitenansicht der in I'ig. 2 gezeigten
Sι ruße.
I'i g. 4Λ eine Darstellung zur Erläuterung eines
I Imgcbungsbildes. welches eine kur\ ige Straße enthält.
I" ig. 415 ist eine Draufsicht auf ilen in l'ig. 4Λ
gezeigten Straßcnzug,
I-'ig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
der erfindiingsgemäßen Anlage.
I·' i g. 6 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Darstellung des blauen Himmels, der
Straße und grüner Fläeheiibereiche,
F i g. 7 ein Blockschaltbild einer erfindungsgcmäßen
Schaltung zur Darstellung der Leitplanken der Straße,
F i g. 8 ein Blockschallbild einer erfindungsgemäßen
Schaltung zur Darstellung einer kurvigen Straße,
F-" i g. 9 die Methode der Koordinatentransformation
bei Lageänderungen des sich bewegenden Körpers,
F i g. 10 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Durchführung der Koordinatentransformation.
F i g. Il die Bildwiedergabe im Falle eines Tunnels,
die
l'ig. 12 bis 15 Blockschaltbilder erfindungsgemiißer
Schaltungen zur Darstellung eines Tunnels.
l'ig. Ib Bilder für eine in einem Einschnitt geführte
Straße.
Fig. 17 ein Blockschaltbild einer erfindungsgcmäßen
Schaltung zur Darstellung eines Siraßcncinschnitts. die
Fig. 18 und 19 eine Straßenfahrt und eine Slraßenausfahrt,
Fi g. 20 ein Blockschaltbild einer erfindungsgcmäßen
Schaltung zur Darstellung des Rückblicks auf eine Straße.
l'ig. 21 die Anwendung der Erfindung in einem K raft fahrzeugsimulator,
F i g. 22 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Simulation des Fahrvcrhaltens eines Kraftfahrzeuges.
Die von einem sich bewegenden Körper aus gesehenen Umgcbungsbilder sind unterschiedlich und
kompliziert und es ist nahezu unmöglich, sie durch künstliche Mittel mit Hilfe digital und/oder analog
arbeitender Schaltungen perfekt darzustellen. Es ist daher üblich, die Bilder so weit zu vereinfachen, wie es
ohne Verlust der Wirklichkeitstreue möglich ist. Ein Bild, welches durch irgendeine »sehende« Einrichtung
wie z. B. die Augen des Fahrers an Bord eines sich bewegenden Körpers, wie beispielsweise eines auf einer
beidseitig mit Leitplanken versehenen Straße fahrenden Automobils erfaßt wird, kann in der Weise vereinfacht
werden, daß man es gemäß Fi g. 1 in von geraden oder
gekrümmten Linien begrenzte farbige Bereiche aufteilt, beispielsweise den blauen Himmel 1, die graue Straße 2.
die grünen Flächen 3 beidseitig außerhalb der Straße 2. die beidseitig lungs der Straße durch weiße Linien
definierte Leitplanken 4, die Stützen 5 für die Leitplanken usw. Ls sei nun angenommen, daß das
derart vereinfachte Bild auf einem Schirm .V (im folgenden »imaginärer Schirm« bezeichnet) projiziert
werden, der in einem Absland .1J vordem Beobachlungspunkt
/' auf dem beweglichen Körper angeordnet sei. wie es in den F" i g. 2 und i gezeigt ist.
Zur Lrzeiigung ties auf dem imaginären Schirm .S'
eines Farbfernsehmonilors darzustellenden Bildmuslers werden zunächst die Gleichungen der Grenzlinien
gebildet, welche die larbigen Bereiche des Bildes aiii
dem imaginären Schirm \ hejjren/cn. Als I Irspruii).' 0
ties \-\ -Koordinatensystems auf dem Schirm .S" wird eil
Punkt gewühlt, der einem unendlich vor dem bewegli
chen Körper liegenden Punkt entspricht. Line Linie au dem Schirm, die dem vorneliegenden I lorizont f
entspricht, bildet die \-Achse und eine diese Achse air
Ursprung 0 schneidende senkrechte Linie bildet clic ι -Achse.
Die Grenzlinie zwischen dem blauen I limniel und den
anderen Bereichen ist tier Horizont 6, und somit ist die
Gleichung tier dem I lorizont 6 entsprechenden geraden
Grenzlinie auf dem imaginären Schirm:
V = O. (1)
Die Gleichung der geraden Linien auf dem imaginärer Schirm, welche den Grenzlinien 7 und 8 zwischen dei
Straße 2 und den grünen Flächen 3 entsprechen, könnet aus den F i g. 2 und 3 hergeleitet werden. Für die linkt
Seitenlinie 7 der Straße ergibt sich:
R-D
und für die rechte Seitenlinie der Straße ergibt sich:
Χ = Χι = Γγ-)·· Ρ)
wobei Vi und \_> die .v-Koordinalen auf dem imaginärer
Schirm sind, wenn Teile der linken und rechter Grenzlinien 7 und 8 in gewissem Abstand / vor deir
Beobachlungspunkt /' auf den imaginären Schirir
projiziert sind. Die Größe Λ ist die Höhe de; Bcobachlungspunktes über der Straßenfläche, R ist die
Breite der Straße und D ist der Abstand zwischen dctr
rechten Rand der Straße und dem Bcobachtungspunki auf dem beweglichen Körper. Durch Beeinflussung der
Größe D mittels des Lenkrades des Kraftfahrzeugsimulators können die sich bei seitlicher Verschiebung de;
beweglichen Körpers ergebenden Änderungen des aiii dem imaginären Schirm projizieren Bildes auf dcir
Schirm des Farbfernschmonitors dargestellt werden.
Die farbigen Bereiche des Bildes auf dem imaginärer Schirm lassen sich daher folgendermaßen beschreiben:
Blauer Himmel y > 0. (4)
Straße x, < χ < X2 y
< 0. (5)
Grenzlinie zwischen Straße und grüner Fläche
χ — X|, .\ = X2, y
< 0. (6)
grüne Flüchen χ < χ, oder χ >
X2, .V < 0. (7)
Wenn andererseits angenommen wird, daß die linke
Randlinie T und die rechte Randlinic 8' zwischen tlci
Straße und den grünen Flächen längs der in F i g. ^ gezeigten Kurven verlaufen, werden sie nicht durch die
Gleichungen (2) und (3). sondern durch folgende Gleichungen ausgedrückt:
wobei t!i(y') ein mullinominaler Ausdruck von y' ist
und
"i.v' + "2.I''2 H- ".1.I1''
K2O1') H- l>
wobei g2(v) ein mullinominaler Ausdruck von y' und Schirm enisprechend dem /i-ien Pfosten der Lcilplanki
(ge/ähll ab dem Pfosten, der dem imaginären Schirm an
,, i nächsten isl) folgendermaßen:
fo(.v') = «l.V + ii2.i''~ + a}y'· +.
In diesem Fall wird das auf dem imaginären Schirm zu
projizicrende Bild der gekurvten Straße nach einer ähnlichen Berechnungsmethode wie oben folgendermaßen
ausgedrückt:
linke Randlinic 7' der Straße
Pfosten links
x = Xpi =
{η - l)b0 + b + a
(n-l)bo + b + a
Pfosten rechts
Pfosten rechts
(η- \)bo + b + a
rechte Randlinie 8' der Straße
ah\
•=-fft(-7>) + z>^<0·
(3') 20 (n-l)bo
(H-I)O0
h<y„i<
D.
n- l)bo
Λ - K) (H)
(1-3)
Somit gilt für die Straßenfläche
J\(y) <x<fi(y) 3'<o
abweichend von Gleichung (5), und für die grünen Flächen siilt
λ <J\(y) oder χ
> J2(y) v<0
abweichend von Gleichung (6).
abweichend von Gleichung (6).
JO
Die Größe D in den Gleichungen (2) und (3) ist der j>
Abstand zwischen dem beweglichen Körper und dem rechten Straßenrand, und durch Beeinflussung dieser
Größe kann die durch seitliche Auslenkung des beweglichen Körpers auf den imaginären Schirm
hervorgerufene Änderung auf dem Schirm des Färbfernsehmonitors
dargestellt werden.
Die Gleichungen gerader Linien auf dem imaginären Schirm, die dem oberen Rand der Leitplanken 4
entsprechen, lassen sich aus den Fig. 2 und 3 folgendermaßen ableiten: -r>
linke Leitplanke
rechte Leitplanke
R-D
(8)
(9)
Wobei Xp ι die v-Koordinale (auf dem imaginären
Schirm) eines Punktes des oberen Randes der linken Leitplanke ist, der in einer Lnllernung von Ig vor dem m>
ßeobachtungspiinkl P liegt, während \y... die .v-Koordiiiate
eines Punktes des oberen Randes der rechten Leitplanke im selben Abstund ist. /;„ ist die Höhe der
oberen I .eitplankenränder über der Straßenfläche.
Wenn angenommen wird, daß die Pfosten 5 für die i,r,
Leitplanken 4 regelmäßig in gleichbleibenden Absländen Λ, längs der Straße 2 angeordnet sind, dann isl die
Gleichung für das l.inieiisiik'k auf dem imaginären
Wobei α·,, ι und/,, ι die ,v-j'-Koordinaten sind, wenn dci
Pfosten der linken Leitplanke, der im Abstand vor l=(n-\) ■ b+bi\ + n.(n= 1,2...) vordem Beobachtungspunkt
P liegt, auf dem imaginären Schirm dargestelli wird, und wobei a-,,2 und yP2 die entsprechenden Werte
für den rechten Pfosten in derselben Entfernung sind.
