5.4. Дигитайзеры

Графический планшет (graphics tablet) - устройство ввода векторной графической информации в ЭВМ. Устройство «планшет» (или дигитайзер, digitizer, диджитайзер) состоит из собственно план­шета (участок плоской поверхности) и рисующего прибора (курсора, стила, пера, наводчика (puck)). При нажатии на кнопку курсора ещ местоположение на поверхности планшета фиксируется, а коорди­наты передаются в компьютер (табл. 5.4).

Дигитайзер - абсолютное устройство. Для выбора некоторой позиции на экране необходимо указателем дигитайзера выбрать со­ответствующую точную точку на планшете. За каждой кнопкой как наводчика, так и пера можно закрепить определенные действия (COPY, SAVE и др.) Гибкость выполнения такого назначения зависит от программируемости драйвера устройства.

Таблица 5.4. Типы дигитайзеров

Принцип работы	Описание	Примеры устройств
Акустический	Первые устройства, в которых позиция пера, оборудован­ного источником звука (микроискровой разрядник), опре­деляется путем сопоставления запаздывания звуковых сигналов, воспринимаемых микрофонами, расположенны­ми на планшете. Подвержены акустическим помехам	Общее наименова­ние - spark tablet (искровые планшеты)
Электромагнитный	Проволочная сетка, проложенная под поверхностью план­шета, производит слабое электромагнитные излучение, которое принимается пером и определяет его координаты	RAND Tablet, извест­ный как Grafacon (Graphic Converter), 1964 г.
Пассивный курсор	Используется принцип электромагнитной индукции. Про­волочная сетка образует совокупность «антенн», передаю­щих и принимающих сигналы (RAND Tablet только переда­ет). Есть образцы, воспринимающие силу нажима на перо (изменение встроенной в кончик пера емкости). Возможен бесконтактный съем координат. Ручка может не требовать питания	Технологии фирмы Wacom
Активный курсор	Ручка содержит генератор сигналов, воспринимаемых планшетом, поэтому она требует питания скорее, чем сам планшет. Это дает также более четкий электросигнал, чем в случае электромагнитной индукции	FinePoint Innovations
Технология «резистивного сенсорно­го экрана»(см. рис. 4.34)	Пересекающиеся координатные провода разделены тон­ким слоем изолятора, проводимость которого изменяется под нажимом пера. Не требует питания пера, воспринима­ет как координаты, так и силу давления пера	Nintendo DS

Часто с дигитайзером связывают управление командами в AutoCAD и аналогичных системах с помощью накладных меню. Ко­манды меню расположены в разных местах на поверхности дигитай­зера. При выборе курсором одной из них программный драйвер ин­терпретирует координаты указанного места, посылая соответствую­щую команду на выполнение.

Для устройств рукописного ввода информации характерна такая же схема работы, однако введенные образы букв дополнительно пре­образуются в буквы с помощью программы распознавания, а размер площадки для ввода меньше. Устройства перьевого ввода информа­ции часто используются в карманных компьютерах, в которых нет полноценной клавиатуры.

Принцип действия

Действие дигитайзера основано на фиксации местоположения курсора с помощью встроенной в планшет сетки, состоящей из про­волочных или печатных проводников с довольно большим расстоя­нием между ними (от 3 до 6 мм). Однако механизм регистрации по­ложения курсора позволяет получить точность считывания инфор­мации, намного меньшую шага сетки (до 100 линий на мм). Шаг считывания информации называется разрешением дигитайзера.

По технологии изготовления дигитайзеры делятся на два типа:

• электростатические (ЭС);

• электромагнитные (ЭМ).

В первом случае регистрируется локальное изменение электри­ческого потенциала сетки под курсором. Во втором - курсор излу­чает электромагнитные волны, а сетка служит приемником. Фирма Wacom создала технологию на основе электромагнитного резонан­са, когда сетка излучает, а курсор отражает сигнал. Но в обоих слу­чаях приемником является сетка. Следует отметить, что при работе ЭМ-планшетов возможны помехи со стороны излучающих уст­ройств, в частности мониторов.

