DE2133612A1

DE2133612A1 - Vorrichtung zur Erzeugung, Wiedergabe und Bewegung zweidimensional Figuren

Info

Publication number: DE2133612A1
Application number: DE19712133612
Authority: DE
Inventors: Lee Camanllo Calif Wells Frank David Honey Francis Jean Denver Col Harrison III (V St A)
Original assignee: Computer Image Corp
Current assignee: Computer Image Corp
Priority date: 1970-07-06
Filing date: 1971-07-06
Publication date: 1972-02-17
Also published as: FR2098181B3; FR2098181A3; US3723803A; NL7108796A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF PATENTANWÄLTE 9 1 *} "3 R 1

8 MÜNCHEN 8O. MAUERKIRCHERSTR. 48 *"

Dr. Berg Dipl.-lng. Stopf, 8 MDnchan 80, Mouerkircharsfrafle 45 ·

_{lhr Zeich}e_n Ihr Schreiben Unser Zeichen 21 242 "ah,-. 6. JUlj 1971

Anwaltsakte 21 242

COMPUTER IMAGE CORPOEATIOIi₁ Beverly Hills, Calif ornien/TJSA

Vorrichtung zur Erzeugung, Wiedergabe und Bewegung zweidimensionaler Figuren

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung, Wiedergabe und Bewegung zweidimensionaler Figuren.

Die Vorrichtung zur Erzeugung, Wiedergabe und Bewegung zweidimensionaler Figuren weist eine Kathodenstrahlröhre zur Wiedergabe der Figuren auf. Die Kathodenstrahlröhre weist einen X-, einen Y-Eingang und Eingangssignale zur Beeinflussung der Helligkeit jedes linienelernente der Figur auf. Ferner weist die Vorrichtung gemäß Erfindung auf: einen Generator für zweidimensional« Zeichen, der Signale,

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, . welche die einzelnen Linienabschnitte der Figur festlegen, aufeinanderfolgend erzeugt, einen Taktgenerator, der die von dem Generator für die zweidimensionalen Zeichen erzeugten Signale aufeinanderfolgend steuert, eine Schaltung, die automatisch die Figur bei einer Bewegungsphase geschlossen hält; ein Netzwerk zur Drehung der Figur, das die den Linienelementen entsprechenden Vektoren in dem einen Koordinatensystem in ein anderes Koordinatensystem transformiert, wobei das zweite Koordinatensystem gegen das erste um einen bestimmten Winkel gedreht ist, und so die Drehung der Figur bewirkt; ein Netzwerk zur Simulation einer Begrenzung der Figur, das Grenzbedingungen in der X- und/oder Y-Richtung schafft, um der Figur bei einer Bewegungsphase den Anschein der Bewegung in einem Schwerefeld zu geben; ein Netzwerk zur Einstellung des Maßstabs oder der Größe, das zur Veränderung der Gesamtgröße der Figur in X- bzw, in Y-Bichtung dient; und ein Netzwerk zur Veränderung der absoluten Lage der Figur auf der Kathodenstrahlröhre.

Das horizontale Auslenken des Elektronenstrahls der Kathodenstrahlröhre wird als X-Achse, das vertikale Auslenken als Y-Achse definiert. Erzeugt der zweidimensionale Zeichengenerator Signale für die übliche horizontale und vertikale' Auslenkung des Elektronenstrahls, werden die Linienelemente der Figur erzeugt. Gleichzeitig mit dem

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Erzeugen des einzelnen Linienelements erzeugt der zweidimensionale Zeichengenerator ein Signal, das auf den Eingang zur Helligkeitsregelung der Röhre gegeben wird, um die Helligkeit des einzelnen Linienelements festzulegen. Die aufeinanderfolgende Erzeugung des einzelnen Linienelements wird erreicht, indem' der Taktgenerator so programmiert wird, daß er eine Reihe von Impulsen, die der Zahl der Linienelemente der Figur entspricht, erzeugt. Diese Impulse werden zur Steuerung von Spannungsumpolern mit X, Y und Helligkeits-Spannungseingängen zur Erzeugung jedes Linienelements benutzt. Nach dem Ansteuern der Spannungsumpoler werden die Spannungen integriert und an den X- bzw. Y- bzw. Helligkeitseingang der Röhre gelegt und erzeugen so die zweidimensionale Ausgangsfigur.

Die Figur wird gedreht, indem das X- und das Y-Signal jedes Linienelements vom zweidimensionalen Zeichengenerator in ein Netzwerk zur Drehung eingegeben wird. Dieses Netzwerk setzt die Signale um und transformiert sie in ein neues Koordinatensystem, das um einen vorgegebenen Winkel gegen daB Koordinatensystem des Generators für zweidimensionale Zeichen gedreht ist. Der Drehwinkel wird von der an das Netzwerk zur Drehung gelegten Spannung bestimmt. Wird die angelegte Spannung verändert, wird die Figur durch die Veränderung des Drehwinkels gedreht. Zur Veränderung der Spannung können alle geeigneten Einrichtungen, z.B.

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auch Einrichtungen, die zeitabhängige Veränderliche aufweisen, verwendet werden.

Die Form der Figur wird durch Veränderung der angelegten X- und Y-Spannungen an den Spannungswandler des Generators für zweidimensionale Zeichen beeinflußt. Eine Änderung von wenigstens einer dieser Spannungen zieht die Veränderung eines Winkels und/oder der Länge von wenigstens einem Linienelement nach sich, wodurch die Form der Figur geändert wird. Um die Figur während einer Formänderung geschlossen zu halten, ist eine Schaltung zum Schließen der Figur vorgesehen. Diese Schaltung stellt die Endlage des ersten und des vorletzten Linienelements fest und erzeugt hierauf automatisch X- und Y-Signale, die ein Schließen der Figur mit dem letzten Linienelement bewirken. Diese Einrichtung ist vor allem dann wichtig, wenn eine Bewegungsphase eine stetige Veränderung der Form der Figur verlangt .

Außerdem kann die Figur mit Hilfe eines die Größe verändernden Netzwerks bewegt werden. Mit Hilfe dieses Netzwerks werden die X- und Y-Signale für jedes Linieneleraent mit einer die Größe bestimmenden Spannung, die entweder über ein Potentiometer oder über eine Zeitfunktion, z.B. eine Sägezahnfunktion, angelegt wird, multipliziert. Durch geeignete Auswahl der die Größe bestimmenden Spannung kann

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die absolute Größe der Figur in den verschiedenen Bewegungsphasen verändert werden. Wird z.B. eine Sägezahnfunktion benützt, kann die Verstärkung des Vervielfachere zwischen 0 und einem Maximalwert verändert werden und so eine entsprechende Veränderung der Größe der Figur bewirken. Diese Art der Bewegung bewirkt einen dreidimensionalen Effekt, indem sie den Bindruck hervorruft, daß sich die Figur vom Betrachter wegbewegt, indem sie kleiner wird, bzw. daß sie sich auf den Betrachter zubewegt, indem sie größer wird.

Die Bewegung der absoluten Lage der Figur wird durch die Addition einer Spannung an den X- und Y-Bingängen der Kathodenstrahlröhre zu den Xt und Y-Signalen vom Zeichengenerator hervorgerufen.

Diese Spannung verschiebt einfach den Anfangspunkt der Figur und ruft so ihre Bewegung auf dem Bildschirm hervor. Auch hier kann eine zeitabhängige Funktion, z.B. eine Sägezahnfunktion, verwendet werden. In diesem Fall kann die Figur von einer vorbestimmten Ausgangslage in eine vorbestimmte Endlage über den Bildschirm bewegt werden. Diese Einrichtung kann sehr wirkungsvoll bei einer Bewegungsphase benutzt werden, z.B. um in Verbindung mit dem die Drehung hervorrufenden Netzwerk die Figur über den Bildschirm rollen zu lassen.

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.Die Erfindung weist ferner ein Netzwerk auf, das während einer Bewegungsphase eine Grenzbedingung für die Figur simuliert. Als Beispiel seien hier eine Unterlage oder eine Wand genannt, die den Eindruck hervorrufen, als bewege sich die Figur in einem Schwerefeld. Läßt man z.B. ein Quadrat über eine Unterlage rollen, dürfen die Ecken des Quadrats nicht unter die Ebene der Unterlage kommen. Um die Grenzbedingung einer Unterlage zu simulieren, wird von dem die Grenzbedingung simulierenden Netzwerk eine Rücksetzspannung erzeugt, deren Wert ausreicht, um die Figur genau um die Strecke anzuheben, die notwendig ist, um die Ecken des Quadrats bei seiner Drehung genau auf der Unterlage zu belassen. Das die Grenzbedingung simulierende Netzwerk weist Spitzendetektoren auf, die in jeder Bewegungsphase der Figur die negativen Spannungsspitzen erfassen. Ferner sind Einrichtungen vorhanden, die eine Rücksetzspannung, die gleich der Differenz zwischen der Spitzenspannung und einer die Grenzbedingung festlegenden Spannung ist, erzeugen. Diese Rücksetzspannung wird dann zur entsprechenden Koordinatenspannung addiert, in diesem Fall die Spannung zur Bestimmung der Y-Koordinate,und an die Kathodenstrahlröhre angelegt.

Wie gezeigt wird, kann mit diesem Verfahren jede zweidimensionale, geradlinige Figur erzeugt werden und bei geeigneter Kombination der verschiedenen Bewegungsmöglichkeiten

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eine Vielzahl von Bewegungen hervorgerufen werden. Mit der Vorrichtung gemäß Erfindung kann man Figuren wie Dreiecke, Quadrate, Parallelogramme und andere buchstäblich auf dem Bildschirm tanzen lassen, so daß sie geradzu menschliche Eigenschaften annehmen. Viele der Bewegungen können automatisch durch die Benützung von Generatoren mit einer zeitveränderlichen Spannungsfunktion hervorgerufen werden. Die Bewegung kann jedoch auch von Hand durch die Benützung der Potentiometereingänge gesteuert werden. Hiermit ist dem Benutzer eine große Beweglichkeit bei seinem künstlerischen Gestalten gegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Aueführungsbeispiels näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines Zeichengenerators.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Figur, die von der Vorrichtung gemäß Erfindung erzeugt, wiedergegeben und bewegt werden kann. Sie dient als Beispiel, um die Funktion eines Teils der Vorrichtung gemäß Erfindung zu erklären.

Fig. 4 zeigt die Schwingungsformen bei der Erzeugung eines Quadrats gemäß Fig. 3, die vom Netzwerk gemäß Fig. 2 erzeugt werden.

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— σ —

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild, eines Netzwerks zur Veränderung der Größe.

Mg. 6 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung und Erläuterung einer Koordinationstransformatione

Fig. 7 zeigt ein Schaltbild eines Netzwerks zur Transformation der Koordinaten.

Fig. 8 zeigt ein Schaltbild eines Netzwerks zur Simulation von begrenzenden Bedingungen.

Fig. 9 zeigt ein Quadrat zur Erklärung der Arbeitsweise des Netzwerks zur Simulation von begrenzenden Bedingungen gemäß Fig. 8.

Fig. 10 zeigt Schwingungen, die bei der Simulation der begrenzenden Bedingungen gemäß Fig. 9 von dem Netzwerk gemäß Fig. 8 erzeugt werden.

