Дигитайзеры

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Международная Бизнес Академия

Бизнес колледж

Кафедра «Информационных технологий»

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: «Дигитайзеры»

Выполнил: учащийся группы кВМ-08
Клоков С.Д.

Принял: ст.преподаватель кафедры ИТ
Краснов А.М.

Караганда 2011 г.

Содержание

Введение Ошибка: источник перекрестной ссылки не найден

1. История разватия дигитайзеров. 6

2. Дигитайзер. 9

2.1. Принцип действия. 13

2.2. Выбор дигитайзера. 15

2.3. Драйверы. 16

2.4. Указующее устройство. 16

2.5. ???????. 1Ошибка: источник перекрестной ссылки не найден

2.6. ?????. 18

3. Научная визуализация. 20

3.1. 3D Дигитайзер. 20

3.2. Координатно-измерительные машины. Ошибка: источник перекрестной ссылки не найден

3.3. Система боди-сканирования. Ошибка: источник перекрестной ссылки не найден

3.4. ???????? ???? ???????????? ?? ???????? ??????. 25

3.4.1. Ультразвуковые. 25

3.4.2. Электромагнитные. 26

3.4.3. Лазерные. 26

3.4.4. Механические. 27

4. Сравнительные характеристики дигитайзеров. 27

4.1. Графический планшет Aiptek Hyper Pen 6000 28

4.2. Графический планшет Wizard Pen 5x4 30

4.3. Графический планшет Genius ePen 31

4.4. Графический планшет Intuos2 A5 33

4.5. Вывод 35

Заключение 37

Введение

На сегодняшний день широко используются различные устройства полуавтоматического ввода графической информации. Среди них наиболее распространены графические планшеты (или дигитайзеры).

Дигитайзер представляет собой специальное устройство, предназначенное для преобразования различных технических схем, карт и чертежей в цифровой формат. Вторым названием данного оборудования является графический планшет. Он оснащен так называемым световым пером (указателем). Это перо в первую очередь больше всего напоминает лупу, в центре которой располагается черный крестик. Помимо указателя в составе дигитайзера можно обнаружить электронный планшет. На нем обычно располагается чертеж для дальнейшей оцифровки. Кроме того, данный электронный планшет имеет еще один контролер. Сам электронный планшет при необходимости посылает импульсы по сетке проводников. Эта сетка проходит под общей площадью планшета. Импульсы, проходя под черным крестиком, преобразуются в сигналы, которые отправляются к контроллеру. Если под крестом одновременно проходят два сигнала (горизонтальный и вертикальный), то они обязательно преобразуются в координаты. Данные координаты отправляются на монитор компьютера.

Помимо обычного создания рисунков при помощи планшета, дигитайзер можно использовать в качестве всем известного манипулятора "мышь". Принцип отображения на экране необходимых координат заключается в том, что внутри электронного планшета находится специальная сетка. Она представляет собой переплетение различных проволочных и печатных проводников. Расстояние между всеми проводниками может колебаться от 3 до 6 мм. Чтобы оградить свое устройство от различных помех, необходимо расположить его таким образом, чтобы оно не могло иметь никаких контактов с другими излучающими устройствами, такими как, монитор.

В настоящее время современный рынок электронных товаров предоставляет вниманию покупателей два вида дигитайзеров. Первый тип – электростатические дигитайзеры отличается тем, что происходит регистрация локального изменения электрического потенциала непосредственно под курсором. В это время электромагнитный дигитайзер имеет курсор, который излучает электромагнитные волны, а вышеописанная сетка выступает в качестве приемника.

Стоит также рассмотреть некоторые технические характеристики графического планшета.

• Одним из основных свойств дигитайзера можно назвать разрешение. Эта характеристика определяет шаг считывания в сетке.

• Точность дигитайзера представляет собой показатель, указывающий погрешность определения координат. Данная характеристика может иметь значение от 0.005 до 0.03 дюймов.

• Размер рабочей области указывает масштаб рабочей области.

• Скорость обмена – показатель, представляющий скорость передачи информации, а именно: координат.

Стоит отметить, что дигитайзеры могут быть жесткими и гибкими, при этом их работоспособность не отличается. Единственными отличиями являются цена и вес. Гибкий дигитайзер легче и дешевле. Это возможно за счет использования при производстве рабочего поля более дешевого и гибкого материала, который можно даже сложить.

Дигитайзер, или планшет, как его еще называют, состоит из двух основных элементов: основания и курсора, перемещаемого по его поверхности. Это устройство изначально предназначалось для оцифровки изображений. При нажатии на кнопку курсора его местоположение на поверхности планшета фиксируется, а координаты передаются в компьютер.

Первым графическим планшетом был "Телеавтограф", запатентованный Элишей Греем (Elisha Gray) в 1888. Элиша Грей более известен как современник изобретателя телефона - Александра Белла.

Первый графический планшет, похожий на современные, использовался для распознавания рукописного ввода компьютером Stylator в 1957. Более известный и часто ошибочно именуемый первым, графический планшет RAND Tablet также известен как "Графакон" (ГРАФический КОНвертер), представленный в 1964. RAND Tablet использовал сетку проводников под поверхностью планшета, которые кодировали горизонтальную и вертикальную координату в слабый магнитный сигнал. Перо принимало этот сигнал, который затем мог быть декодирован обратно в координаты.