Bei gerader Straße 2 erscheint die Änderung des aiii
dem imaginären Schirm projizierten Bildes als Bewegung der Leitplankenpfosten, wenn· der bewegliche
Körper, der im folgenden als »Fahrzeug« bezeichnel wird, mit einer Geschwindigkeit V längs der Straße
fährt. Da bei fahrendem Fahrzeug unter den Parametern in den Gleichungen 10 bis 13 nur der Parameter L
geändert wird, der dem Abstand zwischen dem imaginären Schirm und dem ihm am nächsten liegenden
Pfosten entspricht, kann die Änderung des auf dem imaginären Schirm projizierten Bildes, die sich beim
Fahren des Fahrzeugs auf der Straße mit einer Geschwindigkeit V ergibt, auf dem Schirm eines
Farbfemschmonilors dargestellt werden, indem man b=\Vdt setzt und b mit der Zeil periodisch innerhalb
des Bereichs0<b<O0ändert.
Nachstehend wird anhand der Fig. 5, 6 und 7 ein
Ausführungsbeispiel einer Einrichtung erläutert, welche die durch die oben beschriebenen Gleichungen ausgedrückten
Umgebungsbildcr auf dem Schirm eines Farbfemschmonilors darstellt.
Zur Darstellung des durch die Gleichungen ausgedrückten Umgcbungsmiistcrs auf dem Schirm eines
Farbfernschmonitors müssen die .v-y-Koordinatcn des
imaginären Schirms in Zcilabstände zu einem Synchronisiersignal umgesetzt werden, weil beim abtastenden
Fernsehen Streckenkoordinaten eine Funktion der Zeil
sind. Zur Abtastung ties /um Beispiel in F i g. 1 gezeigten
Bildes auf dem imaginären Schirm führt man die Horizontalablasümg um die v-Koordinale in Richtung
von minus nach plus und die Vertikalablaslung um die .»•-Koordinate in der Richtung von plus nach minus.
Wie in F i g. 5 ge/eigl, werden die liewegungs/ustände
(seitliche Auslenkung /J und Geschwindigkeit l^des
Fahrzeuges 9 in einen Umgcbungsbild-Signalgcneralor
K) eingegeben, der analoge elektronische Schaltungen und logische Schaltungen enthält, die gemäß den
vorerwähnten Gleichungen des Bildmusters verknüpf! sind. Die eingegebenen Werte werden in zeitliche
Längen elektrischer Signale entsprechend den riii
chen Bereichen und synchron mit Horizontal- und Vertikalsynchronisiersignalen aus einein Synehronisierungsgeneratoi"
14 umgesetzt, um die Farbsignalgeneratoren Il entsprechend den Zeitlängcn zu steuern. Die
Farbsignale werden einem Farbsignalmodulator 12 und dann dem Farbfernschmonitor 13 zugeführt, auf
welchem das Umgebungsbild dargestellt wird.
Eine Methode zum Zusammensetzen und Darstellen des blauen Himmels, der Straße und der grünen Flachen
wird nachstehend im einzelnen anhand der I" ig. 6 beschrieben.
Als erstes werden die \->-Koordinaien des imaginären
Schirms S, der das Umgcbungsbild enthält, in Spannungswerte als Zeitfunktion einer Siige/.ahnwelle
umgesetzt. Hierzu wird für die X-Koordinate eine mit dem Horizon ta !synchron isiersigna I synchronisierte
Rechteckwelle an einen Integrator (I) gegeben, während für die y-Koordinate eine mit dem Vertikalsynehronisiersignal
synchronisierte Rechteckwelle auf einen anderen Integrator (II) gegeben wird. Die Spannungswerte
werden einer analogen elektronischen Schaltung zugeführt, die gemäß den Gleichungen des Umgebungsbildes aufgebaut ist, wie dargestellt und beschrieben. In
den Figuren bedeutet »r,« die Abtaslzeit von links nach rechts und »r,« die Abtastzeil von oben nach unten auf
dem Farbfernsehschirm.
Für den Bildbereich des blauen Himmels wird das Ausgangssignal Y des Integrators (II) mit y = 0 in
einem Vergleicher (I) übereinstimmend mit Gleichung (4) verglichen. Wenn dieser Vergleich das Ergebnis
y > liefert, dann ist der Ausgang Q\ des Vergleichers (I) ein elektrisches Signal, dessen Breite dem blauen
Himmelbcreich entspricht. Wenn der genannte Vergleich das Ergebnis y
< 0 liefert, dann ist der Ausgang (?! ein elektrisches Signal, welches den Bereich unter
dem Horizont darstellt. Durch das Ausgangssignal Qi wird über das logische UND-Glied (I) eine Torschaltung
(I) gesteuert, um das Ausgangssignal eines Blausignalgencrators zum Farbsignalmodulator durchzulassen
und dadurch den blauen Himmelbereich auf den Farbfernsehmonitor darzustellen.
Der Bereich der Straße 2 und die grünen Flächen 3 werden in der folgenden Weise erzeugt. Das Ausgangssignal
Ydes Integrators (II) wird gemäß Gleichung (2)
mit Mh durch ein Potentiometer (I) multipliziert und anschließend in einem Multiplikator (I) mit der
seitlichen Auslenkung (R- D) multipliziert, die einer der Bewegungszustände des Fahrzeuges ist. Hicdrucii wird
ein elektrisches Signal Xi erhalten, welches \| entspricht.
Das Signal Xi wird mit dem Ausgangssignal -V des Integrators (I) in einem Vergleicher (II) verglichen.
Wenn Xi > X ist, erscheint am Ausgang Q: des
Vergleichers (II) ein elektrisches Signal, und wenn .Vi
< X ist, dann erscheint am Ausgang Q: dieses Vergleichen ein Signal. Andererseits erhält man das
Signal Λ'.· durch Multiplikation der seitlichen Auslenkung — I), die der Abstand zwischen dem Fahrzeug und
dein rechten Straßenrand und der andere Bewegungszustand des Fahr/enges ist. mit dem Wert I//1 ■ V in
einem Multiplikator (II) entsprechend Gleichung (J). Das Signal .Vj wird mit dem Ausgangssignal .V des
Integrators (I) in einem Vergleiche!· (Ill) verglichen. Wenn Λ · >
.V ist, wird am Ausgang Qi des Vergleichers (III) ein Signal erzeugt, und wenn Aj ν A ist, dann
erscheint am Ausgang Q\ theses Vergleichen ein
elektrisches Signal. Da das elektrische Signal, dessen Breite der durch die (lleichung Ci) ausgedrückten Straße
entspricht, durch Bildung des logischen Produkts der Signale Q; und Qs mittels einer logischen UND-Schaltung
(II) erhalten wird, öffnet das Ausgangssignal dieser logischen UND-Schaltung (II) eine Toschaltung (II), um
das Ausgangssignal eines Grausignalgenerators zum ■ι Farbsignalmodulator durchzulassen, so daß der Straßenbereich
auf dem Farbfernsehmonitor dargestellt wird. Gleichzeitig wird die logische Summe der
Ausgangssignale ζϊ_> und Qt in einer logischen ODER-Schaltung
(I) gebiltlel. Das logische Produkt tier
κι Aiisgangssignale _der ODER-Schaltung (I) mit dem
Ausgangssignal Qi des Vergleichers (I) durch die
logische UND-Schaltung (III) gebildet, wodurch ein .Signal erhalten wird, dessen Breite den von tier
Gleichung (7) ausgedrückten grünen Bereichen ent-
|-, spricht. Das Ausgangssignal der UND-Schaltung (111)
öffnet eine Torschaltung (III), um das Signal vom Grünsignalgcnerator zum Farbsignalmodulator durchzulassen
und somit die grünen Bereiche auf dem Farbfernsehmonitor darzustellen. Zu dieser Zeit, wenn
die den Multiplikatoren (I) und (II) zugelührten seitlichen Abweichungen (R-D)und —D ties Fahrzeuges
gesteuert werden, kann die durch die seitliche Auslenkung des Fahrzeuges erzeugte Änderung des auf
dem imaginären Schirm befindlichen Bildes auf dem
2~> Schirm des Farblernsehmonitorsdargestellt werden.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wird zur Darstellung des oberen Randes der linken Leitplanke das Ausgangssignal
V des Integrators (II) gemäß der Gleichung (8) mit dem Wert 1/Λ — Λο durch ein Potentiometer (II)
in multipliziert. Das Ergebnis wird durch den Multiplikator
(Hl) mit der seitlichen Abweichung (R-D) des Fahrzeuges multipliziert, um ein dem Wert für V1.ι
entsprechendes elektrisches Signal X^ zu erzeugen. Dieses Signal wird in einem Vergleichet" (IV) mit dem
r> Ausgangssignal X des Integrators (I) verglichen. Wenn X=X^i ist, liefert der Vergleichet· (IV) ein Ausgangssignal
Qa, welches einen Monosiabilen Multivibrator (I) auslöst, um einen Impuls zu erzeugen, dessen zeitliche
Länge der Breite des oberen Randes der Leitplanke
■κι entspricht. Dieser Impuls läuft durch die logische
ODER-Schaltung (II) zur logischen UND-Schaltung (IV), um sein Produkt mit dem Ausgang Qi des
Vergleichen (I) zu erhalten. Der Ausgang dieser logischen UN D-Schaltung (IV) öffnet eine Torschaltung
■r> (IV), um das Signal von einem Weißsignalgenerator zum
Farbsignalmodulator durchzulassen und somit die obere Kante der linken Leitplanke auf dem Fcrnschmonitor
darzustellen.
In ähnlicher Weise geschieht die Darstellung der
"κι oberen Kante der rechten Leitplanke auf dem
Fernsehmonitor durch Multiplikation des Ausgangs M(h-ha) ■ V des Potentiometers (II) mit der seitlichen
Abweichung — D des Fahrzeuges in einem Multiplikator (IV) gemäß Gleichung (9), um ein dem Wen .v^j
Vi entsprechendes elektrisches Signal Λ\.,>
zu erhalten. Dieses Signal und das Ausgangssignal A ties Integrators
(I) wird in einem Vergleicher (V) verglichen, so daß dieser ein Ausgangssignal Q, erzeugt, wenn A =X,.j ist.
