Планшет — дело тонкое

Константин Евченко, Георгий Александров

Сначала давайте проведем небольшой тест. Попробуйте при помощи компьютерной мыши (неважно какой — оптической или оптико-механической) в любом растровом редакторе нарисовать «кистью» правильный круг. Не получилось? Сосредоточьтесь и попробуйте еще раз... Не расстраивайтесь! Причина неудачи, скорее всего, не в вашей мыши и не в вас самих. А теперь возьмите чистый лист бумаги и карандаш и попробуйте еще раз сделать то же самое. Видите, уже лучше! Скорее всего, причина заключается в том, что все мы с детства привыкли рисовать карандашом. Не исключено также, что карандашом удобнее рисовать и с эргономической точки зрения, но нас интересует только результат.

Теперь зададимся вопросом: как можно воплотить дизайнерские идеи в трехмерную геометрическую модель? Лучший путь — найти дизайнера, который смог бы сразу реализовывать свои идеи в 3D. Но таких людей очень мало, и большинство из них не умеет работать с высокоуровневыми САПР. Поверьте, что даже опытному дизайнеру крайне сложно создать с нуля прототип будущего изделия, например автомобиля. Большинство же начинает дизайн-разработку с плановых проекций, в лучшем случае — с изометрических видов. При этом, как правило, применяются карандаш и бумага. Дальше все идет по накатанному пути — эскиз сканируется и используется в качестве подложки в специализированной CAD-системе. При помощи специальных методов прикладной геометрии производится «обводка» эскизов с помощью сплайнов, на основе которых и строится NURBS-геометрия. Более продуктивный метод — деформация NURBS-поверхностей с использованием контрольных точек «под геометрию» эскиза. Метод применения эскизной подложки широко распространен — он реализован и в обычном AutoCAD, и высокоуровневой CATIA v5. В принципе, этот дизайнерский алгоритм уже достаточно хорошо отработан. Единственная возможность существенно его усовершенствовать — предложить дизайнеру вместо бумаги электронный графический планшет.

Признанным лидером в области производства электронных графических планшетов является компания WACOM Co Ltd, продукция которой составляет более половины мирового рынка планшетов. Напомним нашим читателям основные вехи становления этой компании.

Фирма WACOM Co Ltd была основана в Японии в 1983 году, а уже через год был выпущен первый коммерческий графический планшет с беспроводным пером. Изначально планшеты разрабатывались как альтернатива клавиатуре, поскольку японский язык насчитывает свыше 30 тыс. различных иероглифов. В начертании иероглифов важны правильные геометрические пропорции, что проще достигается на беспроводном устройстве. Быстро оценили удобство графических планшетов WACOM и пользователи САПР, привыкшие работать карандашом.

В 1987 году было создано чувствительное к нажиму беспроводное перо, работающее без элементов питания, а в 1988-м открылось Европейское представительство в г.Крефелде (Германия). Первый графический планшет, интегрированный с жидкокристаллическим дисплеем PL-100 V, поступил в продажу в 1989 году. В 1993-м WACOM выпустила первый многомодовый планшет, поддерживающий одновременную работу обеими руками; через год появился самый маленькой в мире планшет ArtPad с пером, чувствительным к силе нажатия, а вслед за ним — и чувствительное к нажатию перо с функцией «ластика». 1996 год ознаменовался созданием первого интегрированного с планшетом TFT-дисплея. 1997-й стал годом создания модуля PenTools, подключаемого к Adobe Photoshop и поддерживающего чувствительность к силе нажатия и к углу наклона пера. В 1999 году выпущен первый потребительский комплект Graphire, состоящий из чувствительного к силе нажатия пера и прецизионной беспроводной мыши. Большой (15-дюймовый) интегрированный с планшетом цветной TFT-дисплей PL 500 появился на рынке в 2000 году. Таким образом, всего за 15 лет работы WACOM продала свыше 2 млн. устройств.

Как видите, главная идея всех разработок компании — использование в качестве устройства ввода информации беспроводного пера. Перо внешне выглядит как обычная ручка, однако не содержит никаких батарей или магнитов, что делает его очень легким и удобным.