Как правило, дигитайзеры или «планшеты» как их еще называют, чаще всего используют художники и инженеры. К примеру, художник не сможет компьютерной мышью нарисовать картину, «планшет» заменяет ему холст, а графический редактор служит полным набором инструментов.

По мимо обычных «планшетов» существуют и другие виды дигитайзеров. 3D дигитайзеры с помощью которых в ЭВМ можно занести трехмерные данные какого либо объекта. А так же сканеры (не путать со сканером бумаги) подобно трехмерному, лучами лазера сканирует объект, занося данные в ЭВМ. Часто используется в кинофильмах и компьютерных играх, где требуется точная модель людей или какого либо объекта.

1. История развития дигитайзеров

Первый графический планшет был "Телеавтограф" (рис. 1), запатентованный Элишей Грей (Elisha Gray) в 1888 году. Элиша Грей более известен как современник изобретателя телефона - Александра Белла.

Рис. 1 «Телеавтограф» Элиша Грея .

Краткая биографическая справка

Gray, Elisha (1835-1901), американский изобретатель. Родился 2 августа 1835 в Барнсвилле (шт. Огайо). Получил образование в Оберлинском колледже, зарабатывая на жизнь и учебу плотницким ремеслом. По окончании колледжа занялся экспериментами в области электричества, в частности телеграфии. В 1867 запатентовал телеграфное реле с автоматической регулировкой, затем изобрел телеграфный коммутатор, оповестительное устройство для отелей, телеграфный повторитель, буквопечатающий аппарат для частных телеграфных линий. 14 февраля 1876 Грей одновременно с А.Беллом подал заявку на изобретение телефона. Когда Беллу 7 марта 1876 был выдан патент, Грей начал многолетнее судебное разбирательство. В 1893 Верховный суд США вынес решение по этому делу в пользу Белла. Среди работ Грея наиболее известны Электрические исследования в области тональной телеграфии и телефонии (Electrical Researches in Electro-Harmonic Telegraphy and Telephony, 1878) и Чудеса природы (Nature's Miracles, 1899-1900). Умер Грей в Ньютонвилле (шт. Массачусетс) 21 января 1901.

Первый графический планшет, похожий на современные, использовался для распознавания рукописного ввода компьютером Stylator в 1957 году. Более известный и часто ошибочно именуемый первым, графический планшет RAND Tablet (рис. 2) также известен как "Графакон" (ГРАФический КОНвертер), представленный в 1964 году. RAND Tablet использовал сетку проводников под поверхностью планшета, которые кодировали горизонтальную и вертикальную координату в слабый магнитный сигнал. Перо принимало этот сигнал, который затем мог быть декодирован обратно в координаты.( RAND Tablet был ещ одним важных шагов, совершенных в начале 60-х годов. Он не имел графического пользовательского интерфейса, но это была "первая двухкоординатная поверхность для письма, позволявшая человеку непосредственно общаться с компьютером с помощью символов, печатаемых на планшете", как пишет RAND Research.)

Рис. 2 RAND Tablet.

Другой графический планшет известен как "акустический планшет", перо которого генерировало искры при помощи искрового промежутка. Щелчки триангулировались серией микрофонов для определения местонахождения пера. Система была довольно сложной и дорогой, микрофоны были чувствительны к посторонним шумам.

Графические планшеты популяризовались коммерческим успехом в середине 70х начале 90х ID (Intelligent Digitizer) и BitPad выпускаемых Summagraphics Corp. Эти планшеты использовались как устройство ввода для множества high-end CAD (Computer Aided Design) систем, соединенными с ПК и ПО вроде AutoCAD.

Первые планшеты для потребительского рынка назывались «КоалаПэд» (рис. 3). Хотя изначально они были созданы для компьютера Apple II, со временем «Коала» распространилась и на другие персональные компьютеры. Потом другие фирмы стали выпускать свои модели планшетов.

Рис. 3 KoalaPad.

2. Дигитайзер

В современных планшетах основной рабочей частью также является сеть из проводов (рис. 4) (или печатных проводников), подобная той, что была в «Графаконах». Эта сетка имеет достаточно большой шаг (3—6 мм), но механизм регистрации положения пера позволяет получить шаг считывания информации намного меньше шага сетки (до 200 линий на мм).

Рис. 4 Сеть из проводов.

По принципу работы и технологии существуют различные типы планшетов. В электростатических планшетах регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под пером. В электромагнитных — перо излучает электромагнитные волны, а сетка служит приёмником. В обоих случаях на перо должно быть подано питание.