Fig. 11 zeigt ein Schaltbild.eines Netzwerks zum Schließen der Figur.

Fig. 12 zeigt eine Darstellung eines Dreiecks, das zur Erklärung der Wirkungsweise des Netzwerks gemäß Fig.11 benützt wird.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der Vorrichtung gemäß Erfindung, Der Taktgenerator 10 arbeitet, wie noch im folgenden erläutert wird, als Haupttaktgeber für den Funktionsablauf des Systems. Steuersignale vom Ausgang a des Takgebers 10 werden über den leiter 12 zum Zeichengenerator 14 geführt. Der Generator 14 für zweidimensionale Zei-

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chen erzeugt die X- und Y-Koordinate und das Helligkeitssignal für die erste Erzeugung der Grundfigur. Die Helligkeit ssignale für jedes Linienelement der Figur werden über den Leiter 16 zum Helligkeitseingang E_i einer Kathodenstrahlröhre 18 geführt. Die Signale für die X-Koordinate werden über einen Leiter 20, die der Y-Koordinate über einen Leiter 22 geführt. Die Leiter 20 und 22 können unmittelbar an den Eingang E bzw. E der Kathodenstrahlröhre 18

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zur Wiedergabe eines zweidimensionalen Bildes gelegt werden. Die Signale werden jedoch vor der Eingabe in die Kathodenstrahlröhre auf verschiedene Weise verändert, um eine Vielzahl von Bewegungsmöglichkeiten zu erzielen. So wird das X-Signal auf dem Leiter 20 übea?feinen Leiter 24 auf den Eingang a eines Netzwerks zur Drehung 30 gegeben. Ebenso wird das Signal auf dem Leiter 22 über einen Leiter 32 auf den Eingang b des Netzwerks zur Drehung 30 gegeben· Das Netzwerk zur Drehung 30 transformiert die auf die ursprünglichen XY-Koordinaten bezogenen Signale auf ein neues X¹Y¹-Koordinatensystem. Es wird unten erläutert, wie mit dem Netzwerk zur Drehung 30 die Drehbewegung der Figur hervorgerufen wird.

Das X'-Ausgangssignal des Netzwerks zur Drehung 30 wird über Leiter 34 und 35 an den Eingang a eines summierenden Verstärkers 36 gelegt. Der summierende Verstärker 36 hat einen Eingang b, auf den ein Signal von einem Potentio-

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.meter (nicht gezeigt) über einen Leiter 40 gelegt wird. Dieses Signal bestimmt die endgültige lage der Figur in X-Eichtung. Ferner hat der summierende Verstärker einen Eingang c, der über einen leiter 42 mit einem Netzwerk 50 zur Simulierung von begrenzenden Bedingungen in X-Richtung verbunden ist. Das Netzwerk 50 hat einen Eingang a, der über Leiter 52 und 53 mit dem Eingang b des Taktgenerators 10 verbunden ist. Ferner ist der Eingang b über einen Leiter 54 mit dem Leiter 34 verbunden. Über den Leiter 54 werden die X'-Signale vom Netzwerk zur Drehung 30 zum Eingang b des Netzwerks 50 geführt. Das Netzwerk 50 zur Simulation von begrenzenden Bedingungen schafft Grenzen in X-Richtung, indem über Leiter 52 und 53 ein Steuerimpuls vom !Taktgenerator 10 an das Netzwerk 50 gelegt wird.

Die Signale für Y¹ werden über Leiter 60 und 62 auf den Eingang a eines summierenden Verstärkers 64 gegeben. Der Verstärker 64 hat einen Eingang b, an den über einen Leiter 66 ein Signal, das die endgültige Y-Lage der Figur bestimmt, gelegt ist. Ferner einen Eingang c, der über einen Leiter 68 mit einem Netzwerk 70 zur Erzeugung von begrenzenden Bedingungen in Y-Riehtung verbunden ist. Der Eingang a des Netzwerks 70 ist über Leiter 72 und 53 mit dem Ausgang b des Taktgenerator 10 verbunden. Der Eingang b des Netzwerks 70 ist über Leiter 74 und 60 mit dem Y'-Ausgang des Netzwerks zur Drehung 30 verbunden. Das Netzwerk

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zur Erzeugung von begrenzenden Bedingungen in Y-Richtung erzeugt die Grenzen der Figur in Y-Richtung, indem über die Leiter 53 und 72 ein Steuerimpuls vom Taktgenerator an das Netzwerk 70 gelegt wird.

Die Ausgangssignale des summierenden Verstärkers 36 sind ein Maß für die wechselnden Beziehungen zwischen den Signalen X' der drehenden Bewegung, dem Signal zur Begrenzung in X-Richtung und dem Signal für die Endlage in X-Richtung. Sie werden über einen Leiter 76 an den Eingang a eines Netzwerks 80 zur Veränderung der Größe gelegt. Der Eingang b des Netzwerks 80 zur Veränderung der Größe ist über einen Leiter 82 mit dem Ausgang des summierenden Verstärkers 64 verbunden. Über den Leiter 82 werden die Signale, die ein Maß für die wechselnden Beziehungen zwischen der drehenden Bewegung Y¹ und der Begrenzung in Y-Richtung sind, geführt. Über einen Leiter 84 werden Signale zur Veränderung der Größe an den Eingang c des Netzwerks 80 gelegt. Das Netzwerk 80 zur Veränderung der Größe erzeugt die Veränderung der absoluten Größe der Figur. Diese Veränderung ist eine Funktion der Signale am Eingang c des Netzwerks 80. Signale, die ein Maß für die drehende Bewegung X¹ darstellen, die X-Koordinate jedes Linienelements einschließlich der begrenzenden Bedingungen, ein Signal zur Festlegung der Endlage in X-Richtung, und ein Signal zur Veränderung der Größe, werden über einen Leiter 88 an den Ein-

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gang a eines summierenden Verstärkers 90 gelegt. Am Eingang b des summierenden Verstärkers 90 liegt über einen Leiter 92 ein Signal an, das die absolute Lage des Bildes in X-Riehtung auf der Kathodenstrahlröhre 19 bestimmt. ■ Das Signal vom summierenden Verstärker 90 liegt über einen Leiter 94 am E -Eingang der Kathodenstrahlröhre 18. Signale, die ein Maß für die Y-Position jedes Linienelements darstellen, Signale für die drehende Bewegung einschließlich der begrenzenden Bedingungen in Y'-Richtung, ein Signal zur Festlegung der Endlage in Y-Richtung und Signale für die Veränderung der Größe werden über einen Leiter 96 an den Eingang a eines summierenden Verstärkers 98 gelegt. Am Eingang b des summierenden Verstärkers 98 liegt über einen Leiter 100 ein Signal an, das die absolute Lage der Figur in Y-Richtung auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 18 bestimmt. Die Ausgangssignale des summierenden Verstärkers 98 liegen über einen Leiter 102 am E -Eingang der Kathodenstrahlröhre 18 an.

Der Ausgang c des Taktgenerator 10 ist mit einem Leiter mit dem Steuereingang einer Schaltung 112 zum Schließen der Figur verbunden. Diese Schaltung 112 erzeugt automatisch Signale, um die Figur zu schließen, wenn die Form der Figur verändert wird. Signale der X-Koordinate auf den Leiter 20 werden ebenso über einen Leiter 114 zur Schaltung 112 geführt wie die Signale der Y-Koordinate auf dem Lei-

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tar 22 über einen Leiter 116 zur Schaltung 112 geführt werden. Von der Schaltung 112 werden Signale der X- und Y-Koordinaten zur automatischen Erzeugung des letzten Linienelements der Figur über Leiter 118 bzw. 120 zum zweidimensionalen Zeichengenerator 14 geführt.

Das Verfahren zur Erzeugung von zweidimensionalen Figuren und die Bewegung dieser Figuren in einer Reihe von Bewegungsabläufen wurde grundsätzlich erläutert. Im folgenden werden die einzelnen Hauptbestandteile der Vorrichtung näher erläutert.

Die Schaltung für den zweidimensionalen Zeichengenerator ist in Fig. 2 im einzelnen dargestellt. Mit dieser Schaltung werden die Linienelemente der Figur durch die aufeinanderfolgende Veränderung der einem Linienelement zugeordneten Spannung erzeugt. Es sind drei Spannungseinsteller oder -umpoler, nachfolgend kurz Spannungseinsteller 150,152,154 genannt, vorhanden. Jeder Spannungseinsteller 150, 152 und 154 hat eine Vielzahl von Potentiometereingängen. Es sind so viele Potentiometereingänge vorhanden, wie Linienelemente in der Figur erzeugt werden iollen. Im Spannungseinsteller 150 bestimmt ein Potentiometereingang 156 die X-Spannung für das erste Linienelement, ein Potentiometereingang 153 die X-Spannung für das zweite Linienelement, ein Potentiometereingang 160 die X-Spannung für das dritte

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Linienelement und so fort bis zum Potentiometereingang 162, der die X-Spannung des η-ten Linienelements der Figur bestimmt. Der Spannungseinsteller 150 hat auch für jeden der Potentiometereingänge 156 bis 162 einen Steuereingang. So ist dem Potentiometereingang 156 ein Steuereingang 164 zugeordnet, dem Potentiometereingang 158 ein Steuereingang 166, dem Potentiometereingang 160 ein Steuereingang 168 und dem Potentiometereingang 162 ein Steuereingang 170. Wird ein Steuerimpuls von einer vorgegebenen Dauer am Eingang 164 angelegt, erzeugt der Spannungseinsteller 150 auf einem Leiter 172 am Ausgang eine Spannung, die gleich ist der Eingangsspannung am Potentiometer 156 während der Dauer des Impulses. Wird ein Steuerimpuls von einer vorgegebenen Dauer an den Eingang 166 gelegt, liegt die Eingangsspannung am Potentiometer 158 am Leiter 172 am Ausgang an. Diese Beziehungen gelten für jeden Potentiometereingang und den entsprechenden Steuereingang. Die Folge der X-Signale, die im Spannungseinsteller 150 erzeugt werden, wird über einen Leiter 172 zu einem Integrator 174 geführt. Das integrierte Ausgangssignal des Integrators 174 wird über den Leiter 20, der direkt mit dem E^-Eingang der Kathodenstrahlröhre oder den Eingang eines Netzwerks zur Bewegung, z.B. dem Netzwerk zur Drehung 30 oder dem Netzwerk zur Veränderung der Größe 80, verbunden werden kann, geführt. ·

