logo
шпоры комп графика

5.Устройства вывода графических изображений, их основные характеристики. Принтеры, их классификация, основные характеристики и принцип работы. Плоттеры (графопостроители).

Принтеры, их классификация, основные характеристики

и принцип работы

Принтеры являются наиболее популярными устройствами вывода информации для персональных компьютеров.

По технологии печати принтеры можно разделить на:

Матричные принтеры

Матричные принтеры до последнего времени являлись основным стандартным устройством вывода для персональных компьютеров, поскольку струйные принтеры работали еще неудовлетворительно, а цена лазерных была достаточно высока. И в настоящее время игольчатые принтеры применяются достаточно часто.

Достоинства матричных (игольчатых) принтеров:

Игольчатый принтер формирует знаки несколькими иголками, расположенными в головке принтера. Бумага втягивается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента. При ударе иголки по этой ленте на бумаге остается закрашенный след. Иголки, расположенные внутри головки, обычно активизируются электромагнитным методом. Головка двигается по горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем. Так как напечатанные знаки внешне представляют собой матрицу, а воспроизводит эту матрицу игольчатый принтер, то часто его называют матричным принтером.

Среди матричных принтеров существуют 9–игольчатые и 24–игольчатые.

В головке 9–игольчатого принтера находятся 9 иголок, которые, как правило, располагаются вертикально в один ряд. Благодаря горизонтальному движению головки принтера и активизации отдельных иголок напечатанный знак образует как бы матрицу, причем отдельные буквы, цифры и знаки «заложены» внутри принтера в виде бинарных кодов.

В 24–игольчатом принтере используется технология последовательного расположения иголок в два ряда по 12 штук. Вследствие того, что иголки в соседних рядах сдвинуты по вертикали, точки на распечатке перекрываются таким образом, что их невозможно различить. Имеется возможность перемещения головки дважды по одной и той же строке, чтобы знаки пропечатывались еще раз с небольшим смещением. Такое качество печати обозначают как LQ (Letter Quality – машинописное качество), в этом режиме скорость печати уменьшается незначительно, так как головка печатает при движении слева направо и справа налево. Изготовители обычно указывают теоретическую скорость печати, то есть максимально возможную скорость чернового режима, при этом качество печати не играет роли. LQ–печать для игольчатых принтеров длится дольше. Еще дольше печатается графика, потому что при этом набор знаков не читается из внутренней памяти (ROM) принтера, а каждая печатаемая точка должна рассчитываться.

Единица измерения скорости печати – cps (символ в секунду). Игольчатые принтеры оборудованы внутренней памятью (буфером) до 64 Кбайт и более, который принимает данные от персонального компьютера. Игольчатый принтер – механическое устройство, а работа механических узлов всегда сопровождается шумом.

Качество печати сильно зависит от разрешения принтера, т.е. количества точек, которое печатается на одном дюйме – dpi. Данная характеристике играет роль, в основном, при работе принтера в графическом режиме.

Струйные принтеры

Принцип работы струйных принтеров напоминает игольчатые принтеры. Вместо иголок здесь применяются тонкие сопла, которые находятся в головке принтера. В этой головке установлен резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла как микрочастицы переносятся на материал носителя. Число сопел находится в диапазоне от 16 до 64, а иногда и до нескольких сотен.

Для хранения чернил используются два метода:

В основе принципа действия струйных принтеров лежат:

Для реализации пьезоэлектрического метода в каждое сопло установлен плоский пьезокристалл, связанный с диафрагмой. Под воздействием электрического тока происходит деформация пьезоэлемента. При печати, находящийся в трубке пьезоэлемент, сжимая и разжимая трубку, наполняет капиллярную систему чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые выдавились наружу, образуют на бумаге точки. Струйные принтеры с использованием данной технологии выпускают фирмы Epson, Brother и др.

