Файл: Графические планшеты (Принцип действия графического планшета).pdf

Графический планет является очень интересным устройством с точки рения 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 выглядит как плоская панель, называемая планшетом, которая располагается на столе и имеет 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].

Внешний вид дигитайзера представлен на рисунке 1^[2].

Рисунок 1 – Внешний вид дигитайзера

Дигитайзер предназначается графических работ профессионального уровня, 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 определенного количества точек. Также дигитайзер способен осуществлять точное определение и обработку абсолютных координат^[3].

Распространенной разновидностью дигитайзера является рисовальный или графический планшет. Планшет представляет собой панель с расположенной внизу электромагнитной решеткой. 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^[4].

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.

Графические планшеты для профессиональной деятельности могут достигать формата от А2 и выше, планшеты для более простых работ обычно имеют меньший размер^[5].

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. Каждым соединением используются цифровые оптические датчики, с работой независимой от любого влияния, относящегося к окружению^[6] [1, 3, 5, 8, 9, 10, 13].

Внешний вид дигитайзера MicroScribe-3D представлен на рисунке 2^[7].

Рисунок 2 – Внешний вид дигитайзера MicroScribe-3D

1.2. Понятие графического планшета

Графический планшет представляет собой устройство, предназначенное для ввода непосредственно в компьютер созданной от руки информации. Планшет состоит из чувствительного к близости и нажатию пера плоского планшета и самого пера, на которое реагирует планшет. Также к планшету иногда прилагается специальная мышь^[8].

Внешний вид графического планшета представлен на рисунке 3^[9].

Рисунок 3 – Внешний вид графического планшета

Первый графический планшет назвался «Телеавтограф» и был запатентован Элишей Греем в 1888 году. Он был похож на современные и предназначался для распознавания рукописного ввода в компьютер Stylator^[10].

Часто ошибочно называют первым более графический планшет «Графакон» (ГРАФический КОНвертер), также имеющий название RAND Tablet, который был представлен в 1964 году^[11].

Внешний вид графакона представлен на рисунке 4^[12].

Рисунок 4 – Внешний вид графакона

Планшетом RAND Tablet использовалась сетка проводников под поверхностью планшета, куда подавались электрические импульсы, закодированные троичным кодом Грея. Перо, связанное емкостно. принимало данный сигнал, затем декодированный обратно в координаты^[13].

Популяризация графических планшетов произошла в середине 70-х — начале 80-х годов 20 века в связи с коммерческим успехом планшетов ID и BitPad, которые выпускались Summagraphics Corp. Указанные планшеты использовались в виде устройства ввода для множества Hi-End CAD систем соединенными с персональным компьютером и программным обеспечением вроде AutoCAD.

Первыми планшетами для потребительского рынка были «КоалаПэд», изначально созданные для компьютера Apple II, но со временем распространившиеся на другие персональные компьютеры. После этого другие фирмы также стали выпускать собственные модели планшетов^[14].

Внешний вид Koala Pad представлен на рисунке 5^[15].

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 планшета и пера. Минимальным числом степеней свободы является 2 положения проекции осей X и Y чувствительного центра пера. Также могут вводиться дополнительные степени свободы, которыми могут являться вращение пера вдоль вертикальной оси, давление и наклон пера под углом к плоскости планшета^[16].

Графические планшеты применяются как для создания изображений на компьютере способом, максимально приближенным к тому, как создаются изображения на бумаге, так и для обычной работы с интерфейсами, не требующими относительного ввода^[17] [1, 2, 5, 9, 13, 16].

Рисунок 5 – Внешний вид Koala Pad

1.3. Понятие планшетного компьютера

Электронный планшет или планшетный компьютер является собирательным понятием, которое включает многие типы оснащенных сенсорным экраном персональных устройств, позволяющие управлять компьютерными программами путем прикосновения пальцами или специальным указывающим манипулятором к изображенным на экране объектам программы^[18].

В целом планшетный компьютер является персональной электронно-вычислительной машиной с ограниченными функциями без отдельного системного блока и без мыши и клавиатуры. Планшетным компьютером можно управлять прикосновениями стилуса или руки, мышью и клавиатурой. Некоторые планшеты имеют собственную клавиатуру^[19].

Планшетный персональный компьютер является разновидностью ноутбуков, которая оформилась в ноябре 2002 года, когда была презентована аппаратно-программная платформа Microsoft Tablet PC. Устройства на данной платформе были оборудованы сенсорным экраном и позволяли работать при помощи пальцев или стилуса при использовании или без использования мыши и клавиатуры^[20].

Главной отличительной особенностью компьютеров такого типа является аппаратная совместимость с персональными компьютерами и установленными на них полноценными операционными системами^[21] [3, 4, 11, 12, 13].

Внешний вид планшетного компьютера представлен на рисунке 6^[22].

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.

Рисунок 6 – Внешний вид планшетного компьютера

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^[23].

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^[24].

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^[25].

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^[26].