Файл: Виды графических планшетов.pdf

Графи́ческий планше́т — это устройство для ввода изображения от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Также может прилагаться специальная оптическое устройство(мышь).Вводить изоброжение компьютерной мышью крайне неудобно, так как требуется высокая точность позиции, а также специальные навыки движений кисти. И поэтому для дизайнеров и художников были изобретены специальные графические планшеты.Современные графические планшеты позволяют работать с трехмерными моделями, выполнять рисунки от руки, редактировать фотографии, выполнять обработку компьютерной графики, рисовать картины, писать тексты в редакторах, управлять работой компьютера, использовать быстрые клавиши для выполнения запрограммированных действий.

1. История создания графического планшета

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, на которые подавались закодированные троичным кодом Грея электрические импульсы. Ёмкостно связанное перо принимало этот сигнал, который затем мог быть декодирован обратно в координаты.Другой графический планшет известен как «акустический планшет», перо которого генерировало искры при помощи искрового промежутка. Щелчкитриангулировались серией микрофонов для определения местонахождения пера[5]. Система была довольно сложной и дорогой, микрофоны были чувствительны к посторонним шумам.Графические планшеты популяризовались в связи с их коммерческим успехом в середине 1970-х — начале 1980-х гг. ID (Intelligent Digitizer) и BitPad, выпускаемых Summagraphics Corp. Эти планшеты использовались как устройство ввода для множества Hi-End CAD (Computer Aided Design) систем соединёнными с ПК и ПО вроде AutoCAD.Первые планшеты для потребительского рынка назывались «КоалаПэд». 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.

2.Прицип работы

Планшеты можно разделить на два типа по принципу работы — пассивные и активные.В первом случае планшет посылает сигналы перу. Сигналы принимаются и возвращаются обратно для определения положения пера. Этот способ позволяет избежать применения элементов питания в пере. Основан он на принципе электромагнитного резонанса. Перо представляет собой довольно сложное устройство с резонансным контуром (выступает в качестве источника энергии для передачи ответного сигнала) и микросхемы, кодирующей в ответный сигнал информацию с датчиков давления и кнопок пера. Сетка планшета во время работы сменяет режим передачи и режим приема сигнала приблизительно каждые 20 микросекунд.В перьях активных планшетов для создания сигнала используется элемент питания — батарейка. В этом случае перо становится тяжелее и нарушается его балансировка, однако планшету не приходится переключаться между режимами приема и передачи сигнала. Однако, необходимость переключать режимы пользователя заботить не должна. Смена раз в 20 микросекунд настолько быстрое, что никак не влияет на работу устройства. Совершив пару арифметических действий, легко выяснить, что в секунду планшет меняет режим 50 000 раз. Получается, чтобы особенность пассивного пера помешала работе, нужно в секунду 50 000 раз изменить состояние системы «планшет-перо». Запас устойчивости довольно солидный, особенно если вспомнить, что состояние такой системы мы меняем непрерывно и довольно плавно

3. Виды графических планшетов

3.1 Потенциометрический (градиентный) планшет.

Поверхностью планшета является резистивное покрытие.По границам к этому покрытию подводится ток попеременно по X и Y направлениям. Зонд планшета имеет гальванический контакт с резистивным покрытием. Координата определяется по падению напряжения в точке контакта. Для предотвращения искажений поля, вызываемого взаимным влиянием контактных шин, питающие напряжения подводят через диоды. Основные проблемы при разработке таких устройств:

материал покрытия должен быть достаточно высокоомным, чтобы обеспечить простоту и точность измерения;

материал покрытия должен обладать однородной проводимостью, чтобы обеспечить линейность ввода координат;

материал покрытия должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать постоянный контакт с наконечником планшета.

Предлагаются другие исполнения градиентных планшетов, не требующие гальванического контакта зонда с поверхностью. Например, планшет с резистивным слоем из окиси олова,который находится между двумя стеклянными пластинами. Высокочастотное питание подводится через контактные шины по краям планшета. Используются различные частоты для X и Y напряжений питания. Зонд планшета воспринимает фазы сигналов, различные для различных точек на планшете. Так как используется высокочастотный сигнал, то возможно значительное удаление зонда от поверхности - более 10 мм. Измерение амплитуды сигнала позволяет получить информацию о высоте подъема зонда.

3.2 Акустический планшет.

В таком планшете разрядник в зонде излучает ультразвуковой сигнал, который принимается ленточными микрофонами, расположенными на двух смежных сторонах планшета Акустические планшеты с тремя группами микрофонов могут выдавать трехмерную координатную информацию.По времени прихода звука к микрофонам определяется точное положение зонда. В связи с большой скоростью распространения звука в воздухе 330 м/с эти измерения не представляют трудностей. Акустический планшет позволяет определять координаты и при значительном удалении от поверхности планшета, но с ошибкой.Это свойство планшета позволяет определять 3D координаты с помощью плоского планшета, имеющего по микрофону на каждой стороне. Основным недостатком акустического планшета является сильная зависимость от окружающей среды, особенно влажности.

3.3 Емкостные планшеты.

