Реферат технические средства компьютерной графики

Обновлено: 02.07.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Технические устройства, используемые в компьютерной графике.

Если глаза – это зеркало души, то монитор – окно в компьютерное зазеркалье.

Основные характеристики мониторов. Одним из основных параметров, на который чаще всего обращают внимание, является размер изображения и допустимые режимы эксплуатации монитора. Если использовать высокое разрешение монитора с небольшим экраном, то, например, при чтении текста шрифт стандартного размера может оказаться нечитаемым (так как отображаемый стандартный размер шрифта всегда зависит от экранного разрешения). Однако и малое разрешение на большом экране тоже не годится, так как большой экран при малом разрешении отобразит символы и картинки “зернистыми”.

Некоторые параметры налагают ограничение на максимальное разрешение; наиболее важный из них – шаг сетки. Шаг точечной сетки – это расстояние между соседними RGB- группами фосфорных точек; чем больше точек приходится на дюйм поверхности, тем выше возможное максимальное разрешение.

Еще одним фактором, влияющим на качество изображения, является точность сведения лучей ЭЛТ (конвергенция). Весь диапазон цветов, включая белый, может быть представлен только в том случае, если все три луча сходятся на маске в одной точке. В идеальном случае расхождение между красным, зеленым и синим лучами не должно превышать одного пикселя по горизонтали и по вертикали при любых разрешениях. Однако на практике достичь этого почти невозможно – из-за необходимости отклонять три луча под большими углами с помощью одних и тех же катушек отклоняющей системы. Если сведение лучей недостаточно хорошее, то один из цветных лучей проходит не через то отверстие, через которое проходят остальные, и качество изображения ухудшается. Тщательная разработка конструкции отклоняющей системы и ее ручная настройка с помощью небольших магнитов позволяет улучшить качество изображения.

Качество монитора определяется также регулировкой цветовой температуры. Для профессиональной работы с графикой довольно важна возможность выбора цветовой температуры. Эта настройка полезна в том случае, когда надо оценить, как будет выглядеть работа в напечатанном виде.

Состав графических устройств

Состав графических устройств, необходимых для систем автоматического проектирования (САПР) и компьютерной графики, сформировался два десятилетия назад и, несмотря на технический прогресс и развитие технологий, принципиально не меняется. По-прежнему в него входят устройства графического ввода и устройства вывода.

Дигитайзер, или как его еще называют, планшет, - это устройство, главное назначение которого – оцифровка изображений. Он состоит из двух частей: основания и курсора, перемещаемого по рабочей поверхности основания. При нажатии на кнопку курсора его положение на поверхности планшета фиксируется и координаты передаются в компьютер. Часто дигитайзер используется для ввода команд при помощи накладных меню. При выборе курсором одной их команд специальный программный драйвер интерпретирует введенные координаты, посылая соответствующую команду на выполнение. Еще одно применение дигитайзеров – в качестве нового инструмента художников при создании на компьютере рисунков и набросков. Художник ведет пером по планшету, но изображение появляется не на бумаге, а в графическом файле. Наконец, дигитайзер можно использовать просто как аналог манипулятора “мышь”.

Принцип действия дигитайзера

Принцип действия дигитайзера основан на фиксации местоположения курсора с помощью встроенной в планшет сетки. Сетка состоит из проволочных или печатных проводников с довольно большим расстоянием между соседними проводниками (от 3 до 6 мм). Механизм регистрации позволяет получить шаг считывания информации, намного меньший шага сетки (до 100 линий на 1 мм). Шаг считывания информации называется разрешением дигитайзера. По применяемой технологии различают электростатические (ЭС) и электромагнитные (ЭМ) дигитайзеры. В дигитайзерах первого типа регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под курсором, в то время как в устройствах второго типа курсор излучает электромагнитные волны, а сетка служит приемником. Следует отметить, что ЭМ-планшеты чувствительны к помехам, создаваемым излучающими устройствами, например мониторами. Независимо от принципа регистрации существует погрешность определения координат курсора, именуемая точностью дигитайзера. Эта величина зависит от типа дигитайзера и от конструкции его составляющих. Точность существующих планшетов колеблется от 0,13 мм до 0,75 мм. Точность электромагнитных дигитайзеров выше точности электростатических. На результат работы также влияет точность действий оператора. В среднем хороший оператор вносит погрешность не более 0,1 мм. Требования к природным качествам такого человека очень высокие.

Сканеры – это устройства, позволяющие переносить изображение на бумаге в электронный вид, в компьютер.

По конструктивному признаку сканеры можно подразделить на роликовые, планшетные и барабанные.

В роликовых, или протяжных сканерах имеется неподвижный приемник изображения, “схватывающий” строку за строкой, в то время как сканируемый лист протягивается роликами в направлении, перпендикулярном приемнику. При этом сканирование производится в отраженном свете. Существуют два типа приемников изображения: на базе ПЗС и на базе фоточувствительных линеек. Сканеры на базе ПЗС (CCD) применяют камеры для фокусировки изображения и стабилизированные лампы дневного света для его освещения. В сканерах на базе фоточувствительных линеек применяются короткофокусные трубчатые линзы и светодиоды зеленого свечения для подсвечивания оригиналов.

В планшетных сканерах оригинал с изображением располагается неподвижно на стеклянном рабочем столе сканера, а приемник изображения перемещается специальным механизмом. В качестве приемника чаще всего используются камеры на базе ПЗС. Сканирование может производиться как в отраженном (для непрозрачных оригиналов), так и в проходящем свете (для прозрачных оригиналов).