Создана технология на основе электромагнитного резонанса, когда сетка и излучает, и принимает сигнал. При этом излучаемый сеткой сигнал используется для питания пера, которое, в свою очередь, посылает ответный сигнал, являющийся не просто отражением исходного, а заново сформированным, который, как правило, несёт дополнительную информацию, идентифицирующую конкретное перо, а также данные о силе нажатия, фиксации/положении органов управления на указателе, о том, используется ли рабочий кончик пера или его «ластик» (в случае, если такие функции в нём предусмотрены). Поэтому отдельного питания для такого устройства не требуется. Но при работе электромагнитных планшетов возможны помехи от излучающих устройств, в частности мониторов. На таком же принципе действия основаны некоторые тачпэды . (рис. 5) ( Тачпэд (англ. touchpad — сенсорная площадка), сенсорная панель - указательное устройство ввода, применяемое, чаще всего, в ноутбуках. Тачпэд используется для управления «указателем», перемещением пальца по поверхности устройства. Работа тачпэдов основана на измерении ёмкости пальца или измерении ёмкости между сенсорами. Ёмкостные сенсоры расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей тачпэда, что позволяет определить положение пальца с нужной точностью. Поскольку работа устройства основана на измерении ёмкости, тачпэд не будет работать, если водить по нему каким-либо непроводящим предметом, например, основанием карандаша. Располагаться тачпэд должен строго по центру основной клавиатуры ноутбука – это нужно для того, чтобы при наборе текста вы случайно не касались тачпэда, когда будете проверять клавиатуру обратите и на этот момент внимание.)

Рис. 5 Тачпэд

Существуют планшеты, в комплект которых входят перья, способные регистрировать силу нажатия. Как правило, в основе механизма регистрации лежит использование конденсатора переменной ёмкости. Также регистрация может осуществляться с помощью компонента с переменным сопротивлением или переменной индуктивностью. Существуют реализации, в основе которых лежит пьезоэлектрический эффект. При нажатии пера в пределах рабочей поверхности планшета, под которой проложена сетка проводников, на пластине пьезоэлектрика возникает разность потенциалов, что позволяет определять координаты нужной точки.( пьезоэлектрический эффект - возникновение электрической поляризации в веществе в отсутствие электрического поля при упругих деформациях (прямой пьезоэлектрический эффект ) и появление механических деформаций под действием электрического поля (обратный пьезоэлектрический эффект ). Первое исследование пьезоэлектрического эффекта осуществлено П. Кюри (1880) на кристалле кварца.) Такие планшеты вообще не требуют специального пера и позволяют чертить на рабочей поверхности планшета как на обычной чертёжной доске.

Кроме координат пера, в современных графических планшетах также могут определяться давление пера (рис. 6) на рабочую поверхность, наклон, направление поворота в плоскости планшета и сила сжатия пера рукой.

Рис. 6 Пьезоэлектрический датчик давления

Также в комплекте графических планшетов совместно с пером может поставляться мышь, которая, однако, работает не как обычная компьютерная мышь, а по тому же принципу, что и перо. Такая мышь может работать только на планшете. Поскольку разрешение планшета гораздо выше, чем разрешение обычной компьютерной мыши, то использование связки мышь+планшет позволяет достичь значительно более высокой точности при вводе.

Дигитайзер, или планшет, как его еще называют, состоит из двух основных элементов: основания и курсора, перемещаемого по его поверхности. Это устройство изначально предназначалось для оцифровки изображений. При нажатии на кнопку курсора его местоположение на поверхности планшета фиксируется, а координаты передаются в компьютер.

Часто с дигитайзерфом связывают управлением командами в AutoCAD'е и аналогичных системах при помощи накладных меню. Команды меню расположены в разных местах на поверхности дигитайзера. При выборе курсором одной из них специальный программный драйвер интерпретирует координаты указанного места, посылая соответствующую команду на выполнение.

Не последнюю роль играет применение планшета в создании на компьютере рисунков и набросков. Художник рисует на экране, но его рука водит пером по планшету. Наконец, дигитайзер можно использовать просто как аналог мыши. Особый случай - это чувствительные к нажиму дигитайзеры.

2.1. Принцип действия

Принцип действия дигитайзера основан 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). Но механизм регистрации положения курсора позволяет получить шаг считывания информации намного меньше шага сетки (до 100 линий на мм). Шаг считывания информации называется разрешением дигитайзера.

По технологии изготовления дигитайзеры делятся на два типа: электростатические (ЭС) и 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 компонент. 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 у 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 - и предел разрешения, и точность.

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 есть две технологии, применяемые в чувствительных к нажиму дигитайзерах: первая - это 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, их там просто нет. При использовании же активного курсора именно он излучает волны, сообщая таким образом дигитайзеру о своем местоположении. В этом случае либо батареи, либо провод являются его неотъемлемым атрибутом. Но, независимо от системы, в обоих случаях информация о положении курсора относительно сетки, встроенной в поверхность дигитайзера, преобразуется в компьютере так, что мы получаем данные о точном положении курсора.

Для подключения планшета обычно используется последовательный порт. Распространенными параметрами являются разрешение порядка 2400 dpi 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 компании CalComp, Mutoh, Wacom и другие.

Для устройств рукописного ввода информации характерна такая же схема работы, только введенные образы букв дополнительно преобразуются в буквы при помощи специальной программы распознавания, а размер площадки для ввода меньше. Устройства перьевого ввода информации чаще используются в сверхминиатюрных компьютерах PDA (Personal Digital Assistant) или HPC (Handheld PC) (см. Классификация портативных компьютеров), в которых нет полноценной клавиатуры.

2.2. Выбор дигитайзера

В первую очередь, выбирая дигитайзер, следует принимать во внимание надежность его драйверов и удобство указующего устройства (это может быть стило или курсор). Не стоит забывать и об эргономике.