Dieses Ausgangssignal Q, lösi einen monosiabilen
Wi Multivibrator (II) aus, um einen Impuls zn erzeugen,
dessen Breite tier Breite tier oberen Kante der Leitplanke entspricht. Außerdem wird in der ODER-Schaltung
(II) die logische Summe tier Aiisgangssignale tier monosiabilen Multivibraloren (I) und (I I) gebildet. In
i,'i tier logischen UND-Schaltung (IV) wird dann das
logische Produkt ties Ausgangssignals dieser ODER Schaltung (II) mit dem Ausgangssignal Q\ des Vergleichers
gebiltlel. Das Ausgangssignal der I IND-S.'halliing
(IV) client tier Öffnung einer Torschaltung (IV), um das
Signal vom Weißsignalgeneralor an den Farbsignalmodulator durchzulassen und somit die Oberkante der
rechten Leitplanke auf dem Rirbfernselimonitor darzustellen.
Die bildliche Darstellung der l.eitplankenpfosien auf
dem Fernsehmonitor geschieht auf folgende Weise. Ks wird zunächst tier dem imaginären Schirm .V am
nächsten liegende Pfosten betrachtet, d.h. /J=I.
Zunächst wird für den linken Pfosten gemäß Gleichung (10) mittels einer Dividierschaltung (I) tier Wen
—(R- D)/(b + ii) ausgrerechnet. Das Ergebnis wird mit
:i im Poienliomeier (II) multipliziert, um ein de.ni Wert
\,,i entsprechendes elektrisches Signal Α,,ι zu erzeugen.
[Dieses Signal wird in einem Vergleiche!· (Vl) mit dem Ausgangssignal A'des Integrators (I) verglichen. Wenn
.V = A',,ι ist. liefen der Vergleicher an seinem Ausgang
Qh ein elektrisches Signal, welches den nionostabilen
Multivibrator (III) auslöst. Lim einen Impuls zu erzeugen,
dessen Breite der Dicke des Pfostens entspricht. Gemäß der Gleichung (12) ist jedoch der Bereich der
y-Koordinate, in welchem der Pfosten liegen kann, begrenzt. Es wird daher zuerst der Wert — \l(b+;i)
ausgerechnet, indem mittels tier Potentiometer (I V) und
(V) die Größen ;/ und /ι mit — \l(b + ;i) multipliziert
werden. Dann wird der Wert
-ah
in einem Vergleiche!· (VII) mit dem Ausgang V des Integrators (II) verglichen. Wenn Y>—n ■ h/(b+;i)\si.
liefert der Vergleicher (VII) ein elektrisches Signal an seinem Ausgang Qi. In ähnlicher Weise wird durch die
Dividicrschaltung (II) und die Potentiometer (IV) und (Vl) der Wert —a(h— h»)l(b+n) ausgerechnet, und der
Ausgang V des Integrators (II) wird im Vergleicher
(VIII) mit diesem Wert verglichen. Wenn V ä -ii(h-hn)/(b + ii)\su liefert der Vcrglcieher(VIH) ein
elektrisches Signal an seinem Ausgang ζ^. Daher wird
ein elektrisches Signal erhalten, welches den durch die Gleichungen (10) und (11) beschriebenen Bereichen
entspricht, indem durch die logische UND-Schaltung (V)
ein logisches Produkt des Ausgangssignals des monostabilenJVIultivibrators
(111) mit den Ausgangssignalen Q7
und Qx der Vergleicher (VIl) und (VIII) gebildet wird.
Dieses elektrische Signal wird durch eine ODER-Schaltung (III) zu einer Torschaltung (V)gcgeben. um das
Ausgangssignal des Weißsignalgeneralors zum Farbsignalmodulator in Fig. 6 durchzulassen und somit auf
dem Fernsehmonitor einen weißen Pfosten für die Leitplanke darzustellen.
Für den rechten Pfosten wird auf ähnliche Weise gemäß Gleichung (12) mittels einer Dividicrschaliung
(III) und dem Potentiometer (VlI) ein elektrisches Signal
A',,: ausgerechnet, welches dem Wert \n>
en !sprich l. Dieses Signal wird mit A' in einem Vergleicher (IX)
verglichen. Wenn X=X1,, ist, liefert tier Vergleiche!·
(IX) ein Signal an seinem Ausgang Qi. und dieses Signal
löst einen monostabilen Multivibrator (I V) aus. um einen Impuls zu erzeugen, dessen Breite tier Dicke des
Pfostens entspricht. Wenn das elektrische Signal vom
Ausgang Q- des Vergleichers (VII) und tlas Ausgangssignal
Qh ties Vergleichers (VIII), tieren zeitliche Längen
den ,!-koordinaten gemäß Gleichung (11) oder (II)
entsprechen, und der obenerwähnte Impuls einer logischen I IND-Schalliiiig (Vl) zugeführt werden, erhall
man ein elektrisches Signal, welches ilen durch die Gleichungen (12) und (IJ) beschriebenen Bereichen
entspricht. Dieses elektrische Signal öffnet die Torschaltung (V) über eine ODF.R-Schaliung (III), um tlas
Ausgangssignal ties Weißsignalgenerators zum Farbsi- -, gnalmodulator in F i g. 6 durchzulassen und somit einen
weißen l.eitplankenpfosien auf dem Farbfernsehmoniloi"
darzustellen.
Wenn man tlas Signal /> + ;/. welches zu dieser Zeil den
Divitlierschallungen (I). (II) und (III) einzugeben isi,
in (.lurch Integration tier Fahrzeuggeschwindigkeil V im
Bereich 0 > /> < />,, im Integrator (I II) und Addition ties
Ergebnisses mit .-/ im Addierer (I) erhält, kann die
Änderung des Mildes infolge der Bewegung des Fahrzeuges mit tier Geschwindigkeit U'aul'dem Schirm
r> ties I arblernsehmonitors dargestellt werden.
Das Bild des dem imaginären Schirm am zwciinächsien
liegenden Pfostens (d.h. /j = 2) kann mit derselben Schallungskombination wie oben erzeugt werden,
indem man die durch die Dividierscluiliungen (I). (II) iintl
2'.) (II!) durchgeführte Teiluugsoperation (b + ;i)durch eine
Teilungsoperation (b„ + b + .fjersetzt.
In ähnlicher Weise können die Bilder der weiter vom imaginären Schirm entfernten Pfosten auf dem Fernsehmonitor
dargestellt werden, indem man dieselbe
:") Schaltungskombination verwendet und dabei /J = 3.4
setzt und die Teilungsoperation der Dividierschallungen mit 2b,, + b+;i, 3b„ + b+;i.. .durchführt.
Wenn das Bild einer gekurvten Straße auf dem Farbfernsehmoniior darzustellen ist, können statt des in
κι Fig. h gezeigten Potentiometers (I) und statt der
Multiplikatoren (I) und (II) die in Fig. 8 gezeigten Funktionsgeneratoren (I) und (II) verwendet werden.
Der Funktionsgenerator (I) erzeugt ein elektrisches Signal F\(Y) entsprechend der Gleichung (2'), und der
π Funktionsgenerator (II) erzeugt ein elektrisches Signal
Fi(Y) entsprechend der Gleichung (3'). Diese Signale werden in den Verglciehcrn (X) und (XI) mit dem
Ausgangssignal A des Integrators (I) verglichen. Der Vergleicher (X)_erzeugt ein elektrisches Signal an
■ίο seinem Ausgang Qw, wenn X
< F\(Y), und ein Signal an seinem Ausgang Qin, wenn X
> F1(Y). Der Vergleiche!" (Xl) erzeugt ein Signal an seinem Ausgang Qn, wenn
A < Fi(Y), und ein Signal an seinem Ausgang Q \. wenn
A' > Fi ist. Ein elektrisches Signal, dessen zeilliche
ji Breite dem durch die Gleichung (5') beschriebenen
Bereich der gekurvten Straße entspricht, wird erhallen durch Bildung eines logischen Produktes der Ausgangssignale
Qw und Qn und des Ausgangssignals f)<
des Vergleichers (I) in einer UND-Schaltung (VII). Dieses
■■so Signal mit einer dem gekurvten Straßenbereich
entsprechenden Breite öffnet eine Torschaltung (Vl), um tlas Ausgangssignal des Grausignalgenerators zum
Farbsignalmodulatoi" durchzulassen und somit den gekurvten Straßenbereich auf dem Fernsehmoniior
ν, darzustellen. Andererseits wird tue logische Summe tier
Ausgangssignale Qn, und Qti mittels der ODER-Schaltung
(IV) erhalten, und das Produkt dieses Summen signals mit dem Ausgangssignal Qt wird in der logischen
UND-Schaltung (VIII) gebildet. Der Ausgang der
hii I IN D-Scha I lung (VIII) ist ein elektrisches Signal, dessen
Breite den durch die Gleichung (ti') ausgedrückten grünen Bereichen entspricht. Das auf diese Weise
erhaltene Signal öffnet eine Torschiiliiing (VII), um tlas
Signal ties Grünsignalgeneralors zum Farhsignalinodu-
hi laloi" durchzulassen iintl somit die grünen Bereiche aiii
dem I''arbfcruschmonitor darzustellen.
Zu diesem Zeitpunkt, kann die hei Bewegung ilcs
Fahrzeuges erfolueinle Aiulcnun; ties aiii dem iniai'inii
ren Schirm befindlichen Bildes auf dem l'arbl'ernsehmonilor
dargestellt werden, indem die in den Funklionsgeneratoren
(I) und (II) enthaltenen Parameter entsprechend der seitlichen Auslenkung usw. des Fahrzeuges
gesteuert werden.