Ключевой элемент запатентованной WACOM технологии беспроводного пера — явление электромагнитного резонанса. Сетка проводов, расположенная в планшете, генерирует на радиочастоте слабое электромагнитное поле. Внутри кончика пера расположен обычный резонансный контур (состоящий из катушки индуктивности и конденсатора), который настроен на частоту электромагнитного поля. Резонансный контур в пере является источником электроэнергии для микропроцессора, а также используется в дальнейшем как передатчик сигнала. Полученный от планшета сигнал проходит модулятор и поступает в микропроцессор, который анализирует положение датчика давления и состояние кнопочных выключателей. После обработки данных микропроцессор посылает сигнал модулятору, который, в свою очередь, запитывает резонансный контур. Резонансный контур работает при этом как излучающая антенна. Сетка проводов в планшете, подобно трансформатору, принимает излучаемый пером сигнал. Полученный сигнал анализируется микропроцессором, в результате чего определяется положение пера относительно «сетки-приемника». На основе анализа диаграммы направленности излучения резонансного контура пера вычисляется также угол наклона пера. Излучаемый пером сигнал заключает в себе информацию о типе пера, силе нажатия и состоянии кнопок. Описанный цикл повторяется с периодичностью приблизительно 20 мкс. Несмотря на относительную теоретическую сложность, на практике все работает очень хорошо и быстро.

Достижимая точность позиционирования составляет ±0,15 мм (данные приводятся для топ-серии Intuos²), а разрешение равно 2540 линий на дюйм, что более чем в 4 (!) раза выше, нежели у оптической мыши! Поэтому разработчики не смогли удержаться от соблазна «изготовить по конверсии» прецизионное устройство указания в виде обычной мыши. При этом как перо, так и мышь обеспечивают абсолютное позиционирование — каждой точке рабочей поверхности планшета однозначно сопоставлена позиция курсора на мониторе. Угол наклона пера может быть до 60°, а чувствительность к наклону составляет ±2° (в пределах 0…40°). Максимальная скорость считывания — 200 точек в секунду. Перо распознает 1024 уровня нажатия.

Интересно отметить, что у планшета формата А4+ и А3 точность позиционирования составляет ±0,15 мм, тогда как с уменьшением размера до А4, А5 или А6 точность снижается до ±0,25 мм. По всей видимости, это связано с уменьшением количества элементов в сетке.

Планшет начинает «чувствовать» перо приблизительно в 10 мм от своей рабочей поверхности, то есть можно подкладывать под перо бумагу, пленку или плексиглас (неметаллы) и просто обводить изображение вручную. Важные свойства планшета — его высокая «помехоустойчивость» и абсолютная нечувствительность к нажатию посторонними предметами, в том числе рукой. Планшеты WACOM очень популярны у детей — они просто «рисуют ручкой», обращая внимание лишь на результаты своего труда. Кстати, компания WACOM реализует программу поддержки школьного образования (школам предоставляется существенная скидка), поэтому взрослые часто узнают о графических планшетах от своих детей.

Профессиональная серия планшетов Intuos² реализована до размеров 457x316 мм (формат A3) включительно. По заявлению представителей компании WACOM, планшеты больших размеров просто не пользуются спросом. Правда, существовала снятая с производства серия Wacom UltraPad, созданная специально для САПР и реализованная в формате А3+ и А2. Но похоже, что времена, когда планшеты использовались для «стекления» чертежей и карт, навсегда ушли в прошлое…

Все же, как говорилось в рекламном слогане, размер имеет значение. Поэтому пользователям САПР не стоит экономить на размере планшета. Рекомендуем нашим читателям использовать Intuos² А4+ или Intuos² А3.

Перьевое устройство ввода по интерфейсным возможностям может полностью заменить классическую двухкнопочную мышь — поддерживается одинарный и двойной клик, а также функция перетаскивания. В семействе Intuos² представлено восемь устройств ввода: пять «перьев» и три «мыши».

• Intuos² Grip Pen. Универсальное, эргономичное, чувствительное к нажатию перо с программируемым двухпозиционным переключателем и чувствительным к нажатию ластиком. Вес 17 г.

