Дигитайзер

Дигитайзер
Дигитайзер, или планшет,как его еще называют, состоит из двух основных элементов: основания и курсора,перемещаемого по его поверхности. Это устройство изначально предназначалось дляоцифровки изображений. При нажатии на кнопку курсора его местоположение наповерхности планшета фиксируется, а координаты передаются в компьютер.
/>
Часто с дигитайзерфомсвязывают управлением командами в AutoCAD'е и аналогичных системах при помощинакладных меню. Команды меню расположены в разных местах на поверхностидигитайзера. При выборе курсором одной из них специальный программный драйверинтерпретирует координаты указанного места, посылая соответствующую команду навыполнение.
Не последнюю роль играетприменение планшета в создании на компьютере рисунков и набросков. Художникрисует на экране, но его рука водит пером по планшету. Наконец, дигитайзерможно использовать просто как аналог мыши. Особый случай — это чувствительные кнажиму дигитайзеры.
Принцип действия
Принцип действиядигитайзера основан на фиксации местоположения курсора с помощью встроенной впланшет сетки, состоящей из проволочных или печатных проводников с довольнобольшим расстоянием между ними (от 3 до 6 мм). Но механизм регистрации положения курсора позволяет получить шаг считывания информации намного меньше шагасетки (до 100 линий на мм). Шаг считывания информации называется разрешениемдигитайзера.
По технологииизготовления дигитайзеры делятся на два типа: электростатические (ЭС) иэлектромагнитные (ЭМ). В первом случае регистрируется локальное изменениеэлектрического потенциала сетки под курсором. Во втором — курсор излучаетэлектромагнитные волны, а сетка служит приемником. Фирма Wacom создалатехнологию на основе электромагнитного резонанса, когда сетка излучает, акурсор отражает сигнал. Но в обоих случаях приемником является сетка. Следуетотметить, что при работе ЭМ-планшетов возможны помехи со стороны излучающихустройств, в частности мониторов.
Независимо от принципарегистрации существует погрешность в определении координат курсора, называемаяточностью дигитайзера. Эта величина зависит от типа дигитайзера и отконструкции его компонент. На нее влияет неидеальность регистрирующей сеткипланшета, способность воспроизводить координаты неподвижного курсора(повторяемость), устойчивость к разным температурным условиям (стабильность),качество курсора, помехозащищенность и прочие факторы. Точность существующихпланшетов колеблется в пределах от 0.005 до 0.03 дюйма. В среднем точность электромагнитных дигитайзеров выше, чем у электростатических.
Шаг считываниярегистрирующей сетки является физическим пределом разрешения дигитайзера. Мыговорим о пределе разрешения, потому что следует различать разрешение какхарактеристику прибора и как программно-задаваемое разрешение, а это переменнаявеличина в настройке дигитайзера. В спецификации на изделие всегда указываютсяобе характеристики — и предел разрешения, и точность.
На результат работы такжевлияет точность действий оператора. В среднем хороший оператор вноситпогрешность не более 0.004 дюйма. Требования к нему достаточно высокие.Технологии чувствительных к нажиму дигитайзеров В настоящее время есть дветехнологии, применяемые в чувствительных к нажиму дигитайзерах: первая — этоэлектромагнитный резонанс, на основе которого работают дигитайзеры фирмы Wacom,позволяющий применять пассивное стило, а вторая — метод активного курсора.
При использованииэлектромагнитного резонанса излучающим (активным) устройством является самдигитайзер. Перо отражает волны, а дигитайзер анализирует это отражение, длятого чтобы установить координаты пера в данный момент. Поэтому перо или курсорне имеют ни батарей, ни шнура, подающего напряжение на микросхемы внутрикурсора, их там просто нет. При использовании же активного курсора именно онизлучает волны, сообщая таким образом дигитайзеру о своем местоположении. Вэтом случае либо батареи, либо провод являются его неотъемлемым атрибутом. Но,независимо от системы, в обоих случаях информация о положении курсораотносительно сетки, встроенной в поверхность дигитайзера, преобразуется вкомпьютере так, что мы получаем данные о точном положении курсора.
Для подключения планшетаобычно используется последовательный порт. Распространенными параметрамиявляются разрешение порядка 2400 dpi и высокая чувствительность к уровнямнажатия (256 уровней). Эта особенность позволяет моделировать нажатие на кистьили перо при работе с соответствующими графическими программами. Графическиепланшеты и дигитайзеры производят компании CalComp, Mutoh, Wacom и другие.
Для устройств рукописноговвода информации характерна такая же схема работы, только введенные образы буквдополнительно преобразуются в буквы при помощи специальной программыраспознавания, а размер площадки для ввода меньше. Устройства перьевого вводаинформации чаще используются в сверхминиатюрных компьютерах PDA (PersonalDigital Assistant) или HPC (Handheld PC) (см. Классификация портативныхкомпьютеров), в которых нет полноценной клавиатуры.
 
