Дигитайзеры

Дигитайзер
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 специализированным устройством графического ввода.
Графический планшет – разновидность дигитайзера, является устройством позиционирования, работа с которым основана на том, что площадь экрана монитора ставится в соответствие с рабочим полем планшета, по которому можно перемещать какое-либо указывающее устройство.
Указывающее устройство - это либо специальная мышь, либо перо, либо мышь с «прицельной рамкой» – для точной оцифровки чертежей и карт.

Задача получения 3D-моделей реальных объектов стоит перед промышленными дизайнерами, инженерами, художниками, аниматорами, разработчиками игровых приложений. Измерение геометрии сложных пространственных форм является основным требованием для современных производителей технологической оснастки.
Основные области применения дигитайзеров:
Мультипликация
Оцифровывание географических карт для работы с географическими информационными системами (ГИС)
Инженерное проектирование, создание прототипов и обратный инжениринг
Научная визуализация

Графический планшет
Графические планшеты отличаются от других устройств ввода информации в компьютер в первую очередь пером (стилусом). Набирать текст, конечно же, легче с помощью клавиатуры, а вот рисовать с помощью мышки - занятие неблагодарное.
Графический планшет идеально подходит именно для рисования, ретуширования изображений, к примеру, в программе "Photoshop". С помощью дигитайзера можно чертить, обрабатывать фотографии и чертежи, выполнять с изображением другие действия.

Принцип работы графического планшета и его характеристики
Принцип, лежащий в основе работы любого графического планшета, заключается в том, что специальное перо или ручной манипулятор («мышь») выполняют роль указателя и передают определенный сигнал, который принимает плоская антенна, находящаяся под поверхностью планшета.
Два способа реализации в современных графических планшетах:
Антенна (поверхность планшета) излучает короткие электромагнитные импульсы пакетами продолжительностью около 20 микросекунд. Этот сигнал питает резонансный контур, расположенный в указателе и настроенный на частоту излучения антенны. Резонансный контур указателя является источником энергии для формирования ответного сигнала , содержащего информацию о местоположении и особенностях состояния указателя на данный момент. Эта информация и передается в компьютер.

Указатель получает энергию для передачи сигнала от стороннего источника, например, от элементов питания, находящихся в самом пере, или по проводу подключения к компьютеру. Соответственно, антенна выполняет исключительно приемную функцию, поэтому конструкция указателя и самого планшета существенно проще.

Принципиальные схемы устройства перьев-указателей
безбатарейного аналогового типа;
безбатарейного цифрового типа;
аналогового типа с собственным источником питания.
Желтым цветом показаны пути поступления электропитания в различные блоки пера,
красным – информация о состоянии компонентов,
голубым – выходной сигнал, улавливаемый антенной планшета.
В цифровом пере все данные поступают в микрочип, который , взаимодействуя с модулятором, формирует пакет исходящих данных, добавляя в него 64-битный код, содержащий идентификационную информацию о данном конкретном пере.

Характеристики графического планшета
Разрешающая способность – это минимальный шаг, с которым планшет позволяет считывать координаты (измеряется в линиях на дюйм)
Точность – это погрешность снятия координат, определяемая как отклонение измеренных значений координат точки от значений координат идеальной координатной сетки. Чем выше разрешающая способность планшета, тем более плавные линии получаются при свободном рисовании, а также выше точность.
Размер рабочей поверхности – графические планшеты выпускаются от размера А6 до размера А3 (и более).
Уровень чувствительности планшета к нажатию – стандартным принято считать 512 уровней чувствительности. В совершенных моделях может быть 1024 и даже 2048. Число уровней чувствительности имеет значение при работе с графическими программами, т.к. от этого зависит дискретность прорисовки нелинейных участков изображения.

Дигитайзер MicroScribe-3D
Полнофункциональный трехмерный дигитайзер:
На несимметричной основе прикреплен трехшарнирный рычаг, оканчивающийся пером-датчиком.
Наличие шарниров позволяет провести дугу с максимальным углом в 3300.
Шарниры с низким уровнем трения обеспечивают практически абсолютную свободу перемещения стального пера.
Этот дигитайзер может оцифровывать предметы, находящиеся в радиусе до 840 мм.
Наконечник «руки» может иметь разную форму: в виде шарика или острой иголочки – для снятия более точных показаний.
В комплект дигитайзера входят ножные педали, которые играют роль правой и левой кнопок мыши.

Перед каждой оцифровкой дигитайзер должен быть откалиброван. Для этого выбираются три реперные точки:
Передняя правая;
Передняя левая;
Задняя правая.
Вводятся координаты точек в компьютер с помощью ножных педалей.
После этого можно приступить непосредственно к оцифровке.
Модели из серии MicroScribe-3D могут снимать координаты со скоростью 1000 точек в секунду и передают информацию со скоростью 38 Кбит/с.

Разновидности трехмерных дигитайзеров
Ультразвуковые дигитайзеры – наименее точные и надежные, но при этом самые чувствительные к измерениям в окружающем пространстве. Принцип работы: Представляют собой систему передатчиков, жестко закрепленных на стенах и потолке в помещении, где находится оцифровываемый объект. Излучаемые передатчиками звуковые волны отражаются от поверхности оцифровываемого объекта, в результате приема отраженных звуковых волн дигитайзер вычисляет координаты точек поверхности 3D-модели. Недостатки: Т. к. скорость звука зависит от атмосферного давления, температуры, влажности, то результаты оцифровки одного и того же объекта зависят от температурных условий. Кроме того, данные системы восприимчивы к шуму от ПК, кондиционеров. В идеальных условиях абсолютная погрешность результатов составляет 1.4 мм. Применение: в медицине и при оцифровке скульптур.

Электромагнитные дигитайзеры – принцип работы аналогичен ультразвуковым, но отличие заключается в использовании электромагнитных, а не акустических волн для построения пространственной модели объекта. Достоинства: Результат не зависит от погодных условий, но находящиеся поблизости металлические предметы или источники магнитного поля снижают точность измерений. Недостаток: невозможность оцифровки металлических объектов. Погрешность в идеальных условиях составляет не менее 0.7 мм.
Лазерные дигитайзеры – обладают самой высокой точностью, но область их применения также имеет значительные ограничения. Недостатки: 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 луча. Высокая стоимость. Достоинства: Это полностью автоматизированные системы. Сама оцифровка происходит быстро, но процесс перевода автоматически полученных данных в конечное изображение может занять много времени.