В таких планшетах под непроводящей рабочей поверхностью генерируется электромагнитное поле с помощью взаимно перпендикулярных групп проводников .Проводники в каждой группе должны быть точно параллельны и находиться на одинаковых расстояниях друг от друга. Эти проводники служат передающими антеннами. На передающие антенны поочередно подается высокочастотное напряжение. Сигнал принимается емкостным датчиком зонда. Пусть датчик находится между двумя проводниками, тогда вначале будет получен сигнал от одной антенны, затем от другой. По соотношению амплитуд сигналов можно узнать точное расположение между антеннами.Недостатком этого планшета является то, что зонд должен находиться либо непосредственно на рабочей поверхности, либо на малых расстояниях от нее (на толщину нескольких листов бумаги).Примером такого устройства может служить планшет, разработанный в ИЯФ'е и выпускавшийся рядом организаций. Рабочее поле планшета 380×380 мм, проводники расположены на двухсторонней печатной плате с довольно большим шагом - 5мм. Частота высокочастотного генератора - 625 КГц. Время коммутации 200 мкс. Датчиком служит незамкнутая круглая проволочная петля. Встроенный в планшет микропроцессор за 7 мс рассчитывает и выдает координату с довольно высокой точностью - 0.1 мм.

3.4 Магнитоэлектрические планшеты.

В таких планшетах катушка в зонде и проводники под рабочей поверхностью планшета могут рассматриваться как первичная и вторичная обмотки трансформатора. Если приемная катушка находится на зонде, то конструктивно этот планшет подобен емкостному планшету. Существенно большее разрешение достигается при использовании обмотки зонда как передатчика, но в этом случае катушка зонда должна иметь много витков, чтобы сгенерировать достаточно мощное поле. Большинство далее упоминаемых кодировщиков, используемых для ввода чертежей, работает на этом принципе.

3.5 Магнитострикционные планшеты.

Магнитострикционные планшеты используют магнитострикционные проволоки как носители сигнала, которые под воздействием внешнего магнитного поля незначительно изменяют свою форму. Магнитное поле, вызываемое передающими катушками на краю планшета и перпендикулярное магнитострикционным проволокам, генерирует изменение их длин. Это изменение длины распространяется вдоль проволоки как волна механического напряжения со скоростью около 5000 м/с. Волна, попадая в приемную катушку, расположенную в зонде планшета, из-за изменения потока формирует в катушке импульс напряжения. Время прихода волны пропорционально расстоянию от передающей катушки на краю планшета до зонда. Так как расстояние всегда измеряется вдоль проволоки, то не требуется, чтобы проволоки были абсолютно параллельны. Не требуется располагать проволоки так часто, как это следовало бы из разрешения прибора. Более того достаточно их расположить на расстоянии в 2-3 мм все равно при этом на планшете гарантируется достаточное изменение потока. Этот принцип имеет относительно высокую точность (0.01 мм), широко используется в робототехнике и в большинстве планшетов.Bit Pad One фирмы Summagraphics работает на магнитострикционном принципе. Размер его рабочей области 300×300 мм. На подложке под рабочей поверхностью планшета с шагом » 3 мм расположены по 96 проволок для каждой из осей. Разрешение по координате составляет 0.1 мм.Стандартом на рынке для PC является планшет Bit Pad Two, имеющий разрешение в 0.05 мм и точность в 0.5 мм.

4.Технические показатели планшетов

4.1 Размер активной области.

Обычно его соотносят с форматом бумаги А3 — А6. Разумеется, чем формат меньше, тем меньше места на столе будет занимать планшет, но тем сложнее будет соблюсти точность рисунка. Для любительских целей достаточно будет и небольшой активной области — А5 — А6. А профессионалам стоит рассматривать модели формата А4 (альбомный лист) или А3 (два альбомных листа).

4.2Соотношение сторон.

Важно подбирать планшет так, чтобы соотношение сторон монитора и активной области планшета было приблизительно одинаковым. То есть, если монитор широкоформатный, выбирайте модель с обозначением «wide». Иначе может получиться так, что какая-то часть монитора или планшета не будет использоваться. Хотя драйвера позволяют выполнить подгонку сторон планшета к сторонам экрана, все-таки вы будете испытывать дискомфорт при рисовании.

4.3 Свойства пера.

Как уже говорилось, важно, чтобы оно комфортно ложилось в руку. Перья бывают разных форм, на их боковой поверхности присутствует 2 — 3 кнопки управления, которые тоже должны быть удобно расположены. Обычно одна из кнопок соответствует левой кнопке мыши, другая — правой. Пластиковый «грифель» пера тоже отличается свойствами. Слишком мягкий сотрется через несколько месяцев работы, а слишком жесткий будет создавать ощущение, что вы царапаете им планшет. Есть пружинящие «грифели», которые при нажатии немного проваливаются внутрь. На одних моделях присутствует инструмент «ластик», расположенный с противоположной «грифелю» стороны, а на других — отдельного ластика нет. Его функцию выполняет «грифель», если выбрать в программе соответствующий инструмент.

4.4 Запасные наконечники пера.

Поскольку мягкий пластик быстро стирается, не будет лишним иметь в запасе несколько новых наконечников. Сменные «грифели» могут входить или не входить в комплектацию планшета.

4.5 Чувствительность к нажатию пера.

Эта характеристика измеряется в уровнях. Чем выше уровень, тем выше чувствительность. Самый низкий уровень чувствительности — 256, то есть, столько различных по силе уровней давления воспринимает планшет. Этого минимума хватит для любительского рисования, а профессионалам потребуется чувствительность повыше — 512 — 2048.