Так же не стоит забывать, для каких целей дигитайзер будет выбран. Будет ли он использоваться для рисования или создания чертежей. Если дигитайзер не выбрать должным образом у пользователя будут возникать проблемы с его использованием.

Конструктивно планшеты бывают жесткими и гибкими. Гибкие дигитайзеры появились на нашем рынке весной 1994 года. Низкая цена, небольшой вес (7 кг в упаковке), компактность при транспортировке выгодно отличают их от традиционных жестких. От того, для каких работ вы выбираете дигитайзер, зависит его формат. Размер рабочего поля обычно от 6 х 8 дюймов до 44 х 62 дюйма. 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 x 305мм трудно соотнести с каким-то стандартным форматом. От рода решаемых задач зависит и точность устройства. Рекомендую ознакомиться с параметрами дигитайзеров и с результатами сравнения некоторых из них. Электрическое питание для дигитайзера подается при помощи встроенного или выносного блока питания, а в отдельных моделях - по последовательному порту.

2.3. Драйверы

При работе, драйверы дигитайзеров могут работать тремя способами: эмулируя мышь, то есть работая в режиме относительного задания координат; как стандартный драйвер планшета ADI независимо от того, какое устройство является системным, как драйвер WinTab. Известно, что в стандартную поставку Windows входят драйверы для различных мышей, но не для дигитайзеров.

2.4. Указующее устройство

До этого момента при упоминании указующего устройства мы называли его курсором, хотя существует еще и перо (или стило, кому как нравится). Курсоры больше популярны в среде пользователей САПР. Перья в виде ручки производятся с одной, двумя и тремя кнопками. Кроме того, есть простые перья и перья, чувствительные к нажиму. Последние особенно интересны для художников и аниматоров.

Выбирайте указующее устройство тщательно. Если курсор неудобен, то связанные с его использованием затраты составят гораздо большую сумму, чем разница в стоимости дорогих и дешевых дигитайзеров.

2.5. Курсоры

Курсоры бывают четырех-, восьми-, двенадцати- и шестнадцатикнопочными. Желая выделиться, некоторые фирмы стараются стать исключением из правила. Так, Oce Graphics добавляет на большом курсоре семнадцатую, "самую главную" кнопку. Форма курсора, легкость нажатия и расположение кнопок - вот в чем отличия. Во всем мире одними из лучших признаны четырехкнопочные курсоры фирмы CalComp (рис. 7). Их чаще прочих фотографируют и помещают в журналах. На них вторая и третья кнопки расположены рядом, а первая и четвертая L-образной формы обрамляют средние. Традиционным же считается ромбовидное расположение кнопок, которому продолжают следовать другие известные производители. Однако для двенадцати- и шестнадцатикнопочных курсоров канон один - "табличное" расположение кнопок, как на телефонном аппарате.

Рис. 7 Планшет фирмы CalComp с 4 кнопочным курсором

При выборе курсора надо принимать во внимание, кроме удобства пользования, еще и количество клавиш на нем. Тот, кто работал в AutoCAD'е для DOS, знает, что чем больше на курсоре клавиш, тем лучше, потому что дополнительным кнопкам можно назначить одношаговые функции в AutoCAD'овском MNU-файле.

А вот для AutoCAD for Windows это не совсем так. Дело в том, что использование дополнительных, числом более трех, клавиш при работе в mole-режиме - непростая задача. Чтобы избежать проблем, лучше использовать специальные программы управления дигитайзером, которые часто входят в его комплект поставки. Но проще отказаться от курсора с большим количеством кнопок в пользу четырехкнопочного и задействовать только три его кнопки. В курсоре немаловажно также качество изготовления визира.

2.6. Перья

Как уже говорилось, перья производятся с одной, двумя и тремя кнопками. Кроме того, есть среди них чувствительные к нажиму, особенно привлекательные для компьютерных художников и аниматоров. Такое перо может воспринимать до 256 градаций усилия нажима. Степени нажима ставят в соответствие или толщину линии, или 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. Среди подобных программ для персональных компьютеров можно упомянуть Adobe PhotoShop, Aldus PhotoStyler, Fauve Matisse, Fractal Design Painter, Autodesk Animator Pro, CorelDraw. Чувствительные к нажиму перья могут пригодиться и пользователям AutoCAD'а для последующей трехмерной визуализации спроектированных объектов. Данный вид указывающих устройств применяют только с ЭМ-дигитайзерами.

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 от Kurta. И курсоры, и перья бывают как с проводом, так и без него. Беспроводной указатель удобнее, но он должен иметь батарейку, что утяжелит его и потребует дополнительного обслуживания.

Исключение составляют пассивные неизлучающие перья Wacom, которые, впрочем, воспринимают вдвое меньше градаций нажима. Не так давно на рынке дигитайзеров появились предложения с модифицируемыми 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 и полутонового) или трехмерного (3D дигитайзеры) изображения в компьютер в виде растровой таблицы. является типичным внешним специализированными устройства графического ввода.

Задача получения 3D-моделей реальных объектов стоит перед промышленными дизайнерами, инженерами, художниками, аниматорами, разработчиками игровых приложений. Измерение геометрии сложных пространственных форм является основныме требованием для современных производителей технологической оснастки.