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Ein Spannungseinsteller 152 arbeitet in genau der gleichen Weise wie der Spannungseinsteller 150 zur Erzeugung der Y-Spannungen. So bestimmt ein Potentiometereingang 192 die Y-Spannung für das erste Linienelement, ein Potentiometereingang 194 die Y-Spannung für das zweite Linienelement, ein Potentiometereingang 196 die Y-Spannung für das dritte Linienelement, ein Potentiometereingang 198 die Y-Spannung für das n-te Linienelement der Figur. Den Potentiometereingängen 192 bis 198 sind Steuereingänge zugeordnet. So ist dem Potentiometereingang 192 der Steuereingang 200 zugeordnet, dem Potentiometereingang 194· der Steuereingang 202, dem Potentiometereingang 196 der Steuereingang 204-, und dem Potentiometereingang 198 der Steuereingang 206. Ebenso wie beim Spannungseinsteller 150, wird ein entsprechendes Potentiometereingangssignal über den Spannungseinsteller 152 und einen leiter 208 am Ausgang auf einen Integrator 210 gegeben, wenn ein Steuerimpuls aufeinanderfolgend an die einzelnen Steuereingänge 200 bis 206 gelegt wird. Das integrierte Ausgangssignal des Integrators 210 wird über den Leiter 22 geführt. Ebenso wie das Auegangssignal des Integrators 174 kann das Ausgangssignal de« Integrators 210 direkt auf den E -Eingang der Kathodenstrahlröhre 18 oder auf den Eingang eines Netzwerke zur Bewegung, z.B. das Netzwerk zur Drehung 30 oder das Netzwerk zur Veränderung der Größe 80 gelegt werden,

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Ein Spannungseinsteller 154 arbeitet in genau der gleichen Weise wie die Spannungseinsteller 150 und 152, nur dient er zur Einstellung der Helligkeit bei der Wiedergabe. So bestimmt ein Potentiometereingang 230 die Spannung für die Helligkeit des ersten Linienelements, ein Potentiometereingang 232 die Spannung für die Helligkeit des zweiten linienelements, ein Potentiometereingang 234 die Spannung für die Helligkeit des dritten Linienelements und ein Potentiometereingang 236 die Spannung für die Helligkeit des η-ten linienelements. Jedem der Potentiometereingänge 230 bis 236 ist ein Steuereingang zugeordnet. So ist dem Potentiometereingang 230 ein Steuereingang 240 zugeordnet, dem Potentiometereingang 232 ein Steuereingang 242, dem Potentiometereingang 236 ein Steuereingang 246. Ebenso wie bei den Spannungseinstellern 150 und 152 erzeugt der Spannungseinsteller 154 an seinem Ausgang eine entsprechende Eingangespannung der Potentiometer, wenn Steuerimpulse von einer bestimmten Dauer aufeinanderfolgend an die Steuereingänge 240 bis 246 gelegt werden. Sa normalerweise ein konstantes Helligkeitsniveau für jedes einzelne Linienelement auf der Kathodenstrahlröhre 18 erwünscht ist, und da eine konstante Helligkeit durch Gleichspannung erzielt wird, werden die aufeinanderfolgenden Ausgangsgleichspannungen des Spannungseinstellers 154 über den Leiter 16 direkt an den Ej-Eingang der Kathodenstrahlröhre 18 gelegt.

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Zur Erzeugung der einzelnen Linienelemente der Figur werden nun die geeigneten Spannungspegel angelegt; es ist jedoch, notwendig, zur Erzeugung der einzelnen Linienelemente einen bestimmten Takt einzuhalten. Dieser Takt wird von dem Taktgenerator 10 vorgegeben. Der Taktgenerator 10 ist ein Folgeimpulsgenerator, der eine Vielzahl von Ausgängen 260, 262, 264, 266 und 268 aufweist. Es kann eine beliebige Zahl von Ausgängen gewählt werden. Der Ausgang 268 bezieht sich dann auf den η-ten Ausgang. Der Taktgenerator 10 kann so programmiert werden, daß er Impulse von einer vorgegebenen Dauer in einer zeitlichen Aufeinanderfolge an seinen Ausgängen abgibt. Der erste vom Generator 10 erzeugte Impuls liegt am Ausgang 260 an und wird über Leiter 270 und 272 zum Rückstelleingang des Integrators 174 geführt. Der Impuls auf dem Leiter 270 wird ebenso über einen Leiter 274 zum Rückstelleingang des Integrators 210 geführt. Auf diese Weise setzt der Impuls am Ausgang 260 die beiden Integratoren 174 und 210 auf Null. Der nächste von dem Generator 10 erzeugte Impuls liegt am Ausgang 262 an und wird über Leiter 276 und 277 zum Steuereingang 164 dee Spannungseinstellers 150 geführt. Der Impuls auf dem Leiter 276 wird ebenso über einen Leiter 278 zum Steuereingang 200 des Spannungseinstellers 152 geführt. Der Impuls auf dem Leiter 276 wird ebenso über einen Leiter 280 zum Steuereingang 240 des Spannungseinstellers 154 geführt. Auf diese Weise steuert der am Ausgang 262 des Generators 10

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Einliegende Impuls gleichzeitig die Spannungseinsteller 150, 152 und 154» um die X-, Y- und die Helligkeitssignale zur Darstellung des ersten Linienelements zu erzeugen. Der nächste vom Generator 10 erzeugte Impuls liegt am Ausgang 264 an und wird über Leiter 282 und 284 zum Steuereingang 166 des Spannungseinstellers 150 geführt. Der Impuls auf dem Leiter 282 wird ebenso über einen Leiter 286 zum Steuereingang 202 des Spannungseinstellers 152 geführt. Der Impuls auf dem Leiter 282 wird ebenso über einen Leiter 286 zum Steuereingang 242 des Spannungseinstellers 154 geführt. Auf diese Weise steuert der am Ausgang 264 des Generators 10 anliegende Impuls gleichzeitig die Spannungseinsteller 150, 152 und 154, um die Signale zur Darstellung des zweiten Linienelements zu erzeugen. Der dritte vom Generator 10 erzeugte Impuls liegt am Ausgang 266 an und wird über Leiter 290 und 292 an den Steuereingang 168 des Spannungseinstellers 150 geführt. Der Impuls auf dem Leiter 290 wird ebenso über einen Leiter 294 zum Steuereingang 204 des Spannungseinstellers 152 geführt. Der Impuls auf dem Leiter 290 wird ebenso über einen Leiter 296 zum Steuereingang 244 des Spannungseinstellers 154 geführt. Auf diese Weise steuert der Impuls am Ausgang 266 des Generators 10 gleichzeitig die Spannungseinsteller 150, 152 und 154, um Signale zur Darstellung des dritten Linienelements zu erzeugen. Vom Generator 10 kann nun eine beliebige Anzahl von Impulsen hervorgebracht werden. Der letzte oder n-te

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Impuls, der am Ausgang 268 anliegt, wird über Leiter 298 und 300 zum Steuereingang 170 des Spannungseinstellers 150 geführt. Der Impuls auf dem Leiter 298 wird ebenso über einen Leiter 302 zum Steuereingang 206 dee Spannungseinstellers 152 geführt. Der Impuls auf dem Leiter 298 wird ebenso über einen-Leiter"304 zum Steuereingang 246 des Spannungseinstellers 154 geführt. Auf diese Weise steuert der Impuls am Ausgang 268 des Generators 10 gleichzeitig die Spannungseinsteller 150, 152 und 154» um Signale zur Darstellung des η-ten Linienelements zu erzeugen. Nachdem der n-te Impuls hervorgebracht ist, wird die Abfolge der Impulse wiederholt, indem der nächste Impuls, der an dem Ausgang 260 anliegt, dazu dient, die Integratoren 174 und 210 auf Null zu setzen.

Als Beispiel für die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Pig. 2 wird die Erzeugung und die Wiedergabe eines Quadarts gemäß Fig. 3 auf der Kathodenstrahlröhre 18 näher erläutert. Fig. 3 zeigt ein Quadrat 305 mit einem Mittelpunkt 306 und das die Linienelemente 307, 308, 309, 310 und 311 aufweist. Das Linienelement 307 wird benötigt, damit der Ausgangspunkt des Quadrats mit seinem Mittelpunkt 306 übereinstimmt. Deswegen hat der Mittelpunkt des Quadrats die Koordinaten x=0 und y=0 in dem gezeigten XY-Koordinatensystem. Das Ende des ersten Linienelements 307 bildet eine Ecke 314 der Figur, mit den Koordinaten X₁JT₁.

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Das Ende des Linienelements 508 bildet eine Ecke 316 der figur mit den Koordinaten -χ.^2" Das Ende des Linienelements 309 bildet eine Ecke 318 mit den Koordinaten x^y*. Das Ende des Mnienelements 310 "bildet eine Ecke 320 mit den Koordinaten Χα?4· Schließlich bildet das Ende des iinienelements 311 die Ecke 314· mit den Koordinaten χ,-yr. Da die Figur 306 eine geschlossene Figur ist, sind die Koordinaten Xcyc dit den Koordinaten X-Jy₁ identisch. Da fünf Linienelemente (307 bis 311) zu erzeugen sind, hat jeder der Spannungseinsteller 150, 152 und 154 fünf Potentiometereingänge und ebenso fünf Steuereingänge. Nun muß der Taktgenerator 10 insgesamt sechs Ausgänge haben, einen zum Zurücksetzen der Integratoren 174 und 210 und fünf zur Steuerung der fünf Potentiometereingänge der einzelnen Spannungseinsteller. Die X-Spannungen zur Erzeugung der einzelnen Iiinienelemente 307 bis 311 werden an die Potentiometereingänge des Spannungseinstellers 150 gelegt» Die Y-Spannungen werden an die Potentiometereingänge des Spannungseinstellers 152 gelegt, und die Spannungen für die Helligkeit werden an die Potentiometereingänge des Spannungseinstellers 154 gelegt. Der Taktgenerator 10 ist so programmiert, daß er aufeinanderfolgend sechs Impulse von gleicher Dauer während eines Arbeitszyklus an seinem Ausgang hervorbringt.

Anhand der Schwingungen oder Wellenformen, nachfolgend

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Schwingungen genannt, gemäß Fig· 4 kann die Erzeugung des Quadrats gemäß Fig. 3 erläutert werden. Die Schwingungen 322, 323, 324, 325, 326 und 327 zeigen aufeinanderfolgende Impulse, die an den sechs Ausgängen des Takgenerators 10 anliegen. Der erste dieser Impulse, Schwingung 322, ist der Rücksetzimpuls für die Integratoren 174 und 210. Die übrigen Impulse, Schwingungen 323 bis 327, steuern aufeinanderfolgend die einzelnen Spannungseinsteller 150, 152 und 154· Das Ausgangssignal am X-Spannungseinsteller 150 für die laktfolge während des gesamten Arbeitszyklus zeigt Schwingung 328. Während der Dauer des Rücksetzimpulses, Schwingung 322, ist die Amplitude der Schwingung 328 gleich Null, da kein Linienelement während des Rücksetzens der Integratoren 174 und 210 erzeugt wird. Der Rest der Schwingung 328 ist ein Maß für die an den Potentiometereingängen des Spannungseinstellers 150 anliegenden Spannungen zur Erzeugung der X-Signale der einzelnen Idnienelemente. Die Schwingung 323 wird vom Integrator 174 integriert. Das integrierte Ausgangssignal auf dem Leiter 20 zeigt Schwingung 329. Die Bezugsebene der Schwingung 329 kann verändert werden, um die absolute Lage des Quadrats gemäß Fig.3 entlang der X-Achse zu verschieben.

Es wird angenommen, daß der Ursprungspunkt des Quadrate gemäß Fig. 3, bezogen auf die X- und die Y-Achse, im Nullpunkt liegt, so daß die Bezugsebene der Schwingung 329 Null ist.