Независимо от принципа регистрации существует погрешность в определении координат курсора, называемая точностью дигитай­зера. Эта величина зависит от типа дигитайзера и от конструкции его компонентов. На нее влияет неидеальность регистрирующей сетки планшета, способность воспроизводить координаты непод­вижного курсора (повторяемость), устойчивость к разным темпера­турным условиям (стабильность), качество курсора, помехозащи­щенность и прочие факторы. Точность существующих планшетов колеблется в пределах от 0,005 до 0,03 дюйма. В среднем точность электромагнитных дигитайзеров выше, чем электростатических.

Шаг считывания регистрирующей сетки является физическим пределом разрешения дигитайзера. Мы говорим о пределе разреше­ния, потому что следует различать разрешение как характеристику прибора и как программно-задаваемое разрешение, а это перемен­ная величина в настройке дигитайзера. В спецификации на изделие всегда указываются обе характеристики - предел разрешения и точ­ность (табл. 5.5).

Таблица 5.5. Характеристики дигитайзеров

Английский термин	Русский термин	Комментарий
Surface Sizes	Размер рабочей поверхности	Устанавливает размеры чувствительной части поверхности диги­тайзера
Resolution	Разрешение	Обозначает шаг считывания дигитайзера (физическая характери­стика, она гораздо лучше, чем реально достижимая точность сня­тия координат указующего устройства)
Accuracy	Точность	Указывает на погрешность снятия координат
Output Rate	Скорость обмена	Указывает на реальную скорость передачи координат дигитай­зером
Technology	Технология	Описывает физический принцип получения координат
Save&Recall	Пользователь­ские настройки	Наличие и количество сохраняемых с возможностью последую­щего вызова настроек параметров дигитайзера
Output Formats	Форматы данных	Обычно указывается количество различных форматов данных, на которые можно настроить интерфейс дигитайзера
Surface Menu	Аппаратное меню	Количество и вид аппаратно-реализованных меню на поверхности дигитайзера
LED’s	Индикаторы	Наличие или отсутствие индикаторов, сообщающих о состоянии дигитайзера
Support Software	Программное обеспечение	Разнообразие программного обеспечения, входящего в состав стандартной поставки дигитайзера. Обычно его разнообразие ни о чем не говорит. Важно удобство работы с программой установ­ки и настройки параметров, а также наличие качественных драй­веров для тех программ, с которыми вы собираетесь работать
Dual Orientation	Двойная ориен­тация	Возможность переключать направление осей дигитайзера
Warranty	Гарантия	Срок стандартного гарантийного обслуживания
Pen	Перо	Характеристики указующего устройства типа «перо». К характери­стикам относятся число кнопок, вид чувствительности наконечни­ка пера (нечувствительный; выключатель, реагирующий на силу нажима и т. д.), наличие или отсутствие провода
Cursor	Курсор	Характеристики указующего устройства типа курсор: число кно­пок, наличие или отсутствие провода
Shielding	Покрытие	Наличие дополнительного покрытия поверхности дигитайзера

На результат работы также влияет точность действий оператора. В среднем хороший оператор вносит погрешность не более 0,004 дюйма. Требования к нему достаточно высокие.

Технологии чувствительных к нажиму дигитайзеров

В настоящее время существует две технологии, применяемые в чувствительных к нажиму дигитайзерах: первая - электромагнит­ный резонанс, на основе которого работают дигитайзеры фирмы Wacom, позволяющий применять пассивное стило, а вторая - ме­тод активного курсора.

При использовании электромагнитного резонанса излучающим (активным) устройством является сам дигитайзер. Перо отражает волны, а дигитайзер анализирует это отражение, для того чтобы ус­тановить координаты пера в данный момент. Поэтому перо или курсор не имеют ни батарей, ни шнура, подающего напряжение на микросхемы внутри курсора. При использовании активного курсора он создает излучение, сообщая таким образом дигитайзеру о своем местоположении. В этом случае либо батареи, либо провод являют­ся его неотъемлемым атрибутом.