Es wird nun beschrieben, wie Änderungen des Umgebungsbildes. die sich aus Änderungen eier Lage
des Fahrzeuges ergeben, auf dem Farbfcrnsehmonitor dargestellt werden.
Lageänderungen sind Schlingern (Fig. 9A). Stampfen to
(Fig. 9B) und Kursabweichungen (Fig. 9C) oder irgendeine Kombination dieser Bewegungen.
Zunächst werden die Bildänderungen auf dem imaginären Schirm behandelt, die sich beim Schlingern
ergeben. Das Schlingern läßt sich ausdrücken durch eine r>
der Fahrzeugbewegung folgende Drehung der ν'— ι '-Koordinaten auf dem imaginären Schirm bezüglich tier
vorerwähnten \— !-Koordinaten auf dem imaginären Schirm, die sich bezüglich der Straßenoberfläehe nicht
bewegen. Die Angabe des in F i g. 9A gezeigten -'" Schlingerwinkcls θ reicht aus, tun das \ — !-Koordinatensystem
in das \'—\ '-Koordinatensystem zu überführen.
Diese Koordinatentransformation erfolgt nach Vorschrift: x' = xcos W + j'sinö- (T)
)·' = -xsin0 + COS0-
Im vorliegenden Fall ist der Schlingerwinkcl (-) sehr jo
klein, so daß O = O gesetzt werden kann, wodurch die Transformation folgendermaßen beschreiben wird:
x' = χ + y&
y' = - χθ + y
(14)
wobei H in Uhrzeigerrichtung positiv ist.
Der Stampfwinkcl <\ ist ebenso wie der Schlingerwinkel
sehr klein und vernachlässigbar (λ = 0), so daß nur
die Vertikalbewegung des Horizonts bemerkenswert ist, w während andere Änderungen nicht so groß sind. Fs
reicht daher zur Darstellung der durch das Stampfen hervorgerufenen Bildänderungen auf dem imaginären
Schirm aus. wenn man lediglich die Vcrtikalbewegung des Horizonts berücksichtigt. Der Bildteil auf dem -r>
imaginären Schirm, der einem vom Bcobachtungspunkt unendlich weit entfernten Ort entspricht, wird, wie in
Fig. 9B gezeigt, in der Richtung der y-Achse um den
Betrag Vd= +<■( ■ λ verschoben, wobei λ in Abwärlsrichtung
als positiv angenommen wird.
Fs ist daher ausreichend, den Ursprung (0,0) parallel auf (0, ;i · Oi) zu verschieben, d. h. es ergeben sich
folgende Transformationsgleichungen:
χ = x.
y = y — a ■ a.
(15)
Die sich bei Kursabweichungen (Gieren) ergebenden Bildänderungen auf dem imaginären Schirm entsprechen
gemäß F i g. 9C einer Verschiebung des Ursprungs t>o
um ,Yd = .■/ tan Φ, wobei Φ der Kursabweichungswinkel
ist. Man braucht daher nur den Ursprung auf (;i tan Φ, 0)
zu verschieben, d. h. für die neuen Koordinaten gilt:
X=X
■ aVdn<!>-
(T)
y = y.
Der Schnittpunkt des l.inienslücks des rechten
Der Schnittpunkt des l.inienslücks des rechten
Randes der Straße und des imaginären .ichirms änclrr
sich bei einer Kursabweichung von (D, h) inü (O/cos φ
h) wegen der Bezeihung Xi = D/cos Φ. Daher ergibt siel
für die Gleichung, die das Linienstück des rechter Randes der Straße ausdrückt:
χ =
-D
h cos Φ'
Unter der vereinfachenden Annahme '/' = 0 wird co: Φ= I und tan Φ = Φ so daß die obengenannte Gleichung
folgendermaßen vereinfacht wird:
= — τ- y' (vgl. Gleichung 2).
Für die sich aus Kursabweichungen ergebender Bildänderungen genügt die folgende Koordinatentrans
formation:
χ' = χ — αΦ
y' = y
Um die obenerwähnten Änderungen des Umgebungsbildes.
die sich aus Lageänderungen des Fahrzeuges ergeben, auf dem Farbfcrnsehmonitor darzustellen,
braucht man nur die in Fig. 10 gezeigten analogen elektronischen Schallungen zur Koordinatentransformation
mit den Ausgangssciten der in F i g. 6 gezeigten Integratoren (I) und (II) zn verbinden.
In den analogen Schaltungen werden die Ausgangssignalc
X und V der Integratoren (I) und (II) in den Multiplikatoren (111) und (IV) mit Φ multipliziert, und der
Ausgang des Integrators (I) und des Multiplikators (IV) wird einem Addierer (II) zugeführt, während gleichzeitig
das Atisgangssignal Y und das im Inverter (I) invertierte Ausgangssignale des Multiplikators (111) dem
Addierer (III) zugeführt wird, um die Koordinatentransformation gemäß Gleichung (14) durchzuführen. Um die
für das Stampfen geltende Koordinatentransformation durchzuführen, wird in Übereinstimmung mit Gleichung
(15) die Größe λ durch einen Inverter (II) invertiert und
durch ein Potentiometer (VIII) mit ,·/ multipliziert
worauf das Ergebnis dem Addierer (111) zugeführt wird Zur Koordinatentransformation für die Kursabwci
chung wird in Übereinstimmung mit Gleichung (16) dci
Wert Φ durch einen Inverter (111) invertiert und durcl·
das Potentiometer (IX) mit α multipliziert, worauf da; Ergebnis dem Addierer (II) zugeführt wird. Durcl
Anlegen der hiermit erzeugten elektrischen Signale X und V an die in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigter
Einrichtungen wird es möglich, die erforderlicher Koordinateniransformationen durchzuführen, um au
dem Farbfernsehmonitor die Änderungen des Umge bungsbildes bei Lageänderungen des Fahrzeuge:
darzustellen. Hierauf können die gleichen Prozesse wk oben beschrieben ablaufen.
Ein Verfahren zur Zusammensetzung und Darstellung anderer Umgebungsbildcr für Straßen wie z. B. Tunnel
Einschnitte und Ein- u. Ausfahrten von Schnellstraße! usw. wird nachstehend beschrieben.
Zunächst wird der !-"all eines Tunnels behandelt. wi< er in Fig. I IΛ dargestellt ist. Das in F i g. 11 B gezeigt!
Bild des Innneren des Tunnels wird mathematiscl ausgedrückt. Die Linie, welche die linke Seite der Straßi
18 im Inneren des Tunnels von der linken Tunnclwanc
trennt, hat folgende Gleichung:
R-D
x = x« = —L—
Gleichungen ausdrücken:
Oberseite
Oberseite
(17)
und die entsprechende Linie -.uf der rechten Seite hat
die Gleichung:
Unterseite
(18)
Hl
Die Linie zwischen der linken Seite der Tunneldeckc 20 und der Tunnelwand hat die Gleichung: linke Seite
χ = X71 —
R-D H-h
y.
(19)
und die entsprechende Linie auf der rechten Seite hat
die Gleichung:
x = xn =
H-h
y.
(20)
wobei H die Höhe der Decke über der Straßenfläche ist. Somit gilt für die Bildbereiche des Tunnelinneren
folgendes:
Straße im Tunnel x(1 <
χ < xa , (21)
linke Tunnelwand χ < x,1; χ
< x71. (22)
rechte Tunnelwand χ > x,2, χ
> Χτ2· (23)
Tunneldecke X71 <
χ < χΓ2. (24)
Lampen 21, deren jede eine Länge da hat und die oben an den Tunnelwänden in gleichbleibenden Abständen cn
an den Trennlinien zwischen der Decke 20 und den Seitenwänden 19 erscheinen, werden durch die Gleichungen
(19) und (20) ausgedrückt. Die n-tc Lampe vor dem Kraftfahrzeug nimmt folgenden Bereich der
y-Koordinate ein:
a(H - h)
i'ln =
c + (n- I)C0 + (H-I)Ci0 + a
a{H - h)
c + (n - I)C0 + η ■ df, + a
(25)
(26) (27)
C=-
= C0- j
Kdi.(28)
r>
43
50
wobei c der Abstand zwischen dem imaginären Schirm und der diesem am nächsten liegenden Lampe ist.
Die sich bei einer hahrzeugbewegung längs der Straße mit der Geschwindigkeit Vergebende Änderung
des Bildes folgt dem Ansatz:
55
Sie läßt sich somit ausdrücken durch zeitlich periodische Änderung des Wertes c innerhalb eines
Bereichs 0 < c <cu + df).
Wenn der Tunneleingang 16, wie in Fig. 11A gezeigt,
rechteckige Form hat. läßt er sich durch folgende
rechte Seite
Somit gilt für den Bereich, innerhalb dessen da; Tunnelinncre erscheint, folgendes:
>'<■ < y
< yE,
xm < χ < xE2 .
JO Die Annäherung an den Tunneleingang mit dei
Fahrzeiiggcschwindigkeit V läßt sich dadurch ausdrücken,
daß man die Größe /,, d. h., die Entfernung zwischer dem Tunneleingaiig und dem Kraftfahrzeug in der
Gleichungen (29) bis (32) folgendermaßen einsetzt:
Vdt
In der Gleichung (34) bedeutet /,. den Abstanc zwischen dem Kraftfahrzeug und einer Stelle, wo dei
Tunneleingang zuerst auf dem Farbfernsehmonitoi erscheint. Die Größe /<■ hat einen bestimmten endlicher
Wert, weil der Tunneleingang bei unendlich weitei Entfernung bei unendlich weiter Entfernung nicht durch
die später beschriebenen analogen Schaltungen simuliert weiden kann.