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Das Ausgangssignal des Y-Spannungseinstellers 152 zur Erzeugung des Quadrats gemäß Fig. 3 wird τοη der Schwingung 330 wiedergegeben. Ebenso wie bei der Schwingung 328 ist die Schwingung 330 während des Rücksetzens der Integratoren 174 lind 210 Null. Der Rest der Schwingung 330 ist ein Maß für die Spannung am Potentiometereingang des Spannungseinstellers 152 zur Erzeugung der X-Signale der Linienelemente. Die vom Integrator 210 integrierte Schwingung 330 zeigt Schwingung 331 ο Nimmt man wiederum an, daß der Ursprungspunkt des Quadrats gemäß Fig. 3 im Nullpunkt, . bezogen auf die X- und Y-Achse, liegt, ist die Bezugsebene der Schwingung 331 ebenfalls Null,

Das Ausgangssignal des Spannungseinstellers 154, das ein Maß für die Helligkeit der Linienelemente darstellt, zeigt schließlich Schwingung 332. Anhand der Schwingung 332 ist zu erkennen, daß während eines Arbeitszyklus nur die Linienelemente 308 bis 311 wiedergegeben werden. Das Linienelement 307 wird nicht wiedergegeben, da es nur dazu dient, den Ursprungspunkt des Quadrats auf seinen Mittelpunkt zu legen. In diesem Beispiel wird das Helligkeitsniveau aller Seiten des Quadrats durch die konstante Amplitude der Schwingung 332 auf der gleichen Höhe gehalten. Man kann na-

zum

türlich die Potentiometer 230 bis 236/Jtndern der Helligkeit steuern.

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Die Schwingungen 329» 331 und 332 können direkt an den

E-E- und E₁-Eingang der Kathodenstrahlröhre 18 gelegt χ y ζ

werden, um das Quadrat gemäß Fig. 3 zu erzeugen» Mit Hilfe dieses Grundverfahrens kann jede zweidimensionale, aus Geraden zusammengesetzte Figur erzeugt und wiedergegeben werden.

Die Vorrichtung gemäß Erfindung weist ferner die Möglichkeit zur Bewegung der Figur auf, indem ein oder mehrere Potentiometereingänge der Spannungseinsteller 150 und 152 verändert werden. Es wird festzustellen sein, daß eine Veränderung an einem oder mehreren dieser Potentiometer die Schwingungen in der X- oder Y-Koordinate oder auch in beiden verändert und damit eine Änderung der Form der Figur erreicht werden kann. Werden diese Eingangssignale von Hand im Arbeitstakt des Taktgenerators 10 eingegeben, kann der Benutzer der Vorrichtung die Figur eine Vielzahl von Bewegungen durch Änderung der Größe, der Lage und der Form ausführen lassen.

Gemäß Fig. 1 bilden die summierenden Verstärker 36 und 64 mit ihren Eingängen die Schaltung für die Einstellung der absoluten Lage des Bildes auf der Kathodenstrahlröhre 18. Jeder der summierenden Verstärker 36 und 64 weist Eingänge a, b und c auf. Der Eingang a des summierenden Verstärkers 36 ist in dieser Darstellung über den Leiter 35 mit dem

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X¹-Ausgang des Netzwerks zur Drehung 30 verbunden. Wird jedoch das Netzwerk zur Drehung 30 nicht "benutzt, kann der Eingang a direkt über den Leiter 20 mit dem X-Ausgang des zweidimensionalen Zeichengenerators 14 verbunden werden« Der Eingang b des summierenden Verstärkers 36 ist über den Leiter 40 mit einer Spannung zur Bestimmung der absoluten Lage in X-Richtung verbunden. Die Spannungsfunktion kann eine Konstante eines Potentiometers oder eine zeitveränderliche Funktion, z.B. eine Sägezahnfunktion, sein. Wie bereits gezeigt, ist der Eingang c des summierenden Verstärkers 36 mit dem Ausgang des Netzwerks 50 zur Simulierung von begrenzenden Bedingungen verbunden. Ebenso kann der Eingang a des summierenden Verstärkers 64 über einen Leiter 62 mit dem Ausgang Y¹ des Netzwerks zur Drehung 30 verbunden werden· Der Eingang a kann jedoch auch über den Leiter 22 direkt mit dem Y-Ausgang des zweidimensionalen Zeichengenerators 14 verbunden werden.

Auf den Eingang b des summierenden Verstärkers 64 ist über einen Leiter 66 eine Spannungsfunktion zur Veränderung der absoluten Lage in Y-Richtung geschaltet. Diese Spannungsfunktion kann entweder eine konstante oder eine zeitveränderliche Punktion sein, Der Eingang c des summierenden Verstärkers 64 ist über den Leiter 68 mit dem Netzwerk 70 zur Simulierung von begrenzenden Bedingungen verbunden. In der weiteren Betrachtung können die c-Eingänge der summierenden

209808/1676 - ²5 -.".

Verstärker 36 und 64 vernachlässigt werden. Obwohl die Ausgänge der summierenden Verstärker 36 und 64 hier über die Leiter 76 bzw. 82 mit dem Netzwerk 70 zur Veränderung der Größe verbunden sind, können diese Ausgänge auch direkt mit dem B- bzw. B -Eingang der Kathodenstrahlröhre 18 verbunden werden. Wird das System auf diese Weise geschaltet, kann die absolute Lage der vom Zeichengenerator 14 erzeugten Figur in X-Richtung verändert werden, indem die Spannung am Eingang b des summierenden Verstärkers 36 durch die Addition zur Spannung der Schwingung des Generators 14 in X-Richtung geändert wird. In Y-Hichtung kann die absolute Lage der Figur verändert werden, indem die Spannung am Eingang b des summierenden Verstärkers 64 durch Addition zur Spannungsamplitude der Schwingung in Y-Richtung des Generators 14 verändert wird. Werden verschiedene Kombinationen der an den Eingängen b der summierenden Verstärker anliegenden Spannungen benutzt, kann eine Vielzahl von Bewegungen zur Veränderung der absoluten Lage erzielt werden. Benutzt man z.B. Potentiometereingänge, kann mit ihnen die Lage der Figur irgendwo auf dem Bildschirm festgelegt werden. Werden Sägezahnfunktionen benutzt, kann man die Figur zwischen einem vorgegebenen Ausgangspunkt und einem vorgegebenen Endpunkt bewegen.

Sie Größe der Figur kann mit Hilfe eines Netzwerks zur Veränderung der Größe gemäß Fig. 5 variiert werden. Das

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Netzwerk 80 zur Veränderung der Größe weist Analogvervielfacher 336 und 338 mit den Eingängen a und b auf. An die a-Eingänge können Signale von einer Vielzahl von Quellen, z.B, die Schwingungen in X- und Y-Hichtung des Generators 14 auf den Leitern 20 und 22 oder die Ausgangssijignale der summierenden Verstärker 36 und 64, je nach Wahl des Aufbaus des Netzwerks gelegt werden. Der Eingang b des Vervielfachers 336 ist über die leiter 340 und 84 an eine Spannungsfunktion 342 zur Veränderung der Größe geschaltet. Der Eingang b des Vervielfacher 338 ist über die Leiter 341 und 84 auf eine Spannungsfunktion 342 zur Veränderung der Größe geschaltet. Die Ausgangssignale der Vervielfacher 336 bzw. 338 auf den Leitern 88 und 96 sind Vielfache der Signale an den Eingängen a und b. So wird die Spannungsfunktion zur Veränderung der Größe über die Leiter 84 und 340 zum Eingang b des Vervielfachers 336 geführt, wo sie mit den Signalen am Eingang a des Vervielfachers 336 multipliziert werden und so die Ausgangssignale auf dem Leiter 88 zu ergeben. Die Spannung zur Veränderung der Größe wird ebenso über die Leiter 84 und 341 zum Eingang b des analogen Vervielfachers 338 geführt, wo sie mit den Signalen am Eingang a des Vervielfachers 338 multipliziert werden und so die Ausgangssignale auf den Leiter 96 ergeben. Eine Veränderung der Steuerspannung 342 ruft eine entsprechende Veränderung der Spannungen auf den Leitern 88 und 96 am Ausgang hervor.

209808/1676 ²⁷

Wird z.B. die Steuerspannung 34-2 über ein Potentiometer angelegt, kann die Größe des Bildes beliebig gewählt oder durch die Veränderung der Potentiometerspannung variiert werden. Wird die Steuerspannung 342 vom 'Vollausschlag auf Null abgeregelt, kann die Größe des Bildes auf der Kathodenstrahlröhre 18 von einem Maximum zu einem Punkt, der mit dem Ursprungspunkt der Figur zusammenfällt, reduziert werden. Ist die Steuerfunktion 342 eine Sägezahnfunktion, kann ein Zoomeffekt erzielt werden. Die Figur kann hierbei von klein auf groß und umgekehrt bewegt werden. Die Veränderung ist davon abhängig, ob eine positive oder eine negative Sägezahnspannung benutzt wird. Werden Vier-Quadrant-Vervielfacher benutzt, kann das Bild auf der Röhre 18 invertiert werden, indem eine negative Steuerspannung an die Vervielfacher angelegt wird. Die Verwendung von Sägezahnfunktionen, um einen Zoomeffekt zu erreichen, vermittelt dem Bild den Eindruck der Raumtiefe bzw. der dritten Dimension.

Während gemäß Fig. 2 nur eine einzige Einrichtung zur gleichzeitigen Einstellung der Verstärkung der Vervielfacher 336 und 338 vorhanden ist, können natürlich auch mehrere Steuereinrichtungen für die Größe für jeden einzelnen Vervielfacher verwendet werden. Auf diese Weise kann die Größe des Bildes in X- und Y-Richtung unterschiedlich beeinflußt werden. So kann man z.B. das Quadrat gemäß Fig.

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zu einem Eechteck verformen, indem man nur die Verstärkung eines der Vervielfacher ändert.