• Intuos² Airbrush. Цифровой «распылитель» краски с чувствительным к нажатию ластиком. Вес 24 г.

• Intuos² Classic Pen. Классическое, эргономичное, чувствительное к нажатию перо с чувствительным к нажатию ластиком. Вес 13 г.

• Intuos² Ink Pen. Перо с настоящими чернилами и с функцией электронного пера для планшета; позволяет рисовать на бумаге. Вес 13 г.

• Intuos² Stroke Pen. Перо с мягким чувствительным кончиком дает возможность рисовать с полной иллюзией использования кисти. Вес 13 г.

• Intuos² 2D Mouse. Трехкнопочная мышь с колесиком для прокрутки. Функциональный аналог Microsoft Intelli Mouse. Вес 103 г.

• Intuos² 4D Mouse. Эргономичная профессиональная пятикнопочная мышь со специально разработанным колесиком для прокрутки. Колесо-манипулятор имеет 1024 уровня позиционирования. Вес 107 г.

• Intuos² Lens Cursor. Пятикнопочная программируемая мышь с линзой-перекрестьем для работы в CAD/GIS-приложениях. Вес 75 г.

Планшеты серии Intuos² снабжаются последовательным интерфейсом RC-232C или универсальной шиной USB и соответствуют требованиям CE, FCC и ГОСТ. Планшет формата А3 весит порядка 3 кг.

Понятно, что рисовать на планшете, а видеть результат на мониторе, как минимум, неестественно. Так родилась идея поместить «сетку-приемник» за жидкокристаллическую панель LCD-монитора. Такие устройства уже доступны в розничной продаже. Сегодня WACOM является ключевым поставщиком компонентов для компьютеров серии Tablet PC, работающих под управлением новой ОС Microsoft Windows XP Tablet PC Edition. Кроме того, компания WACOM и сама предлагает LCD-мониторы, совмещенные с планшетом серии Cintiq (15 и 18 дюймов), которые позиционируются как «интерактивный дисплей с пером для ввода информации».

Использовать для CAD и GIS компьютер серии Tablet PC, на наш взгляд, нерационально. Монитор и планшет запросто прослужат несколько лет, за которые процессор, память и видеосистема безнадежно устареют. Поэтому получается гораздо более выгодно один раз приобрести Cintiq, а затем каждый год производить апгрейд железа.

Планшет Cintiq 18 SX основан на жидкокристаллической матрице с диагональю 18,1 дюйма с разрешением 1280x1024. Устройство имеет стандартные цифровой DVI-I- и аналоговый VGA-интерфейс и весит 9,7 кг. Яркость дисплея 210 кд/м2, контрастность изображения 300:1, а угол обзора составляет 160° по вертикали и горизонтали. Размер активной зоны планшета в точности соответствует видимой области изображения — 359x287 мм. Точность позиционирования составляет 0,50 мм при размере точки матрицы 0,28 мм. Разрешение планшета — 508 линий на дюйм, скорость считывания — 205 точек в секунду. Высота считывания положения пера не более 5 мм — здесь, видимо, сказалась толщина самой TFT-панели. Перо весом 12 г снабжено «ластиком» и двумя программируемыми кнопками. Распознается 512 уровней нажатия.

Вы не забыли, что при рисовании рукой иногда приходится поворачивать альбом? Благодаря уникальной подставке, Cintiq можно разместить на столе под любым углом, а не бегать вокруг стола самому.

В этом материале мы не упомянули об одной недокументированной, но крайне важной особенности графических планшетов: они позволяют дизайнеру работать с привязкой к существующему трехмерному пространству. Поясним это на реальном примере. При дизайне автомобиля очень важно, чтобы внешние формы позволяли разместить шасси, двигатель, людей и т.д. Другими словами, необходима увязка между внутренней конструктивно-силовой, объемно-весовой и внешней компоновкой кузова. Таким образом, используя планшет, дизайнер может работать с растровой подложкой, на которой изображено внешнее или внутреннее окружение изделия.

Подготовлено по материалам фирмы DIHOUSE (www.dihouse.ru) — официального дистрибьютора компании WACOM Co Ltd (www.wacom-europe.com).

«САПР и графика» 8'2003