Die Form des Tunnelausgangs wird ebenfalls durch die Gleichungen (29) bis (32) definiert, jedoch ist seine
Bildung um die Zeitspanne τ gegenüber der Bildung des Tunneleingangs verzögert. Somit wird die Größe /, in
den Gleichungen (29) bis (32) durch die Größe /', ersetzt welche den Abstand zwischen dem Tunnelausgang und
dem Kraftfahrzeug definiert und für die folgendes gilt:
b0 Vat.
Diese Integration wird mit der Verzögerung r begonnen. Da die Länge des Tunnels durch die Zeit r
bestimmt ist, läßt sich die Tunnellänge durch geeignete Änderung der Zeit r variieren.
Der Bereich, innerhalb dessen das Tunnelinncre außerhalb des Randes des Tunnelausgangs erscheint ist
folgender:
y > y'E oder y < v'e oder χ
> x'E2 oder χ < x'El
(36)
Eine Methode zur mathematischen Beschreibung des Bildes des Berges, durch welchen der Tunnel führt, wird
nachstehend erläutert. Es sei angenommen, daß M die Höhe des Berges und A die Ausdehnung des Fußes des
Berges auf jeder Seite ist, wie es in Fi g. 11C gezeigt ist.
Dann gilt für die a— /-Koordinaten eines Punktes (x„„
y,„)auf dem Abhang des Berges folgendes:
a
x = -τ
x = -τ
1I
y =
und die Gleichung des Abhangs ist
für die linke Seite, und
A ( ixM\
für die rechte Seite.
(37) I:
(38)
(39)
(40)
Der Bereich, innerhalb dessen der Berg erscheint, ist
somit
xm < χ < xM2, und y
>-j h. (41)
Das Näherkommen des Berges bei einer Bewegung des Fahrzeuges mit der Geschwindigkeit V läßt sich
beschreiben, indem man
I1 = a
Vat
(42)
setzt und diese Größe in den Gleichungen (39) bis (41) verwendet.
Die Fig. 12 bis 15 zeigen elektrische Schaltungen, deren jede analoge Schaltungen und logische Schaltungen
enthält, die miteinander gemäß den Gleichungen für das zusätzliche Bild des Tunnels verknüpft sind. Durch
Verwendung dieser elektronischen Schaltungen ist es möglich, das zusätzliche Bild und einen Teil des
Grundbildes zu kombinieren und das kombinierte Bild auf dem Farbfernsehmonitor entsprechend der
Fig. 1IA darzustellen.
Die Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektronischen Schaltung zur Darstellung der Straße im
Tunnel, der Tunnelwände und der Tunneldecke. Diese Schaltungsanordnung ist aus analogen und logischen
Schaltungen aufgebaut, die in Übereinstimmungen mit den Gleichungen (17) bis (24) verknüpft sind. Fig. 13
zeigt eine elektronische Schaltung zur Darstellung der Lampen im Tunnel. Diese Schaltungsanordnung ist eine
Kombination aus analogen und logischen Schaltungen gemäß den Gleichungen (25) bis (28), und die
Ausgangssignale dieser elektronischen Schaltungen werden dem Farbsignalmodulator in F i g. 6 zugeführt.
Die F i g. I4A zeigt eine elektronische Schaltungsanordnung zur Bildung der Umrisse des Tunneleingangs uiul
-ausgangs auf dem durch die Schaltung nach Fig. 14 Ii
gebildeten Bereich des Tunnelinneren. Diese Schaltungen bestehen aus einer Kombination analoger und
logischer Schaltungen in Übereinstimmung mit den Gleichungen (29) bis (35), und ihre Ausgangssignale L1
und /.· werden auf jeweilige logische UND-Schaltungen gegeben, um das Innere des Tunnels entsprechend den
Gleichungen (34) und (35) zu erhalten. Die F ig. 15 zeigt
eine elektronische Schaltung zur Darstellung des den Tunneleingang umgebenden Bergbereichs, und diese
Schaltung besteht aus der Kombination analoger und logischer Schaltungen gemäß den Gleichungen (36) bis
(42), und ihr Ausgangssignal L) wird über eine
Torschaltung auf den Farbsignalmodulator und auf die logische UND-Schaltung (1) in Fig.6 gegeben. Auf
diese Weise ist ei möglich, ein Bild einer Straße zu
erhalten, wie es in F i g. 11A oder 11B gezeigt ist.
Die Methode zur Erzeugung eines Bildes entsprechend Fig. 16A durch Zusammensetzen und Darstellung
des Musters für einen Straßeneinschnitt wird nachstehend beschrieben.
Wenn sich das Kraftfahrzeug zum Einschnitt nähert, sieht der Fahrer ein Straßenbild, wie es in Fig. I6B
gezeigt ist und wenn das Kraftfahrzeug durch den Einschnitt fährt, verschwindet für ihn der Umriß des
Eingangs des Einschnitts. Wenn ein solches perspektivisches Bild eines Einschnitts auf dem Fernsehmonitor
dargestellt werden soll, ist es unmöglich, einen ausreichenden dreidimensionalen Eindruck der Böschung
des Einschnitts auf mathematische Weise zu erzeugen. Um einen genügenden dreidimensionalen
Effekt zu erzielen, werden die Farbtöne der Böschungen nicht gleichmäßig gemacht, sondern mit ihrer Höhe
abgestuft. Beispielsweise macht man die Farbe der Böschung in der Nähe der Straßenfläche dunkelgrün
und an höheren Stellen heller grün.
Um das perspektivische Bild des Einschnitts in der oben beschriebenen Weise zu erzeugen, werden die
jeweiligen Bereiche des Bildes zunächst mathematisch dargestellt. Als Beispiel sei angenommen, daß die
Farbabstufung der Böschung in drei Stufen erfolgt.
Die Grenzlinien 23 und 24 der Farben an der linken Böschung 22 des in F i g. 16b gezeigten Einschnitts und
die obere Linie 25 der Böschung werden, beginnend mil der untersten Linie und endend mit der obersten Linie,
auf folgende Weise dargestellt:
(43)
W | y' | W | |
(R- | 3 | ||
h - | |||
(R- | |||
h - | |||
(R- | |||
-D) + | |||
K 3 |
|||
-D) + | |||
THk | |||
-D) + |
(44)
h-Hk '· (45)
Fü'· die Linien 27 bis 29 der rechten Böschung 26 gilt
folgendes:
■y.
h - -±-Hk
-D+W
h-Hk
-y-
(46)
(47)
(48)
wobei Hk die Gesamthöhe der Böschung und VV die
Tiefe der Böschung ist.
Wie in Fig. 16B gezeigt, ist der Rand des Querschnitts der Eingangsseite 30 des Einschnitts
gegeben durch:
Für die linke Seite und
für die rechte Seite, wobei //,der Abstand zwischen dem
Fahrer und dem Eingang des Einschnitts ist. Wenn das Kraftfahrzeug auf der Straße mit der Geschwindigkeit
V fährt, ist diese Größe durch folgende Gleichung gegeben:
,, = „
= I Vat.
= I Vat.
(51)
Der Rand des Ausganges 31 des Einschnittes läßt sich
durch dieselben Gleichungen wie in (49) und (50) ausdrücken, nur daß dabei die Koordinaten .ν*ι■ und ,yaj
gelten. Jedoch ist der Abstand (zwischen dem Ausgang und dem Fahrer anders als der Abstand //,, und seine
Darstellung ist um eine bestimmte Zeitspanne verzögert, durch welche die Länge des Einschnitts bestimmt
ist. Der Abstand /,.ist durch eine ähnliche Gleichung wie
(51) bestimmt:
/„= / Vat. (52)
Die Grenzlinien (33) bis (36) der Farben entlang der Höhe der Plateaus 32, die von beiden Seilen des
Einschnitts aus fortlaufen, entsprechen in der Reihenfolge von unten nach oben folgenden Gleichungen:
Ib
= -~ lh-
(h
(53)
(54)
(55)
(56)
(54)
(55)
(56)
Gleichungen (43) bis (56) dargestellten Linien im Bild
des Einschnitts definiert sind, folgende:
unterer Bereich der linken Böschung
χ < X11, χ <
X1 und xtl < χ
< xu' - (57) mittlerer Bereich dieser Böschung
X11 < χ < Xn und Xn
< χ < xu'. (58)
oberer Bereich dieser Böschung
X12 < χ < X13 und xM
< χ < xu', (59)
unterer Bereich der rechten Böschung
X2 < x, x2i
< χ und X42'<
x <Xk2, (60)
mittlerer Bereich dieser Böschung
x22<x<1 21 und xt2'<x<xt2, (61)
oberer Bereich dieser Böschung
X23 < χ < X12 und xk2'
< χ < xk2 , (62)
unterer Bereich der Fläche links vom Eingang des Einschnitts
ym<y<y*2 und χ
<xkl ·
mittlerer Bereich dieser Fläche
ya < y < ya und χ
< xM ■ oberer Bereich dieser Fläche
>Ή <J < Λ·* und χ
< xkl -
Somit sind die Bereiche, die von den durch die (63)
(64)
J (65)
mittlerer Bereich der Fläche rechts vom Eingang des Einschnitts
yu<y<
y*2 und xk2
< x. (66)
mittlerer Bereich dieser Fläche
yu2<y<
y« und xk2 < x. (67)
oberer Bereich dieser Fläche
y*3 < y
< y«A und xa
< χ. (68)
Anhand der Fig. 17 sei nun eine Methode zur Darstellung des Straßenbildes in räumlicher Kombination
mit einem derartigen Einschnitt erläutert.
Bei dieser Methode werden die χ - /-Koordinaten des
Schirms durch Spannungswerte als Funktion der Zeit dargestellt, die von den oben beschriebenen Integratoren
(I) und (II) und dem elektrischen Signal D erhalten werden, welches die seitliche Auslenkung des Kraftfahrzeugs
darstellt. Die Operation gemäß der Gleichung (43) wird mit einer Rechenschaltung für Xw durchgeführt,
die eine Kombination von Analogschaltungen entsprechend der Gleichung (43) ist.