Метод газовых пузырей базируется на термической технологии. Каждое сопло оборудовано нагревательным элементом, который, при пропускании через него тока, за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500 градусов. Возникающие при резком нагревании газовые пузыри стараются вытолкнуть через выходное отверстие сопла порцию (каплю) жидких чернил, которые переносятся на бумагу. При отключении тока нагревательный элемент остывает, паровой пузырь уменьшается, и через входное отверстие поступает новая порция чернил. Данная технология используется в изделиях фирм Hewlett–Pаckard и Canon.

Цветные струйные принтеры имеют более высокое качество печати по сравнению с игольчатыми цветными принтерами и невысокую стоимость по сравнению с лазерными. Цветное изображение получается за счет использования (наложения друг на друга) четырех основных цветов. Уровень шума струйных принтеров значительно ниже, чем у игольчатых, поскольку его источником является только двигатель, управляющий перемещением печатающей головки. При черновой печати скорость струйного принтера значительно выше, чем у игольчатого. При печати с качеством LQ скорость составляет 3–4 (до 10) страницы в минуту. Качество печати зависит от количества сопел в печатающей головке – чем их больше, тем выше качество. Большое значение имеет качество и толщина бумаги. Выпускается специальная бумага для струйных принтеров, но можно печатать на обычной бумаге плотностью от 60 до 135 г/кв.м. В некоторых моделях для быстрого высыхания чернил применяется подогрев бумаги. Разрешение струйных принтеров при печати графики составляет от 300*300 до 720*720 dpi.

Основной недостаток струйного принтера: возможность засыхания чернил внутри сопла, что приводит к необходимости замены печатающей головки.

Лазерные принтеры

Лазерные принтеры обеспечивают более высокое качество печати по сравнению со струйными и игольчатыми принтерами. Однако стоимость печати выше, особенно при использовании цветных лазерных принтеров. Таким образом, для получения высококачественной черно–белой печати целесообразно использовать лазерный принтер, а для получения цветного изображения можно использовать цветной струйный принтер. В лазерных принтерах используется механизм печати, применяемый в ксероксах.

Основным элементом является вращающийся барабан для переноса изображения на бумагу, представляющий собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой фотопроводящего полупроводника. По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. Для этого служит тонкая проволока или сетка – коронирующий провод. Высокое напряжение, подаваемое на этот провод вызывает возникновение вокруг него светящейся ионизированной области – короны. Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Этот луч, падая на барабан, изменяет его электрический заряд в точке падения. Таким образом, на барабане возникает скрытая копия изображения. Далее на барабан наносится тонер – мельчайшая красящая пыль. Под действием статического заряда эти мелкие частицы притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение. Бумага втягивается с подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Перед барабаном бумаге сообщается статический заряд. Бумага соприкасается с барабаном и притягивает, благодаря своему заряду, частички тонера от барабана. Для фиксации тонера бумага вновь заряжается и пропускается между двумя роликами с температурой 180 градусов. Затем барабан разряжается, очищается от прилипших частиц и готов для нового процесса печати. Фирма OKI выпускает лазерный принтер, в котором вместо лазера используется неподвижная диодная строка, описывающая не каждую точку, а целую строку.

В цветном лазерном принтере изображение формируется на светочувствительной фотоприемной ленте последовательно для каждого из 4–х основных цветов. Лист печатается за четыре прохода: имеются четыре емкости для тонеров и от двух до четырех узлов проявления. Схема управления включает процессор, память большого объема и иногда, особенно при функционировании в сети, винчестер. Стоимость цветного лазерного принтера значительно выше, чем черно–белого, а скорость печати – ниже.

Лазерные принтеры со средними возможностями печатают 4–8 страниц в минуту. Высокопроизводительные сетевые лазерные принтеры могут печатать до 20 и более страниц в минуту. При печати сложных графических изображений время печати больше.

Разрешение по вертикали (соответствует шагу барабана) составляет от 1/300 до 1/600 дюйма. Разрешение по горизонтали определяется точностью наведения лазерного луча и количеством точек в строке и составляет, как правило, от 1/300 до 1/1200 дюйма.