В барабанных сканерах имеется вращающийся барабан, на котором закреплен оригинал со сканируемым изображением. В картографических сканерах сканирование производится в отраженном свете, в полиграфических - в проходящем (барабан в них прозрачный). Приемник представляет собой либо набор неподвижно установленных камер с ПЗС, охватывающих всю ширину барабана и сканирующих целую строку изображения за один момент времени, либо фотоумножитель (ФУ), который перемещается на прецизионной винтовой паре вдоль барабана и в один момент времени сканирует один пиксель. В сканерах с линейкой камер ПЗС барабан совершает только один оборот за все время сканирования (порядка 30 минут). Это преимущество выгодно отличает их от сканеров, использующих ФУ, в которых барабан вращается со скоростью в несколько десятков оборотов в минуту, что вызывает проблемы в широкоформатных сканерах формата А0 (возникают вибрации, ухудшающие точность сканирования).

Устройства вывода для большинства пользователей ассоциируются с принтером. В последнее время произошло заметное сближение, если не слияние технологий вывода малоформатных документов, для чего предназначены принтеры и технологий вывода графической информации большого формата, для чего используются плоттеры.

Техническое однообразие первых плоттеров (создан в 1959 году). Нынешнее поколение плоттеров не менее разнообразно, чем современные автомобили: плоттеры бывают перьевые, карандашно-перьевые, струйные, лазерные (светодиодные), прямого вывода, электростатические и т.д.

ПЕРЬЕВЫЕ ПЛОТТЕРЫ (ПП, PEN PLOTTER).

Перьевые плоттеры - это электромеханические устройства векторного типа, и на ПП традиционно выводят графические изображения различные векторные программные системы типа AutoCAD. ПП создают изображение при помощи пишущих элементов, обобщенно называемых перьями, хотя имеется несколько видов таких элементов, отличающихся друг от друга используемым видом жидкого красителя. Пишущие элементы бывают одноразовые и многоразовые (допускающие перезарядку). Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну или две степени свободы перемещения.

Существует два типа ПП: планшетные, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения, и барабанные (или рулонные), в которых перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага - вдоль другой за счет захвата транспортным валом, обычно фрикционным. Перемещения выполняются при помощи шаговых (в подавляющем большинстве плоттеров) или линейных электродвигателей, создающих довольно большой шум. Хотя точность вывода информации барабанными плоттерами несколько ниже, чем планшетными, она удовлетворяет требованиям большинства задач. Эти плоттеры более компактны и могут отрезать от рулона лист необходимого размера автоматически, что определило их доминирование на рынке больших ПП (ПП формата А3 обычно планшетные).

Отличительной особенностью ПП являются высокое качество получаемого изображения и хорошая цветопередача при использовании цветных пишущих элементов. К сожалению, скорость вывода информации в ПП невысока, несмотря на все более быструю механику и попытки оптимизации процедуры рисования; существует и проблема подбора пары носитель - чернила.

Карандашно-перьевые плоттеры (КПП, pen/pencil) - разновидность перьевых - отличаются возможностью установки специализированного пишущего узла с цанговым механизмом для использования обычных карандашных грифелей, который обеспечивает постоянное усилие нажима грифеля на бумагу и его автоподачу при стачивании. В результате не требуется постоянно следить за процессом вывода информации, как при эксплуатации ПП, в которых может засоряться канал истечения красителя.

Дополнительные преимущества карандашной технологии:

"Краситель" карандашных грифелей не высыхает, и карандаш пишет на любой скорости (при использовании жидких красителей необходимо учитывать время их вытекания из пера и время высыхания)

Карандаш позволяет рисовать на любых бумажных носителях, в том числе и не очень высокого качества; при этом изображения качественны, дают хорошие оттиски при копировании, и в то же время их можно корректировать ластиком.

Грифели просто купить, значительно экономя на расходных материалах. ПП и КПП особенно привлекательны для тех, кому важнее качество, нежели количество изображений, и кто имеет скромный бюджет. Все остальные типы плоттеров образуют изображения на носителе информации, используя различные физические процессы, в частности прибегая к дискретному (растровому) способу его создания.

СТРУЙНЫЕ ПЛОТТЕРЫ (СП, INK-JET PLOTTER).

Струйная технология создания изображения известна с 70-х годов, но истинный ее прорыв на рынке стал возможен только с разработкой фирмой Canon технологии создания реактивного пузырька (Bubblejet) - направленного распыления чернил на бумагу при помощи сотен мельчайших форсунок одноразовой печатающей головки. Каждой форсунке соответствует свой микроскопический нагревательный элемент (терморезистор), который мгновенно (за 7-10 мкс) нагревается под воздействием электрического импульса. Чернила закипают, и пары создают пузырек, который выталкивает из форсунки каплю чернил. Когда импульс кончается, терморезистор столь же быстро остывает, а пузырек исчезает.

Печатающие головки могут быть "цветными" и иметь соответствующее число групп форсунок. Для создания полноценного изображения используется стандартная для полиграфии цветовая схема CMYK, использующая четыре цвета: Cyan - голубой, Magenta - пурпурный, Yellow - желтый и Black - черный. Сложные цвета образуются смешением основных, причем получение оттенков различных цветов достигается путем сгущения или разрежения точек соответствующего цвета в фрагменте изображения (аналогичный способ используется при получении различных оттенков "серого" при выводе монохромных изображений).

Струйная технология имеет ряд достоинств. Сюда можно отнести простоту реализации, высокое разрешение, низкую потребляемую мощность и относительно высокую скорость печати. Приемлемая цена, высокое качество и большие возможности делают СП серьезным конкурентом перьевых устройств. Спрос на СП со стороны работающих с настольными издательскими системами и пользователей систем автоматизированного проектирования, выпускающих сложные чертежи формата А0, растет, однако невысокая скорость вывода графической информации и выцветание со временем полученного цветного изображения без принятия специальных мер (использования ламинирования или специальной "самоламинирующейся" бумаги) ограничивает их применение.