Die Vorrichtung gemäß Erfindung ermöglicht eine weiter« Bewegungsform, nämlich eine drehende Bewegung um den Ursprungspunkt der Figur* Ist die Figur ein Quadrat, wie in Pig. 3 gezeigt, erfolgt die Drehung um den Punkt 306. Die Drehung wird mit Hilfe einer Koordinatentransformation durchgeführt. In Bezug auf die Figur 6 werden die Formeln zur Drehung der Figur abgeleitet. Es sind XY- und X¹Y¹-Koordinaten dargestellt. Die X¹Y'-Koordinaten werden gegen den Uhrzeigersinn um den Winkel O<» den Drehwinkel, gedreht. Die Vektorkomponente x=A und die Vektorkomponente ysB entsprechen den ursprünglichen Vektorkomponenten auf der X- und Y-Achse.

t B¹,, A* und B' sind die auf X¹ und Y¹ projizieren

Komponenten	von A und B	m	*^{1 +} x**	t
Ea gilt:		m	*'-h*	I
A* »	Α_χ		cos O<
Β« -	By	sinCX
V =	A	sin OC
A, ' ^β	A	co« Of
Β_χ' -	B	A cop	Ok + B «in O^
By' «	B	B oo«	OC 4 A ein OC
und A'
Β«

101008/1616 _ 29-

hieraus folgt

ι' s cos O< + y sinQC

y¹ = cos o< - * sin

Bei Drehung im Uhrzeigersinn gelten die Gleichungen:

x¹ = χ cos O< - y sin OC
y' = y cos CX + x sin OC

Ein Netzwerk gemäß Fig. 7 erzeugt die drehende Bewegung. Es wird ein Sinus-Cosinus-Generator 350 mit einem Potentiometereingang 352 "benötigt. Die Spannung am Potentiometereingang bestimmt den Winkel OC* Eine genaue Beschreibung eines geeigneten Sin-Oos-Generators 350 ist in Bild 3 der US-Patentschrift 3 364 382 niedergelegt. Pur die hier vorgelegte Patentschrift genügt es zu wissen, daß am Ausgang a des Generators 350 cos CK und am Ausgang b sinCX anliegt. Der cos O<am Ausgang a wird über einen leiter 354 und einen Leiter 360 an den Eingang a eines Vervielfachers 362 geführt. Die Variable χ ist ein Haß für die Spannung in X-Richtung eines Linienelements der Figur. Sie entspricht dem Signal auf dem Leiter 20 gemäß Pig. 1 und 2 und wird über den Leiter 24 und einen Leiter 364 zum Eingang b des Vervielfachers 362 geführt. Das Auegangssignal des Vervielfachers 362 χ cos CX wird über einen Leiter 365 zum Eingang a eines summierenden Verstärkers 366 geführt. Das Signal auf dem Leiter 24 wird ebenso über einen Leiter zum Eingang b eines Vervielfachers 370 geführt. Das Si-

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gnal am Ausgang b dee Sin-Cos-Generators 350 ist der sinus von CX und wird tlber einen Leiter 372 und 374 an den Inverter 376 geführt. Das Ausgangseignal -sinCX des Inverters 376 wird über einen Leiter 378 an den Eingang a des Vervielfachers 370 geführt. Das Ausgangssignal -x si des Vervielfachers 370 wird über einen Leiter 380 ah den Eingang a des summierenden Verstärkers 382 geführt. Das Signal sinOC auf dem Leiter 372 wird ebenso über einen Leiter 384 an den Eingang a eines Vervielfachers 386 geführt. Die Variable y ist ein Maß für die Spannung in Y-Richtung eines Linienelements der Figur und entspricht dem Signal auf dem Leiter 22 gemäß Pig. 1 und 2. Sie wird über den Leiter 32 und einen Leiter 388 zum Eingang b eines Vervielfachers 390 geführt. Daa Signal auf dem Leiter 32 wird ebenso über einen Leiter 392 an den Eingang b des Vervielfachers 386 geführt. Das Ausgangssignal y sin CX des Vervielfachers 386 wird über einen Leiter 394 zum Eingang b des summierenden Verstärkers 366 geführt. Das Ausgangssignal des summierenden Verstärkers 366 ist die Punktion χ cosCX + y sinO<= x'. Das Signal cos OC auf dem Leiter 354 wird ebenso über einen Leiter 396 zum Eingang a des Vervielfachers 390 geführt. Das Ausgangssignal y cos O< des Vervielfachers 390 wird über einen Leiter 398 zum Eingang b des summierenden Verstärkers 382 geführt. Das Ausgangsaignal des summierenden Verstärkers 382 ist die Funktion a cosO<- χ sin OC » y¹. Die Ausgangssignale x' und y^e

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können direkt an den Ε_χ- bzw. EL-Eingang"der Röhre 18 gelegt werden. Sie können aber auch vorher an das Netzwerk 30 zur Veränderung der Größe oder an die summierenden Verstärker 36 und 64 gelegt werden. Pas Netzwerk gemäß Fig. kann gemäß den olsen gegebenen Gleichungen so verändert werden, daß die Drehung im Uhrzeigersinn erfolgt.

Das Bild auf der Kathodenstrahlröhre 18 kann also auf diese Weise um seinen Ursprungspunkt gedreht werden, indes der Winkel Of mit Hilfe des Potentiometereingangs 352 verändert wird, tfird der Winkel OC stetig über 360° verändert, dreht sich die Figur ebenfalls gleichmäßig. Wird gleichzeitig das Netzwerk zur Veränderung der absoluten Lage verwendet, kann man die Figur in jede Richtung über den Bildschirm rollen lassen.

Figuren, die auf eine der oben beschriebenen Irten, β.Β. durch eine Drehbewegung, bewegt wurden, rufen oft den Eindruck einer Bewegung im leeren Raum hervor, da ihrt Bewegung nicht auf eine Begrenzung, z.B. eine Unterlag· oder eine Wand, bezogen werden kann. Es kann erwünscht «ein, den Effekt einer begrenzenden Bedingung, wie ihn z.B. eine Unterlage oder eine Wand hervorrufen, zu simulieren. Hierfür wird die Schaltung gemäß Fig. 8 benutzt. Ee wird z.B. eine Unterlage so simuliert, daß die Ecken des Quadrats gemäß Fig. 9 bei der Drehung in Berührung mit der Unter-

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lage erscheinen, ähnlich wie wenn ein quadratischer Block auf einer Unterlage rollt. Dreht sich das Quadrat um seinen Ursprungspunkt, müssen die Ecken des Quadrats gerade die Oberfläche der Unterlage berühren. Aus diesem Grund muß beim Auftreffen einer Ecke auf die Unterlage die gesamte Figur um eine Strecke, die gleich der Strecke ist, um die die Ecke über die Unterlage hinausragt, angehoben werden. Mit Hilfe der Netzwerke 50 und 70 zur Simulierung der begrenzenden Bedingungen kann diese Wirkung erzielt werden. Da diese Netzwerke gegenseitig identisch aufgebaut sind, genügt es, nur eines näher zu erläutern.

Fig. 8 zeigt das Netzwerk 70, das ein Flip-Flop 412 aufweist. Der Eingang des Flip-Flops 412 ist über die Leiter 53 und 72 mit dem Ausgang b des Taktgenerators 10 verbunden. Zu Beginn eines Arbeitszyklus mit im Generator 10 erzeugten Impulsen wird am Ausgang b des Generators 10 gleichzeitig mit der Erzeugung des Rücksetzsignals auf dem Leiter 270 ein Steuerimpuls hervorgebracht. Dieser Impuls wird über die Leiter 53 und 73 an das Flip-Flop 412 gelegt. Das Flip-Flop 412 hat die Ausgänge a und b. Jedesmal, wenn das Flip-Flop angesteuert wird, ändert sich sein Zustand und an den Ausgängen a und b liegt abwechselnd ein Signal an. Der Steuerimpuls zu Beginn des ersten Arbeitszyklus steuert das Flip-Flop 412 so an, daß an seinen Ausgang a ein Signal anliegt, das über einen Leiter 414 einen Leiter

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416 und einen Leiter 418 zu einer Rücksetzschaltung 420 geführt wird. Der Ausgang der Eücksetzschaltung 420 ist über einen Leiter 422 mit dem Eingang a eines Spitzendetektors 424 verbunden. Der Spitzendetektor 424 hat ferner die Eingänge b und c. Es handelt sich bei dem Detektor um eine Schaltung, die eine Schwingung, die an ihrem Eingang c anliegt, analysiert und die Spannungsspitζen der Schwingung speichert. Der Eingang b des Detektors 424 ist über einen Leiter 426 an eine geeignete Bezugsspannung 428 gelegt, die ein Maß für die begrenzende Bedingung ist. Die Bezugsspannung 428 wird über den Leiter 426 zum Eingang b des Spitzendetektors 424 geführt. Wird der Spitzendetektor 424 durch das Signal auf dem Leiter 422 zurückgesetzt, bricht die Spannung zusammen und erreicht einen Spannungspegel, welcher der Bezugsspannung 428 entspricht. Der Detektor hält diese Spannung, bis er eine höhere Spannung in der Schwingung, die er analysiert, registriert. Diese höhere Spannung wird gespeichert. Die Schwingungen der Spannungen in Y- bzw. Y¹-Richtung für die einzelnen Linienelemente werden über den Leiter 74 und einen Leiter 430 an einen Analogschalter 432 gelegt. Das Signal auf dem Leiter 416 wird ebenso über einen Leiter 434 an den Analogschalter 432 gelegt. Es schließt den Schalter im gleichen Moment, in dem der Spitzendetektor 424 auf den Pegel der BezugsSpannung 428 zurückgesetzt wird. Wird der Analogschalter 432 geschlissen, wird die y- bzw. y'-Schwingung

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₄auf dem Leiter 430 über den Leiter 436 zum Eingang c des Spitzendetektors 424 geführt und ermöglicht so eine Analyse der y- bzw. y'-Schwingung durch den Spitzendetektor 424 und ein Speichern der Spannungsspitzen der Schwingungen. Voraussetzung hierfür ist, daß die Spitzenspannung höher als die Bezugsspannung 428 ist. Sie Spannung des Spitzendetektors 424 wird über einen Leiter 440 an einen Analogschalter 444 gelegt. Bin weiterer Analogschalter 464 ist über einen Leiter 450 mit einem Potentiometereingang 452 verbunden. Der Potentiometereingang 452 ist auf die Bezugsspannung 428 oder die hierzu negative Spannung eingestellt. Die Spitzenspannung vom Spitzendetektor 424 und die Spannung vom Potentiometereingang 452 werden an den Analogschalter 444 bzw. 446 angelegt.

Zu Beginn des nächsten Arbeitszyklus (nachdem jedes Linienelement der 3?igur einmal erzeugt wurde) wird ein weiterer Steuerimpuls vom Taktgenerator 10 erzeugt und über die Leiter 53 und 72 zum Ansteuern des Flip-Flops 412 geführt. Auf diese Weise wird der Zustand des Flip-Flops 412 verändert, so daß nur ein Signal an seinem Ausgang b anliegt und der Ausgang a frei wird. Da nun am Ausgang a kein Signal anliegt, ist kein Signal auf dem Leiter 434 und der Analogschalter 432 öffnet. Ist der Schalter 432 geöffnet, beendet der' Spitzendetektor 424 die Analyse und speichert die Spitzenspannung, die vor dem Öffnen des Analogschal-

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ters 432 anlag. Das Signal am Ausgang b des Flip-Flops 412 wird über einen Leiter 456 und einen Leiter 460 und einen Leiter 462 geführt, um den Analogschalter 444 zu schließen. Das Signal auf dem Leiter 46Ö wird ebenso über einen Leiter 464 geführt, um den Analogschalter 446 zu schließen. Sind die Analogschalter 444 und 446 geschlossen, wird die Spitzenspannung des Spitzendetektors 424 über den Leiter 440, den Analogschalter 444 und einen Leiter 466 zum Eingang a des summierenden Verstärkers 468 geführt. Die Potentiometerspannung 452 wird über einen Leiter 450, den Analogschalter 446 und einen Leiter 470 zum Eingang b des summierenden Verstärkers 468 geführt. Das Ausgangssignal des summierenden Verstärkers 468 ist gleich der algebraischen Summe aus der Spitzenspannung des Detektors 424 und der Potentiometerspannung 452.