Лазерный принтер обрабатывает целые странницы, что связано с большим количеством вычислений. Минимальный объем памяти лазерного принтера не менее 1 Мбайт. Наиболее часто используется память от 2 до 4 Мбайт. Цветные принтеры требуют для работы еще большую память. Память лазерного принтера может быть увеличена путем установки специальных карт с DRAM или SIMM модулями. Большинство лазерных принтеров могут печатать на бумаге формата А4, реже – А3. Некоторые принтеры могут печатать на обеих сторонах листа, но они стоят существенно дороже.

Плоттеры (графопостроители)

Плоттер (графопостроитель) – это устройство автоматического построения диаграмм или других изображений на бумаге, пластике, фоточувствительном материале или ином носителе путем черчения, гравирования, фоторегистрации или иным способом.

Различают:

Плоттеры изготавливаются в напольном и настольном исполнении.

По принципу построения изображения подразделяются на:

По способу печати растровые графопостроители подразделяются на:

– электростатические графопостроители с электростатическим принципом воспроизведения;

– струйные графопостроители, основанными на принципе струйной печати (выдавливании красящего вещества через сопла форсунок);

– лазерные графопостроители, воспроизводящие изображение с использованием луча лазера;

– светодиодные графопостроители, отличающиеся от лазерных способом перенесения изображения с барабана на бумагу;

– термические графопостроители;

– микрофильм–плоттеры, фотоплоттеры с фиксацией изображения на светочувствительном материале.

Основные конструктивные и эксплуатационные характеристики графопостроителей: формат воспроизводимого изображения–оригинала, размер рабочего поля, точность, разрешение растровых графопостроителей (обычно в переделах 300–2500 dpi), скорость прорисовки или изготовления единицы продукции заданного формата, наличие или отсутствие собственной памяти (буфера), программное обеспечение (драйверы, программы растеризации), наличие сетевой платы. Некоторые модели графопостроителей комплектуются или могут оснащаться насадками, дополняющими их функциями сканера.

Большинство струйных аппаратов обеспечивают печать графических файлов формата TIFF, BMP, PCX.

6.Устройства ввода графических изображений, их основные характеристики. Сканеры, классификация и основные характеристики. Дигитайзеры. Манипулятор «мышь», назначение, классификация. Джойстики. Трекбол. Тачпады и трекпойнты. Средства диалога для систем виртуальной реальности.

Сканеры, классификация и основные характеристики

Сканер это устройство ввода в персональный компьютер цветного и черно–белого изображения с бумаги, пленки и т.п.

Принцип действия сканера заключается в преобразовании оптического сигнала, получаемого при сканировании изображения световым лучом, в электрический, а затем в цифровой код, который передается в компьютер.

Сканеры разделяют на:

А также сканеры делятся на:

Сканеры подключаются к персональному компьютеру через специальный контроллер (для планшетных сканеров это чаще всего SCSI контроллер). Сканер всегда должен иметь соответствующий драйвер, так как только ограниченное число программных приложений имеет встроенные драйверы для общения с определенным классом сканеров.

Дигитайзеры

Дигитайзер предназначен для профессиональных графических работ. С помощью специального программного обеспечения он позволяет преобразовывать движение руки оператора в формат векторной графики. Первоначально дигитайзер был разработан для приложений систем автоматизированного проектирования, так как в этом случае необходимо определять и задавать точное значение координат большого количества точек. В отличие от мыши дигитайзер способен точно определять и обрабатывать абсолютные координаты. Дигитайзер состоит из специального планшета являющегося рабочей поверхностью и, кроме этого, выполняющего разнообразные функции управления соответствующим программным обеспечением, и светового пера или, чаще, кругового курсора, являющихся устройствами ввода информации.Одной из разновидностей дигитайзера является графический или рисовальный планшет. Он представляет собой панель, под которой расположена электромагнитная решетка. Если провести по его поверхности специальным пером, то на экране монитора появится штрих. В планшете реализован принцип абсолютного позиционирования: изображение, нарисованное в левом нижнем угла планшета, появится в левом нижнем углу экрана монитора. Обычно рисовальные планшеты имеют размеры коврика для мыши, но рабочая поверхность несколько меньше.

