Добавлен: 18.06.2023
Просмотров: 70
Скачиваний: 3
Введение
Графический планшет является очень интересным устройством с точки зрения рядового пользователя. Изначально планшет являлся профессиональным устройством, которое использовали художники и архитекторы, но в наши дни любой человек может позволить купить себе планшетный компьютер и пользоваться практически тем же самым функционалом. С приходом широкого распространения к планшетным технологиям, подобный способ человеко-машинного взаимодействия стал набирать популярность во многих других сферах использования компьютерной технике. Именно по этой причине важно знать об основных устройствах, работающих по данному принципу и их принципе работы.
Объектом исследования является графический планшет и его основные разновидности, предметом исследования является принцип действия графического планшета и его основные элементы.
Целью данной работы является структуризация знаний об архитектуре графического планшета с анализом основных характеристик и элементов.
Задачами данной работы являются:
- изучение понятия дигитайзера и его основных особенностей;
- рассмотрение понятия графического планшета и его функционала;
- выявление отличий графического планшета от планшетного компьютера;
- обзор основных разновидностей сенсорных экранов с их принципом работы, достоинствами и недостатками;
- рассмотрение основных указывающих устройств и их принципа работы.
В основу исследования легли работы американского профессора Эндрю Таненбаума, а также популярные книги по архитектуре и ремонту компьютеров таких авторов, как С. А. Орлов и В. Леонов.
Таненбаум является заслуженным профессором Гарвардского университета, опубликовавшим много трудов в сфере информационных технологий, ставших фундаментальными. На его трудах основываются многие исследования, а его учеником был Линус Торвальдс, создатель операционной системы Линукс. Также в работе были использованы книги русских авторов по архитектуре компьютерной техники. Авторы Леонов, Орлов, Гук и Ревич публикуются довольно длительно время, имеют по несколько редакций каждой из своих работ и пользуются спросом у рядовых пользователей, так как описывают сложные технические термины легким для понимания языком. Для предоставления примеров используемых в настоящее время устройств были использованы официальные сайты компаний Genius и Samsung, так как устройства этих производителей обладают высоким качеством и большим просом в России и в мире соответственно.
1 Основные типы устройств
1.1 Понятие дигитайзера
Дигитайзер является устройством для преобразования готовых изображений, таких как чертежи или карты, в цифровую форму. Дигитайзер представляет собой плоскую панель, называемую планшетом, которая располагается на столе, и специальное световое перо, указывающее позицию на планшете. Перемещением светового пера по планшету координаты пера фиксируются и передаются в компьютер. Дигитайзеры обычно используются для ввода планов или карт в компьютер [1, 13].
Внешний вид дигитайзера представлен на рисунке 1 [9].
Рисунок 1 – Внешний вид дигитайзера
Дигитайзер предназначается для профессиональных графических работ, преобразовывая движение руки оператора с помощью специального программного обеспечения в формат векторной графики. Изначально дигитайзер разрабатывался для приложений систем автоматизированного проектирования, с целью определения и задания точного значение координат большого количества точек. Также дигитайзер способен осуществлять точное определение и обработку абсолютных координат.
Распространенной разновидностью дигитайзера является рисовальный или графический планшет. Планшет представляет собой панель, под которой расположена электромагнитная решетка. Данные при взаимодействии с экраном специальным пером считываются решеткой. Планшет реализован на принципе абсолютного позиционирования, при котором изображение из левого угла планшета переводится в левый угол монитора [1, 5].
Некоторые планшеты имеют чувствительностью к нажиму, влияющую на толщину штрихов. К планшету прилагают специальную пластмассовую пленку, с помощью которой можно переводить изображения, уже отрисованные на бумаге.
Планшеты подключаются к последовательному порту персонального компьютера.
Графические планшеты для профессиональной деятельности могут достигать формата от А2 и выше, планшеты для более простых работ обычно имеют меньший размер.
Сканирование документов и других плоских изображений является относительно простой задачей, в то время как сканирование трехмерных объектов требует более сложных механизмов считывания. Дигитайзер имеет возможность отражать небольшие и средние объекты в трех измерениях в виде точных трехмерных файлов. В качестве примера подобного устройства можно привести MicroScribe-3D для оцифровки трехмерных объектов от компании Immersion. Компанией Immersion была разработана уникальная механическая технология оцифровки, которая легка в использовании, доступна и компактна. Каждое соединение использует цифровые оптические датчики, работа которых не зависит от любого относящегося к окружению влияния [3, 8].
Внешний вид дигитайзера MicroScribe-3D представлен на рисунке 2 [10].
Рисунок 2 – Внешний вид дигитайзера MicroScribe-3D
1.2 Понятие графического планшета
Графический планшет является устройством для ввода непосредственно в компьютер информации, которая создана от руки. Графический планшет обычно состоит из чувствительного к нажатию плоского планшета и пера. В некоторых случаях к планшету прилагается специальная мышь [13].
Внешний вид графического планшета представлен на рисунке 3 [9].
В качестве первого графического планшета можно считать запатентованный в 1888 году Элишей Греем телеавтограф. Из похожих на современные, первым графическим планшетом можно считать Stylator, используемый для распознавания рукописного ввода в 1957 году [1].
Рисунок 3 – Внешний вид графического планшета
В 1964 году был представлен более известный планшет RAND Tablet, называемый графаконом, что является сокращением от «графический конвертер» [1].