Eine der eben beschriebenen identische Schaltung erzeugt die Rücksetzspannung für den nächsten Arbeitszyklus. Es sind zwei Schaltungen, die abwechselnd in den einzelnen Arbeitszyklen angesteuert werden, notwendig, da der Spitzendetektor die Schwingung während des gesamten Arbeitszyklus analysieren muß, bevor die Rücksetζspannung für den nächsten Zyklus erzeugt wird. So wird das Signal auf dem Leiter 456 ebenso über einen Leiter 472 und einen Leiter 474 zu einer Rückstellschaltung 476 geführt. Die Rückstellschaltung 476 ist in gleicher Weise wie die Rück-

209808/1676 " ³⁶ ~

setzschaltung 420 aufgetaut. Das Ausgangssignal der Rücksetzsctialtung 476 wird über einen Leiter 478 zum Eingang a eines Spitzendetektors 480 geführt. Der Spitzendetektor 480 entspricht dem Spitzendetektor 424 und arbeitet in genau der gleichen Weise. Der Spitzendetektor 480 kat einen Ausgang b, der über einen Leiter 482 mit einer Bezugsspannung 484 verbunden ist. Die Bezugsspannung 484 schafft ebenso wie die Spannung 428 eine begrenzende Bedingung. Liegt am Spitzendetektor 480 ein Signal am Eingang a an, wird er auf einen Spannungspegel entsprechend der Spannung zurückgesetzt. Die Y'-Schwingung auf dem Leiter 74 wird ebenso über einen Leiter 486 an einen Analogschalter gelegt. Das Signal auf dem Leiter 472 wird ebenso über einen Leiter 490 zum Schließen des Analogschalters 488 benutzt. Ist der Analogschalter 488 geschlossen, wird die y'-Schwingungüber einen Leiter 492 auf den Eingang c des Spitzendetektors 480 gelegt. In gleicher Weise wie der. Spitzendetektor 424 analysiert der Spitzendetektor 480 die y¹-Schwingung im gesamten Arbeitszyklus und speichert die Spitzenspannungen, vorausgesetzt sie sind größer als die Bezugsspannung 484. Diese Spitzenspannungen werden über einen Leiter 494 an den Analogschalter 498 gelegt, ein weiterer Analogschalter 500 ist über einen Leiter 504 mit einem Potentiometereingang 506 verbunden. Der Potentiometereingang 506 ist auf den Spannungspegel der Bezugsspannung 484 und auf den dazu negativen Wert eingestellt.

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Die Spitzenspannung auf dem Leiter 494 und die Spannung vom Potentiometereingang 506 werden an die Analogschalter 498 bzw. 500 gelegt. Zu Beginn des dritten Arbeitszyklus der Impulse vom Taktgenerator 10 wird ein weiterer Steuerimpuls erzeugt, um wiederum das Flip-Plop 412 anzusteuern. Der Zustand des Flip-Flops 412 wird erneut verändert, so daß nun ein Signal an seinem Ausgang a anliegt und der Ausgang b frei wird. Da am Ausgang b kein Signal anliegt, öffnet der Analogschalter 488 und Spitzendetektor 480 beendet die Analyse. Das Signal am Ausgang a des Flip-Flops 412 wird über einen leiter 414t einen Leiter 510 und einen Leiter 512 geführt, um den Analogschalter 498 zu schließen. Sind die Analogschalter 498 und 500 geschlossen, wird die Spannung vom Spitzendetektor 480 über einen Leiter 516 zum Eingang d des summierenden Verstärkers 468 geführt. Die Spannung vom Potentiometereingang 506 wird über einen Leiter 504» den Analogschalter 500 und einen Leiter 518 zum Eingang c des summierenden Verstärkers 468 geführt« So ist das Ausgangssignal des summierenden Verstärkers zu Beginn des dritten Arbeitszyklus gleich der algebraischen Summe aus der Spitzenspannung vom Detektor 480 und der Spannung vom Potentiometer 506 und entspricht der Rücksetzspannung· Das Signal auf dem Leiter 414» das die Analogschalter 498 und 500 schließt, wird ebenso über den Leiter 416 geführt, um den Spitzendetektor 480 zurückzusetzen und den Analogschalter 432 zu schließen, um die

i 0 9 8 0 8 / 1 6 7 β -38-

^•-Schwingung des nächsten Arbeitszyklus zu analysieren. Die Analyse durch die einzelnen Spitzendetektoren in den aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen wird fortgesetzt, um in jedem Arbeitszyklus eine Rücksetζspannung zu erzeugen. Entsprechend Fig. 1 wird diese Rücksetzspannung über den leiter 68 zum summierenden Verstärker 64 geführt, wo sie zu den y'-Spannungen addiert wird.

Arbeitet das hier beschriebene netzwerk 70 zur Simulierung der begrenzenden Bedingungen mit den Schwingungen in Y- bzw. Y¹-Richtung, wird die gleiche Schaltung im Netzwerk 50 zur Simulierung der begrenzenden Bedingungen in X-Richtung verwendet, indem die Schwingungen in X- bzw. X'-Richtung analysiert werden.

Die Arbeitsweise des Netzwerks 70 zur Simulierung von begrenzenden Bedingungen wird anhand des Quadrats 520 gemäß Pig. 9 und anhand der Schwingungen gemäß Pig. 10 näher erläutert. Es wird angenommen, daß die zu simulierenden Bedingungen das Abrollen eines Quadrats 520 über eine Unterlage 522 sind. Die Unterlage 522 stellt die begrenzende Bedingung dar. Dreht sich das Quadrat 522 um seinen Ursprungspunkt 524, muß jede seiner Ecken, z.B. die Ecke 526, die Oberfläche der Unterlage 522 berühren und darf sich nicht unter deren Ebene bewegen. Deswegen muß das gesamte Quadrat 520 bei der Drehung um eine entsprechende Strecke

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angehoben werden, so daß jede der Ecken immer gerade die Unterlage 522 berührt. Um dieser Bedingung zu genügen, nimmt das Quadrat 520 die Lage des Quadrats 520', wie es mit den gestrichelten linien gemäß Pig« 9 gezeigt'wird, ein. Die Schwingung 530 gemäß Pig. 10 zeigt die Steuerimpulse, die zu Beginn jedes Arbeitszyklus Vom Taktgenerator 10 hervorgebracht wird. Diese Impulse steuern das Plip-Plop 412. Die Schwingung 532 ist die Y- bzw. Y'-Koordinate der Schwingung zur Erzeugung des Quadrats 520 gemäß Pig. 9. Bei dieser Schwingung wird die Unterlage 522 durch einen Spannungspegel -E_R, durch die gepunktete Linie 534 dargestellt, bestimmt. Die negative Spannungsspitze der Schwingung wird mit -E bezeichnet. Die Schwingung 532 wird von den Spitzendetektoren 424 und 480 während der abwechselnden Arbeitszyklen analysiert, wobei die negative Spannungsspitze -E gespeichert wird. Die Bezugspannungen und 484 werden auf die Spannung -Ep, die die begrenzende Bedingung festlegt, eingestellt. An jedem der Potentiometereingänge 452 und 506 wird die Spannung +E„ angelegt. Die Schwingung 536 ist die Ausgangsschwingung der Rücksetzschaltung 420 und wird zum Rücksetzen des Spitzendetektors 424 benutzt. Die Schwingung 536 hat die halbe Frequenz der Schwingung 530. Die Schwingung 538 ist die Ausgangsschwingung des Spitzendetektors 424. Es ist festzuhalten, daß beim Peststellen der negativen Spannungsspitze -E vom Detektor 424 diese Spannung während der

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Restdauer dieses Arbeitszyklus und während des nächsten Arbeitszyklus bis zum Zeitpunkt des Rücksetzens des Detektors 424 gespeichert wird. Die Schwingung 540 ist die Ausgangs schwingung der Rücksetzschaltung 476 und wird zum Rücksetzen des Detektors 480 benutzt. Die Schwingung 540 hat die halbe Frequenz der Schwingung 530 und ist um 180° gegenüber der Schwingung 536 phasenverschoben, so daß sie bei verschiedenen Arbeitszyklen angewandt werden können. Die Schwingung 542 ist die Ausgangsschwingung des Detektors 48Oo Das Ausgangssignal des Detektors 480, wie es beim Vergleich der Schwingungen 538 und 542 festgestellt wird, ist gegenüber der Ausgangsschwingung des Detektors 424 um 180° phasenverschoben. Bei verschiedenen Arbeitszyklen berechnet der summierende Verstärker 468 die algebraischen Differenzen zwischen den Schwingungen 542 und der Potentiometereingangsspannung 506 sowie der der Schwingung 538 und der Potentiometereingangsspannung 452. Die algebraischen Differenzen sind gleich E-Ej, , wie in Schwingung 544 gezeigt. Sie werden über den Leiter 68 zum summierenden Verstärker 64 geführt, um das Quadrat 520 in die Lage des Quadrats 520' anzuheben.

Eine weitere Eigenschaft der Vorrichtung gemäß Erfindung, die eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Bewegung einzelner Typen von Figuren schafft, wird durch das Netzwerk zum automatischen Schließen der Figur geschaffen. Entsprechend

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dem Schaltbild gemäß Fig. 2 wird eine Figur durch die geeignete Wahl der X-, Y- und Helligkeitsspannungen erzeugt. Die Bewegung wird durch die Veränderung der Spannungen hervorgerufen. Um jedoch die Figur in jeder Bewegungsphase geschlossen zu halten, muß χ gleich x^, sein und y gleich y^. Wird wenigstens eine der Spannungen verändert, ohne die anderen ebenfalls zu verändern, stimmt der Punkt nicht mit dem Punkt x_ny„ überein, die Figur ist nicht mehr geschlossen. Ohne Einrichtungen, die automatisch das letzte Linienelement auf den Punkt X^y₁ zurückführen, wird eine Bewegung sehr schwierig. Die Schaltung 112 zum Schließen der Figur dient diesem Zweck.

Die Schaltung zum Schließen der Figur für die Signale in X-Richtung ist in Fig. 11 gezeigt. Die Schaltung zum Schließen der Figur in Y-Richtung ist in gleicher Weise aufgebaut, sodaß es genügt, nur eine der Schaltungen zu erläutern. Das Netzwerk mit dem Taktgenerator 10, dem SpanT nungseinsteller 150, und dem Integrator 174 entspricht dem in Fig. 2 gezeigten Netzwerk. Zur besseren Übersicht wird es jedoch in Fig. 11 nochmals gezeigt. Der Spannungseinsteller 150 hat den Potentiometereingang 156, entsprechend χ., und den Potentiometereingang 158, entsprechend Xp. Ebenso ist ein Potentiometereingang 550, welcher *_n * darstellt, ein Eingang 551» welcher χ darstellt. Der Eingang 551 ist kein Potentiometereingang.-

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Wie bereits in Pig. 2 gezeigt wurde, hat der Spannungseinsteller 150 die Eingänge 164, 166, 168 und 170. An ihnen liegen Signale des Taktgenerators 10 an, um die Eingänge 156, 158, 550 und 551 zu steuern. Wie "bereits gezeigt, wird der erste einer Abfolge von Impulsen innerhalb eines Arbeitszyklus des Taktgenerators 10 über die Leiter 270 und 272 zum Rücksetzen des Integrators 174 benutzt. Der zweite Impuls im Arbeitszyklus wird über die Leiter 276 und 277 zum Eingang 164 des Spannungseinstellers 150 geführt und Steuer den Potentiometereingang über den Leiter 172 zum Integrator 174. Das integrierte Signal wird über die Leiter 20 und 114 und einen Leiter zum -Eingang a eines Analyse- und Speichernetzwerks 553 geführt. Das Analyse- und Speichernetzwerk 553 hat einen Eingang b, der über einen Leiter 554 mit einer Auslöseschaltung 556 verbunden ist. Das Signal auf dem Leiter wird ebenso über einen Leiter 558 zum Eingang der Auslöaeschaltung 556 geführt. Befindet sich auf dem Leiter 558 ein Signal, erzeugt die Auslöseschaltung 556 ein Signal, das über den Leiter 554 geführt wird, um das Analyse- und Speichernetzwerk 553 zu erregen. Hierauf analysiert das Netzwerk 553 das integrierte Ausgangssignal des Integrators 174, das entsprechend dem Signal auf dem Leiter 276 der Wiedergabe des Linienelements 307 (Fig. 3) eines Quadrats entspricht. Sobald die nächste Abfolge von Impulsen vom Taktgenerator 10 erzeugt wird, fällt das Signal auf den