Das Ergebnis der Rechenoperation wird in einem Vergleiche!· mit einer Spannung verglichen, die der
v-Koordinate entspricht; und der Vergleicher liefert ein
Ausgangssignal Qu. welches den Wert 1 hat, wenn X > An ist. und welches den Wert I hat, wenn A' <
An ist, und welches den Wert 0 hat, wenn A'
< ΑΉ ist. In ähnlicher Weise erfolut die Ausrechnum.» der Gleicluin-
gen (44) bis (5b) mit jeweiligen Rechcnsehaliungen, bei
denen es sich um Kombinationen von Analogsehaltungcn
handelt. Die Vergleiche von X und Y werden un Verglcichcrn durchgeführt, um die Werte Qu bis Qu->
zu erhalten.
Als nächstes wird von einer logischen Schaltung ein Impuls mit einer Breite erhalten, die dem durch die
Gleichung (57) definierten Bereich entspricht, indem die früher erwähnte Größe Q; aus F i g. 6 und die Größen
Qki, Qki und Qm herangezogen werden. Dieses Impulssignal
beaufschlagt eine Torschaltung, um das Farbsignal für dunkelgrün zu steuern und dadurch auf dem
Farbfernsehmonitor denjenigen Bildteil er erzeugen, der dem durch die Gleichung (57) beschriebenen
Bereich entspricht. In ähnlicher Weise werden unter Heranziehung der Größen (?ai bis Qm und Qi von
jeweiligen logischen Schaltungen Impulse erzeugt, deren Breite den durch die Gleichungen (58) bis (68)
beschriebenen Bereichen entsprechen. Diese Impulse beaufschlagen die verschiedenen Torschaltungcn, um
die jeweiligen Farbsignale derart zu steuern, daß auf dem Farbfernsehmonitor die den Gleichungen (58), (61)
und (64) entsprechenden Bereiche in einem dunklen Grün, die den Gleichungen (56), (59), (62) und (65)
entsprechenden Bereiche in einem mittleren Grün und die den Gleichungen (57), (60), (63) und (66) entsprechenden
Bereiche in einem hellen Grün erscheinen.
Um das in Fig. 16A gezeigte Bild zu erzeugen, wird
das in der beschriebenen Weise erhaltene Bild des Einschnitts mit dem in Fig. I gezeigten Grundbild der
Straße kombiniert, wobei der Bereich des blauen I limmcls definiert ist durch:
}' > yu , X13
< χ < X23 oder xki'
< χ < xk2· und y
> 0
(69)
J(I und die grüne Fläche definiert ist durch:
χ < X1 oder χ > x2 und y < }'u·
.vtl'< χ < X1 oder X2 < χ < xk2' und y < 0 (70)
χ < X1 oder χ > x2 und y < }'u·
.vtl'< χ < X1 oder X2 < χ < xk2' und y < 0 (70)
Somit kann bei Hinfügung ties Einschniltbildes der
blaue Himmel dargestellt werden, indem man die Schaltung nach F ig. 6, die zur Erzeugung des früher
beschriebenen Grundmusiers für die Straße verwende!
wird, derart modifiziert, daß durch Anlegen der Signale
Qki. (An. Om- 0*i(i und Qk\4 an die in F i g. 3 einhaltende
logische Schaltung ein Impuls mit einer im durch die Gleichung (69) definierten Bereich entsprechenden
Breite erzeugt wird und somit ein Impulssignal erhalten wird, dessen Breite dem Bereich des blauen Himmels
entspricht.
Der grüne Bereich läßt sich erzeugen, indem die
Schaltung derart modifiziert wird, daß durch Anlagen der Größen Q^. Qk\o und ζ/An an die logische Schaltung
eil Impuls mit einer dem durch die Gleichung (70] definierten Bereich entsprechenden Breite erzeugt wird
um das Impulssignal zu erhalten, dessen Breite dem grünen Bereich entspricht.
Nachfolgend wird das Verfahren zur Darstellung der Bilder für eine Slraßeneinfahrt und eine Straßenausfahrt
beschrieben.
Es wird angenommen, daß an der Einmündung der
Einfahrt die einmündende Straße 37 und die Hauptstraße 38 in einem Winkel ο aufeinandertreffen, wie es in
F i g. 19 gezeigt ist.
In diesem Fall haben die Seitenlinien 39 und 40 der Hauptstraße in dem in Fig. 18A dargestellten Bild
folgende Gleichungen:
.xrl = i-Jah ■ tan (ψ - Λ) ■ — + {R - D + L- tan<)) ·
/ι
cos
xr2 = -γ- Iah ■ tan (ψ - Λ) · — + (R - D -I- L ■ tan Λ + j ·
h y cos Λ/
cos Λ
cos (ψ — Λ)
(71)
(72)
Die Seitenlinien 41 und 42 der einmündenden Straße 37 haben folgende Gleichungen:
durch:
ah
R~D
COSi/'
COS I/·
(73)
(74)
In diesen Gleichungen isl R» die Hreite der
einmündenden Straße und der I laiißtstraße, i/1 ist der
Winkel, der die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs 4β
angibt, und /. isl der Abstand zwischen dem OrI des Fahrers und einem Punkt, an welchem die einmündende
Slraße auf die I laiiplstraße trifft. Die Größe /. ändert
sich mil der Bewegung des Fahr/enges 4h. Hei einer I■'iihrzeiiggeschwiniligkeil 1 isl die Größe /. ilclininl
L=U,
Vat.
(75)
L=O
wobei U) die Länge der Einfahrtsstraße ist.
Der Bereich der Einfahrtsstraße 37 und dci Hauptstraße 38 ist daher folgender:
xrl < χ < xr2, )'
< 0 oder (76)
xr3 < χ < xr4 >
x < xrl, ν <
0.
und der Bereich der grünen Fläche ist:
und der Bereich der grünen Fläche ist:
χ > xr2, y <0 oder
xr4 < χ < xr). y
< 0 oder (77)
xrl > χ, xr3
> χ, ν < 0 .
Für eine Slraßenausfahrt wird ebenfalls angenommen, daß die Atisfahrtstraße 43 und die 1 laiiplstraße 38
miteinander einen Winkel Λ bilden. Die Gleichungen der
Seitenlinien 39 und 40 der Hauptstraße 3K im HiIiI nach
F i g. IHIi entsprechen den Gleichungen (7J) und (74) für
die SiraßeiH'infahil. und die Seitenlinien 44 und 45 der
Ausfahrtslraße 43 sind durch die Gleichungen (71) und
(72) beschrieben.
Die Bereiche der Ausfahrtstralk und der Hauptstraße sind somit folgende:
xrl <x<xr2, x<xr3 y<0.
xri <x< x,4 y
< 0.
und die Bereiche der grünen Flächen sind:
χ > .xr4 y < 0 oder
xrl > x, xr3
> χ y < 0 oder
xr3 > χ > xr2 j-
< 0 .
Es sei erwähnt, daß bei den derart dargestellten Bildern für eine Einfahrt und eine Ausfahrt auch
Leitplanken vorgesehen sein können, ebenso wie im Fall des Grundbildcs der Straße. Bilder für Ein- und
Ausfahrten können auch mit dem Grundbild der Straße zusammengefügt werden.
Ein- und Ausfahrten lassen sich auf dem Farbiernsehmonitor darstellen, indem man analoge und logische
Schaltungen ähnlich wie in den anderen vorbeschriebenen Fällen miteinander gemäß den jeweiligen Gleichungen
verknüpft. Eine Schreibung von Einzelheitendieser Schaltungen kann daher forlgelassen werden.
Wie es vorstehend im einzelnen beschrieben wurde, macht es die erfindungsgcmäße Anlage zur Zusammensetzung
und Darstellung von Umgcbungsbildcrn möglich, nicht nur die Änderungen in den komplizierten
Umgcbungsbildcrn sondern auch solche Änderungen der Bilder zusammenzusetzen und darzustellen, die sich
infolge der Änderungen des Fahrzeuges ergeben, so daß die Bedienungsperson ein wirklichkeitsnahes Erlebnis
hai.
Die erfindungsgcmäße Anlage kann somit als Sichtgerät für Kraftfahrzeug-, Flugzeug-, und Simulatoren
usw. oder für verschiedene andere Trickeinrichlungcn
verwendet werden.
Es sei nun der Fall beschrieben, daß die erfindungsgemäße Anlage bei einem Kraftfahrzeugsitnulator verwendet
wird.
Beim Führen eines Kraftfahrzeugs muß der Fahrer nicht nur ständig auf die Straßenverhältnisse vor sich
sondern mittels eines Rückspiegels auch auf die hinter ihm liegende Straße achten.
Wie in Fig. 20 dargestellt, werden bei der Einrichtung
zur künstlichen Darstellung der vorderen Umgcbiingsbildcr
die a—/-Koordinaten auf dem imaginären Schirm, wie oben erwähnt, in Spannungswertc als
Funktion der Zeil von Sägezahnwellcn 51 und 52 umgesetzt, indem eine mit dem Horizontalsynchronisiersignal
synchronisierte Rechteckwelle 47 und eine mit dem Vcrtikalsynchronisicrsignnl synchronisierte
Rcchteckwclle 48 jeweils einem Integrator 49 bzw. 50 zugeführt wird. Die sich daraus ergebenden Spannungssignalc
51 und 52 werden der Schaltungsanordnung 53 zugeführt, welche Analogschaltimgen und logische
Schaltkreise enthüll.