Внешний вид графакона представлен на рисунке 4 [1].
Рисунок 4 – Внешний вид графакона
В RAND Tablet под поверхностью планшета использовалась сетка из проводников, на которые подавались электрические импульсы, закодированные троичным кодом Грея. Перо было связано емкостно и принимало эти сигналы, которые затем декодировались в координаты.
Популярность графические планшеты получили в середине 1970-х годов благодаря BitPad и Intelligent Digitizer от компании Summagraphics C. Эти планшеты использовались в системах соединения с персональными компьютерами и персональным обеспечением, таким как AutoCAD.
Для потребительского рынка первыми получили популярность планшеты Koala Pad, созданные для компьютера Apple II, но также перешедшие и на другие модели компьютеров [1, 13].
Внешний вид Koala Pad представлен на рисунке 5 [16].
Основной характеристикой графических планшетов считается шаг считывания информации, измеряемый в количестве линий на дюйм. На сегодняшний день для графических планшетов это значение составляет несколько тысяч. Также важной характеристикой является число степеней свободы взаимных положений пера и планшета. Минимальным числом является 2 по осям X и Y, дополнительно могут учитываться вращение, наклон пера относительно плоскости планшета и давление.
Основным применением графических планшетов можно назвать создание изображений на компьютере приближенным к классическому рисованию способом. Также планшеты используются для отрисовки в компьютер уже готовых изображений [2, 5].
Рисунок 5 – Внешний вид Koala Pad
1.3 Понятие планшетного компьютера
Электронный планшет или планшетный компьютер является собирательным понятием, которое включает различные типы мобильных устройств с сенсорным экраном. В целом планшетный компьютер является персональной электронно-вычислительной машиной с ограниченными функциями без отдельного системного блока и без мыши и клавиатуры. Планшетный компьютер управляется касанием стилуса или руки; мышь и клавиатура не всегда доступны [3, 12].
Планшетный персональный компьютер является разновидностью ноутбуков, которая оформилась в ноябре 2002 года после презентации аппаратно-программной платформы Microsoft Tablet PC. Планшетный компьютер оборудован сенсорным экраном и позволяет работать при помощи пальцев или стилуса с использованием или без использования мыши и клавиатуры.
Главной отличительной особенностью компьютеров такого типа является аппаратная совместимость с персональными компьютерами и установленные на них полноценные операционные системы [4, 13].
Внешний вид планшетного компьютера представлен на рисунке 6 [11].
Рисунок 6 – Внешний вид планшетного компьютера
По итогам данной главы можно сделать вывод, что устройства графического ввода являются популярной на сегодняшний день технологией. Данный тип устройств предназначен для перевода изображений из реального мира в цифровую форму. Для более сложных преобразований используются дигитайзеры, для самых легких – отдельные функции компьютерных планшетов.
2 Принцип действия графического планшета
Основная рабочая часть современных планшетов представляет собой сеть из проводов или печатных проводников, по принципу похожая на графические конверторы. Несмотря на то, что шаг сетки достаточно большой, порядка 3 – 6 миллиметров, за счет механизма регистрации положения пера появляется возможность считывать информацию с точностью до 200 линий на миллиметр.
Существуют различные типы планшетов по технологии и принципу работы. Сетка в электромагнитных планшетах служит приемником электромагнитных волн, излучаемых пером, а в электростатических планшетах рассматриваются изменения электрического потенциала сетки под пером. В этих случаях на перо должно подаваться питание [6, 14].
Фирмой Wacom была создана технология, основанная на электромагнитном резонансе, при котором сетка принимает и излучает сигнал. Причем излучаемый сигнал также обеспечивает питание пера, которое отсылает заново сформированный сигнал с конкретной информацией идентификации конкретного пера, силой давления, положением органов управления на указателе, функции ластика. По этой причине отдельное питание пера не требуется, но при этом возникает проблема помех от излучающих устройств, таких как мониторы [7].
Существуют планшеты с перьями, которые способны регистрировать силу нажатия. Обычно механизм регистрации основывается на использовании конденсатора переменной емкости. Например, такой тип датчика используется в перьях у планшетов Wacom. Помимо этого, передача данных может осуществляться при помощи компонента с переменной индуктивностью или переменным сопротивлением. Существуют реализации, основанные на пьезоэлектрическом эффекте. В пределах рабочей поверхности планшета с сетью проводников при нажатии пера возникает разность потенциалов на пластине пьезоэлектрика, позволяя определить координату нужной точки. Данный вид планшетов не требуют специального пера и позволяет осуществлять ввод данных на рабочую поверхность планшета подобно обычной чертежной доске.
Помимо координат пера в современных графических планшетах определяются такие данные, как наклон, давление пера на рабочую поверхность, сила сжатия пера рукой и направление поворота в плоскости планшета.
Еще графические планшеты помимо пера могут комплектоваться специальной мышью, которая не работает как компьютерная, а основывается на принципе пера. Данный вид мыши может работать только на планшете [6, 13].
2.1 Сенсорный экран
Сенсорный экран является устройством ввода информации, которое представляет собой реагирующий на прикосновения экран.
Сенсорный экран был изобретен в Америке в рамках исследований по программированному обучению. В 1972 году появилась компьютерная система PLATO IV, которая имела сенсорный экран на сетке их 16×16 блоков инфракрасных лучей. Данный уровень точности был низок, но даже при нем пользователь мог выбрать вариант ответа нажатием на нужное место на экране.