Основные области применения дигитайзеры:

Мультипликация

Оцифровывание географических карт для работы с географическими информационными системами (ГИС)

Инженерное проектирование, создание прототипов и обратный инжиниринг.

3. Научная визуализация

Примечание: Обычно процесс обработки изображения дигитайзеров называют сканированием (Не путать со сканером).

Простейшим дигитайзером является графический планшет.

В состав устройства входит специальный указатель с датчиком, называемый пером. Собственный контроллер посылает импульсы по ортогональной сетке проводников, расположенной под плоскостью планшета. Получив два таких сигнала, контроллер преобразует их в координаты, передаваемые в ПК. Компьютер переводит эту информацию в координаты точки на экране монитора, соответствующие положению указателя на планшете. С помощью пера Вы рисуете на планшете, при этом графические редакторы могут воспринимать его как кисть, карандаш, мелок и т.д. Перевернув перо, Вы можете стереть изображение. Дигитайзеры, как следует из названия, являются инструментом оцифровки трехмерных объектов. Для дальнейшей обработки и редактирования результатов сканирования существует множество различных программ.

3.1. 3D дигитайзер

Одним из примеров полнофункционального решения для оцифровки объектов любой формы служит недорогой дигитайзер из модельного ряда MicroScribe-G2 (рис. 8) производства компании Immersion Corporation. На несимметричной основе прикреплен трехшарнирный рычаг, оканчивающийся пером-датчиком. Шарниры с низким уровнем трения обеспечивают практически абсолютную свободу перемещения стального пера. Дигитайзер MicroScribe может оцифровывать предметы, находящиеся в

Рис. 8 3D-Digitizer Immersion MicroScribe G2

радиусе до 840 мм. Рычаг устройств - жесткий, наличие шарниров позволяет провести дугу с максимальным углом в 330°. Наконечник «руки» может иметь разную форму: в виде шарика или острой иголочки - для снятия более точных показаний. В комплекте со сканером поставляются также ножные педали, которые играют роль правой и левой кнопок мыши.

Перед каждой оцифровкой дигитайзер должен быть откалиброван. Пользователь выбирает три реперные точки (переднюю правую, переднюю левую и заднюю правую) и вводит их координаты в компьютер с помощью ножных педалей. После этого можно приступать непосредственно к оцифровке. Механические дигитайзеры обладают достаточно высокой точностью - до 0,2 мм. Модели из серии MicroScribe-3D могут снимать координаты со скоростью 1000 точек в секунду и передают информацию со скоростью 38 Кбит/с. Перед сканированием многие дизайнеры расчерчивают объект, вырисовывают линии, по которым пройдет перо.

Оцифровывать можно в полуавтоматическом и ручном режимах. Контактный щуп, установленный на складной арматуре с шарнирными соединениями, считывает информацию о том, в каком месте находится головка, и транслирует эту информацию в координаты X, Y и Z в трехмерном пространстве. Оцифрованные данные в дальнейшем обрабатываются с помощью специальных прикладных программ (AutoCad, Autodesk, Maya, Rhinoceros и др.).

На подготовку к сканированию и саму оцифровку сложного объекта может уйти несколько часов, но с накоплением опыта работы с дигитайзером это время значительно сокращается В процессе сканирования объекта, по мере того как координаты точек попадают в компьютер, на мониторе вырисовывается пространственная модель. Для построения 3D-образов можно использовать программы от Immersion Corporation (набор Digitizing Software Application), которые позволяют представлять отсканированные объекты различными способами, например в виде точек, линий, проволочного каркаса, сплайнов, NURBS (неоднородных рациональных B-сплайнов), а также редактировать и сохранять 3D-образы в файлах форматов dxf, IGES, obj, txt, 3ds для последующего импортирования в другие приложения.

3.2. Координатно-измерительные машины

Специалисты по заказным моделям для оцифровки моделей с телевизионным качеством используют более дорогие дигитайзеры для оцифровки своих объектов. Например, используют мобильные координатно-измерительные машины (КИМ) FaroArm (Рис. 9) производства фирмы FARO Technologies (США). КИМ FARO состоит из опорной плиты, которая крепится к любому подходящему месту и нескольких, соединенных между собой шарнирами, колен. Конструкция очень похожа на строение человеческой руки. У КИМ FARO так же есть своеобразные кистевой, локтевой и плечевой суставы. В каждом шарнире есть датчик контроля угловых перемещений, который в режиме реального времени следит за углом поворота колена, в результате чего программное обеспечение просчитывает координаты откалиброванного щупа - своеобразного пальца. В зависимости от числа колен имеются машины с 6-ю или 7-ю степенями свободы.

Рис. 9 Мобильная координатно-измерительная машина FaroArm

По сути, это контактный щуп, который при помощи нескольких потенциометров, установленных на складной арматуре с шарнирными соединениями, считывает информацию о том, в каком месте находится головка, и преобразует эту информацию в координаты X, Y и Z в трехмерном пространстве. Достаточно сделать необходимое количество замеров, и сетка готова. В сканере применена система противовесов; он автоматически учитывает изменения температуры и компенсирует соответствующие расширения и сжатия материалов. Это портативное устройство может работать с объектами вписывающимися в сферу диаметром до 3,65 м и имеет точность до 0,3 мм.