Выбор дигитайзера
В первую очередь, выбираядигитайзер, следует принимать во внимание надежность его драйверов и удобствоуказующего устройства (это может быть стило или курсор). Не стоит забывать и обэргономике.
Конструктивно планшетыбывают жесткими и гибкими. Гибкие дигитайзеры появились на нашем рынке весной1994 года. Низкая цена, небольшой вес (7 кг в упаковке), компактность при транспортировке выгодно отличают их от традиционных жестких. От того, для какихработ вы выбираете дигитайзер, зависит его формат. Размер рабочего поля обычноот 6 х 8 дюймов до 44 х 62 дюйма. Изготовители гибких планшетов по новойтехнологии утверждают, что могут «вырезать» их любого формата. Частопользователи называют формат по аналогии с бумажными листами, но размер 305 x305мм трудно соотнести с каким-то стандартным форматом. От рода решаемых задачзависит и точность устройства. Рекомендуем ознакомиться с параметрамидигитайзеров и с результатами сравнения некоторых из них. Электрическое питаниедля дигитайзера подается при помощи встроенного или выносного блока питания, ав отдельных моделях — по последовательному порту.
 
Драйверы
При работе с драйверыдигитайзеров могут работать тремя способами: эмулируя мышь, то есть работая врежиме относительного задания координат; как стандартный драйвер планшета ADIнезависимо от того, какое устройство является системным; как драйвер WinTab. Известно,что в стандартную поставку Windows входят драйверы для различных мышей, но недля дигитайзеров.
 
Указующее устройство
До этого момента приупоминании указующего устройства мы называли его курсором, хотя существует ещеи перо (или стило, кому как нравится). Курсоры больше популярны в средепользователей САПР. Перья в виде ручки производятся с одной, двумя и тремякнопками. Кроме того, есть простые перья и перья, чувствительные к нажиму.Последние особенно интересны для художников и аниматоров.
Выбирайте указующееустройство тщательно. Если курсор неудобен, то связанные с его использованиемзатраты составят гораздо большую сумму, чем разница в стоимости дорогих идешевых дигитайзеров.
 
Курсоры
Курсоры бывают четырех-,восьми-, двенадцати- и шестнадцатикнопочными. Желая выделиться, некоторые фирмыстараются стать исключением из правила. Так, Oce Graphics добавляет на большомкурсоре семнадцатую, «самую главную» кнопку. Форма курсора, легкость нажатияи расположение кнопок — вот в чем отличия. Во всем мире одними из лучшихпризнаны четырехкнопочные курсоры фирмы CalComp. Их чаще прочих фотографируют ипомещают в журналах. На них вторая и третья кнопки расположены рядом, а перваяи четвертая L-образной формы обрамляют средние. Традиционным же считаетсяромбовидное расположение кнопок, которому продолжают следовать другие известныепроизводители. Однако для двенадцати- и шестнадцатикнопочных курсоров канонодин — «табличное» расположение кнопок, как на телефонном аппарате.
При выборе курсора надопринимать во внимание, кроме удобства пользования, еще и количество клавиш нанем. Тот, кто работал в AutoCAD'е для DOS, знает, что чем больше на курсореклавиш, тем лучше, потому что дополнительным кнопкам можно назначитьодношаговые функции в AutoCAD'овском MNU-файле.
А вот для AutoCAD forWindows это не совсем так. Дело в том, что использование дополнительных, числомболее трех, клавиш при работе в mole-режиме — непростая задача. Чтобы избежатьпроблем, лучше использовать специальные программы управления дигитайзером,которые часто входят в его комплект поставки. Но проще отказаться от курсора сбольшим количеством кнопок в пользу четырехкнопочного и задействовать толькотри его кнопки. В курсоре немаловажно также качество изготовления визира.
 
