2 - 2001

Аппаратное обеспечение и организация процесса обработки информации

Владимир Голев

В предыдущей статье я подробно писал о периферии для САПР и ГИС. Если вы ее не читали, то обязательно сделайте это. В настоящей статье я решил перейти к обсуждению практических вопросов по подбору периферии для САПР и ГИС, а также на конкретном примере рассмотреть, как это делается. Перейдем к практике. Давайте попробуем проследить на абстрактном примере организацию технологического процесса по созданию трехмерного объекта, его визуализацию, получение твердой копии и организацию резервного копирования информации.

Итак, предположим, на высокой скале над морем находится некий объект. Скала постепенно разрушается, объект тоже, и перед инженерами встала задача по скорейшему созданию его «электронного макета». Разобьем весь процесс на шесть этапов.

На начальном этапе проводится сбор информации об объекте. В качестве материалов для работы могут выступать фотографии, старые архивные планы, эскизы и чертежи. Естественно, что в данном случае необходимо было провести полное фотографирование объекта. Таким образом, вся входная информация сосредоточена на двух носителях — на бумаге и на фотопленке.

Следующий этап — это ввод информации с бумажных носителей. Сам по себе этот процесс достаточно трудоемкий и технологически сложный, в нашем примере пусть он будет дополнительно отягощен плохим качеством бумажных носителей: неравномерность тона бумаги, темные пятна, «размытые» линии. В этом случае оправданно применение профессионального сканера. В чем критерий профессиональности? Прежде всего в способе первичной обработки изображения. Профессиональные сканеры не только обеспечивают точностные параметры ввода изображения, но и позволяют конечному пользователю осуществлять первичную цифровую фильтрацию изображений. Кроме общепринятой чувствительности (ввод гистерезиса), яркости и контрастности блок управления сканером может на основе алгоритмов цифровой обработки информации убирать единичные растровые элементы и создавать равномерные закрытые полигоны. Специальные алгоритмы позволяют восстанавливать целостность линий и в некоторых случаях увеличивать их толщину, что необходимо для последующей обработки информации. При этом скорость ввода информации на таких сканерах, даже в режиме цифровой обработки первичной информации, составляет несколько десятков секунд на один лист формата А0. Критичными точностными параметрами сканеров для данного случая являются линейность и относительная погрешность ввода изображения. В этом случае профессиональные сканеры однозначно предпочтительнее устройств SOHO (Small Office Home Application). Вы наверняка возразите, что многие существующие проекты созданы на бытовых сканерах форматов А4 и А3. Обращаю ваше внимание на то, что в подобных проектах немаловажную роль сыграл человеческий фактор, а именно «дешевый» инженерно-технический персонал и начальный анализ «фактора времени». Если ваша организация имеет дело с непрерывным потоком сложных проектов, связанных с первоначальным вводом больших объемов графической информации и ее обработкой, альтернативы профессиональному оборудованию для вас пока нет.

Ввод информации с дизайнерских набросков и эскизов также возможен сканированием бумажных носителей или пленок. Это вполне сложившийся традиционный подход. Попробуем рассмотреть иное решение. Для выполнения эскизов или набросков было создано несколько рабочих мест с установленными на них графическими планшетами (дигитайзерами). Посредством стандартного программного обеспечения, поставляемого с планшетами, стала возможна интеграция этих устройств с AutoCAD. Все работы по преобразованию и редактированию информации с бумажных носителей теперь могут производиться непосредственно с использованием графических возможностей этой программы. Наиболее удобный инструмент для ввода этой информации — перо дигитайзера, имеющее вид «обычной» шариковой ручки. Обращаю ваше внимание на то, что при работе с пером каждому типу линий соответствуют определенные групповые и индивидуальные атрибуты, а также свое «персональное» перо. Для корректоров и проверяющих имеются перья со специальными атрибутами, и их пометки автоматически выполняются в нужных слоях. В отдельных случаях ввод информации может осуществляться в растровом режиме.

Ввод информации с пленок осуществлялся при помощи профессионального слайд-сканера высокого разрешения. Слайд-сканеры давно используются для домашнего пользования, но основные области их применения — это геоинформатика и полиграфия, в настоящее время список дополнили архитектура, строительство и другие области науки и техники.

Все профессиональные сканеры легко и удобно интегрируются в архивы электронных документов; это одно из основных отличий профессионального оборудования от бытового. Сканированный электронный документ может храниться не только как файл, но и как карточка в базе данных, а также как самостоятельный элемент базы данных. Последние два способа хранения графической информации становятся незаменимыми при большом объеме проектов, ведении цифровых архивов различных проектов, внесении изменений в проект, выполненный несколько лет назад.

Теперь мы имеем достаточно информации и можем перейти к следующему этапу. Обработанный методами цифровой фильтрации растр пригоден для неинтерактивной векторизации. Ее преимущество в данном случае заключается в том, что всю «черную» работу можно спокойно перенести на ночные часы работы вычислительных ресурсов вашего отдела или офиса. Известно много неинтерактивных и полуинтерактивных векторизаторов, например программное обеспечение фирмы GTX. Главным критерием выбора типа векторизации является качество входного растра. Именно качество входного растра влияет на возможность отказа от участия оператора в черновой работе по оцифровке полученных растровых файлов. Стоимость ночного машинного времени сопоставима со стоимостью электроэнергии, потребляемой оборудованием. Вполне справедливы возражения, что в этом случае надо будет потратиться на организацию системы бесперебойного питания, возможность удаленного администрирования этого комплекса, реализацию механизма регистрации событий. Для выполнения этих работ подойдет любой сложный комплекс компьютерного оборудования, рассчитанный на обработку больших объемов информации и имеющий эту функциональность в своем стандартном варианте.