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leitern 276 und 558 auf Null afc, die Schaltung 556 wird erregt und bewirkt, daß das Analyse- und Speichernetzwerk 553 seinen Spannungswert beibehält. Dieser Wert entspricht dem Endwert des Linienelements 307. Dieser Endwert wird über einen Leiter 559 zum Minuseingang eines Differentialverstärkers 560 geführt. Der nächste vom Taktgenerator erzeugte Impuls wird über die Leiter 282 und 284 zum Eingang 166 des Spannungseinstellers 150 geführt. Er steuert den Potentiometereingang 158 über den Leiter 172 zum Integrator 174. Das integrierte Ausgangssignal wird dann über die Leiter 20 und 24 geführt. Dieses integrierte Ausgangssignal hat keinen Einfluß auf das Analyse- und Speichernetzwerk 553, da dieses nicht langer erregt ist. Jedes der Linienelemente wird auf die beschriebene Weise erzeugt, bis zur Erzeugung des vorletzten Elements. Der Impuls des Taktgenerators 10, der dem (n-1)-ten Element entspricht, wird über die Leiter 290 und 292 an den Eingang 168 des Spannungseinstellers 150 geführt. Dieser Impuls steuert den Potentiometereingang 550, der die x-Spannung für da3 (n-1)-te Element abgibt, über den Leiter 172 zum Integrator 174. Das integrierte Ausgangssignal wird über die Leiter 20 und 114 und einen Leiter 561 zum Eingang a eines Analyse- und Speiehernetzwerks 562 geführt. Das Analyse- und Speichernetzwerk 562 hat einen weiteren Eingang b, der über einen Leiter 564 mit einer Auslöseschaltung 566 verbunden ist. Der Impuls auf dem Leiter 290 wird ebenso über

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einen Leiter 568 an den Eingang der Auslöseschaltung 566 gelegt. Liegt an der Auslöseschaltung 566 ein Eingangssignal an, wird ein Auslöseimpuls an seinem Ausgang erzeugt, der über den Leiter 564 geführt wird, um das Analyse- und Speichernetzwerk 562 zu erregen. Hiermit wird veranlaßt, daß das Netzwerk 562 das integrierte Ausgangssignal des Integrators 174, das dem (n-1)ten Element entspricht, analysiert. Wird der letzte einer Abfolge von Impulsen vom Taktgenerator 10 erzeugt, fällt das Signal auf den Leitern 290 und 568 auf Null ab, entregt die Schaltung 566 und bewirkt, daß das Analyse- und Speichernetzwerk 562 seinen Wert speichert. Dieser Wert entspricht dem Endwert des (n-1)ten Linienelements. Der Spannungswert im Analyse- und Speichernetzwerk 562 wird über einen Leiter 570 zum positiven Eingang eines Differentialverstärkers 560 geführt. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 560 ist gleich der Differenz zwischen dem Endwert des vorletzten ((n-1)ten) Linienelements und dem Endwert des ersten Linienelements. Es wird über die Leiter 118 und 551 an den Eingang des Spannungseinstellers 150 geführt und entspricht dort dem x-Signal für das n-te Linienelement. Der nächste und letzte Impuls in einer Abfolge von Impulsen vom Taktgenerator 10 wird über die Leiter 298 und 300 an den Eingang 170 des Spannungseinstellers 150 geführt und steuert ein Rückkopplungssignal vom Verstärker 560 über den Leiter 172 zum Integrator 174. Das integrierte Signal, das über

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die Leiter 20 und 24 geführt wird, entspricht genau dem Signal, das zum Schließen der Figur notwendig ist.

Die Arbeitsweise des Netzwerks zum Schließen der Figur wird anhand des Dreiecks gemäß Fig. 12 näher erläutert. Ein Dreieck ist als Demonstrationsbeispiel sehr gut geeignet, da seine Form in einer Vielzahl von Möglichkeiten verändert werden kann, während seine Grundstruktur beibehalten wird. Das Dreieck gemäß Fig. 12 hat vier Linienelemente 571, 572, 574 und 576. Diese Figur kann leicht bewegt werden, indem die Länge und/oder die Richtung der Linienelemente 571, 572 und 574 verändert wird. Das Linienelement 576 bleibt immer dasjenige, mit dem die Figur automatisch geschlossen wird. Um dieses Dreieck zu erzeugen, wird der Taktgenerator 10 so programmiert, daß er eine Abfolge von fünf Impulsen innerhalb eines Arbeitszyklus hervorbringt. Das Beispiel wird nur anhand der Spannungen in X-Richtung erläutert. Die x-Spannung für das Linienelement 571 wird vom Potentiometereingang 156 auf den Spannungseinsteller 150 gelegt. Die dem Linienelement 572 entsprechende x-Spannung wird vom Potentiometer 158 eingestellt, die dem Linienelement 574 entsprechende x-Spannung vom Potentiometer 550. Der erste Steuerimpuls vom Takgenerator 10 setzt den Integrator 174 zurück. Der zweite Impuls vom Taktgenerator 10 steuert die Eingangsspannung 156 für das Linienelement 571 über den Spannungseinsteller 155 und den Leiter 172

zum Integrator 174« Der zweite Impuls steuert die Aualösesciialtung 556, die ihrerseits die Analyse- und Speicherschaltung 553 erregt. Hierauf analysiert die Schaltung die integrierte Schwingung des Linienelements 571 und speichert den Endwert der Spannung der x-Koordinate des Linienelements 571. Der dritte Impuls vom Generator 10 steuert den Potentiometereingang 158 für. das Linienelement 572 über den Spannungseinsteller 150 und den Leiter 172 zum Integrator 174« Die integrierte Schwingung für dieses Linienelement wird über die Leiter 20 und 24 'geführt. Der vierte Impuls vom Taktgenerator 10 steuert den Potentiometereingang 550 für das Linienelement 574» das (n-1)te Linienelement, über den Spannungseinsteller 150 und den Leiter 172 zum Integrator 174. Der vierte Impuls steuert ebenso di© Auslöseschaltung 566, die die Analyse- und Speicherschaltung 562 ansteuert, worauf die Schaltung 562 die integrierte Schwingung des Linienelements 574 analysiert, um den Endwert der Spannung der x-Eoordinate des Linienelements 574 zu speichern. Der Endwert der Spannung des Linienelaments 571 und der Endwert-des Linienelements 574 wird an den Differentialverstärker 560 gelegt, der an seinen Ausgang die algebraische Differenz dieser beiden Spannungswarte abgibt. Die Differenz wird auf den Eingang 551 des Spannungseinstellers 150 rückgekoppelt.

Wird der fünfte und letzte Impuls der Impulsfolge vom

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Taktgenerator 10 erzeugt, wird das rückgekoppelte Signal am Eingang 551 über den Spannungseinsteller 150 und den Leiter 172 an den Integrator 174 angelegt. Das integrierte Ausgangssignal entspricht genau der Schwingung, die notwendig ist, um das letzte Linienelement 576 zum Schließen der Figur zu erzeugen. Diese Schwingung wird über die Leiter 20 und 24 geführt.

Wie bereits gesagt, ist die Schaltung zum automatischen Schließen der Figur für die Spannungen in y-Hichtung in gleicher rfeise wie die oben beschriebene Schaltung aufgebaut, tf'erden daher die Eingänge 156, 158 und 550, ebenso wie die entsprechenden Potentiometereingänge für die Spannungen in Y-Richtung verändert, kann dem Dreieck gemäß Fig. 12 eine Bewegung mitgeteilt werden, die von einer Vielzahl von Veränderungen seiner Form herrührt, wobei das Dreieck immer geschlossen bleibt.

Es wurde eine Vorrichtung zur Erzeugung und Wiedergabe zweidimensionaler Figuren mit der Möglichkeit, diese Figuren in einer Vielzahl von Möglichkeiten zu bewegen, erläutert. Obwohl in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 die Vorrichtung in ihrem gesamten Umfang beschrieben wurde, müssen notwendigerweise nicht alle der Einrichtungen gleichzeitig benutzt werden. Das Netzwerk kann für die Benutzung nur eines Teils der Vorrichtung gemäß Fig. 1 leicht umgestaltet

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werden, ganz nach den Erfordernissen der Bewegung.

Weitere ,Ausführungsformen oder Änderungen der Vorrichtung gemäß Erfindung kommen vom Fachmann leicht ermittelt werden. Diese Abwandlungen und Änderungen werden von den Ansprüchen der Erfindung ebenfalls umfaßt.

Die Erfindung schafft also eine Vorrichtung zur automatischen Erzeugung, Wiedergabe und Bewegung zweidimensionaler Figuren, die gerade Linienelemente aufweisen. Bewegungen der Figur, eingeschlossen die Veränderung der absoluten Größe, der absoluten lage, der Form sowie eine drehende Bwegung sind möglich. Ferner weist die Vorrichtung Einrichtungen auf, die. dafür sorgen, daß die Figur während einer Bewegungsphase geschlossen bleibt. Ferner können Grenzbedingungen für die Figur festgelegt werden.

-Patentansprüche-

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Claims

Patentansprüche ι

Vorrichtung zur Erzeugung, Wiedergabe und Bewegung zweidimensionaler Figuren, gekennzeichnet durch eine Wiedergabeeinrichtung für die Aufzeichnung der bewegten Figuren entsprechend den Koordinateneingängen des Wiedergabegeräts, Einrichtungen zur Erzeugung einer ersten und zweiten Koordinatenspannung für jedes der Linienelemente der wiederzugebenden Figur und Einrichtungen zum aufeinanderfolgenden Anlegen der ersten und zweiten Koordinatenspannung an die Koordinateneingänge des Wiedergabegeräte, um aufeinanderfolgend die Linienelemente der Figur zu erzeugen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein lakgenerator zur Erzeugung einer Folge von Impulsen innerhalb eines Arbeitszyklus vorgesehen ist, wobei die Anzahl der Impulse der Zahl der Linienelemente der wiederzugebenden Figur gleich ist, und daß Einrichtungen zur Steuerung der Koordinatenepannungen entsprechend den aufeinanderfolgenden Impulsen des Saktgeneratore zur Erzeugung der Linienelemente der Figur vorgesehen sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Einstellung der Helligkeit jedes ünienelements vorgesehen sind*

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Λ* Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Einstellung der Intensität des Strahls des Wiedergabegeräts für jedes Linienelement vorgesehen sind, wobei die Einrichtungen zum Einstellen der Helligkeit Einrichtungen zum Bereitstellen von Eingangs spannungen, die die Helligkeit jedes einzelnen Linienelements festlegen, aufweisen, und daß ferner Einrichtungen zur Steuerung der Spannung für die Helligkeit in Bezug auf die aufeinanderfolgenden Impulse des QJaktgenerators zum Hegeln der Helligkeit jedes erzeugten Linienelements vorgesehen sind·

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Bewegung der wiederzugebenden !Figur auf verschiedene Bewegungsarten vorgesehen sind.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Bewegung Einrichtungen zur Veränderung der absoluten Größe der Figur aufweisen·

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Veränderung der absoluten Größe der Figur Einrichtungen zur Erzeugung von Spannungsfunktionen zur Veränderung der absoluten Größe aufweisen, und daß Einrichtungen zur Multiplikation dieser Spannungs funktionen entweder mit der ersten oder der zweiten Koordinatenspannung vorgesehen sind.

