Технические устройства, используемые в компьютерной графике

Технические устройства, используемые в компьютерной графике. Мониторы Если глаза это зеркало души, то монитор окно в компьютерное зазеркалье. Основные характеристики мониторов. Одним из основных параметров, на который чаще всего обращают внимание, является размер изображения и допустимые режимы эксплуатации монитора. Если использовать высокое разрешение монитора с небольшим экраном, то, например, при чтении текста

шрифт стандартного размера может оказаться нечитаемым так как отображаемый стандартный размер шрифта всегда зависит от экранного разрешения. Однако и малое разрешение на большом экране тоже не годится, так как большой экран при малом разрешении отобразит символы и картинки зернистыми. Некоторые параметры налагают ограничение на максимальное разрешение наиболее важный из них шаг сетки. Шаг точечной сетки это расстояние между соседними

RGB- группами фосфорных точек чем больше точек приходится на дюйм поверхности, тем выше возможное максимальное разрешение. Еще одним фактором, влияющим на качество изображения, является точность сведения лучей ЭЛТ конвергенция. Весь диапазон цветов, включая белый, может быть представлен только в том случае, если все три луча сходятся на маске в одной точке. В идеальном случае расхождение между красным, зеленым и синим лучами не должно превышать одного пикселя по горизонтали и по вертикали при любых разрешениях.

Однако на практике достичь этого почти невозможно из-за необходимости отклонять три луча под большими углами с помощью одних и тех же катушек отклоняющей системы. Если сведение лучей недостаточно хорошее, то один из цветных лучей проходит не через то отверстие, через которое проходят остальные, и качество изображения ухудшается. Тщательная разработка конструкции отклоняющей системы и ее ручная настройка с помощью небольших магнитов

позволяет улучшить качество изображения. Качество монитора определяется также регулировкой цветовой температуры. Для профессиональной работы с графикой довольно важна возможность выбора цветовой температуры. Эта настройка полезна в том случае, когда надо оценить, как будет выглядеть работа в напечатанном виде. Состав графических устройств Состав графических устройств, необходимых для систем автоматического проектирования САПР и компьютерной графики, сформировался два десятилетия назад и, несмотря на технический прогресс

и развитие технологий, принципиально не меняется. По-прежнему в него входят устройства графического ввода и устройства вывода. Устройства ввода Дигитайзер, или как его еще называют, планшет это устройство, главное назначение которого оцифровка изображений. Он состоит из двух частей основания и курсора, перемещаемого по рабочей поверхности основания. При нажатии на кнопку курсора его положение на поверхности планшета фиксируется и координаты передаются

в компьютер. Часто дигитайзер используется для ввода команд при помощи накладных меню. При выборе курсором одной их команд специальный программный драйвер интерпретирует введенные координаты, посылая соответствующую команду на выполнение. Еще одно применение дигитайзеров в качестве нового инструмента художников при создании на компьютере рисунков и набросков. Художник ведет пером по планшету, но изображение появляется не на бумаге, а в графическом файле.

Наконец, дигитайзер можно использовать просто как аналог манипулятора мышь. Принцип действия дигитайзера Принцип действия дигитайзера основан на фиксации местоположения курсора с помощью встроенной в планшет сетки. Сетка состоит из проволочных или печатных проводников с довольно большим расстоянием между соседними проводниками от 3 до 6 мм. Механизм регистрации позволяет получить шаг считывания информации, намного меньший шага сетки до 100

линий на 1 мм. Шаг считывания информации называется разрешением дигитайзера. По применяемой технологии различают электростатические ЭС и электромагнитные ЭМ дигитайзеры. В дигитайзерах первого типа регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под курсором, в то время как в устройствах второго типа курсор излучает электромагнитные волны, а сетка служит приемником.

Следует отметить, что ЭМ-планшеты чувствительны к помехам, создаваемым излучающими устройствами, например мониторами. Независимо от принципа регистрации существует погрешность определения координат курсора, именуемая точностью дигитайзера. Эта величина зависит от типа дигитайзера и от конструкции его составляющих. Точность существующих планшетов колеблется от 0,13 мм до 0,75 мм. Точность электромагнитных дигитайзеров выше точности электростатических.

