5 - 2004

Гравировка текстов в системе ГеММа-3D

Сергей Комаров, Сергей Зарубин

Мы не раз уже знакомили читателей журнала «САПР и графика» с различными возможностями российской системы ГеММа-3D. Немало среди читателей и тех, кто знает о ней не понаслышке. В этой статье мы хотим рассказать о некоторых особенностях гравировки текстов, которые выгодно отличают систему ГеММа-3D от аналогичных программ. Но для начала сделаем небольшое отступление и рассмотрим различные типы ком­пью­терных шрифтов.

Все используемые в компьютерных системах шрифты можно разделить на три типа: растровые, векторные и контурные.

Рис. 1. Различные типы компьютерных шрифтов: а — растровые; б — векторные; в — символы, подвергнутые геометрическим преобразованиям; г — контурные

Рис. 1. Различные типы компьютерных шрифтов: а — растровые; б — векторные; в — символы, подвергнутые геометрическим преобразованиям; г — контурные

Растровые шрифты (рис. 1а) имеют фиксированный размер и используются в устройствах вывода, например для представления текста на экране монитора. Понятно, что они непригодны для гравировки. Символы в векторных шрифтах состоят из отрезков прямых и кривых (рис. 1б). Красными маркерами показаны точки их стыка. Символы легко масштабировать и выполнять над ними программно любые геометрические преобразования, а также менять толщину обводки (рис. 1в), поэтому они идеально подходят для гравировки. Контурные шрифты на первый взгляд ничем не отличаются от векторных (рис. 1г), поскольку символы в них также построены из отрезков прямых и кривых. Однако описание символа может состоять лишь из непрерывных контуров, образующих замкнутые области. Символ формируется программным закрашиванием этих замкнутых областей. Применительно к гравировке это означает выборку или обводку контура. Каким же шрифтам отдать предпочтение? Наиболее простым решением является использование уже готовых шрифтов. Рассмотрим некоторые из них, используемые в операционных системах семейства Windows.

Шрифты формата FON входят в состав любой версии Windows. Они могут быть растровыми и векторными. Формат является открытым. Эти шрифты несложно обрабатывать; кроме того, легко создавать свои шрифты в этом формате. Однако шрифты формата FON имеют один существенный недостаток — в описании символа можно использовать только отрезки прямых. Никаких кривых линий! Понятно, что для гравировки это не подходит.

Более удачным является формат SHX, разработанный фирмой Autodesk. Эти шрифты поставляются с программой AutoCAD. Существует также огромное количество SHX-шрифтов сторонних разработчиков. Например, извест­ная российская фирма «Топ Системы» вместе с системой T-Flex CAD поставляет шрифты формата SHX собственной разработки, в том числе и для гравировки. SHX-формат позволяет использовать в описании символа отрезки прямых и дуг. Однако высота модульной сетки шрифта не может превышать 127 единиц, а координаты узловых точек записываются в виде целых чисел, что, безусловно, налагает ограничения на точность описания контура, тогда как для стандартных гравировальных шрифтов точность представления символа является весьма важной. Кроме того, в шрифтах формата SHX отсутствует таблица кернинга, вследствие чего формально этот формат является закрытым.

Собственный формат векторных гравировальных шрифтов GRV использовался в широко известной российской системе КОМПАС-ЧПУ (разработчик АО АСКОН). В GRV-шрифтах контур также строится из дуг и отрезков прямых, причем точность описания символа весьма высока за счет использования координат с плавающей точкой. Таблица кернинга отсутствует. Кроме того, ассортимент этих шрифтов беден, а внутренний формат не оптимален, поэтому размер шрифтового файла достаточно велик.

Наиболее подходящими для гравировки, казалось бы, являются шрифты формата True Type (TTF) и PostScript (PFB), которые широко используются в издательском деле и дизайне. У этих шрифтов есть все необходимые свойства: и высокая точность представления контура, и гладкость кривых линий, и таблица кернинга, и огромный ассортимент профессионально спроектированных гарнитур. За исключением одного — возможности быть векторными (или скелетными, как мы их назвали в системе ГеММа). Оба типа шрифтов были изначально задуманы как контурные, поэтому они в принципе не могут содержать незамкнутые линии. Для гравировки надписи таким шрифтом необходимо обеспечить выборку контуров, а это достаточно медленная процедура. Еще один недостаток таких шрифтов заключается в том, что кривые линии описаны не дугами, а сплайнами: PFB-шрифты используют кривые Безье третьего порядка, а TTF-шрифты — квадратичные B-сплайны. Чтобы подать на гравировальный станок обычные команды перемещения по криволинейной траектории, сплайны необходимо аппроксимировать последовательностью дуг. Такая аппроксимация увеличивает как время подготовки программы для ЧПУ, так и срок ее выполнения. Впрочем, в некоторых случаях кривые Безье дают более гладкий контур, чем дуги, так что их не следует сбрасывать со счетов.

