多邊形快速填充姿態畫面的研究

閆曉慧

摘 要 現代飛機座艙綜合顯示系統中，姿態畫面的填充是一項非常費時的工作，本文提出一種使用多邊形快速填充姿態畫面的方法，通過支持繪制多邊形的圖形驅動芯片的配置，來實現姿態畫面的快速填充，所繪制的多邊形具有抗鋸齒、反走樣效果。該方法簡單快速，能夠滿足姿態畫面的填充速度和顯示效果。

【關鍵詞】圖形驅動芯片 快速填充 姿態畫面

1 引言

在飛機座艙綜合顯示系統中，姿態畫面是重要的顯示畫面之一。飛機飛行時，姿態參數隨著飛行狀態的改變而不斷變化，要求顯示系統能提供準確清晰的畫面，且實時更新的。而姿態指示天地區域的填充是非常費時的工作。本文針對支持繪制封閉多邊形的圖形驅動芯片，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，減少了運算量和存儲容量。

2 姿態顯示分析

姿態顯示畫面一般具有比較固定的圖形特征和變化特點，圖形的邊界由四條線段首尾相連而成，有時要求上下為圓弧形，通常采用半圓覆蓋的方式實現，此處主要描述圖1所示的矩形姿態顯示畫面。其中AB代表地平線，將整個封閉區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；藍色代表天空，位于地平線以上。當飛機的姿態發生變化時，地平線的位置和方向也隨之發生變化，此時褐色區域和藍色區域需要進行動態重新填充。

下面將動態填充的過程轉換為數學模型，如圖2所示，矩形姿態畫面是由坐標（OSX，OSY）、（OEX，OSY）、（OEX，OEY）、（OSX，OEY）所圍成區域；α為傾斜角；R與俯仰角成一定的比例；地平線實際是以（0，0）為圓心的所有同心園的切線，切線將矩形區域分成兩個不同的區域。根據不同的斜率K計算出切線與矩形邊界所在的直線的交點坐標，即可快速填充天地區域。

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動芯片MB86296詳細介紹該方法的實現過程。MB86296是一種高性能3D顯卡芯片，其幾何引擎可以通過浮點運算實現精確的數字化圖形處理，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 //設置寄存器MDR2

0x00000000

0xf1010114 //設置寄存器PFBR

0x45000000

0x09e20000 // ClearPolyFlag

0x00000000

0x03000400 //設置顏色值

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 設置不同的頂點數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天地區域。先判斷俯仰角的大小，與0、±min（寬、高）/2這兩個值作比較，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。此流程圖僅詳細描述了一個分支的快速填充，其他分支相同。

本方法采用了高性能的圖形驅動芯片，僅應用了簡單的計算，無復雜的算法，程序運行時間也能保證余量的要求。對于使用類似圖形驅動芯片的硬件平臺，此方法明顯優于以往采用水平線或者豎直線掃描方式填充。

4 結束語

本文將復雜的姿態畫面轉化為數學模型，通過比較各斜率的大小，確定天色和地色的填充區域，主要是通過配置MB86296圖形驅動芯片的相關寄存器，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，減少了存儲空間，能簡單快速有效的生成全姿態畫面，且顯示效果能夠滿足人機功效的要求。

參考文獻

[1]唐波.一種新的全姿態指示畫面填充算法[J].電光與控制，2008.

[2]賈銀亮.機載全姿態指示儀的圖形變換[J].應用科學學報，2009.

[3]賈銀亮.基于FPGA+DSP的飛機座艙綜合圖形顯示技術研究[D].南京航空航天大學（博士論文），2011.

作者單位

太原航空儀表有限公司 山西省太原市 030006