На результат работы также влияет точность действий оператора. В среднем хороший оператор вносит погрешность не более 0,1 мм. Требования к природным качествам такого человека очень высокие. При упоминании устройства указания его чаще называют курсор, хотя существует и перо. Курсоры бывают 4-х, 8-ми, 12-ти и 16-ти клавишные пользуются особой популярностью среди пользователей

САПР. Перья производятся с одной, двумя и тремя кнопками обычно применяются при работе с программами иллюстративной графики. Сканеры это устройства, позволяющие переносить изображение на бумаге в электронный вид, в компьютер. По конструктивному признаку сканеры можно подразделить на роликовые, планшетные и барабанные. В роликовых, или протяжных сканерах имеется неподвижный приемник изображения, схватывающий строку за строкой, в то время как сканируемый лист протягивается роликами в направлении, перпендикулярном

приемнику. При этом сканирование производится в отраженном свете. Существуют два типа приемников изображения на базе ПЗС и на базе фоточувствительных линеек. Сканеры на базе ПЗС CCD применяют камеры для фокусировки изображения и стабилизированные лампы дневного света для его освещения. В сканерах на базе фоточувствительных линеек применяются короткофокусные трубчатые линзы

и светодиоды зеленого свечения для подсвечивания оригиналов. В планшетных сканерах оригинал с изображением располагается неподвижно на стеклянном рабочем столе сканера, а приемник изображения перемещается специальным механизмом. В качестве приемника чаще всего используются камеры на базе ПЗС. Сканирование может производиться как в отраженном для непрозрачных оригиналов, так и в проходящем

свете для прозрачных оригиналов. В барабанных сканерах имеется вращающийся барабан, на котором закреплен оригинал со сканируемым изображением. В картографических сканерах сканирование производится в отраженном свете, в полиграфических - в проходящем барабан в них прозрачный. Приемник представляет собой либо набор неподвижно установленных камер с ПЗС, охватывающих всю ширину барабана и сканирующих целую строку изображения за один момент времени,

либо фотоумножитель ФУ, который перемещается на прецизионной винтовой паре вдоль барабана и в один момент времени сканирует один пиксель. В сканерах с линейкой камер ПЗС барабан совершает только один оборот за все время сканирования порядка 30 минут. Это преимущество выгодно отличает их от сканеров, использующих ФУ, в которых барабан вращается со скоростью в несколько десятков оборотов в минуту, что вызывает проблемы

в широкоформатных сканерах формата А0 возникают вибрации, ухудшающие точность сканирования. Устройства вывода Устройства вывода для большинства пользователей ассоциируются с принтером. В последнее время произошло заметное сближение, если не слияние технологий вывода малоформатных документов, для чего предназначены принтеры и технологий вывода графической информации большого формата, для чего используются плоттеры. Техническое однообразие первых плоттеров создан в 1959 году.

Нынешнее поколение плоттеров не менее разнообразно, чем современные автомобили плоттеры бывают перьевые, карандашно-перьевые, струйные, лазерные светодиодные, прямого вывода, электростатические и т.д. ПЕРЬЕВЫЕ ПЛОТТЕРЫ ПП, PEN PLOTTER. Перьевые плоттеры - это электромеханические устройства векторного типа, и на ПП традиционно выводят графические изображения различные векторные программные системы типа AutoCAD. ПП создают изображение при помощи пишущих элементов, обобщенно называемых перьями, хотя имеется

несколько видов таких элементов, отличающихся друг от друга используемым видом жидкого красителя. Пишущие элементы бывают одноразовые и многоразовые допускающие перезарядку. Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну или две степени свободы перемещения. Существует два типа ПП планшетные, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения, и барабанные или рулонные, в которых перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага

- вдоль другой за счет захвата транспортным валом, обычно фрикционным. Перемещения выполняются при помощи шаговых в подавляющем большинстве плоттеров или линейных электродвигателей, создающих довольно большой шум. Хотя точность вывода информации барабанными плоттерами несколько ниже, чем планшетными, она удовлетворяет требованиям большинства задач. Эти плоттеры более компактны и могут отрезать от рулона лист необходимого размера автоматически, что

определило их доминирование на рынке больших ПП ПП формата А3 обычно планшетные. Отличительной особенностью ПП являются высокое качество получаемого изображения и хорошая цветопередача при использовании цветных пишущих элементов. К сожалению, скорость вывода информации в ПП невысока, несмотря на все более быструю механику и попытки оптимизации процедуры рисования существует и проблема подбора пары носитель - чернила.

