Тема 5.8. Общие сведения о дигитайзерах и графических планшетах

Дигитайзер – это кодирующее устройство, обеспечивающее ввод двумерного (в том числе и полутонового) или 3-х мерного изображения в компьютер в виде растровой таблицы, которое относится к специализированным устройствам ввода графических данных.

Графический планшет – разновидность дигитайзера, является устройством позиционирования, работа с которым основана на том, что площадь экрана монитора ставится в соответствие с рабочим полем планшета, по которому можно перемещать какое-либо указывающее устройство. Это может быть специальная мышь, перо или мышь с "прицельной рамкой" – для точной оцифровки чертежей и карт.

Для ввода объемных 3D объектов, а также для оцифровки реальных объектов по их контуру используются трехмерные дигитайзеры (3D дигитайзеры).

Типичный графический планшет и 3D дигитайзер показаны на рис. 5.8.1 и рис. 5.8.2 соответственно.

Рисунок 5.8.1.

Рисунок 5.8.2.

Тема 5.9. Принцип работы графического планшета и его характеристики

Принцип, лежащий в основе работы любого графического планшета, заключается в том, что специальное перо или ручной манипулятор ("мышь") выполняют роль указателя и передают определенный сигнал, который принимает плоская антенна, находящаяся под поверхностью планшета. Эта идея реализуется в современных графических планшетах двумя способами.

В первом случае антенна (повехность планшета) излучает короткие электромагнитные импульсы пакетами продолжительностью около 20 микросекунд. Этот сигнал питает резонансный контур, расположенный в указателе и настроенный на частоту излучения антенны. Резонансный контур указателя является источником энергии для формирования ответного сигнала, содержащего информацию о местоположении и особенностях состояния указателя на данный момент. Эта информация и передается в компьютер.

Во втором случае указатель получает энергию для передачи сигнала от стороннего источника, например, от элементов питания, находящихся в самом пере, или по проводу подключения к компьютеру. Соответственно, антенна выполняет исключительно приемную функцию, поэтому конструкция указателя и самого планшета существенно проще.

В большинстве случаев в качестве датчика координат используется катушка индуктивности, плоскость которой пересекает сетку проводников планшета. При последовательном пропускании импульсов тока через проводники планшета, наводимый в катушке индуктивности сигнал будет иметь амплитуду и фазу, зависящие от положения катушки относительно проводников, по которым протекает ток. Эта информация позволяет вычислять положение катушки (электронного курсора) с высокой точностью, доходящей у дорогих моделей до 10 микрон (10^-6 м).

Рисунок 5.9.1.

Принципиальные схемы устройства перьев-указателей различного типа (безбатарейного аналогового [1], безбатарейного цифрового [2], аналогового с собственным источником питания [3]) показаны на рис. 5.9.1.

Желтым цветом показаны пути поступления электропитания в различные блоки пера, красным – информация о состоянии компонентов, голубым – выходной сигнал, улавливаемый антенной планшета. В цифровом пере все данные поступают в микрочип, который, взаимодействуя с модулятором, формирует пакет исходящих данных, добавляя в него 64-битный код, содержащий идентификационную информацию о данном конкретном пере.

Приемопередающая (или, в зависимости от конструкции, просто приемная) антенна представляет собой сетку – проволочную или в виде печатной схемы – с шагом от 3 до 6 мм.

Разрешающая способность и точность определения координат – это две основные характеристики графического планшета.

Разрешающая способность – это минимальный шаг, с которым планшет позволяет считывать координаты (измеряется в линиях на дюйм). Точность – это погрешность снятия координат, определяемая как отклонение измеренных значений координат точки от значений координат идеальной координатной сетки. Погрешность определения местоположения указателя связана с множеством факторов. Это и отклонения от идеальной формы сетки, и влияние условий среды (например, колебания температуры воздуха могут вызывать неоднородные термические деформации устройства), качество материала указателя, электромагнитная помехозащищенность, степень износа или загрязненности указателя и др.

Чем выше разрешающая способность планшета, тем более плавные линии получаются при свободном рисовании, а также выше точность. Еще одним принципиально важным параметром является размер рабочей поверхности. Графические планшеты выпускаются от размера А6 до размера А3, иногда более.

Кроме программ автоматизированного проектирования, дигитайзеры широко применяются художниками и дизайнерами в средах графических программам. В этом случае важным параметром графического планшета является число уровней чувствительности планшета к нажатию.

Стандартным принято считать 512 уровней чувствительности. В более совершенных моделях может быть 1024 и даже 2048. Число уровней чувствительности имеет значение при работе с графическими программами, поскольку от этого, в первую очередь, зависит дискретность прорисовки нелинейных участков изображения.