DE2235932B2

DE2235932B2 - Verfahren und vorrichtung zur elektronischen erzeugung und wiedergabe von perspektivischen umgebungsbildern

Info

Publication number: DE2235932B2
Application number: DE19722235932
Authority: DE
Inventors: Teruo; Matsumoto Shuntetsu; Tokio Yatabe
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1971-07-22
Filing date: 1972-07-21
Publication date: 1978-01-19
Also published as: US3833759A; DE2235932A1; GB1389861A; DE2235932C3

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)b_o + b + a
Pfosten rechts

(η- \)b_o + b + a

rechte Randlinie 8' der Straße

ah\

•=-fft(-7>) ^{+ z>}^^<0·

(3') 20 (n-l)b_o

(H-I)O₀

h<y„i<

D.

n- l)b_o

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).

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 y_P2 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 Q_t 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 Q_x 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 Q_in, 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 Q_n, 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

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

(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 = x_n =

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 < x_a , (21)

linke Tunnelwand χ < x,_1; χ < x₇₁. (22)

rechte Tunnelwand χ > x,₂, χ > Χτ2· (23)

Tunneldecke X₇₁ < χ < χ_Γ2. (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 <c_u + d_f).

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 < y_E, x_m < χ < x_E2 .

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

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

x_m < χ < x_M2, 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) +
*T^Hk*
-D) +

(44)

h-H_k '· ⁽⁴⁵⁾

Fü'· die Linien 27 bis 29 der rechten Böschung 26 gilt

folgendes:

■y.

h - -±-H_k

-D+W h-H_k

-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.

(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)

Gleichungen (43) bis (56) dargestellten Linien im Bild des Einschnitts definiert sind, folgende:

unterer Bereich der linken Böschung

χ < X₁₁, χ < X₁ und x_tl < χ < x_u' - (57) mittlerer Bereich dieser Böschung

X₁₁ < χ < X_n und Xn < χ < x_u'. (58)

oberer Bereich dieser Böschung

X₁₂ < χ < X₁₃ und x_M < χ < x_u', (59)

unterer Bereich der rechten Böschung

X₂ < x, x₂i < χ und X₄₂'< x <Xk2, (60) mittlerer Bereich dieser Böschung

x₂₂<x<¹ ₂₁ und x_t2'<x<x_t2, (61)

oberer Bereich dieser Böschung

X23 < χ < X₁₂ und x_k2' < χ < x_k2 , (62)

unterer Bereich der Fläche links vom Eingang des Einschnitts

ym<y<y*2 und χ <x_kl ·

mittlerer Bereich dieser Fläche

ya < y < ya und χ < x_M ■ oberer Bereich dieser Fläche

>Ή <J < Λ·* und χ < x_kl -

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 x_k2 < x. (66)

mittlerer Bereich dieser Fläche

yu2<y< y« und x_k2 < x. (67)

oberer Bereich dieser Fläche

y*3 < y < y«A und x_a < 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' < A_n 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:

}' > y_u , X₁₃ < χ < X₂₃ oder x_ki' < χ < x_k2· und y > 0

(69)

J(I und die grüne Fläche definiert ist durch:
χ < X₁ oder χ > x₂ und y < }'u·
.v_tl'< χ < X₁ oder X₂ < χ < x_k2' 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:

.x_rl = i-Jah ■ tan (ψ - Λ) ■ — + {R - D + L- tan<)) ·

/ι

cos

x_r2 = -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:

x_rl < χ < x_r2, )' < 0 oder (76)

x_r3 < χ < x_r4 > x < x_rl, ν < 0.
und der Bereich der grünen Fläche ist:

χ > x_r2, y <0 oder

x_r4 < χ < x_r). y < 0 oder (77)

x_rl > χ, x_r3 > 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:

x_rl <x<x_r2, x<x_r3 y<0. x_ri <x< x,4 y < 0.

und die Bereiche der grünen Flächen sind:

χ > .x_r4 y < 0 oder

x_rl > x, x_r3 > χ y < 0 oder

x_r3 > χ > x_r2 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

4^r) 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

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

Patentansprüche:

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.