Имеются планшеты, обладающие чувствительностью к нажиму, с помощью которых, регулируя нажим, можно получать на экране линии различной толщины. Специальная пластмассовая пленка, прилагаемая к планшету, позволяет копировать подложенные под нее изображения на бумажных оригиналах. Планшеты подключаются к последовательному порту персонального компьютера.

Графический планшет может иметь различные форматы: от А2 – для профессиональной деятельности и меньше – для более простых работ.

Компания Immersion разработала уникальную механическую технологию оцифровки, которая компактна, доступна и легка в использовании. Каждое соединение использует цифровые оптические датчики, работа которых не зависит от любого относящегося к окружению влияния. Результат – универсальная система, которая может работать практически в любой среде и сканировать объекты из любого материала.

Но кроме этого, есть и другие технологии трехмерного сканирование:

Из всех трехмерных технологий сканирования, ультразвуковые системы наименее точны, наименее надежны и наиболее восприимчивы к геометрическим искажениям. Вследствие того, что скорость звука зависит от воздушного давления, температуры и других атмосферных условий, эффективность ультразвуковых систем может изменяться вместе с погодой. Кроме того, они восприимчивы к работе различного оборудования, даже шуму ламп дневного света.

Магнитные трехмерные цифровые преобразователи работают на том же принципе, что и «ультразвуковые системы», т.е. используют магнитное поле. Они невосприимчивы к атмосферным изменениям и очень чувствительны к искажениям от близлежащего металла или магнитных полей. Металлические стулья, платы, компьютеры или другое оборудование, размещенные близко от магнитного цифрового преобразователя, исказит данные. Кроме того, такие системы нельзя использовать для оцифровки объектов с металлическими частями.

Лазерные сканеры в 10–100 раз дороже, чем системы механической оцифровки, такие, как MicroScribe–3D. Системы, использующие лазеры, имеют много ограничений. Объекты с отражающими или яркими поверхностями, большие объекты и объекты с вогнутыми поверхностями, которые затеняют прямой путь лазерного луча – главная проблема для лазерных систем.

Манипулятор «мышь»

Наряду с клавиатурой мышь является важнейшим средством ввода информации. В современных программных продуктах, имеющих сложную графическую оболочку, мышь является основным инструментом управления программой.

По принципу действия мыши делятся на:

Подавляющее число компьютерных мышек используют оптико–механический принцип кодирования перемещения. С поверхностью стола соприкасается тяжелый, покрытый резиной шарик сравнительно большого диаметра. Ролики, прижатые к поверхности шарика, установлены на перпендикулярных друг другу осях с двумя датчиками. Датчики, представляющие собой оптопары (светодиод–фотодиод), располагаются по разные стороны дисков с прорезями. Порядок, в котором освещаются фоточувствительные элементы, определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих от них импульсов – скорость. Хороший механический контакт с поверхностью обеспечивает специальный коврик.