Карандашно-перьевые плоттеры КПП, penpencil - разновидность перьевых - отличаются возможностью установки специализированного пишущего узла с цанговым механизмом для использования обычных карандашных грифелей, который обеспечивает постоянное усилие нажима грифеля на бумагу и его автоподачу при стачивании. В результате не требуется постоянно следить за процессом вывода информации, как при эксплуатации ПП, в которых может засоряться канал истечения красителя.

Дополнительные преимущества карандашной технологии Краситель карандашных грифелей не высыхает, и карандаш пишет на любой скорости при использовании жидких красителей необходимо учитывать время их вытекания из пера и время высыхания Карандаш позволяет рисовать на любых бумажных носителях, в том числе и не очень высокого качества при этом изображения качественны, дают хорошие оттиски при копировании, и в то же время их можно корректировать

ластиком. Грифели просто купить, значительно экономя на расходных материалах. ПП и КПП особенно привлекательны для тех, кому важнее качество, нежели количество изображений, и кто имеет скромный бюджет. Все остальные типы плоттеров образуют изображения на носителе информации, используя различные физические процессы, в частности прибегая к дискретному растровому способу его создания. СТРУЙНЫЕ ПЛОТТЕРЫ СП, INK-JET PLOTTER. Струйная технология создания изображения известна с 70-х годов,

но истинный ее прорыв на рынке стал возможен только с разработкой фирмой Canon технологии создания реактивного пузырька Bubblejet - направленного распыления чернил на бумагу при помощи сотен мельчайших форсунок одноразовой печатающей головки. Каждой форсунке соответствует свой микроскопический нагревательный элемент терморезистор, который мгновенно за 7-10 мкс нагревается под воздействием электрического импульса.

Чернила закипают, и пары создают пузырек, который выталкивает из форсунки каплю чернил. Когда импульс кончается, терморезистор столь же быстро остывает, а пузырек исчезает. Печатающие головки могут быть цветными и иметь соответствующее число групп форсунок. Для создания полноценного изображения используется стандартная для полиграфии цветовая схема CMYK, использующая четыре цвета Cyan - голубой, Magenta - пурпурный,

Yellow - желтый и Black - черный. Сложные цвета образуются смешением основных, причем получение оттенков различных цветов достигается путем сгущения или разрежения точек соответствующего цвета в фрагменте изображения аналогичный способ используется при получении различных оттенков серого при выводе монохромных изображений. Струйная технология имеет ряд достоинств. Сюда можно отнести простоту реализации, высокое разрешение, низкую потребляемую мощность и относительно

высокую скорость печати. Приемлемая цена, высокое качество и большие возможности делают СП серьезным конкурентом перьевых устройств. Спрос на СП со стороны работающих с настольными издательскими системами и пользователей систем автоматизированного проектирования, выпускающих сложные чертежи формата А0, растет, однако невысокая скорость вывода графической информации и выцветание со временем полученного

цветного изображения без принятия специальных мер использования ламинирования или специальной самоламинирующейся бумаги ограничивает их применение. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ПЛОТТЕРЫ ЭП, ELECTROSTATIC PLOTTER. Электростатическая технология основывается на создании скрытого электрического изображения потенциального рельефа на поверхности носителя - специальной электростатической бумаги, рабочая поверхность которой покрыта тонким слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными

солями для обеспечения требуемых влажности и электропроводности. Потенциальный рельеф формируется при осаждении на поверхность диэлектрика свободных зарядов, образующихся при возбуждении тончайших электродов записывающей головки высоковольтными импульсами напряжения. Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким намагниченным тонером, частицы тонера оседают на заряженных участках бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла создания скрытого изображения

и прохода носителя через четыре проявляющих узла с соответствующими тонерами. Электростатические плоттеры можно было бы считать идеальными устройствами, если бы не необходимость поддержания стабильных температуры и влажности в помещении, необходимость тщательного обслуживания и их высокая стоимость, в связи с чем ЭП приобретают пользователи, имеющие оправданно высокие требования к производительности и качеству. Для достижения максимальной эффективности

ЭП обычно работают как сетевые устройства, для чего снабжены адаптерами сетевого интерфейса. Немаловажны также высокая устойчивость изображения к воздействию ультрафиолетовых лучей и невысокая на уровне стоимости высококачественной типографской стоимость электростатической бумаги. ЭП применяют при высокой степени автоматизации проектных работ в солидных организациях и в геоинформационных системах ГИС. ПЛОТТЕРЫ ПРЯМОГО ВЫВОДА ИЗОБРАЖЕНИЯ ППВИ,