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8. Vorrichtung gemäß Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Bewegung Einrichtungen zur Veränderung der absoluten Lage der Figur auf dem Wiedergabegerät aufweisen.

9. Vorrichtung gemäß·Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Veränderung der absoluten Lage Einrichtungen zur Erzeugung von Spannungsfunktionen, die die allgemeine Lage bestimmen, aufweisen, daß ferner Einrichtungen zur selektiven Addition dieser Spannungsfunktionen zur ersten und zweiten Koordinatenspannung vorgesehen sind ·

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Bewegung Einrichtungen zur wahlweisen Veränderung mindestens einer der ersten oder zweiten Koordinatenspannungen aufweist, wodurch die Form der Figur änderbar ist.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum automatischen Schließen der Figur vorgesehen sind, wenn mindestens eine der ersten oder zweiten Koordinatenspannungen verändert wird.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Schließen der Figur Einrich-

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tungen zur automatischen Erzeugung des letzten Linienelements der Figur auf eine Weise, daß sich das Ende des vorletzten Linienelements mit dem Ende eines von den vorher erzeugten ausgewählten Linienelements verbindet, aufweisen.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Schließen der Figur ferner Einrichtungen zur Analyse der Schwingung in der ersten und zweiten Koordinatenrichtung eines ausgewählten Linienelements und des vorletzten Linienelements der Figur und zum Speichern des Spannungswertes entsprechend den Enden des ausgewählten Linienelements und des vorletzten Linienelements aufweisen, daß ferner Einrichtungen zur Erzeugung eines Signals vorgesehen sind, welch letzteres gleich ist der algebraischen Differenz zwischen den dem ausgewählten und dem vorletzten Linienelement entsprechenden Spannungswerten, und das zur Erzeugung des letzten Linienelements benutzt wird.·

14· Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Bewegung Einrichtungen zur Drehung der Figur um ihren Ursprungspunkt aufweisen.

15o Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Drehung Einrichtungen zur Transformation der ersten und^zweiten Koordinatenspannung

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in ein zweites Koordinatensystem, das gegen das ursprüngliche Koordinatensystem um einen vorgegebenen Winkel gedreht ist, aufweisen, und daß Einrichtungen, die eine veränderliche Eingangsspannung zur Einstellung des Drehwinkels festlegen, wobei eine eine Veränderung der Eingangsspannung eine entsprechende Änderung des Drehwinkels hervorruft, vorgesehen sind,

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Erzeugen von Grenzbedingungen für die Figur vorgesehen sind.

17· Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Erzeugen von Grenzbedingungen Einrichtungen zur Erzeugung von Signalen zur Festlegung der Grenzbedingungen aufweisen, daß sie Einrichtungen zur Erfassung der Koordinatenspannungen, die der maximalen Abweichung der Figur von den Grenzbedingungen entsprechen, aufweisen, daß sie Einrichtungen zur Erzeugung von Rücksetzspannungen, die gleich sind der Differenz zwischen den festgestellten Spannungen und den Spannungen zum Einstellen der Grenzbedingungen, aufweisen, und daß sie Einrichtungen zum Addieren dieser Bücksetzspannungen zu den Koordinatenspannungen, wenn die Figur die Grenzbedingungen überschreitet, aufweisen.

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. 18. Vorrichtung gemäß Anspruch. 17> dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Feststellen der Spannungen Spitzendetektoren zum Feststellen und Speichern der Spannungen entsprechend der maximalen Abweichung der Figur von den Grenzbedingungen während eines Arbeitszyklus aufweisen.

19· Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Festlegung von Grenzbedingungen zwei gleichartige Netzwerke zur Erzeugung der Riieksetzspannung während der abwechselnden Arbeitszyklen aufweisen.

20. Verfahren zur Erzeugung, Wiedergabe und Bewegung zweidimensionaler Figuren, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Koordinatenspannungen, die jedes der Linienelemente der wiederzugebenden Figur festlegen, erzeugt werden, und daß aufeinanderfolgend erste und&weite Koordinatenspannungen zum aufeinanderfolgenden Erzeugen der einzelnen Linienelemente der Figur an Koordinateneingänge des Wiedergabegeräts angelegt werden.

21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folge von Impulsen und zur aufeinanderfolgenden Steuerung der ersten und zweiten Koordinatenspannungen für die Linienelemente der Figur, bezogen auf die Steuerimpulse zum aufeinanderfolgenden Anlegen der ersten und

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zweiten Koordinatenspannung an die Koordinateneingänge des Wiedergabegeräts, erzeugt wird.

22. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeit jedes Linienelements reguliert wird.

23. Verfahren gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Signale, die die Helligkeit jedes Linienelements festlegen, erzeugt werden, und daß aufeinanderfolgend die Helligkeitssignale in Abhängigkeit der Steuerimpulse zur Einstellung der Helligkeit jedes Linienelements im Augenblick seiner Erzeugung durchgelassen werden.

24. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die wiedergegebene Figur in einer Reihe von verschiedenen Bewegungsarten bewegbar ist.

25. Verfahren gemäß Anspruch 24» dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung der Figur deren absolute Größe verändert wird.

26. Verfahren gemäß Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsfunktion, die die absolute Größe festlegt, erzeugt wird, und daß die Spannungsfunktion zur Festlegung der Größe mit der ersten und zweiten Koordinatenspannung multipliziert wird.

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27. Verfahren gemäß Anspruch, 24» dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung die absolute lage der Figur auf dem Wiedergabegerät verändert wird.

28. Verfahren gemäß Anspruch.27» dadurch gekennzeichnet, daß Spannungsfunktionen zur Festlegung der absoluten Lage erzeugt werden, und daß diese Spannungsfunktionen zu den ersten und zweiten Koordinatenspannungen addiert werden.

29. Verfahren gemäß Anspruch. 24ι dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung mindestens eine der ersten und zweiten Koordinatenspannungen selektiv verändert wird, wodurch die Form der Figur verändert wird.

30. Verfahren gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Figur automatisch geschlossen wird, wenn mindestens eine der ersten oder zweiten Koordinantenspannungen verändert werden.

31· Verfahren gemäß Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schließen der Figur automatisch das letzte Linienelement der Figur so erzeugt wird, daß es das Ende des vorletzten Linienelements mit dem Ende eines ausgewählten der vorher erzeugten Linienelemente verbindet,

32. Verfahren gemäß Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet,

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daß die ersten und zweiten Vellenformen oder Schwingungen eines ausgewählten und des vorletzten Idnienelements der Figur nachgeführt werden, daß die Spannungswerte entsprechend den Enden des ausgewählten und des vorletzten linienelements gespeichert werden, daß ein Signal gleich der algebraischen Differenz zwischen den Spannungswerten entsprechend dem ausgewählten Linienelement und dem dt· vorletzten Iiinienelements erzeugt wird, und daß das letzte Itinienelement, das durch das algebraische Differenzsignal festgelegt wird und die Figur automatisch schließt, erzeugt wird.

33. Verfahren gemäß Anspruch 24-, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung die Figur um ihren Ursprungspunkt gedreht wird.

34· Verfahren gemäß Anspruch 33* dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehung der Figur die ersten und zweiten Koordinatenspannungen in ein zweites Koordinatensystem traneformiert werden, das um einen vorgegebenen Winkel gegen das ursprüngliche Koordinatensystem gedreht ist, wobei der Drehwinkel durch eine Eingangespannung festgelegt wird, und eine Veränderung der Eingangespannung eine entsprechende Änderung des Drehwinkels hervorruft.

35· Verfahren gemäß Anspruch 24» dadurch gekennzeichnet,

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daß Grenzbedingungen für die Figur festgelegt sind.

36. Verfahren gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung der Grenzbedingungen Signale erzeugt werden/ die die Grenzbedingungen festlegen, daß die Koordinatenspannungen entsprechend der maximalen Abweichung der Figur von den G-renzbedingungen festgestellt werden, daß Rücksetzspannungen gleich der Differenz zwischen den festgestellten Spannungen und den Spannungen, die die Grenzbedingung festlegen, erzeugt werden, und daß die Rücksetzspannungen zu den Koordinatenspannungen addiert werden, wenn die Figur von den Grenzbedingungen abweicht.

37. Verfahren gemäß Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß zum Festlegen von Grenzbedingungan Rücksetzspannungen während jedes Arbeitszyklus erzeugt werden.

38. System zur Erzeugung von Schwingungen in Koordinatenrichtung zur Erzeugung, Wiedergabe und awegung zweidimensionaler Figuren, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen Abschnitte zur Erzeugung jedes Linienelements aufweisen, daß Einrichtungen zur Erzeugung von Spannungspegeln für jedes Linienelement der Figur vorgesehen sind, daß Einrichtungen zur aufeinanderfolgenden Steuerung der Spannungspegel, bezogen auf einen einprogrammierten Zeitablauf, vorgesehen sind, und daß Einrichtungen zur Integration der

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aufeinanderfolgend gesteuerten Spannungspegel zur Erzeugung der Schwingungen in Koordinatenrichtung vorgesehen sind, wobei die Schwingungsform durch die Amplitude und die Vorzeichen der Spannungspegel bestimmt wird.

39. System gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungspegel mindestens eines Linienelements durch die Schwingungsabschnitte entsprechend mindestens einem der übrigen Mnienelemente festgelegt werden.

40. System zur Erzeugung, Wiedergabe und Bewegung zweidimensionaler Figuren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wiedergabegerät zur Darstellung der bewegten Figur in Bezug auf die Eingabe der Koordinaten am Wiedergabegerät vorgesehen ist, daß Einrichtungen zur Erzeugung erster und zweiter Koordinatenspannungen für jedes Linienelement der wiederzugebenden Figur vorgesehen sind, daß Einrichtungen zur Festlegung der ersten und zweiten Koordinatenspannung für mindestens ein Linienelement der Figur in Bezug auf die ersten und zweiten Koordinatenspannungen von mindestens einem der übrigen Linienelemente der Figur vorgesehen sind, und daß Einrichtungen zum aufeinanderfolgenden Anlegen der ersten und zweiten Koordinatenspannungen an die Koordinateneingänge des Wiedergabegeräts zur aufeinanderfolgenden Erzeugung der Linieneleaente der Figur vorgesehen sind, wobei mindestens ein Linienelement automatisch in Beziehung zu wenigstens einem der übrigen Linienelemente der Figur erzeugt wird. 209808/1676

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