(ЭП, ELECTROSTATIC PLOTTER).

Электростатическая технология основывается на создании скрытого электрического изображения (потенциального рельефа) на поверхности носителя - специальной электростатической бумаги, рабочая поверхность которой покрыта тонким слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными солями для обеспечения требуемых влажности и электропроводности. Потенциальный рельеф формируется при осаждении на поверхность диэлектрика свободных зарядов, образующихся при возбуждении тончайших электродов записывающей головки высоковольтными импульсами напряжения. Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким намагниченным тонером, частицы тонера оседают на заряженных участках бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла создания скрытого изображения и прохода носителя через четыре проявляющих узла с соответствующими тонерами.

Электростатические плоттеры можно было бы считать идеальными устройствами, если бы не необходимость поддержания стабильных температуры и влажности в помещении, необходимость тщательного обслуживания и их высокая стоимость, в связи с чем ЭП приобретают пользователи, имеющие оправданно высокие требования к производительности и качеству. Для достижения максимальной эффективности ЭП обычно работают как сетевые устройства, для чего снабжены адаптерами сетевого интерфейса. Немаловажны также высокая устойчивость изображения к воздействию ультрафиолетовых лучей и невысокая (на уровне стоимости высококачественной типографской) стоимость электростатической бумаги. ЭП применяют при высокой степени автоматизации проектных работ в солидных организациях и в геоинформационных системах (ГИС).

ПЛОТТЕРЫ ПРЯМОГО ВЫВОДА ИЗОБРАЖЕНИЯ

(ППВИ, DIRECT IMAGING PLOTTER).

Изображение в ППВИ создается на специальной термобумаге (бумаге, пропитанной теплочувствительным веществом) длинной (на всю ширину плоттера) "гребенкой" миниатюрных нагревателей. Термобумага, которая обычно подается с рулона, движется вдоль "гребенки" и меняет цвет в местах нагрева. Изображение получается высококачественным (разрешение до 800 dpi (dots per inch - точка/дюйм)), но, увы, только монохромным.

Сейчас цены на термобумагу снизились, недостатки, когда-то присущие ей (чувствительность к изменениям температуры окружающей среды и низкая контрастность изображения), устранены, а типы термоносителей включают в себя стандартную белую бумагу, кальку и даже полиэфирную пленку. Качество этих носителей удовлетворяет самым строгим архивным

Учитывая их высокую надежность, производительность (может достигать 50 листов формата А0 в день) и низкие эксплуатационные затраты, плоттеры ПВИ применяют в крупных проектных организациях для вывода проверочных копий. В связи с этим в их стандартную конфигурацию входит сетевой адаптер. Технические характеристики ППВИ соответствуют требованиям прикладных задач инженерного проектирования, архитектуры, строительства, городского планирования и электросхемотехники.

ПЛОТТЕРЫ НА ОСНОВЕ ТЕРМОПЕРЕДАЧИ

(ПТП, THERMAL TRANSFER PLOTTER).

Отличие этих плоттеров от ППВИ состоит в том, что в них между термонагревателями и бумагой (или прозрачной пленкой!) размещается "донорный цветоноситель" - тонкая, толщиной 5-10 мкм, лента (например, лавсановая), обращенная к бумаге красящим слоем, выполненным на восковой основе с низкой (менее 100° С) температурой плавления.

На донорной ленте последовательно нанесены области каждого из основных цветов размером, соответствующим листу используемого формата. В процессе вывода информации бумажный лист с наложенной на него донорной лентой проходит под печатающей головкой, которая состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов. Воск в местах нагрева расплавляется, и пигмент остается на листе. За один проход наносится один цвет. Все изображение получается за четыре прохода. Таким образом, на каждый лист цветного изображения затрачивается в четыре раза больше красящей ленты, чем на лист монохромного.

Ввиду дороговизны каждого отпечатка эти плоттеры используются в составе средств автоматизированного проектирования для высококачественного вывода объектов трехмерного моделирования, в системах картографии, где требуется высокое качество воспроизведения цветов, и рекламными агентствами для вывода цветопроб плакатов и транспарантов для красочных презентаций.

ЛАЗЕРНЫЕ (СВЕТОДИОДНЫЕ) ПЛОТТЕРЫ

(ЛП, LASER/LED PLOTTER).

Эти плоттеры базируются на электрографической технологии, в основу которой положены физические процессы внутреннего фотоэффекта в светочувствительных полупроводниковых слоях селеносодержащих материалов и силовое воздействие электростатического поля. Промежуточный носитель изображения (вращающийся селеновый барабан) в темноте может быть заряжен до потенциала в сотни вольт. Луч света снимает этот заряд, создавая скрытое электростатическое изображение, которое притягивает намагниченный мелкодисперсный тонер, переносимый затем механическим путем на бумагу. После этого бумага с нанесенным тонером проходит через нагреватель, в результате чего частицы тонера запекаются, создавая изображение.

Некоторое время назад создание скрытого изображения на барабане осуществлялось исключительно при помощи лазера. Для управления перемещением лазерного луча служила сложная система вращающихся зеркальных многогранников или призм или линз. Вследствие этого плоттеры, использующие лазеры, боятся тряски и ударов, которые могут сбить настройку. Избежать сложностей с оптикой и сделать систему проще, легче и надеж-

нее позволило применение линеек точечных полупроводниковых светодиодов (light-emitting diode - LED).

Лазерные и LED-плоттеры ввиду высокого быстродействия (лист формата А1 выводится менее чем за полминуты) удобно использовать как сетевые устройства, и они имеют в стандартной комплектации адаптер сетевого интерфейса. Не менее важно и то, что эти плоттеры могут работать на обычной бумаге, что сокращает эксплуатационные затраты.