Перья
Как уже говорилось, перьяпроизводятся с одной, двумя и тремя кнопками. Кроме того, есть среди нихчувствительные к нажиму, особенно привлекательные для компьютерных художников ианиматоров. Такое перо может воспринимать до 256 градаций усилия нажима.Степени нажима ставят в соответствие или толщину линии, или цвет в палитре, илиего оттенок. В результате можно имитировать на компьютере процесс рисованиямасляными красками, темперой или акварелью на специально подобранной«фактуре». Для реализации этих возможностей необходимо иметьспециальное программное обеспечение. Среди подобных программ для персональныхкомпьютеров можно упомянуть Adobe PhotoShop, Aldus PhotoStyler, Fauve Matisse,Fractal Design Painter, Autodesk Animator Pro, CorelDraw. Чувствительные кнажиму перья могут пригодиться и пользователям AutoCAD'а для последующейтрехмерной визуализации спроектированных объектов. Данный вид указывающихустройств применяют только с ЭМ-дигитайзерами.
Удобство пера — характеристикасугубо субъективная, как и при выборе авторучки. Некоторым нравятся легкиеперья фирмы Wacom, в то время как другие предпочитают более тяжелые, но хорошосбалансированные перья от Kurta. И курсоры, и перья бывают как с проводом, таки без него. Беспроводной указатель удобнее, но он должен иметь батарейку, чтоутяжелит его и потребует дополнительного обслуживания.
Исключение составляютпассивные неизлучающие перья Wacom, которые, впрочем, воспринимают вдвое меньшеградаций нажима. Не так давно на рынке дигитайзеров появились предложения смодифицируемыми курсорами, которые могут работать и с проводом, и с батарейкой.Время покажет, насколько удачным является данное решение.
Дигитайзер (digitizer) — это кодирующее устройство, обеспечивающее ввод двумерного (в том числе иполутонового) или трехмерного (3D дигитайзеры) изображения в компьютер в видерастровой таблицы. является типичным внешним специализированными устройстваграфического ввода.
Задача получения3D-моделей реальных объектов стоит перед промышленными дизайнерами, инженерами,художниками, аниматорами, разработчиками игровых приложений. Измерениегеометрии сложных пространственных форм является основныме требованием длясовременных производителей технологической оснастки.
Основные области применениядигитайзеры:
Мультипликация
Оцифровываниегеографических карт для работы с географическими информационными системами(ГИС)
Инженерноепроектирование, создание прототипов и обратный инжениринг
Научная визуализация
Примечание: Обычно процесс обработки изображениядигитайзеров называют сканированием (Не путать сосканером!).
Простейшим дигитайзеромявляется графический планшет.
/>
Рис. Графическийпланшет
В состав устройствавходит специальный указатель с датчиком, называемый пером. Собственныйконтроллер посылает импульсы по ортогональной сетке проводников, расположеннойпод плоскостью планшета. Получив два таких сигнала, контроллер преобразует их вкоординаты, передаваемые в ПК. Компьютер переводит эту информацию в координатыточки на экране монитора, соответствующие положению указателя на планшете. Спомощью пера Вы рисуете на планшете, при этом графические редакторы могутвоспринимать его как кисть, карандаш, мелок и т.д. Перевернув перо, Вы можетестереть изображение. Дигитайзеры, как следует из названия, являютсяинструментом оцифровки трехмерных объектов. Для дальнейшей обработки иредактирования результатов сканирования существует множество различныхпрограмм.