DIRECT IMAGING PLOTTER. Изображение в ППВИ создается на специальной термобумаге бумаге, пропитанной теплочувствительным веществом длинной на всю ширину плоттера гребенкой миниатюрных нагревателей. Термобумага, которая обычно подается с рулона, движется вдоль гребенки и меняет цвет в местах нагрева. Изображение получается высококачественным разрешение до 800 dpi dots per inch - точкадюйм, но, увы, только монохромным. Сейчас цены на термобумагу снизились, недостатки, когда-то присущие ей чувствительность

к изменениям температуры окружающей среды и низкая контрастность изображения, устранены, а типы термоносителей включают в себя стандартную белую бумагу, кальку и даже полиэфирную пленку. Качество этих носителей удовлетворяет самым строгим архивным требованиям. Учитывая их высокую надежность, производительность может достигать 50 листов формата А0 в день и низкие эксплуатационные затраты, плоттеры

ПВИ применяют в крупных проектных организациях для вывода проверочных копий. В связи с этим в их стандартную конфигурацию входит сетевой адаптер. Технические характеристики ППВИ соответствуют требованиям прикладных задач инженерного проектирования, архитектуры, строительства, городского планирования и электросхемотехники. ПЛОТТЕРЫ НА ОСНОВЕ ТЕРМОПЕРЕДАЧИ ПТП, THERMAL TRANSFER

PLOTTER. Отличие этих плоттеров от ППВИ состоит в том, что в них между термонагревателями и бумагой или прозрачной пленкой размещается донорный цветоноситель - тонкая, толщиной 5-10 мкм, лента например, лавсановая, обращенная к бумаге красящим слоем, выполненным на восковой основе с низкой менее 100 С температурой плавления. На донорной ленте последовательно нанесены области каждого из основных цветов размером, соответствующим листу используемого формата.

В процессе вывода информации бумажный лист с наложенной на него донорной лентой проходит под печатающей головкой, которая состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов. Воск в местах нагрева расплавляется, и пигмент остается на листе. За один проход наносится один цвет. Все изображение получается за четыре прохода. Таким образом, на каждый лист цветного изображения затрачивается в четыре раза больше красящей ленты,

чем на лист монохромного. Ввиду дороговизны каждого отпечатка эти плоттеры используются в составе средств автоматизированного проектирования для высококачественного вывода объектов трехмерного моделирования, в системах картографии, где требуется высокое качество воспроизведения цветов, и рекламными агентствами для вывода цветопроб плакатов и транспарантов для красочных презентаций. ЛАЗЕРНЫЕ СВЕТОДИОДНЫЕ ПЛОТТЕРЫ ЛП, LASERLED PLOTTER.

Эти плоттеры базируются на электрографической технологии, в основу которой положены физические процессы внутреннего фотоэффекта в светочувствительных полупроводниковых слоях селеносодержащих материалов и силовое воздействие электростатического поля. Промежуточный носитель изображения вращающийся селеновый барабан в темноте может быть заряжен до потенциала в сотни вольт. Луч света снимает этот заряд, создавая скрытое электростатическое изображение, которое притягивает

намагниченный мелкодисперсный тонер, переносимый затем механическим путем на бумагу. После этого бумага с нанесенным тонером проходит через нагреватель, в результате чего частицы тонера запекаются, создавая изображение. Некоторое время назад создание скрытого изображения на барабане осуществлялось исключительно при помощи лазера. Для управления перемещением лазерного луча служила сложная система вращающихся зеркальных многогранников или призм или линз.

Вследствие этого плоттеры, использующие лазеры, боятся тряски и ударов, которые могут сбить настройку. Избежать сложностей с оптикой и сделать систему проще, легче и надеж- нее позволило применение линеек точечных полупроводниковых светодиодов light-emitting diode - LED. Лазерные и LED-плоттеры ввиду высокого быстродействия лист формата А1 выводится менее чем за полминуты удобно использовать как сетевые устройства, и они имеют в стандартной

комплектации адаптер сетевого интерфейса. Не менее важно и то, что эти плоттеры могут работать на обычной бумаге, что сокращает эксплуатационные затраты. LED-плоттеры становятся все более популярными, хотя по стоимости сравнимы с монохромными электростатическими. Область их применения сложный технический дизайн, архитектура, картография и другое, т.е. везде, где требования к производительности и качеству результатов высоки, но наличие цвета не требуется.

Время от времени предрекается появление цветных лазерных плоттеров, но пока еще это слишком дорого.