LED-плоттеры становятся все более популярными, хотя по стоимости сравнимы с монохромными электростатическими.

Область их применения: сложный технический дизайн, архитектура, картография и другое, т.е. везде, где требования к производительности и качеству результатов высоки, но наличие цвета не требуется.

Время от времени предрекается появление цветных лазерных плоттеров, но пока еще это слишком дорого.

Монитор – устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются: размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.

Размер монитора измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения – дюймы. Стандартные размеры: 14”; 15”; 17”; 19”; 20”; 21”. В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 15 и 17 дюймов, а для операций с графикой желательны мониторы размером 19-21 дюйм.

Изображение на экране монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трёх типов, светящиеся красным, зелёным и синим цветом. Чтобы на экране все 3 луча сходились строго в одну точку и изображение было чётким, перед люминофором ставят маску – панель с регулярно расположенными отверстиями или щелями. Часть мониторов оснащена маской из вертикальных проволочек, что усиливает яркость и насыщенность изображения. Чем меньше шаг между отверстиями или щелями (шаг маски), тем чётче и точнее полученное изображение. Шаг маски измеряют в долях миллиметра. В настоящее время наиболее распространены мониторы с шагом маски 0.25 – 0.27 мм. Устаревшие мониторы могут иметь шаг до 0.43 мм., что негативно сказывается на органах зрения при работе с компьютером. Модели повышенной стоимости могут иметь значение менее 0.25 мм.

Частота регенерации (обновления) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение (поэтому её также называют частотой кадров). Этот параметр зависит не только от монитора, но и от свойств и настроек видеоадаптера, хотя предельные возможности определяет всё-таки монитор.

Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем чётче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. При частоте регенерации порядка 60 Гц мелкое мерцание изображения заметно невооружённым глазом. Сегодня такое значение считается недопустимым. Минимальным считают значение 75 Гц, нормативным – 85 Гц и комфортным – 100 Гц и более.

Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует монитор с точки зрения требований техники безопасности. В настоящее время общепризнанными считаются следующие международные стандарты: MPR-II, TCO-92, TCO-95, TCO-99 (приведены в хронологическом порядке). Стандарт MPR-II ограничил уровни электромагнитного излучения пределами, безопасными для человека. В стандарте TCO-92 эти нормы были сохранены, а в стандартах TCO-95 и TCO-99 ужесточены. Эргономические и экологические нормы впервые появились в стандартах TCO-95, а стандарт TCO-99 установил самые жёсткие нормы по параметрам, определяющим качество изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликовые свойства покрытия).

Большинством параметров изображения, полученного на экране монитора, можно управлять программно. Программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в системный комплект программного обеспечения.

По принципу действия электромеханические векторные графопостроители делятся на устройства с неподвижным носителем информации им устройства с перемещаемым носителем информации. Для устройств с неподвижным носителем носитель информации укрепляется на плоской рабочей поверхности планшета. Перемещение пишущего элемента осуществляется электромеханической координатной системой по двум осям. Этот тип графопостроителей принято именовать планшетами. Для устройств с перемещаемым носителем информации характерно наличие механизма перемещения пишущего элемента только по одной координате, запись информации по другой оси осуществляется путем перемещения самого носителя. В зависимости от способа перемещения носителя такие устройства делятся на устройства с перфорированным носителем, в которых носитель перемещается транспортным валом за краевую перфорацию, и устройства с фрикционным перемещением неперфорированного носителя, в которых перемещение носителя осуществляется за счет частичного или полного микрозахвата носителя транспортным валом с фрикционным покрытием. Независимо от структуры эти устройства преобразовывают информацию из цифровой формы в графическую в виде различных документов и чертежей. Основное преимущество графопостроителей состоит в обеспечение высокой точности черчения. Графопостроители могут работать автономно, воспринимая исходные данные с промежуточного носителя – диска, непосредственно с ЭВМ, используя интерфейсы различных типов. Графопостроители состоят из трех основных частей: блока механизма, блока управления исполнительными каналами устройства и системы управления. Блок механизма представляет собой планшетный или барабанный механизм, предназначенный для организации перемещения в плоскости чертежа пишущих элементов, а также их подъема и опускания.

Блок управления исполнительными каналами по координатам x и y строится как по замкнутому принципу (с использованием обратной связи), так и по разомкнутому принципу. В первом случае для привода применяются малоинерционные двигатели постоянного тока с датчиком обратной связи по положению и скорости, во втором случае- шаговые двигатели. В последние годы широкое распространение получили графопостроители с перемещением вдоль одной оси носителя с помощью абразивного вала. Это позволило значительно снизить энерго- и материалоемкость. По сравнению с планшетными построителями масса снижается в 3-5 раз, однако точность у таких построителей, как правило, ниже, чем у планшетных. Системы управлениями графопостроителями можно разделить на три группы: инкрементальные, с фиксированным алгоритмом работы и программируемые. Система управления предназначена для: организации логической связи с источником информации; организация контроля состояния и диагностики устройства; подготовки исходных данных и выполнения интерполяционных процессов; обеспечения вычерчивания символов и различных типов линий; учета конструктивных особенностей устройств и динамических характеристик исполнительных каналов. Процесс формирования данных для вычерчивания выполняется цифровыми интерполяторами, предназначенные для определения координат промежуточных точек, лежащих между заданными узловыми точками.

В качестве устройств вывода данных, дополнительных к монитору, используют печатающие устройства (принтеры), позволяющие получать копии документов на бумаге или прозрачном носителе. По принципу действия различают матричные, лазерные, светодиодные и струйные принтеры.

Матричные принтеры.