Для подключения планшета обычно используется последова­тельный порт. Распространенными параметрами являются разреше­ние порядка 2400 тнд и высокая чувствительность к уровням нажа­тия (256 уровней). Эта особенность позволяет моделировать нажатие на кисть или перо при работе с соответствующими графическими программами. Графические планшеты и дигитайзеры производят CalComp, Mutoh, Wacom и др.

Для устройств рукописного ввода информации характерна такая же схема работы, однако введенные образы букв дополнительно преобразуются в буквы с помощью программы распознавания, а размер площадки для ввода меньше. Устройства перьевого ввода информации часто используются в карманных компьютерах (КПК, или PDA - Personal Digital Assistant, см. гл. 7), в которых нет пол­ноценной клавиатуры.

Указующее устройство

До этого момента при упоминании указующего устройства мы называли его курсором, хотя существует еще и перо (или стило). Курсоры более популярны среди пользователей САПР. Перья в виде ручки снабжаются одной, двумя или тремя кнопками. Кроме того есть простые перья и перья, чувствительные к нажиму. Последние особенно интересны для художников и аниматоров. Если курсор неудобен, то связанный с его использованием ущерб составит гораздо большую сумму, чем разница в стоимости дорогих и дешевых дигитайзеров.

Курсоры. Курсоры бывают четырех-, восьми-, двенадцати- и ше-стнадцатикнопочными. Продукты некоторых производителей явля­ются исключением из правила, например, Осе Graphics добавляем на большом курсоре семнадцатую, «самую главную» кнопку. Одни­ми из лучших признаны четырехкнопочные курсоры фирмы CalComp - их чаще прочих фотографируют и помещают в журна­лах. Здесь вторая и третья кнопки расположены рядом, а первая и четвертая L-образной формы обрамляют средние, Традиционным считается ромбовидное расположение кнопок, которому продолжа­ют следовать другие известные производители. Однако для двена­дцати- и шестнадцатикнопочных курсоров стандартом является «табличное» расположение кнопок (как на телефонном аппарате).

При выборе курсора надо принимать во внимание, кроме удоб­ства пользования, еще и количество клавиш на нем. Например, для работы в AutoCAD чем больше на курсоре клавиш, тем лучше, по­тому что дополнительным кнопкам можно назначить одношаговые функции в MNU-файле AutoCAD.

Перья. Перья производятся с одной, двумя и тремя кнопками. Есть перья, чувствительные к нажиму, особенно привлекательные для компьютерных художников и аниматоров. Такое перо может воспринимать до 256 градаций усилия нажима. Степени нажима ставят в соответствие толщину линии, цвет в палитре или его отте­нок. В результате можно имитировать на компьютере процесс рисо­вания масляными красками, темперой или акварелью на специаль­но подобранной фактуре. Для реализации этих возможностей необ­ходимо иметь специальное программное обеспечение.

Удобство пера - характеристика сугубо субъективная, как и при выборе авторучки. Некоторым нравятся легкие перья фирмы Wacom, в то время как другие предпочитают более тяжелые, но хо­рошо сбалансированные перья Kurta. Как курсоры, так и перья бы­вают как с проводом, так и без него. Беспроводной указатель удобнее, но он должен иметь батарею питания, что утяжеляет его и тре­бует дополнительного обслуживания.

Исключение составляют пассивные неизлучающие перья Wacom, однако они воспринимают вдвое меньше градаций нажима. Появились модели с модифицируемыми курсорами, которые могут работать как с внешним, так и со встроенным питанием.

