多邊形快速填充姿態(tài)畫面的研究

閆曉慧

摘 要 現(xiàn)代飛機(jī)座艙綜合顯示系統(tǒng)中，姿態(tài)畫面的填充是一項(xiàng)非常費(fèi)時(shí)的工作，本文提出一種使用多邊形快速填充姿態(tài)畫面的方法，通過支持繪制多邊形的圖形驅(qū)動(dòng)芯片的配置，來實(shí)現(xiàn)姿態(tài)畫面的快速填充，所繪制的多邊形具有抗鋸齒、反走樣效果。該方法簡(jiǎn)單快速，能夠滿足姿態(tài)畫面的填充速度和顯示效果。

【關(guān)鍵詞】圖形驅(qū)動(dòng)芯片 快速填充 姿態(tài)畫面

1 引言

在飛機(jī)座艙綜合顯示系統(tǒng)中，姿態(tài)畫面是重要的顯示畫面之一。飛機(jī)飛行時(shí)，姿態(tài)參數(shù)隨著飛行狀態(tài)的改變而不斷變化，要求顯示系統(tǒng)能提供準(zhǔn)確清晰的畫面，且實(shí)時(shí)更新的。而姿態(tài)指示天地區(qū)域的填充是非常費(fèi)時(shí)的工作。本文針對(duì)支持繪制封閉多邊形的圖形驅(qū)動(dòng)芯片，提出一種直接快速的填充方法，與以往采用水平線或者豎直線掃描方式填充相比，減少了運(yùn)算量和存儲(chǔ)容量。

2 姿態(tài)顯示分析

姿態(tài)顯示畫面一般具有比較固定的圖形特征和變化特點(diǎn)，圖形的邊界由四條線段首尾相連而成，有時(shí)要求上下為圓弧形，通常采用半圓覆蓋的方式實(shí)現(xiàn)，此處主要描述圖1所示的矩形姿態(tài)顯示畫面。其中AB代表地平線，將整個(gè)封閉區(qū)域分成了天色和地色兩部分，通常褐色代表大地，位于地平線以下；藍(lán)色代表天空，位于地平線以上。當(dāng)飛機(jī)的姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，地平線的位置和方向也隨之發(fā)生變化，此時(shí)褐色區(qū)域和藍(lán)色區(qū)域需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)重新填充。

下面將動(dòng)態(tài)填充的過程轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)模型，如圖2所示，矩形姿態(tài)畫面是由坐標(biāo)（OSX，OSY）、（OEX，OSY）、（OEX，OEY）、（OSX，OEY）所圍成區(qū)域；α為傾斜角；R與俯仰角成一定的比例；地平線實(shí)際是以（0，0）為圓心的所有同心園的切線，切線將矩形區(qū)域分成兩個(gè)不同的區(qū)域。根據(jù)不同的斜率K計(jì)算出切線與矩形邊界所在的直線的交點(diǎn)坐標(biāo)，即可快速填充天地區(qū)域。

3 快速填充的方法

本文選用支持繪制封閉多邊形的圖形驅(qū)動(dòng)芯片MB86296詳細(xì)介紹該方法的實(shí)現(xiàn)過程。MB86296是一種高性能3D顯卡芯片，其幾何引擎可以通過浮點(diǎn)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)精確的數(shù)字化圖形處理，提供高清晰度的圖像，其繪圖功能具有抗鋸齒效果，可通過配置相關(guān)寄存器繪制光滑漂亮的直線及各種封閉多邊形。

3.1 配置寄存器繪制多邊形

0xf101010a //設(shè)置寄存器MDR2

0x00000000

0xf1010114 //設(shè)置寄存器PFBR

0x45000000

0x09e20000 // ClearPolyFlag

0x00000000

0x03000400 //設(shè)置顏色值

Color

0x71e00000 //PolygonBegin

0xXXXXXXXX //x0， y0

0x71ff0001 //SetVertex

0xXXXXXXXX //x1， y1

0x07620002 //DrawVertex

0xXXXXXXXX //x2， y2

0x07620001 //DrawVertex

0xXXXXXXXX //x3， y3

0x07620002 //DrawVertex

0xXXXXXXXX //x4， y4

0x07620001 //DrawVertex2

0xXXXXXXXX //x5， y5

0xf0e10000 //PolygonEnd

3.2 設(shè)置不同的頂點(diǎn)數(shù)同樣可快速繪制三角形和矩形

通過此種方法繪制三角形、矩形及五邊形來快速填充姿態(tài)天地區(qū)域。先判斷俯仰角的大小，與0、±m(xù)in（寬、高）/2這兩個(gè)值作比較，再判斷橫滾角的大小，與0，±90，±180做比較，然后比較斜率K與K1、K2、K3、K4的大小來分情況快速繪制三角形，矩形，五邊形。具體的流程圖如圖3所示。此流程圖僅詳細(xì)描述了一個(gè)分支的快速填充，其他分支相同。

本方法采用了高性能的圖形驅(qū)動(dòng)芯片，僅應(yīng)用了簡(jiǎn)單的計(jì)算，無復(fù)雜的算法，程序運(yùn)行時(shí)間也能保證余量的要求。對(duì)于使用類似圖形驅(qū)動(dòng)芯片的硬件平臺(tái)，此方法明顯優(yōu)于以往采用水平線或者豎直線掃描方式填充。

4 結(jié)束語

本文將復(fù)雜的姿態(tài)畫面轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，通過比較各斜率的大小，確定天色和地色的填充區(qū)域，主要是通過配置MB86296圖形驅(qū)動(dòng)芯片的相關(guān)寄存器，快速繪制多邊形。任意的直線，三角形，四邊形，五邊形都可以繪制，此方法提高了填充速度，減少了存儲(chǔ)空間，能簡(jiǎn)單快速有效的生成全姿態(tài)畫面，且顯示效果能夠滿足人機(jī)功效的要求。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

太原航空儀表有限公司 山西省太原市 030006