Более точного позиционирования курсора позволяет добиться оптическая мышь. Для нее используется специальный коврик, на поверхности которого нанесена мельчайшая сетка из перпендикулярных друг другу темных и светлых полос. Расположенные в нижней части мыши две оптопары освещают коврик и по числу пересеченных при движении линий определяют величину и скорость перемещения. Оптические мыши не имеют движущихся частей и лишены такого присущего оптико–механическим мышам недостатка, как перемещение курсора мыши рывками из–за загрязнения шарика. Разрешающая способность применяемого в мыши устройства считывания координат составляет 400 dpi (Dot per Inch точек на дюйм) и выше, превосходя аналогичные значения для механических устройств. Для оптимального функционирования мышь должна передвигаться по ровной поверхности. Лучше всего подходят специальные коврики. Указатель мыши передвигается по экрану синхронно с движением мыши по коврику. Устройством ввода мыши являются кнопки (клавиши). Большинство мышей имеют две кнопки, существуют также 3–х кнопочные мыши и имеющие большее количество кнопок. Одной из важных характеристик мыши является ее разрешение, которое измеряется в dpi. Разрешение определяет минимальное перемещение, которое способен почувствовать контроллер мыши. Чем больше разрешение, тем точнее позиционируется мышь, тем с более мелкими объектами можно работать. Нормальное разрешение мыши лежит в диапазоне от 300 до 900 dpi. В усовершенствованных мышах используют переменный баллистический эффект скорости, заключающийся в том, что при небольших перемещениях скорость смещения курсора – небольшая, а при значительных перемещениях – существенно увеличивается. Это позволяет эффективнее работать в графических пакетах, где приходится обрабатывать мелкие детали.

По принципу передачи информации мыши делятся на:

Параллельные мыши предпочтительнее в тех системах, где к компьютеру требуется подключить много периферийных устройств, особенно занимающих последовательные порты, и где компьютер подвержен конфликтам прерываний периферийных устройств (Bus Mouse не использует прерывания). Существует несколько стандартов последовательных мышей. Самым распространенным является стандарт МS–Mouse. Альтернативными стандартами являются PC–Mouse, используемый для трехкнопочных мышей фирмы Genius, и редко используемый PS/2. MS–Mouse и совместимые с ней PC–Mouse для работы требуют установки соответствующих драйверов. Большинство программного обеспечения для персональных компьютеров ориентировано на MS–Mouse. Стандарт PS/2 не требует подключения драйверов. К основным тенденциям развития современных мышей можно отнести постепенный переход на шину USB, а также поиски в области эргономических усовершенствований. К ним можно отнести беспроводные (Cordless) мыши, работающие в радио– или инфракрасном диапазоне волн, а также мыши с дополнительными кнопками. Наиболее удачными решениями являются наличие между двумя стандартными кнопками колесика (мышь Microsoft IntelliMouse) или качающейся средней кнопки (мыши Genius NetMouse NetMouse Pro), которые используются для быстрой прокрутки документа под Windows 95/98/NT.

К наиболее известным производителям мышей относятся компании Genius, Logitech, Microsoft, Mitsumi и др.

Джойстики

Джойстик является координатным устройством ввода информации и наиболее часто применяется в области компьютерных игр и компьютерных тренажеров.

Джойстики бывают:

Аналоговые джойстики обеспечивают более точное управление, что очень важно для программных приложений, в которых объекты должны точно позиционироваться. Для удобства работы конструкция джойстика должна быть достаточно прочной и устойчивой. Джойстик подключают к внешнему разъему карты расширения, имеющей соответствующий порт. Для того чтобы подключить джойстик к компьютеру, нужен игровой порт. Игровой порт (или адаптер) может быть расположен на плате асинхронного последовательного адаптера, на плате мультипорта или на отдельной плате. Иногда игровой порт может быть расположен и на системной плате компьютера. Джойстик подключается к компьютеру через игровой порт. К одному игровому порту может быть подключено два джойстика. Процедура подключения джойстика весьма проста. Все что нужно – это вставить разъем на конце шнура джойстика в разъем игрового порта. Этот разъем внешне напоминает разъем последовательного порта, но имеет 15 выводов. Работа с джойстиком не требует подключения дополнительного драйвера. Достаточно настроить вашу игровую программу на его использование. Заметим, что далеко не все игры могут работать с джойстиком. Обычно это эмуляторы полета на самолетах, вертолетах и космических кораблях.

Трекбол

Трекбол (Trackball) – это устройство ввода информации, которое можно представить в виде перевернутой мыши с шариком большого размера. Принцип действия и способ передачи данных трекбола такой же, как и мыши. Наиболее часто используется оптико–механический принцип регистрации положения шарика. Подключение трекбола, как правило, осуществляется через последовательный порт.