3D дигитайзер
/>
Рис. 3D дигитайзер
Одним из примеровполнофункционального решения для оцифровки объектов любой формы служитнедорогой дигитайзер из модельного ряда MicroScribe-3D производства компанииImmersion Corporation. На несимметричной основе прикреплен трехшарнирный рычаг,оканчивающийся пером-датчиком. Шарниры с низким уровнем трения обеспечиваютпрактически абсолютную свободу перемещения стального пера. ДигитайзерMicroScribe может оцифровывать предметы, находящиеся в радиусе до 840 мм. Рычаг устройств — жесткий, наличие шарниров позволяет провести дугу с максимальным углом в330°. Наконечник «руки» может иметь разную форму: в виде шарика или остройиголочки — для снятия более точных показаний. В комплекте со сканером поставляютсятакже ножные педали, которые играют роль правой и левой кнопок мыши.
/>
Рис. ДигитайзерMicroScribe-3D.

Перед каждой оцифровкойдигитайзер должен быть откалиброван. Пользователь выбирает три реперные точки(переднюю правую, переднюю левую и заднюю правую) и вводит их координаты вкомпьютер с помощью ножных педалей. После этого можно приступатьнепосредственно к оцифровке. Механические дигитайзеры обладают достаточновысокой точностью — до 0,2 мм. Модели из серии MicroScribe-3D могут сниматькоординаты со скоростью 1000 точек в секунду и передают информацию со скоростью38 Кбит/с. Перед сканированием многие дизайнеры расчерчивают объект,вырисовывают линии, по которым пройдет перо.
/>/>
Рис. Подготовкаобъекта к оцифровыванию
Оцифровывать можно вполуавтоматическом и ручном режимах. Контактный щуп, установленный на складнойарматуре с шарнирными соединениями, считывает информацию о том, в каком местенаходится головка, и транслирует эту информацию в координаты X, Y и Z в трехмерномпространстве. Оцифрованные данные в дальнейшем обработываются с помощьюспециальных прикладных программ (AutoCad, Autodesk, Maya, Rhinoceros и др.).
На подготовку ксканированию и саму оцифровку сложного объекта может уйти несколько часов, но снакоплением опыта работы с дигитайзером это время значительно сокращается Впроцессе сканирования объекта, по мере того как координаты точек попадают вкомпьютер, на мониторе вырисовывается пространственная модель. Для построения3D-образов можно использовать программы от Immersion Corporation (наборDigitizing Software Application), которые позволяют представлятьотсканированные объекты различными способами, например в виде точек, линий,проволочного каркаса, сплайнов, NURBS (неоднородных рациональных B-сплайнов), атакже редактировать и сохранять 3D-образы в файлах форматов dxf, IGES, obj,txt, 3ds для последующего импортирования в другие приложения.
Специалисты по заказныммоделям для оцифровки моделей с телевизионным качеством используют болеедорогие дигитайзеры для оцифровки своих объектов. Например, используютмобильные координатно-измерительные машины (КИМ) FaroArm производства фирмыFARO Technologies (США). КИМ FARO состоит из опорной плиты, которая крепится клюбому подходящему месту и нескольких, соединенных между собой шарнирами,колен. Конструкция очень похожа на строение человеческой руки. У КИМ FARO также есть своеобразные кистевой, локтевой и плечевой суставы. В каждом шарниреесть датчик контроля угловых перемещений, который в режиме реального времениследит за углом поворота колена, в результате чего программное обеспечениепросчитывает координаты откалиброванного щупа — своеобразного пальца. Взависимости от числа колен имеются машины с 6-ю или 7-ю степенями свободы.
По сути, это контактныйщуп, который при помощи нескольких потенциометров, установленных на складнойарматуре с шарнирными соединениями, считывает информацию о том, в каком местенаходится головка, и преобразует эту информацию в координаты X, Y и Z втрехмерном пространстве. Достаточно сделать необходимое количество замеров, исетка готова. В сканере применена система противовесов; он автоматическиучитывает изменения температуры и компенсирует соответствующие расширения исжатия материалов. Это портативное устройство может работать с объектамивписывающимися в сферу диаметром до 3,65 м и имеет точность до 0,3 мм.