Выбор дигитайзера

В первую очередь, выбирая дигитайзер, следует принимать во внимание надежность его драйверов и удобство указующего устрой­ства (это может быть стило или курсор). Конструктивно планшеты бывают жесткими и гибкими (табл. 5.6-5.8). Гибкие дигитайзеры появились в 1994 г. Низкая цена, небольшой вес (7 кг в упаковке), компактность при транспортировке выгодно отличают их от тради­ционных жестких. От того, для каких работ выбирается дигитайзер, зависит его формат. Размер рабочего поля обычно от 6 × 8" до 44 × 62". Изготовители гибких планшетов по новой технологии утверждают, что могут «вырезать» их любого формата. Часто пользо­ватели называют формат по аналогии с бумажными листами, но размер 305 × 305 мм трудно соотнести с каким-то стандартным фор­матом. От рода решаемых задач зависит и точность устройства. Электрическое питание для дигитайзера подается с помощью встро­енного или выносного блока питания, а в отдельных моделях - по последовательному порту.

Таблица 5.6. Некоторые модели дигитайзеров

Марка	Характеристики
Genius G-Pen 340	Интерфейс и питание: USB. ОС: MS Windows 98SE/M^2000/XP. Планшет: рабочая область 3" × 4"; разрешение 2000 линий/дюйм. Перо: количество кнопок - 2, чувствительность нажатия - 1024 уровней, беспроводное. Имеет программируемую «Hot-KEY» зону. Кнопки пера могут работать как кнопки обычной мыши, а также могут быть запрограммированы соответственно правой и левой кнопкам мыши
Genius G-Note 5000 A5, 32 Mb	Интерфейс: USB. X: ХР/2000. Планшет: рабочая поверхность А5 (8" × 6"), питание - 4 батарейки AAA, 32 Мбайт встроенной памяти позволяют сохранить более 500 исписанных страниц. Перо: сменные насадки
Wacom Graphire4, A6.128 × 93 мм	Интерфейс: USB. ОС: Windows 98SE/ME/2000/XP, Apple MacOS X 10.2.8. Планшет: рабочая область А6 (128 × 93 мм рабочая область), разрешение 2032 строк/дюйм. Перо: количество кнопок - 2, чувствительность нажатия - 512 уровней, беспроводное
Hitachi T-15XL EM Panel, A4+, 304 × 228 мм, TFT, 15", VGA, USB, аудио	В планшет (рабочая область А4, 304 × 228 мм) вмонтирован монитор - 15" LCD TFT. Размер шага - 0,297 мм, максимальное разрешение - 1024 × 768, цветовая палитра - 18-бит(262 144 цветов), яркость - 250 кд/м .контрастность-400:1, угол просмотра слева/справа - 60º/60º; угол просмотра сни­зу/сверху – 60º /40º. Интерфейсы -VGA, HD-15F, USB Тип Б. Аудиовход - мини 3,5 мм стерео, аудиовыход - мини 3,5 мм стерео. Адаптер питания - 220 В (перемен, ток), 50/60 Гц, 30 Вт
Hitachi StarBoard BT-1	Интерфейс: USB, Bluetooth. X: Windows ХР. Планшет: рабочая область 4,5" × 6", разрешение 500 dpi. Перо: количество кнопок - 1
Wacom Graphire4 Classic	Интерфейс: USB. ОС: Windows 98SE/ME/2000/XP, Apple MacOS 9.0, Apple MacOS X 10.1.5. Планшет: рабочая область А6 (128 × 93 мм), разрешение 2000 dpi. Перо: количество кнопок - 2, чувствитель­ность нажатия - 512 уровней, беспроводное. Макси­мальное рабочее расстояние 5 мм. Мышь: Wacom EC-140, оптическая, беспроводная, 2 кнопки, кнопка/колесо прокрутки
CalComp DrawingBoard III	Серия широкоформатных дигитайзеров для САПР и ГНС. Имеют модификации: со стандартной точностью (±0,2 мм), повышенной (±0,1 мм), высокой (±0,05 мм). Модели с высокой точностью комплектуются курсором с подсветкой рабочей зоны. Типы указателей: беспроводной 4- или 16-кнопочный курсор. Дигитайзеры по дополнительному заказу можно укомплектовать напольными подставками различных типов. Модели формата А4-АЗ: точность ± 0,25; раз­решающая способность 1001 линий/мм или 2540 линий/дюйм

Таблица 5.7. Планшетные дигитайзеры большого формата

Характеристики	Марка
	CalComp DrawingBoard 3400	SUMMA SummaGrid	KURTA XLC	GTCO SUPER L II	NUMONICS BIDMATE	ALTEK LITE
Рабочая поверхность, мм	610 × 914, 914 × 1220, 1220 × 1524	610 × 914, 914 ×1220, 1220 ×1524	610 × 914, 914 × 1220, 1067 ×1524	610×914, 914 × 1220, 1067×1524	610 × 914. 914×1220, 1118 × 1524	610 × 914, 914 × 1220
Разрешение, линий/мм	100	100	40	40	40	40
Точность, мм	±0,203 ±0,127, по заказу	±0,381	±0,254, ±0,127, по заказу	±0,254	Не сообщается	±0,254
Скорость обмена, точек/с	200	100	200	200	200	Не сообщается
Перо	2-кнопочное, наконечник или 2-кнопочное, чувствительный наконечник (возможно беспроводное)	3-кнопочное, возможно беспро­водное	2-кнопочное	2-кнопочное, наконечник	1 -кнопочное	1 -кнопочное
Курсор	4-, 16-кнопочный, возможен беспроводной	4-, 16-кнопочный, возможен беспро­водной	4-, 16-кнопоч­ный, проводной	4-, 16-кнопоч­ный, проводкой	4-, 16-кнопоч­ный, проводной	1-, 4-, 16-кнопоч­ный, проводной
Количество форматов данных	34	3	4	9	12	8
Аппаратное меню	Макро, пользовательские настройки, установка пара­метров	Нет	Установка параметров	Установка параметров	Установка параметров	Нет

Таблица 5.8. Гибкие дигитайзеры

Характеристики	Марка
	CalComp DrawingFlex 33364I	CalComp DrawingFlex 33484I	GTCO Rollup 2024R	GTCO Rollup 3036R	GTCO Rollup 3648R
Рабочая поверх­ность, мм	762×914	914×1220	508×610	762×914	914×1220
Разрешение, линий/мм	100	100	40	40	40
Точность, мм	±0,254	±0,381	±0,254	±0,254	+0,254
Скорость обме­на, точек/с	150	150	Не сообщается	Не сообщается	Не сообщается
Перо	2-кнопочное, на­конечник, беспро­водное	2-кнопочное, на­конечник, беспро­водное	1 -кнопочное, наконечник, проводное	1 -кнопочное, наконечник, проводное	1-кнопочное, наконечник, проводное
Курсор	4- и 16-кнопоч-ный, беспро­водной	4-и 16-кнопоч-ный, беспро­водной	4-и 16-кно-почный, про­водной	4-И 16-кно- почньй, про­водной	4-и 16-кно-почньй, про­водной
Технология	ЭМ	ЭМ	ЭС	ЭС	ЭС
Количество форматов данных	34	34	2	2	2
Аппаратное меню	Макро, пользова­тельские настрой­ки, установка па­раметров	Макро, пользова­тельские настрой­ки, установка па­раметров	Установка параметров	Установка параметров	Установка параметров

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте параметры конструкций ударных принтеров.

2. Какими параметрами характеризуются принтеры?

3. Чем определяется разрешающая способность матричного принтера?

4. Каков принцип функционирования струйного принтера с термическим приводом?

5. Каков принцип функционирования струйного принтера с пьезоприводом?

6. Каковы разновидности устройств подачи бумаги принтеров?

7. Опишите внутреннее устройство лазерного принтера.

8. Каков принцип функционирования термопринтеров?

9. Опишите устройство и принципы функционирования сканеров.

10. Какими параметрами характеризуются сканеры?

11. Какие разновидности сканеров вы знаете?

12. Каков принцип функционирования перьевых плоттеров?

13. Какими параметрами характеризуются плоттеры?

14. Каков принцип функционирования лазерных плоттеров?

15. Каков принцип действия электростатических дигитайзеров?

16. Каков принцип функционирования электромагнитных дигитайзеров?

17. Какими параметрами характеризуются дигитайзеры?