Основные отличия от мыши:

Первое устройство подобного типа было разработано компанией Logitech. Миниатюрные трекболы получили сначала широкое распространение в портативных ПК. Встроенные трекболы могут располагаться в самых различных местах корпуса ноутбука, внешние крепятся специальным зажимом, а к интерфейсу подключаются кабелем. Большого распространения в ноутбуках трекболы не получили из–за своего недостатка постепенного загрязнения поверхности шара и направляющих роликов, которые бывает трудно очистить и, следовательно, вернуть трекболу былую точность. Впоследствии их заменили тачпады и трекпойнты.

Тачпад и трекпойнт

Трекпойнт (TrackPoint) – координатное устройство, впервые появившееся в ноутбуках IBM, представляет собой миниатюрный джойстик с шершавой вершиной диаметром 5–8 мм. Трекпойнт расположен на клавиатуре между клавишами и управляется нажатием пальца.

Тачпад (TouchPad) представляет собой чувствительную контактную площадку, движение пальца по которой вызывает перемещение курсора. В подавляющем большинстве современных ноутбуков применяется именно это указательное устройство, имеющее не самое высокое разрешение, но обладающее самой высокой надежностью из–за отсутствия движущихся частей.

TouchPad поддерживает следующие протоколы: PS/2; RS–232; ADB – протокол, используемый компьютерами семейства Apple Macintosh.

В каждом из этих случаев TouchPad поддерживает индустриальный стандарт «mouse» плюс собственные, специфические, расширенные протоколы. Поддержка «mouse» означает, что, подключив к компьютеру TouchPad, вы сразу можете использовать ее как обычную «мышку», без инсталляции ее собственного драйвера. После этого вы инсталлируете драйвер и получаете целый набор дополнительных возможностей. Дальнейшим развитием TouchPad является TouchWriter – панель TouchPad с повышенной чувствительностью, одинаково хорошо работающая как с пальцем, так и со специальной ручкой и даже с ногтем. Эта панель позволяет вводить данные привычным для человека образом – записывая их ручкой. Кроме того, ее можно использовать для создания графических изображений или для подписывания документов. Для желающих писать китайскими иероглифами, можно порекомендовать установить на компьютер пакет QuickStroke, который позволит вводить иероглифы, непосредственно рисуя их на панели. Причем программа, по мере ввода, предлагает готовые варианты иероглифов.

Оба эти устройства предполагают наличие определенной тренировки для обращения с ними, однако по надежности и малогабаритности остаются вне конкуренции.

Средства диалога для систем виртуальной реальности

В системах виртуальной реальности, в отличие от обычных приложений компьютерной графики, как правило, требуется вывод и ввод трехмерной координатной информации, как для управления положениями синтезируемых объектов, так и для определения координат частей тела оператора и направления его взгляда. Спейсбол. Одним из первых появилось устройство спейсбол (space ball), представляющее собой конструктивное объединение мышки и небольшого трекбола. Мышка перемещается оператором по столу и обеспечивает ввод двух координат. Ввод третьей координаты обеспечивается вращением шарика трекбола большим пальцем руки. Для манипулирования объектами в трехмерном пространстве часто используется техника виртуальной сферы. Управляемый объект окружается (воображаемой) сферой. Для перемещения сферы используется мышь, а вращение сферы и заключенного в нее объекта обеспечивается вращением шарика трекбола. Head Mounted Display. В системах виртуальной реальности используются устройства вывода в виде монтируемых на голове дисплеев (Head Mounted Display – HMD) с бинокулярным всенаправленным монитором (Binocular Omni–Orientation Monitor – BOOM) со средствами отслеживания положения головы (head tracking) и даже отслеживанием положения глаза (eye tracking). Это требуется для создания эффекта «погружения» со стереоскопическим изображением и оперативным изменением сцены при поворотах головы и/или глаз