/>
Рис. Мобильныекоординатно-измерительные машины Faro Arm
Трехмерные дигитайзерыиспользуются в качестве систем трехмерного боди-сканирования (3D body scan,т.е. «трехмерное сканирование человеческого тела»). Разработка этих систем быласвязана с требованиями быстрого обмера большого количества человек (армия),получения точного компьютерного изображения (киноиндустрия) и индивидуальногопошива. Трехмерное боди-сканирование применяется также в медицине, мультипликациии при создании систем виртуальной реальности (VRML).
/>
Рис. Системабоди-сканирования WB4
Примеры систембоди-сканирования
CyberwareWhole Body Color 3D Scanner (производитель Cyberwear ). Сейчассуществуют две модели полномасштабных боди-сканеров: WB4 и WBX (WB=Whole Body,т.е. «тело целиком»).
Symcad (Французскаякомпания TELMAT Industrie)
В геоинформатике,компьютерной графике, системах автоматического проектирования (САПР),картографии и научной обработке результатов измерения дигитайзер используют вкачестве устройства для ручного цифрования графической и картографическойинформации в виде множества или последовательности точек, положение которыхописывается прямоугольными декартовыми координатами плоскости дигитайзера.
Основные типыдигитайзеров по принципу работы
 
Ультразвуковые
Из всех систем пооцифровке 3D-объектов ультразвуковые (или сонарные) — наименее точные инадежные, но при этом самые чувствительные к изменениям в окружающемпространстве. Ультразвуковые дигитайзеры представляют собой системупередатчиков, жестко закрепленных на стенах и потолке. Смотрятся они весьманеэстетично. Передатчики излучают звуковые волны, на основании информации оботражении которых вычисляются координаты точек поверхности 3D-модели. Так какскорость звука зависит от атмосферного давления, температуры и других условий(например, влажности), то результаты оцифровки одного и того же объектаявляются функцией состояния воздуха. Помимо этого данные системы оченьвосприимчивы к шуму, производимому различным оборудованием (компьютерами,кондиционерами), даже жужжание флуоресцентных ламп влияет на оцифровку. К томуже ультразвуковые системы издают странные «кликающие» звуки, раздражающиеоператора и всех находящихся в помещении. В идеальных условиях абсолютнаяпогрешность полученных результатов составляет 1,4 мм. Подобные сканеры применяются в основном в медицине и при оцифровке скульптур.
Электромагнитные
Принцип работыэлектромагнитных 3D-дигитайзеров такой же, как у ультразвуковых систем (принципрадара), только для построения пространственной модели вместо звуковых волниспользуются электромагнитные. Результат работы этих сканеров не зависит отпогодных условий, но находящиеся поблизости металлические предметы илиисточники магнитного поля снижают точность измерений. Естественно, что подобныесистемы не могут оцифровывать металлические объекты. Даже в специальныхпомещениях, не содержащих ничего металлического, погрешность магнитных системсоставляет не менее 0,7 мм.
Лазерные
Прежде всего следуетотметить, что цена этих так называемых бесконтактных (оператор не обводитобъект щупом) систем очень высока и нередки случаи, когда она выражается числомс пятью нулями (в американских долларах). Лазерные дигитайзеры обладают самойвысокой точностью, но область их применения также имеет значительныеограничения. Большие трудности вызывает сканирование объектов с зеркальными,прозрачными и полупрозрачными поверхностями, а также предметов большого размералибо имеющих впадины или выступы, препятствующие прямому прохождению лазерногопучка. Лазерные дигитайзеры — полностью автоматизированные системы.Невозможность участия художника в процессе оцифровки не позволяет расставитьакценты, например более подробно отобразить определенную часть объекта, или,наоборот, приводит к получению детализированных моделей, занимающих слишкоммного места и требующих значительных мощностей для их обработки. Сама оцифровкапроисходит достаточно быстро, но последующий процесс перевода автоматическиполученных данных в конечное изображение может занять много времени (особенноэто касается систем с точечной проекцией).
Механические
Эти устройства являютсязолотой серединой среди всех классов дигитайзеров. Высокая точность иотносительно низкая стоимость сделали эти устройства самыми популярными.Принцип их работы заключается в следующем: контуры оцифровываемого объектаобводятся прецизионным щупом, положение которого замеряется механическимидатчиками. Затем, используя массив трехмерных координат, специальная программастроит каркасную модель объекта. Большим плюсом механических сканеров являетсято, что получаемые с их помощью результаты не зависят от погодных условий,уровня шума, наличия электромагнитных полей. Тип поверхности также не имеетзначения. Поскольку механические дигитайзеры являются ручными устройствами, ихиспользование требует четкой координации движений и внимательности.