Следующий этап — коррекция информации, полученной в процессе автоматической векторизации. Данный этап не представляет особого интереса и напрямую связан с квалификацией инженеров, работающих с программой векторизации, и операторского персонала организации.

Поэтому мы перейдем к более интересному этапу — организации сборок и визуализации объекта. Это один из решающих этапов данного проекта. Использование различных документов — первоисточников для получения векторных файлов, несущих информацию об объекте, ведет к необходимости применения механизма преобразования объектов в соответствии с заданным масштабом. Для этого выбираются опорные точки на различных объектах, для которых имелось перекрытие в файлах данных, полученных от различных исходных носителей. Процесс трансформации векторной информации не накладывает повышенные требования на вычислительные ресурсы. Отметим, что сложность алгоритма процесса трансформации сборок пропорциональна количеству объектов и их составляющих. Для случая использования геоинформационных или механических приложений время работы соответствующего программного обеспечения может составлять десятки и даже сотни минут. Именно поэтому необходим этап первоначального анализа сложности проекта и сопоставления сроков выполнения проекта с вычислительной мощностью эксплуатируемого комплекса оборудования.

После получения трехмерных файлов сборок необходимо провести тонирование. Этот этап технологического процесса введен для того, чтобы исключить вероятные ошибки, которые могли быть допущены в процессе векторизации и пропущены при контроле после организации файлов-сборок. Процесс проверки тонированных сборок желательно осуществлять на рабочих местах, где установлены профессиональные мониторы с как можно большей диагональю экранов. Это связано с тем, что процесс контроля объекта после визуализации является выходным контролем. Объем визуальной информации значителен, и при повышении плотности визуальной информации (вывод ее на мониторе с плохими эргономическими параметрами или малой диагональю) велика вероятность пропуска ошибки.

Предпоследний этап нашей работы — получение твердой копии объекта. Этот этап техпроцесса, имеющий столь необычное название, ординарен и заключается в выводе информации на плоттер. Механизм вывода может быть различен, но наиболее эффективным в данном случае будет организация сервера печати и механизма очередей. Механизм очередей поможет упростить удаленное администрирование сервера печати и справиться с повышенным расходом бумажных носителей, связанным с ошибочным выводом на печать. В проектных организациях, имеющих большой объем печатных работ, при использовании механизма очередей печати целесообразно применять плоттеры с непрерывной подачей чернил. Это связано с тем, что объем танков с чернилами значительно превышает объем картриджей; кроме того, существует возможность пополнения запаса чернил в процессе работы устройства. Последнее необходимо в первую очередь для корпоративных плоттеров в связи с тем, что пользователи часто не контролируют состояние устройства, а количество заданий, выполняемых с помощью данного устройства, может быть велико. Целесообразно также установить несколько «персональных» плоттеров среднего уровня на дизайнерские места. Это связано с тем, что на данных рабочих местах постоянно возникает необходимость получения оперативной твердой копии объекта в обход основного существующего техпроцесса вывода документации на печать.

И наконец, мы переходим к последнему, шестому этапу, то есть к рассмотрению процедуры размещения результатов работы на носителях информации и архивации рабочих материалов нашего проекта. Данный этап может быть осуществлен на сервере отдела или на выделенном рабочем месте, где установлены необходимые периферийные устройства. Это могут быть устройства записи компакт-дисков, устройства записи магнитооптических дисков и устройства записи DDS2..3 или DLT-магнитных лент. Для обеспечения безопасности хранения корпоративных данных и ограничения доступа на территорию расположения как самого сервера, так и хранилища данных целесообразнее иметь специально выделенное рабочее место.

Итак, эксперимент окончен, проект сдан, отдел готовится к работе над новым проектом — и все начинается сначала. Проведенный нами эксперимент показал, что для эффективного выполнения подобных работ необходимо учитывать следующее:

  • техника для «тонких» технологических операций должна быть профессиональной;
  • должны быть решены проблемы бесперебойного обеспечения энергией рабочих мест, предназначенных для непрерывной работы, проблемы удаленного администрирования комплекса, проблемы организации и управления потоками данных, проблемы регистрации системных событий;
  • фактор количества персонала не должен являться определяющим — квалифицированный малочисленный персонал при заранее заданном технологическом процессе и соответствующем аппаратном обеспечении способен решать очень сложные технические и технологические задачи «без оглядки» на фактор времени;
  • малочисленный и квалифицированный персонал гораздо мобильнее, чем многочисленный и малоквалифицированный, и может выполнять проекты для различных областей информационных технологий.

Если бы наш эксперимент действительно состоялся, в нем были бы задействованы cканер формата А0 Contex Magnum, сканер формата А3 — Epson 1640XL, слайд-сканер — Nicon LS2000, графические планшеты — Wacom, любые профессиональные мониторы большой диагонали — 21” и более, плоттеры Hewlett-Packard и Encad.

В заключение хотелось бы сказать, что похожие технологические процессы могут применяться в промышленном дизайне и конструировании, геоинформатике, системах прототипирования и др. Помимо этого необходимо отметить, что правильно сформированный и продуманный технологический процесс обработки и формирования информации не потеряет свою экономическую эффективность в течение длительного времени, что позволит вам сохранить немало средств и времени для организации других дел.

«САПР и графика» 2'2001