Гравировка текстов в системе ГеММа-3D
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
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. 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. 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. 7. Гравировка коническим инструментом с переменной глубиной врезания (конгрев)
Рис. 8. Процесс разработки трафаретного шрифта на базе ГОСТ 50140-92