Производительность работы матричных принтеров оценивают по количеству печатаемых знаков в секунду (cps – characters per second ). Обычными режимами работы матричных принтеров являются: drift – режим черновой печати, normal – режим обычной печати и режим NLQ ( Near Letter Quality ) , который обеспечивает качество печати, близкое к качеству пишущей машинки.

Лазерные принтеры.

Обеспечивают высокое качество печати, не уступающее, а во многих случаях и превосходящее полиграфическое. Они отличаются также высокой скоростью печати, которая измеряется в страницах в минуту (ppm – page per minute ) . Как и в матричных принтерах, итоговое изображение формируется из отдельных точек.

Принцип действия лазерных принтеров следующий:

- в соответствии с поступающими данными лазерная головка испускает световые импульсы, которые отражаются от зеркала и попадают на поверхность светочувствительного барабана;

- горизонтальная развёртка изображения выполняется вращением зеркала;

- участки поверхности светочувствительного барабана, получившие световой импульс, приобретают статический заряд;

- барабан при вращении проходит через контейнер, наполненный красящим составом (тонером), и тонер закрепляется на участках, имеющих статический заряд;

- при дальнейшем вращении барабана происходит контакт его поверхности с бумажным листом, в результате чего происходит перенос тонера на бумагу;

- лист бумаги с нанесённым на него тонером протягивается через нагревательный элемент, в результате чего частицы тонера спекаются и закрепляются на бумаге.

К основным параметрам лазерных принтеров относятся:

- разрешающая способность, dpi ( dots per inch – точек на дюйм) ;

- производительность (страниц в минуту);

- формат используемой бумаги;

- объём собственной оперативной памяти.

При выборе лазерного принтера необходимо также учитывать параметр стоимости оттиска, то есть стоимость расходных материалов для получения одного печатного листа стандартного формата А4. К расходным материалам относятся тонер и барабан, который после печати определённого количества оттисков утрачивает свои свойства. В качестве единицы измерения используют цент на страницу (имеются в виду центы США). В настоящее время теоретический предел по этому показателю составляет порядка 1.0 – 1.5. На практике лазерные принтеры массового применения обеспечивают значения от 2.0 до 6.0.

Основное преимущество лазерных принтеров заключается в возможности получения высококачественных отпечатков. Модели среднего класса обеспечивают разрешение печати до 600 dpi, а профессиональные модели до 1200 dpi.

Светодиодные принтеры.

Принцип действия похож на принцип действия лазерных принтеров. Разница заключается в том, что источником света является не лазерная головка, а линейка светодиодов. Поскольку эта линейка расположена по всей ширине печатаемой страницы, отпадает необходимость в механизме формирования горизонтальной развёртки и вся конструкция получается проще, надёжнее и дешевле. Типичная величина разрешения печати для светодиодных принтеров составляет 600 dpi.

Струйные принтеры.

В струйных печатающих устройствах изображение на бумаге формируется из пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу. Выброс микрокапель красителя происходит под давлением, которое развивается в печатающей головке за счёт парообразования. В некоторых моделях капля выбрасывается щелчком в результате пьезоэлектрического эффекта – этот метод позволяет обеспечить более стабильную форму капли, близкую к сферической.

Качество печати изображения во многом зависит от формы капли и её размера, а также от характера впитывания жидкого красителя поверхностью бумаги. В этих условиях особую роль играют вязкостные свойства красителя и свойства бумаги.

Мы рассмотрели 3 вида технических средств для компьютерной графики: мониторы, принтеры и плоттеры. Пожалуй, самыми сложными по конструкции являются плоттеры. Самыми продвинутыми и функциональными, безусловно, являются принтеры. Они пользуются наибольшей популярностью среди населения. Мониторы – это то, без чего невозможна жизнь современного пользователя и они имеют большое значение. Плоттеры тоже необходимы, но в специфических областях для профессионалов, потому что принцип их действия достаточно сложно объясняется. В целом все периферийные устройства жизненно необходимы любому человеку для успешной деятельности в области создания обработки графических данных.

Список использованной литературы.

1.Информатика: Базовый курс/С.В. Симонович и др. – СПб.: Питер, 2002 – 640 с. ил.

1.Мониторы.

Монитор - устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются: размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.

Размер монитора измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения - дюймы. Стандартные размеры: 14”; 15”; 17”; 19”; 20”; 21”. В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 15 и 17 дюймов, а для операций с графикой желательны мониторы размером 19-21 дюйм.

Изображение на экране монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трёх типов, светящиеся красным, зелёным и синим цветом. Чтобы на экране все 3 луча сходились строго в одну точку и изображение было чётким, перед люминофором ставят маску - панель с регулярно расположенными отверстиями или щелями. Часть мониторов оснащена маской из вертикальных проволочек, что усиливает яркость и насыщенность изображения. Чем меньше шаг между отверстиями или щелями (шаг маски), тем чётче и точнее полученное изображение. Шаг маски измеряют в долях миллиметра. В настоящее время наиболее распространены мониторы с шагом маски 0.25 - 0.27 мм. Устаревшие мониторы могут иметь шаг до 0.43 мм., что негативно сказывается на органах зрения при работе с компьютером. Модели повышенной стоимости могут иметь значение менее 0.25 мм.

Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем чётче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. При частоте регенерации порядка 60 Гц мелкое мерцание изображения заметно невооружённым глазом. Сегодня такое значение считается недопустимым. Минимальным считают значение 75 Гц, нормативным - 85 Гц и комфортным - 100 Гц и более.