Die Analogschaltungen und logischen Schaltkreise in der Anordnung 53 werden miteinander entsprechend
den vorerwähnten Gleichungen verknüpft, welche für die verschiedenen Umgebungsbilder der Straße charakteristisch
sind. Die Anordnung erhall die in die Spannlingswerte 51 und 52 umgesetzten'·*·—j'-tyoordinuten
sowie die Ausgangssignalc von cini^weitcr unten
beschriebenen Simiilalionseinrichiung für dynamische
Größen (seitliche Abweichung D und Geschwindigkeit V). Die Anordnung 53 steuert den Farbsignalgenerator
rcn für die farbigen Umgebiingsbildcr zugeordnete Torschalumgen 54 derart, daß die Farbsignale über die
-, Torschaltungen 56 und den Addierer 57 zum Farbsignalmodulator 58 gelangen, wodurch auf dem Farbfcrnsehmonitor
59 die Änderungen des vorne liegenden Umgebungsbildes der Straße dargestellt werden.
Die Bilder der hinter dem Kraftfahrzeug liegenden
ίο Umgebung, die im Rückspiegel sichtbar werden, können
auf einem Teil des Schirms des Farbfernsehmonitors in der gleichen Weise wie die vorstehend beschriebenen
Bilder der vorne erscheinenden Umgebung dargestellt werden, jedoch mit einer Ausnahme:
π Die α· —y-Koordinaten auf dem Rückspiegel müssen
auf die Zeitintervalle r>, rj transformiert werden, um sie
auf den Schirm 59 des Farbfernsehmonilors zu übertragen. Daher wird eine mit dem Horizontalsynchronisiersignal
synchronisierte Rechteckwelle erzeugt
3d die gegenüber dem Beginn des genannten Horizontal-Synchronisiersignals
um ri verzögert ist und eine Breite von Tj hat. Ferner wird eine mit dem Vertikalsynchronisiersignal
synchronisierte Rechteckwelle 61 mit dei Impulsbreite τ>
erzeugt. Diese beiden Rechteckwellcn
2", werden durch Integratoren 62 und 63 in zeitabhängige
Spannungssignale 64 und 65 umgesetzt. Dann wird unter den Eingangssignal, die von der Simulationseinrichtung
für die dynamischen Größen einer Schaltungsanordnung
66 mit Analogschallungen und logischen Schaltkreisen zugeführt werden, das Signal V für die
Geschwindigkeit in - V umgekehrt, während das das Signal für die seitliche Abweichung D unvcrändcri
bleibt.
Wie obenerwähnt, können durch Modifizierung eine;
j) Teils der Eingangssignale und Verwendung einer da;
rückwärtige Umgebungsbild zusammensetzenden Einrichtung, die in der gleichen Weise wie die da;
vorderseitige Umgebungsbild zusammensetzende Einrichtung aufgebaut ist, die jeweiligen der Farbverteilunj:
4(i auf dem Rückspiegclbild entsprechenden Farbsignak
über den Addierer 52 dem Farbsignalmodulator 5f zugeführt werden, so daß auf einem Teil des Schirms 55
des Farbfernsehmonitors das Rückspiegelbild 59 dargestellt wird. Hierbei wird die Torschaltung 5i
4r) geschlossen, wenn das elektrische Ausgangssignal vor
der das rückwärtige Umgcbungsbild zusammensetzenden Einrichtung dem Addierer 57 zugeführt wird, so dal.'
derjenige Teil des Ausgangssignals der das vordere Umgcbungsbild zusammensetzenden Einrichtung, dei
Μ dem vom Rückspiegel eingenommenen Teil 59' des
Monitorschirm entspricht, nicht dem Addierer zugeführt wird.
Der gesamte Fahrzeugsimulator sei nun anhand dei
F i g. 21 beschrieben. Der Führerstand 66 des Simulators
■>■>
enthält ein Lenkrad 67, ein Gaspedal 68 und cir Brcmspedal 69 usw., wie in einem richtigen Automobil
Die Operationen des Fahrers, d.h. der Lenkradeinschlag und die Stellung des Gas- oder Bremspedals
werden als elektrische Signale der Simulationseiniich-
w) Hing 76 für die dynamischen Kenngrößen eingegeben. In
Blickrichtung des Fahrers ist ein Farbfernsehmonitor 70 angeordnet. Wie obenerwähnt, werden die rechteckigen
Synchronisiersignale von dem Horizontal- und dem Vcrtikal-Synchronisierungsgenerator den Ein rieh iim-
hi gen zur Zusammensetzung des rückwärtigen und
vorderseitigen Umgebungsbildes zugeführt, um elektrische Signale zu erzeugen, deren /.eilliche Längen dem
vorderscitigen und dem rückwärtigen Umgebiingsbild
entsprechen. Das elektrische Signal mit der vorderseitigen
Bildinformalion wird über eine Torschaltung 74
dem Addierer 75 zugeführt, während das elektrische Signal mit der rückwärtigen Bildinformation dem selben
Addierer direkt zugeführt wird. Dadurch wird die > Summe der Signale derart gebildet, daß sowohl das
vorne liegende Umgebungsbiid als auch das vom Rückspiegel reflektierte hinten liegende Umgebungsbild auf dem Farbfernsehmonitor 70 erscheint.
Der Fahrer sitzt am Führerstand 66 und betätigt die Bedienungselementc, wobei er die auf dem Farbfernsehmonitor
70 dargestellten .Straßenbilder beobachtet. Die den Bewegungen des Lenkrades, des Bremspedals und
des Gaspedals entsprechenden elektrischen Signale werden dem »Dynamik-Simulator« 76 zugeführt, der ii
seinerseits elektrische Signale erzeugt, die dem Zustand des Fahrzeugs, d. h. seiner seitlichen Abweichung und
seiner Geschwindigkeit, entsprechen.
Was den »Dynamik-Simulator« betrifft, so sind für das Studium der Lenkbarkeit und der Stabilität eines
Automobils einige mathematische Modelle vorgeschlagen worden.
Man kann zwar solche Modelle im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwenden, indem man
sie mit einem Analogrechner simuliert, jedoch wird die Einrichtung selbst zur Realisierung solcher Modelle
kompliziert und teuer. Es ist daher vorteilhafter, wenn man die nachstehend beschriebene Einrichtung verwendet.
Es sei der Fall betrachtet, daß das nachzuahmende Kraftfahrzeug ein automatisches Getriebe hat, bei dem
keine Gänge gewechselt zu werden brauchen. Die Geschwindigkeit V des Kraftfahrzeuges wird atfSi
folgender Gleichung erhalten:
= A-+ BV2+f(ß).
(80)
Die von der Gaspedalstellung (->, abhangige Motorleistung
/yöjist aus der Maschinenmechanik bekannt als
+ k2
(81)
wobei λ·| und Ai konstant sind. BV2 ist die Rollreibung der
Rüder und der Luftwiderstand. /(/J) ist die Bremskraft als 4-,
Funktion des Drucks auf das Bremspedal, die empirisch bestimmt wird.
Aus den Gleichungen (80) und (81) kann die Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeuges folgendermaßen
hergeleitet werden: >o
d/
■-ff W- (82)
Bei seitlicher Auslenkung des Kraflfahr/.euges läßt sich der Dreliungswinkel \\\ des Kraftfahrzeuges, wenn
das Lenkrad um λ, gedreht ist, unter Verwendung des geometrischen Modells folgendermaßen bestimmen: wi
v(ldf,
(83)
wobei /, eine Konstante ist, die vom (iberset/ungsver- ι,Γι
hiiltnis des Lenksystem!» und vom Abstand zwischen der vorderen Radachse und der hinteren Radachse abhängt.
Die seitliche Auslenkung /) isl also iingenähcrt
folgendermaßen:
D = h>sVdt.
(84)
F i g. 22 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer .Simulationseinrichtung
für die dynamischen Bewegungsvorgänge in Kraftfahrzeugen, die entsprechend den vorstehenden Gleichungen aufgebaut ist. In der F i g. ist
mit 77 ein Blockschaltbild eines Mechanismus zur Erzeugung von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit V
entsprechenden Signalen dargestellt. Dabei wird die
Größe-j /(ii), welche die Bremskraft in Gleichung (82)
betrifft, durch einen Funktionsgenerator 79 und ein
B
Potentiometer 80 erhalten, während die Größe -^ V2
Potentiometer 80 erhalten, während die Größe -^ V2
welche die Rollreibung und den Luftwiderstand in Gleichung (82) betrifft, durch einen Multiplikator 85 und
durch ein Potentiometer 86 erhalten wird. Beide Größen werden in einem Addierer (8!) addiert, und das
Ergebnis wird in einen Inverter (83) invertiert, um die
ρ 1
Größe -j- V2 —-τ- Hß)zu liefern, die einem Addierer/Inte-
grator 84 zugeführt wird. Zusätzlich wird durch Eingabe der Gaspedalstellung Θ, in ein Potentiometer 87 die
Größe-4-Θ» erzeugt, die zusammen mit der konstanten
Ädern Addierer/Integrator 84 zugeführt wird. Der
Ausgang der Schaltung 84 entspricht dem Integral der rechten Seite der Gleichung (82) und ist somit ein
elektrisches Signal, welches der Geschwindigkeit V entspricht.