Исходя из проведенного анализа разработчики системы приняли очевидное в данной ситуации решение — создать собственный формат шрифта, сочетающий преимущества векторных и контурных шрифтов и свободный от указанных недостатков. В результате была разработана спецификация шрифта GSH. Этот формат имеет следующие особенности:

• символ может быть и контурным, и векторным (скелетным);

• для описания кривых можно использовать как отрезки прямых и дуги окружностей, так и кривые Безье;

• шрифт может содержать таблицу кернинга;

• благодаря компактному внутреннему формату шрифтовой файл имеет небольшой размер;

• начиная с версии 9.0 в ком­плект поставки модуля гравировки входит редактор GSH-шрифтов.

В поставку ГеММа-3D входит более 120 шрифтов формата GSH, причем их ассортимент от версии к версии обновляется и расширяется. Около 30 шрифтов являются векторными (скелетными), остальные — контурными. ГеММа-3D также позволяет использовать любые контурные шрифты True Type, инсталлированные в системе. Но наиболее удобными для гравировки являются именно скелетные шрифты. Среди них есть стандартные гравировальные шрифты по ГОСТ 2930-62, ГОСТ 26.008-85 и ГОСТ 50140-92, включающие греческие буквы и спецсимволы (рис. 2), а также типографские и декоративные шрифты (рис. 3).

Рис. 2. Скелетные гравировальные шрифты

Рис. 2. Скелетные гравировальные шрифты

Рис. 3. Некоторые шрифты для декоративной гравировки

Рис. 3. Некоторые шрифты для декоративной гравировки

Очевидные преимущества скелетных шрифтов таковы:

• подготовка программы и процесс гравировки выполняются очень быстро, поскольку само начертание символа и есть траектория инструмента (рис. 4);

• геометрия символов спроектирована таким образом, чтобы оптимизировать ходы инструмента;

• гравировальные шрифты по­строены в точном соответствии со стандартом;

• стандартную толщину обводки можно задавать в самом шрифте, благодаря чему выбор инструмента и глубина врезания задаются автоматически;

• любой скелетный шрифт можно легко превратить в трафаретный с помощью масок (рис. 5).

Рис. 4. Гравировка  линейки скелетным шрифтом ГОСТ 50140-92

Рис. 4. Гравировка линейки скелетным шрифтом ГОСТ 50140-92

Рис. 5. Трафаретный шрифт получен из надписи с помощью масок

Рис. 5. Трафаретный шрифт получен из надписи с помощью масок

Мы уже упоминали, что для гравировки можно использовать и контурные шрифты. В этом случае шрифтовые символы обрабатываются как обычные контуры. На рис. 6а показан результат обработки, на рис. 6б — траектория инструмента при выборке эквидистантой, а на рис. 6в — штриховкой.

Кроме обработки контурных шрифтов выборкой, в системе ГеММа имеется еще одна интересная возможность — конгрев (рис. 7). Это особый вид гравировки коническим инструментом, при которой переменная толщина штриха получается за счет разной глубины врезания.

Разумеется, конгрев можно использовать и при гравировании других декоративных элементов, например розеток и орнаментов. Но особенно он подходит для декоративных шрифтов со штрихами переменной толщины.

Учитывая стремление пользователей создавать собственные и дорабатывать существующие шрифты, в состав поставки включен редактор шрифтов (рис. 8). С его помощью можно извлечь символ из шрифта, изменить и вставить его в этот же или в другой шрифт, изменить таблицу кернинга, проконтролировать движение инструмента по элементам.

Мы надеемся, что новые разработки НТЦ «ГеММа» окажутся очень полезными для отечественных предприятий и для всех любителей гравировки.

Рис. 6. Гравировка контурным шрифтом с выборкой контуров

Рис. 6. Гравировка контурным шрифтом с выборкой контуров

Рис. 7. Гравировка коническим инструментом с переменной глубиной врезания (конгрев)

Рис. 7. Гравировка коническим инструментом с переменной глубиной врезания (конгрев)

Рис. 8. Процесс разработки трафаретного шрифта на базе ГОСТ 50140-92

Рис. 8. Процесс разработки трафаретного шрифта на базе ГОСТ 50140-92

«САПР и графика» 5'2004