По принципу действия электромеханические векторные графопостроители делятся на устройства с неподвижным носителем информации им устройства с перемещаемым носителем информации. Для устройств с неподвижным носителем носитель информации укрепляется на плоской рабочей поверхности планшета. Перемещение пишущего элемента осуществляется электромеханической координатной системой по двум осям. Этот тип графопостроителей принято именовать планшетами. Для устройств с перемещаемым носителем информации характерно наличие механизма перемещения пишущего элемента только по одной координате, запись информации по другой оси осуществляется путем перемещения самого носителя. В зависимости от способа перемещения носителя такие устройства делятся на устройства с перфорированным носителем, в которых носитель перемещается транспортным валом за краевую перфорацию, и устройства с фрикционным перемещением неперфорированного носителя, в которых перемещение носителя осуществляется за счет частичного или полного микрозахвата носителя транспортным валом с фрикционным покрытием. Независимо от структуры эти устройства преобразовывают информацию из цифровой формы в графическую в виде различных документов и чертежей. Основное преимущество графопостроителей состоит в обеспечение высокой точности черчения. Графопостроители могут работать автономно, воспринимая исходные данные с промежуточного носителя - диска, непосредственно с ЭВМ, используя интерфейсы различных типов. Графопостроители состоят из трех основных частей: блока механизма, блока управления исполнительными каналами устройства и системы управления. Блок механизма представляет собой планшетный или барабанный механизм, предназначенный для организации перемещения в плоскости чертежа пишущих элементов, а также их подъема и опускания.

3.Принтеры.

Матричные принтеры.

Производительность работы матричных принтеров оценивают по количеству печатаемых знаков в секунду (cps - characters per second). Обычными режимами работы матричных принтеров являются: drift - режим черновой печати, normal - режим обычной печати и режим NLQ (Near Letter Quality), который обеспечивает качество печати, близкое к качеству пишущей машинки.

Лазерные принтеры.

Обеспечивают высокое качество печати, не уступающее, а во многих случаях и превосходящее полиграфическое. Они отличаются также высокой скоростью печати, которая измеряется в страницах в минуту (ppm - page per minute). Как и в матричных принтерах, итоговое изображение формируется из отдельных точек.

Принцип действия лазерных принтеров следующий:

- горизонтальная развёртка изображения выполняется вращением зеркала;

К основным параметрам лазерных принтеров относятся:

- разрешающая способность, dpi (dots per inch - точек на дюйм);

- производительность (страниц в минуту);

- формат используемой бумаги;

- объём собственной оперативной памяти.

При выборе лазерного принтера необходимо также учитывать параметр стоимости оттиска, то есть стоимость расходных материалов для получения одного печатного листа стандартного формата А4. К расходным материалам относятся тонер и барабан, который после печати определённого количества оттисков утрачивает свои свойства. В качестве единицы измерения используют цент на страницу (имеются в виду центы США). В настоящее время теоретический предел по этому показателю составляет порядка 1.0 - 1.5. На практике лазерные принтеры массового применения обеспечивают значения от 2.0 до 6.0.

Светодиодные принтеры.

Струйные принтеры.

В струйных печатающих устройствах изображение на бумаге формируется из пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу. Выброс микрокапель красителя происходит под давлением, которое развивается в печатающей головке за счёт парообразования. В некоторых моделях капля выбрасывается щелчком в результате пьезоэлектрического эффекта - этот метод позволяет обеспечить более стабильную форму капли, близкую к сферической.

Мы рассмотрели 3 вида технических средств для компьютерной графики: мониторы, принтеры и плоттеры. Пожалуй, самыми сложными по конструкции являются плоттеры. Самыми продвинутыми и функциональными, безусловно, являются принтеры. Они пользуются наибольшей популярностью среди населения. Мониторы - это то, без чего невозможна жизнь современного пользователя и они имеют большое значение. Плоттеры тоже необходимы, но в специфических областях для профессионалов, потому что принцип их действия достаточно сложно объясняется. В целом все периферийные устройства жизненно необходимы любому человеку для успешной деятельности в области создания обработки графических данных.

Список использованной литературы.

1.Информатика: Базовый курс/С.В. Симонович и др. - СПб.: Питер, 2002 - 640 с. ил.

Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, — компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера

назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки [1, c.398].

Целью теоретической части курсовой работы является исследование средств и технологий обработки графической информации. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: рассмотреть технологий, позволяющих осуществлять компьютерную обработку данных с помощью графических средств и описать технические и программные средства для работы с компьютерной графикой.

В практической части приведено описание решения задачи по планированию бюджета семьи Чижовой. Работа заканчивается заключением и списком использованных источников.

Для решения поставленной задачи наиболее целесообразно использовать пакет прикладных программ MS Excel. Его использование можно обосновать следующим:

в этом пакете есть все необходимые для выполнения поставленной задачи средства расчетов;
имеется развитая подсистема построения графиков и диаграмм;
этот пакет прикладных программ имеет на сегодняшний день наибольшее распространение на персональных компьютерах, что позволяет использовать созданные для расчета формы в дальнейшем для подобных задач в реальной работе экономиста.

Для выполнения курсовой работы использовалось следующее программное обеспечение:

1. Теоретическая часть

1.1. Компьютерная графика и ее виды

Компьютерная графика (также машинная графика) — область деятельности, в которой компьютеры используются как инструмент для синтеза (создания) изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира. Также компьютерной графикой называют результат такой деятельности.

По способам задания изображений графику можно разделить на категории (рис. 1):

Векторная графика;
Растровая графика;
Фрактальная графика.

Рисунок 1 – Виды компьютерной графики

1.1.1. Двухмерная графика

Векторная графика

Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также как общий случай, некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.

Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования. Изображение может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться, также имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой. Дело в том, что каждое такое преобразование фактически выполняется так: старое изображение (или фрагмент) стирается, и вместо него строится новое. Математическое описание векторного рисунка остаётся прежним, изменяются только значения некоторых переменных, например, коэффициентов. При преобразовании растровой картинки исходными данными является только описание набора пикселей, поэтому возникает проблема замены меньшего числа пикселей на большее (при увеличении), или большего на меньшее (при уменьшении). Простейшим способом является замена одного пикселя несколькими того же цвета (метод копирования ближайшего пикселя: Nearest Neighbour). Более совершенные методы используют алгоритмы интерполяции, при которых новые пиксели получают некоторый цвет, код которого вычисляется на основе кодов цветов соседних пикселей. Подобным образом выполняется масштабирование в программе Adobe Photoshop (билинейная и бикубическая интерполяция).

Вместе с тем, не всякое изображение можно представить как набор из примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.

Растровая графика

Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение — яркости, цвета, прозрачности — или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.

В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

Фрактальная графика

Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов.

1.1.2. Трехмерная графика

В трёхмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют матрицы (см. также: аффинное преобразование в линейной алгебре). В компьютерной графике используется три вида матриц:

матрица поворота;
матрица сдвига;
матрица масштабирования.

Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/масштабированный относительно исходного.

Ежегодно проходят конкурсы трехмерной графики, такие как Magick next-gen или Dominance War [2].

1.2. Технические средства компьютерной графики

Очевидно, для любой цифровой обработки изображений необходимо специальное оборудование, позволяющее как оцифровывать имеющиеся изображения, так и выводить изображения с компьютера на экран и в виде так называемой твердой копии на бумагу, пленку и другие носители. На рисунке 2 представлены основные аппаратные средства компьютерной графики.

Рисунок 2 – Аппаратные средства компьютерной графики

1.2.1. Устройства вывода: экраны

Монитор типа CRT остается самым распространенным устройством вывода графической информации, чему способствует отработанность технологии (электронно-лучевые трубки существуют с XIX века) и низкая стоимость при высоком качестве изображения. Светящееся изображение создается, как и на телевизионном экране, за счет свечения зерен люминофора красного, зеленого и синего цветов под действием потока электронов. CRT-мониторы отличаются отличной цветопередачей и высоким разрешением. С точки зрения потребителя главные параметры такого монитора – размер экрана по диагонали и частота кадровой развертки при выбранном разрешении (у таких мониторов разрешение можно менять программным путем).

Размер экрана традиционно выражается в дюймах. Для обычной работы вполне достаточен экран с диагональю в 17 дюймов. Для профессиональной работы с компьютерной графикой лучше приобрести монитор большего размера.

Частота кадровой развертки измеряется в герцах и показывает, сколько раз в секунду электронный луч перерисовывает картинку на экране. Чем выше частота, тем ниже мерцание изображения и тем ниже нагрузка на зрение. Лучше всего работать при частоте 100..120Гц. Минимально допустимая частота – 60Гц, ниже этой величины мерцание становится явно заметным. Частота зависит от текущего разрешения. Например, монитор может работать с частотой 100Гц в режиме 800´600 и только 75Гц – в режиме 1024´768.

К недостаткам CRT-мониторов относятся высокое энергопотребление (200..500Вт), наличие внутри корпуса опасно высокого напряжения в 20..40 тысяч вольт, заметный нагрев при работе, накопление статического заряда на экране, большие габариты и вес (монитор с диагональю 21 дюйм весит около 50кг).

TFT-мониторы формируют изображение из большого количества разноцветных светодиодов. Такие мониторы имеют фиксированное разрешение (например, 1024´768). Работа при меньшем разрешении возможна, но качество изображения при этом резко ухудшается. TFT-мониторы потребляют мало энергии, используют низковольтное питание, легки и малогабаритны. В ряде моделей экран можно повернуть на 90о для работы с документами формата А4. В то же время TFT-мониторам присущ ряд существенных недостатков. Они обеспечивают худшую цветопередачу по сравнению с CRT-мониторами, а также принципиально не позволяют выполнять цветовую калибровку, поэтому не применяются в полиграфии; размер пиксела на экране TFT-монитора несколько больше размера пятна люминофора у CRT-монитора и картинка выглядит более зернистой. Наконец, по стоимости TFT-мониторы дороже CRT-мониторов с тем же размером экрана.

Экраны, работающие на иных принципах (LCD, плазменные панели) не получили широкого распространения.

Любой монитор подключается к выходу видеокарты компьютера при помощи аналогового композитного RGB-выхода. Последние модели TFT-мониторов обеспечивают подключение цифрового видеовыхода, что несколько повышает качество изображения.

1.2.2. Устройства вывода твердых копий: принтеры и плоттеры

Твердые копии на бумаге получают при помощи устройств, известных как принтеры и плоттеры. Традиционно плоттером называется устройство печати больших форматов (свыше А3). По принципу действия и принтеры, и плоттеры в основном делятся на струйные и лазерные.

Струйные принтеры и плоттеры (англ. jet) формируют цветное изображение из капелек чернил четырех цветов. Они работают бесшумно и выдают распечатки высокого качества. В то же время вывод изображения большого формата может продолжаться несколько часов. Струйные устройства печати отличаются высокими эксплуатационными расходами – чернила для них дороги, а для качественной фотопечати требуется бумага со специальным покрытием, которая тоже стоит недешево. Еще один недостаток – частое засорение сопел печатающей головки из-за засыхания чернил. Кстати, чернила являются водорастворимыми, поэтому полученный отпечаток во влажной атмосфере или при попадании воды просто расползается.

Плоттеры отличаются только габаритами и возможностью рулонной подачи материала. В некоторых моделях можно установить лезвие вместо печатающей головки для вырезания контуров по самоклеющейся пленки.