Mit 78 ist in F i g. 22 ein Blockdiagramm eines Mechanismus zur Erzeugung eines elektrischen Signals
dargestellt, welches der seitlichen Auslenkung D des Kraftfahrzeuges entspricht. Die Winkelstellung λ» des
Lenkrades und die in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltene Geschwindigkeit V werden in einem
Multiplikator 88 miteinander multipliziert. Das Ausgangssignal des Multiplikators 88 läfut über ein
Potentiometer 89 und wird im Integrator 90 integriert, um den Dreliungswinkel i/\ aus Gleichung (83) zu
erhalten. Der Winkel i/\ und die Geschwindigkeit V
werden dann in einem Multiplikator 91 miteinander multipliziert, und das Ergebnis wird in einem Integrator
92 integriert, um ein elektrisches Signal D zu erhalten, welches der seitlichen Auslenkung des Kraftfahrzeuges
entspricht. Durch Zuführung der elektrischen Signale für die Geschwindigkeit V und die seitliche Auslenkung
D zu den Eingängen der das vorderseitige und das rückwärtige Umgebungsbild zusammensetzenden Einrichtungen
72 und 73 ist es möglich, das vom Fernsehmonilor dargestellte Straßenbild in Übereinstimmung
mit dem Fahr/ustand des Kraftfahrzeuges zu ändern. Die relativen Veränderungen des vorne
sichtbaren und des im Rückspiegel sichtbaren Slraßenbildes können also auf rein elektronische Weise
entsprechend den Betätigungen des Lenkrades und des Gas- und/oder Bremspedals zusammengesetzt und
dargestellt werden.
Wie vorstehend im einzelnen beschrieben wurde, macht es die Erfindung möglich, eine Serie verschiedener
Straßenbilder au! einem Farbfernsehmonitor darzustellen. Dabei wird /unächsl die Einfahrt in eine
Schnellstraße und dann das Straßen-Grundbikl dargestellt, worauf nacheinander und in Abständen andere
triiM um>wi—1||
Umgcbungsbildcr /. B. für Tunnel und r.inschnitte
ausgewählter l.iinge mit dem Grundbild in der Weise kombiniert werden, daß beispielsweise ein Tunnel und
ein Gebirge von einem unendlich weitem Ort (in der Praxis aus einer endlichen Entfernung) mil einer der
K ra It I ahrzeuggesch wind ig keil entsprechenden Geschwindigkeit
näherkommen, worauf nacheinander der umgang des Tunnels, das Innere des Tunnels und der
Ausgang des Tunnels erscheinen. Dies geschieht durch Änderung dieser Bilder bei ihrem Näherkommen und
derartige Zusammensetzen und Darstellen der Bilder, daß beim Eintritt des Kraftfahrzeuges in den Tunnel das
Tunnelinnere, beim Durchfahren des Tunnels das näherkommen des Tunnelausgangs und das durch den
Tunnelaiisgang sichtbare Grundbild, und beim Verlas-
sen des Tunnels nur das Grundbild der Straße gezeigt
wird. Schließlich werden andere Bilder geeigneter Länge, die zur Ausfahrt aus der Straße gehören,
zusammengesetzt und dargestellt.
Da mit der erfindungsgemäßen Anlage ebenfalls das hinten liegende Umgebungsbild gleichzeitig dargestellt
wird, kann der Benutzer den .Simulator so bedienen, als befände er sich in in einem Kraftfahrzeug auf einer
richtigen Straße.
Der vorstellend im einzelnen beschriebene Simulator ist nicht nur zur Simulation von Kraftfahrzeugen
verwendbar, sondern kann auch nach Modifizierung innerhalb des Bereichs der Erfindung als Simulator für
Ehigzeuge, Eisenbahnen. Schiffe usw. dienen.
Hierzu 14 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verrühren zur elektronischen Erzeugung und Wiedergabe von perspektivischen, auf den Standort
eines Beobachters bezogenen, aus vereinfachten, durch mathematische Funktionen beschreibbaren
Komponenten zusammengesetzten Umgebungsbildern, bei dem die Parameter des Standortes des
Beobachters in Form von Spannungssignalen in Analogschaltungcn eingegeben werden, die diese
Spannungen entsprechend den mathematischen Funktionen verändern und deren Ausgangssignale
zur Erzeugung eines die Darstellung der Umgebungsbilder auf dem Bildschirm eines Fernsehmonitors
ermöglichenden Videosignals weiterverarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus
den Horizontal- und Vertikabynchronisiersignalen für den Ftrnsehmonitor erzeugte, die A-y-Koordinaten
des Bildschirms als Funktion der Zeit darstellende Sägezahnspannungs-Signale den Analogschaltungen
als weitere Eingangssignale zugeführt und gleichzeitig mit den die Koordinaten der Umgebungsbildkomponenten
repräsentierenden Ausgangssignalen dieser Analogschaltungen verglichen weiden und daß die die Vergleichsergebnisse
charakterisierenden Signale mit Hilfe von digitalen Logikschaltungen zusammengefaßt werden, deren
Ausgangssignale zur Helltastung der Bildsignalgencratoren des Fernsehmonilors dienen.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung von Schlingcr-
und/oder Stampfbewegungen des Beobachterstandpunktes die die .v-y-Koordinaten des Bildschirms als
Funktion der Zeit darstellenden Sägezahnspannungssignale zunächst einer Koordinatentransformation
unterworfen und dann in dieser transformierten Form als weitere Eingangssignale den Analogschaltungen
zugeführt und gleichzeitig mit deren Ausgangssignalen verglichen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatentransformation nach
den Gleichungen
x' = χ + y(-> - αφ
y' = y — χ Θ — ακ
durchgeführt wird, wobei α der Stampfwinkel, Θ der
Schüngerwinkel, Φ der Kursabweichungswinkel und <■) eine einstellbare Konstante ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Horizontal-
und Vertikalsynchronisiersignalen ein zweiter Satz von Sägezahnspannungssignalen mit im Vergleich
zum ersten Satz verkürzten Zeitkonstanten erzeugt wird, daß dieser zweite Satz einer weiteren Gruppe
von die den Parametern des Beobachterstandortes entsprechenden Spannungssignale anhand vorgegebener
mathematischer Funktionen verändernden Analogschaltungen zugeführt und gleichzeitig mit
den die Koordinaten der Komponenten eines verkleinerten Umgcbungsbildcs repräsentierenden
Ausgangssignalen dieser weiteren Gruppe von Aniilogschaltungen verglichen wird, daß die die ι
Vergleichsergebnisse charakterisierenden Signale mit Hilfe von weiteren L.ogikschaltungen zusammengefaßt
werden und daß die Ausgangssignale dieser weiteren l.ogikschaltungen anstelle der
einsprechenden Ausgangssignale der ersten l.ogikschaltungen
während eines bestimmten Zeitraums innerhalb einer jeden Einzcibild-Wiedergabedauer
als Steuersignale für die Helltastung der Bildsignalgeneraloren dienen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem zweiten Satz von
Sägezahnspannungssignalen erzeugte, verkleinerte
Umgebungsbild den hinter dem Beobachter befindlichen Umgebungsteil wiedergibt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für
die Horizontal- und Vertikalsynchronisiersignale (47, 48) für einen Fernsehmonitor (13) jeweils ein
integrator (49, 50) vorgesehen ist, daß die von den Integratoren (49, 50) abgegebenen Sägezahnspannungssignale(51,52bzw.
X, Y)in einer Umgebungsbild-Erzeugungsschaltung (53) einerseits an die
entsprechenden Eingänge von analogen Rechenschaltungen, bestehend aus Potentiometern (I —VII),
Multiplizierern (I —IV), Teilerschaltungen (I — III),
Integratoren (111, /,, /,'), Addierern (I), Funktionsgeneratoren
(I, II) und Rechenkreisen (X, ι, Xn, Xi 2. Xn.
Gi, Vii, Vji, Ks Yi:, Xi:\, Xi:i, V1.', Y/', Xn', X11.
Xm\, Xmi, Xw, X\2, X\), X}\, X22, Xn, Xk\ — Xki,
V/u—Vk4. /, I) und andererseits an die ersten
Eingänge von Spannungskoniparatoren (I —Xl, Qi-Qi ib, Qk 1 — Qk u) gelegt sind, an deren zweite
Eingänge jeweils die Ausgänge der analogen Rechenschaltungen angeschlossen sind, und daß die
Ausgänge der Spannungskomparatoren mit Logikschaltungen bestehend aus UND-Schaltungen
(I-Vlll), ODER-Schaltungen (I — IV) und Monoflops
(I—IV) verbunden sind, deren Ausgangssignale zur Helllastung der Bildsignalgeneratoren des
Fernsehmonitors (13) an Gatterschaltungen (I —VII)
gelegt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fernsehmonilor (13) ein Farbfernsehmonitor
ist und daß die Bildsignalgeneratoren zumindest jeweils einen Signalgenerator für die
Farben Blau, Grau, Grün und Weiß umfassen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Integratoren (49,
50) einerseits und die entsprechenden Eingänge der analogen Rechenschaltungen und die ersten Eingänge
der Spannungskomparatoren andererseits eine Koordinatentransformationsschaltung (Fig. 10) geschaltet
ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatentransformationsschaltung
eine analoge Rechenschaltung, bestehend aus Multiplikatoren (III, IV), Invertern (I —III), Potentiometern
(VIII, IX) und Addierern (II, III) ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche b bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß für die zeitlich verkürzten und verzögerten Horizontal und Vertikalsynchronisiersignale
(60, 61) jeweils ein Integrator (62, 63) vorgesehen ist, daß die von den Integratoren (62, 63) abgegebenen Sägezahnspan·
nungssignale (64, 65) an die Eingänge einer der Umgebungsbild-Erzeugungsschaltung (53) einsprechenden,
gleichfalls analoge Reclienschaltiingen und
l.ogikschaltungen umfassenden zweiten Umgebungsbild-l-lr/cuguiigsschaltiing
(66) gelegt sind, daß die Ausgangssignale der beiden Umgebungsbikl-Er-/eiigungsschaluingen
(53,66) an eine ilen Signal-Mo-
dulator (58) des Fernsehmoniiors (13) steuernde
Addierschaltung (57) gelegt sind und daß /wischen die erste Umgebiingsbild-Er/eiigungsschaltung (53)
und die Addierschalliing (57) ein wiihrend der
Signalabgabe durch die /weile Um.'iebungsbild-Er-/eugungssehallung
(66) sperrbares Gatter (57) geschaliei isi.
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