3.3. Система боди-сканирования

Трехмерные дигитайзеры используются в качестве систем трехмерного боди-сканирования (Рис. 10) (3D body scan, т.е. «трехмерное сканирование человеческого тела»). Разработка этих систем была связана с требованиями быстрого обмера большого количества человек (армия), получения точного компьютерного изображения (киноиндустрия) и индивидуального пошива. Трехмерное боди-сканирование применяется также в медицине, мультипликации и при создании систем виртуальной реальности (VRML).

Рис. 10 Система боди-сканирования WB4

Примеры систем боди-сканирования Cyberware Whole Body Color 3D Scanner (производитель Cyberwear ). Сейчас существуют две модели полномасштабных боди-сканеров: WB4 и WBX (WB=Whole Body, т.е. «тело целиком»).

Symcad (Французская компания TELMAT Industrie)

В геоинформатике, компьютерной графике, системах автоматического проектирования (САПР), картографии и научной обработке результатов измерения дигитайзер используют в качестве устройства для ручного цифрования графической и картографической информации в виде множества или последовательности точек, положение которых описывается прямоугольными декартовыми координатами плоскости дигитайзера.

3.4. Основные типы дигитайзеров по принципу работы

Основные принципы работы дигитайзеров делятся на 4 типа. Каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

3.4.1. Ультразвуковые

Из всех систем по оцифровке 3D-объектов ультразвуковые (или сонарные) - наименее точные и надежные, но при этом самые чувствительные к изменениям в окружающем пространстве. Ультразвуковые дигитайзеры представляют собой систему передатчиков, жестко закрепленных на стенах и потолке. Смотрятся они весьма не эстетично. Передатчики излучают звуковые волны, на основании информации об отражении которых вычисляются координаты точек поверхности 3D-модели. Так как скорость звука зависит от атмосферного давления, температуры и других условий (например, влажности), то результаты оцифровки одного и того же объекта являются функцией состояния воздуха. Помимо этого данные системы очень восприимчивы к шуму, производимому различным оборудованием (компьютерами, кондиционерами), даже жужжание флуоресцентных ламп влияет на оцифровку. К тому же ультразвуковые системы издают странные «кликающие» звуки, раздражающие оператора и всех находящихся в помещении. В идеальных условиях абсолютная погрешность полученных результатов составляет 1,4 мм. Подобные сканеры применяются в основном в медицине и при оцифровке скульптур.

3.4.2. Электромагнитные

Принцип работы электромагнитных 3D-дигитайзеров такой же, как у ультразвуковых систем (принцип радара), только для построения пространственной модели вместо звуковых волн используются электромагнитные. Результат работы этих сканеров не зависит от погодных условий, но находящиеся поблизости металлические предметы или источники магнитного поля снижают точность измерений. Естественно, что подобные системы не могут оцифровывать металлические объекты. Даже в специальных помещениях, не содержащих ничего металлического, погрешность магнитных систем составляет не менее 0,7 мм.

3.4.3. Лазерные

Прежде всего следует отметить, что цена этих так называемых бесконтактных (оператор не обводит объект щупом) систем очень высока и нередки случаи, когда она выражается числом с пятью нулями (в американских долларах). Лазерные дигитайзеры обладают самой высокой точностью, но область их применения также имеет значительные ограничения. Большие трудности вызывает сканирование объектов с зеркальными, прозрачными и полупрозрачными поверхностями, а также предметов большого размера либо имеющих впадины или выступы, препятствующие прямому прохождению лазерного пучка. Лазерные дигитайзеры - полностью автоматизированные системы. Невозможность участия художника в процессе оцифровки не позволяет расставить акценты, например более подробно отобразить определенную часть объекта, или, наоборот, приводит к получению детализированных моделей, занимающих слишком много места и требующих значительных мощностей для их обработки. Сама оцифровка происходит достаточно быстро, но последующий процесс перевода автоматически полученных данных в конечное изображение может занять много времени (особенно это касается систем с точечной проекцией).

3.4.4. Механические

Эти устройства являются золотой серединой среди всех классов дигитайзеров. Высокая точность и относительно низкая стоимость сделали эти устройства самыми популярными. Принцип их работы заключается в следующем: контуры оцифровываемого объекта обводятся прецизионным щупом, положение которого замеряется механическими датчиками. Затем, используя массив трехмерных координат, специальная программа строит каркасную модель объекта . Большим плюсом механических сканеров является то, что получаемые с их помощью результаты не зависят от погодных условий, уровня шума, наличия электромагнитных полей. Тип поверхности также не имеет значения. Поскольку механические дигитайзеры являются ручными устройствами, их использование требует четкой координации движений и внимательности.

4. Сравнительные характеристики дигитайзеров

На сегодняшний день компьютерный рынок предоставляет большой выбор дигитайзеров. На данный момент ведущими производителями планшетов являются Acecad, Adesso, Aiptek, Genius, GTCO, CalComp, Hitachi, Trust, Wacom. Я провел анализ и сделал вывод, что наиболее популярные планшеты в Казахстане от производителя Genius и Wacom. Для сравнения я выбрал 4 графических планшета фирмы Aiptek, Genius, Wacom

4.1. Графический планшет Aiptek Hyper Pen 6000

Рис. 11

Характеристики графического планшета Aiptek Hyper Pen 6000:

Рабочая область: 4,5"х6" (114 х 152 мм).

Перо: Чувствительное к нажатию, две программируемые кнопки.

Разрешающая способность: 3048 линий/дюйм, 120 линий/мм.

Точность: 0,42 мм.

Интерфейс: USB.

Размеры: 201 х 176 х 5,8 мм.

Вес: 0,41 кг.

Цена: 7500 тг.

Особенности: вытянутая передняя часть планшета, сходящая на нет. Перо сигарообразной формы, довольно толстое. При установке в него батареек центр тяжести смещается к верхнему торцу, нарушая привычное ощущение сбалансированности. Хорошо чувствуется пружинистость пера, что создает для руки иллюзию «настоящего» рисования и нажима.

Дизайн, похоже, рассчитан на подростков: в частности, цветовая гамма, в которой сделаны надписи и маркировка на планшете, а также перо, — пестровата. Мышь небольшая, с удлиненными, доходящими почти до середины корпуса кнопками. В комплект поставки входит Dabbler — программа для начинающих и юных рисовальщиков.

Драйверы устанавливаются легко, без конфликтов. Разнообразные прикладные утилиты, входящие в комплект, имеют одинаковый интерфейс в виде плавающей инструментальной панели (которая, как ее ни убирай, при перезагрузке появляется вновь). Самая непривычная особенность — это способ стыковки с компьютером: надо перекоммутировать и клавиатурный, и мышиный разъемы, используя при необходимости прилагающийся переходник. Всё это подключается к единому многоразъемному шнуру, идущему от планшета. В целом планшет и прилагающиеся инструменты выполнены добротно, с их помощью можно делать вполне качественные работы. Линии получаются ровные и чистые, рисуется всё без задержек. Учитывая низкую цену, можно сделать вывод: эффективный инструмент для молодых, но разборчивых пользователей.

4.2. Графический планшет Genius Wizard Pen 5x4

Рис. 12

Характеристики графического планшета Genius Wizard Pen 5x4:

Рабочая область: 5.5" х 4" (13.97 х 10.1 см).

Перо: Чувствительное к нажатию, две программируемые кнопки.

Разрешающая способность: 4064 линии/дюйм. 

Точность: 0,32 мм.

Интерфейс: USB.

Размеры: 224 х 222 х 25 мм.

Вес: 0.6 кг.

Цена: 6750 тг.

Эффективная система снижения энергопотребления, которая, хоть и требует периодически «будить» планшет, существенно удлиняет срок службы батарейки пера. Незначительная толщина планшета, который к тому же по всем краям сходит на нет. Это было бы вообще замечательно, если б не довольно массивная несъемная бульба — подставка для пера. Перо выполнено в виде обычной ручки с зажимом для ношения в кармане и несколько укорочено по сравнению с большинством других моделей. Материал корпуса пера очень гладкий, не слишком удобный для руки и вдобавок обладающий феноменальной способностью электростатически собирать пыль. По краям прозрачной пленки нанесен геометрический узор — ничего не добавляющий функционально, но придающий изделию псевдонаучный вид. Пленку (как, кстати, и во всех планшетах этой фирмы) очень трудно подцепить и приподнять, поскольку она окружена бортиком самого корпуса, а эргономических углублений для пальца не предусмотрено. При таких размерах вполне можно было бы разместить на планшете панели-кнопки.

В целом устройство производит благоприятное впечатление: хорошее разрешение и качество реакции на нажим дает возможность заниматься рисованием, а прилагаемые утилиты расширяют круг применения до вполне серьезных пользовательских задач.

4.3. Графический планшет Genius ePen

Рис. 13

Характеристики графического планшета Genius ePen:

Рабочая область: 3" x 2" (76 х 51 мм).

Перо: проводное, нечувствительное к нажатию, с одной программируемой кнопкой.

Разрешающая способность: 1000 линии/дюйм. 

Точность: 0,25 мм.

Интерфейс: RS-232 (COM-порт).

Размеры: 140 х 115 х 8 мм.

Вес: 0.4 кг.

Цена: 3000 тг.

Милая и «практически бесплатная» игрушка, незатейливый, «леденцового» дизайна, сверхкомпактный прибор. О сколько-нибудь серьезном рисовании при размерах рабочего поля всего-навсего 2х3 дюйма говорить не приходится, но представление о том, что такое планшет и как выглядят градации силы нажима, получить можно. Ощущение «веселости» прибора усиливает прозрачная пленка для копирования рисунков, под которую (учитывая, что она совпадает с размером рабочего поля и к тому же утоплена в пластиковый корпус) можно подложить, немного потрудившись, разве что фантик от конфеты.

Инструкции по установке и пользованию планшетом вместе со схемой умещаются на одной странице. Драйвер устанавливается моментально, и работает все очень устойчиво, без всяких программных настроек и вариаций. Системные требования весьма демократичны.

Провод, идущий от пера к планшету, к счастью, достаточно длинный и потому не слишком мешается (впрочем, при таких размерах рабочей области хватило бы и более короткого провода). Никаких приспособлений для хранения пера, никаких панелей-кнопок на планшете.

Словом, для удовлетворения первого любопытства и для ряда простейших прикладных задач — замечательное (и, надо заметить, безальтернативное на нынешнем рынке планшетов) приспособление, причем сделанное весьма добросовестно. Трудно судить о долговечности этого планшета, но даже если любопытный ребенок его разберет или сломает — это пойдет ему только на пользу.

4.4. Графический планшет Wacom Intuos2 A5

Рис 14.

Характеристики графического планшета Wacom Intuos2 A5:

Рабочая область: 8" x 6" (152 x 203 мм).

Перо: Чувствительно к нажатию и степени наклона, в комплекте имеется мышь.

Разрешающая способность: 2540 линии/дюйм.

Точность: 0,01 мм.

Интерфейс: USB.

Размеры: 334. x 258 x 14 мм.

Вес: 1.75 кг.

Цена: 12000 тг.

Особенности: узнаваемое, характерное для профессиональных моделей этой фирмы пространственное решение планшета и пера. Прилагается валик-подставка. Отличное качество рабочей поверхности: с одной стороны, перо движется легко и плавно, независимо от наклона и направления движения; с другой — материал рабочей поверхности создает сопротивление, необходимое для правильного ощущения движения. Форма мыши имеет легкий намек на эргономику, кнопки сделаны из более шероховатого материала, нежели корпус. Подчеркнутая функциональность и лаконизм во всем. Трудно сказать, действительно ли существует связь между профессионализмом компьютерного художника и длиной провода, соединяющего планшет с компьютером. Однако в изделиях Wacom такая тенденция прослеживается четко: чем дороже и больше по площади планшет — тем длиннее провод. Что и подтверждает Intuos2 A5.

При использовании установок драйвера по умолчанию (прямая арифметическая зависимость) надобность в 1024 градациях нажатия не кажется очевидной. Но если установить зависимость логарифмическую, нелинейную, сдвинув область более тонкого распознавания в сторону слабого нажима на перо, эффект налицо.

Высокопрофессиональный инструмент для самого широкого круга применений. И дорогой, как любое специализированное изделие. Необходимость в планшете большей площади может быть продиктована только какими-то очень специальными причинами.

4.5. Вывод

И так подведём итог, какой же планшет из четырёх представленных выше является оптимальным вариантом для покупки.

Как можно видеть из (таблицы 2) самым бюджетным вариантом является Genius ePen, однако для ознакомления с планшетом он подходит как нельзя кстати. Минус его заключается в том, что у него стоит проводное перо, так же очень маленькая рабочая поверхность. О серьезном рисование и применение не может быть и речи.

Из своего личного опыта планшет Genius Wizard Pen 5x4 является наиболее актуальным для начинающих компьютерных художников, неплохая точность, беспроводное перо, однако с батарейкой, что нарушает центр тяжести. Рабочая поверхность шершавая, что позволяет имитировать трение. Относительно не дрогой. Можно купить планшет Aiptek Hyper Pen 6000 немного дороже, но более надежный.

Для профессиональных художников, идеально подойдет планшет Wacom Intuos2 A5. Считается, что фирма Wacom выпускает самые лучшие графический планшеты. У него самая большая рабочая поверхность. По мимо датчика давления, на пере имеет чувствительность к наклону. Самая высокая точность. Но и конечно самый дорогой.

Таблица 1. Сравнительные характеристики планшетов

Таким образом можно сделать вывод, что наиболее актуальным планшетом является Genius Wizard Pen 5x4 или Aiptek Hyper Pen 6000. Относительно недорогие и качественные. Для ознакомления с графическими планшетами можно приобрести Genius ePen.

Заключение

В данной курсовой работе я предоставил данные о зарождение дигитайзеров. Были рассмотрены технические характеристики и принцип работы дигитайзеров. Был произведен анализ современных графических планшетов наиболее известных фирм, и выбраны наилучшие продукты.

В век развития компьютерных технологий художникам, инженерам рано или поздно придется отложить свои карандаши и ручки и пересесть за компьютерные программы. Планшеты призваны именно для того чтобы помочь им выполнять свою работу. Однако не стоит забывать для каких целей планшет будет нужен. Будет ли он использоваться для создание компьютерной графики или для создания чертежей. Если планшет не будет выбран должным образом, у пользователя возникнет множество проблем с его эксплуатацией. Кто-то делает упор на разрешение планшета, кто-то на его внешний вид, кто-то на цену. Для того что бы все таки в будущем не пожалеть о своей покупке нужно четко уяснить для каких целей вы будете приобретать планшет. Многие люди покупают их, но в итоге они стоят в сторонке и просто собирают пыль. Зачем покупать вещь, если она вам не нужна?. Определившись для чего вам будет нужен графический планшет, проанализировав компьютерный рынок вам будет гораздо легче сделать выбор с ту или иную сторону, и вы уже будете знать, что вы хотите от планшета и для чего он вам нужен.

Список литературы

КопьютерраOnline – Про компьютеры, железо, новые технологии, информационные технологии.

Wikipedia – свободная энциклопедия

Demiart.ru – Photoshop форум

Компьютерный журнал «Домашний компьютер»

“HARD 'n' SOFT “ (компьютерный журнал для широкого круга пользователей)

BYTE Россия (Компьютерный журнал информационных технологий)