Лазерные принтеры создают черно-белое изображение из мельчайших частиц тонера – специального порошка, который нагревается и впечатывается в бумагу. Получается стойкий отпечаток высокого качества. Лазерные принтеры дешевле в эксплуатации, чем струйные, и печатают заметно быстрее (6..20 страниц в минуту). Серьезный недостаток лазерных принтеров - ионизация воздуха лучом лазера, что приводит к выделению вредного для здоровья человека озона. По санитарным нормам в помещении с лазерным принтером необходима вытяжная вентиляция.

Большинство лазерных принтеров дают только черно-белое изображение. Цветные лазерные принтеры весьма дороги и громоздки. В них фактически совмещены три обычных лазерных принтера. Для приобретения такого принтера необходимо разрешение МВД, поскольку он прекрасно подходит для изготовления поддельных документов. В то же время вы не сможете напечатать поддельные банкноты на таких принтерах – для этого в них предусмотрена специальная защита.

Принтеры и плоттеры подключаются к компьютеру по интерфейсу COM, LPT или USB.

1.2.3. Устройства ввода: сканеры

Сканеры позволяют оцифровать изображение и представить его в растровом виде. Чаще всего используются планшетные сканеры формата A4. Разные модели отличаются скоростью сканирования и качеством распознавания мелких деталей изображения – так называемым оптическим разрешением. Для сканирования оригиналов большого формата на плоттер можно установить сканирующую головку.

Сканеры передают данные в компьютер по интерфейсу COM, LPT или USB. Последний вариант предпочтителен, так как он обеспечивает наибольшую скорость передачи данных.

1.2.4. Устройства ввода: цифровые фотоаппараты

Цифровой фотоаппарат фактически представляет собой сканер, фиксирующий картинку, создаваемую объективом на его фоточувствительной ПЗС-матрице. Полученное изображение передается в компьютер, обычно по USB-интерфейсу. Главный параметр цифрового фотоаппарата – число пикселов, на которые разбивается картинка. Чем оно выше, тем более мелкие детали будут различимы. При 3 MPx (мегапикселах) и выше достигается качество отпечатка 10´15см, сравнимое с обычной фотографией.

1.2.5. Устройства координатного ввода

Устройства координатного ввода обеспечивают ввод координат на плоскости, чаще всего при помощи перемещения пользователем некоторого объекта. Наиболее распространенное такое устройство – всем знакомая компьютерная мышь.

Современные модели оптических мышей снабжены миниатюрной видеокамерой, фотографирующей поверхность с большой частотой, и процессором, рассчитывающим величину смещения между двумя последовательно сделанными снимками.

Планшет состоит из чувствительной к нажиму поверхности и специальной ручки, учитывающей усилие нажима. Планшет часто используется дизайнерами в качестве электронной кисти.

Световое перо когда-то являлось основным устройством координатного ввода, но в последнее время фактически вышло из употребления – работа на вертикальной поверхности экрана неудобна по сравнению с работой с мышью или с планшетом.

Трекбол является аналогом мыши, в котором пользователь вращает пальцами шарик. Трекбол не требует места на столе для своего перемещения и широко применяется в ноутбуках.

Экран типа "touch screen" позволяет непосредственно нажимать пальцем или специальной палочкой (стилусом) на его поверхность. Такие экраны широко применяются в различных справочных системах, автоматах продажи билетов, банкоматах, а также в карманных компьютерах, где чувствительный экран заменяет собой клавиатуру.

Все эти устройства не позволяют напрямую вводить третью координату при работе с 3D графикой. Вопрос удобного и простого ввода трехмерных координат пока ждет своего решения [3].

1.3. Программные средства компьютерной графики

Программы для работы с растровой графикой можно разделить на три категории:

Программы для создания изображения - ряд графических редакторов, ориентирован непосредственно на процесс рисования. В них акцент сделан на использование удобных инструментов рисования и на создание новых художественных инструментов и материалов. К простейшим программам этого класса относится графический редактор Paint, входящий в состав операционной системы Windows. Более профессиональной программой является Corel Painter.
Программы для обработки изображений - графические редакторы предназначенные не для создания изображений "с нуля", а для обработки готовых рисунков с целью улучшения их качества и реализации творческих идей. Самыми популярными в этой области считаются Adobe Photoshop CS5, PhotoInstrument, Picture Publisher(входит в пакет Microsoft Offise).
Программы каталогизации изображений - эти программы позволяют просматривать графические файлы множества различных форматов, создавать на жестком диске удобные альбомы, перемещать и переименовывать файлы, документировать и комментировать иллюстрации. Самой популярной в этой области программой является ACDSee.

Как и в случае с растровой графикой, для работы с векторной имеется огромное количество программных средств, освоение которых сложнее по сравнению с растровыми. К основным относятся программы:

CorelDraw - это профессиональный графический редактор с богатыми настройками и развитой системой управления.
Adobe Illustrator - основное достоинство программы в том, что она вместе с Adobe Photoshop и Adobe PageMaker образует достаточно мощный пакет для выполнения компьютерной верстки полиграфических изданий и разработки сложных документов.
Macromedia Freehand - один из самых дружественных и интуитивно понятных векторных редакторов. Программа отличается простотой системы управления и высоким быстродействием, но ее возможности несколько скромнее, чем у предыдущих редакторов [4].

Работа с фрактальной графикой - это скорее программирование, чем рисование. Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений, путём математических расчётов. Фрактальная графика, является вычисляемой, но в отличие от векторной, никакие объекты не хранятся в памяти, а строятся по уравнению или системе уравнений.

Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты: такие как 3D Studio Max, Maya, Lightwave 3D, Softimage, Sidefx Houdini, Maxon Cinema 4D и сравнительно новые Rhinoceros 3D, Nevercenter Silo или ZBrush. Кроме того, существуют и открытые продукты, распространяемые свободно, например, пакет Blender (позволяет создавать 3D модели, c последующим рендерингом (компьютерной визуализацией)), K-3D и Wings3D.

Читайте также: