11.2.Средства вывода информации.

Обобщенной функцией средств вывода информации является - преобразование закодированного изображения в его графическое представление, то есть выполнение визуализации, где - закодированное изображение; - графическое представление изображения на плоскости XY с атрибутами R (яркость, контрастность, цвет);  - преобразование.

Кодирование изображения. В практике систем отображения информации находит широкое распространение линейная и растровая формы описания. Для контурных изображений естественной формой является линейное (координатно - функциональное) описание.

Линейная форма описания. Используются два вида представления описания - символьное и двоичное. Символьная форма определяется используемым языком описания, заданным алфавитом, синтаксисом и семантикой. Двоичное описание является аппаратурно - зависимым и определяется используемыми в устройстве командами визуализации. Введение функциональных генераторов преследует две основные цели - сокращение избыточности описания и времени визуализации. Многообразие возможных технических решений может быть показано на примере реализации генератора векторов. В практике построения генераторов векторов широко используются два способа формирования векторов - с помощью координат начальной и конечной точек и путем определения проекций вектора на координатные оси (рис. 1). Первый сигнал является аналоговым (генерируется аналоговый сигнал, определяющий переход от точки с координатами Х₁ и Y₁ в точку с координатами Х₂ и Y₂), а второй - дискретный (на дискретной сетке генерируются точки, интерполирующие переход от Х₁, Y₁ к Х₂, Y₂). Линейные дискретные интерполяторы ранее использовались в цифровых дифференциальных анализаторах. Важное значение генераторов векторов в дисплеях отразилось в том, что координатно - функциональные дисплеи получили название векторных.

Рис. 19.

Задание координат положения элемента изображения на экране является первой функцией, реализованной при построении средств визуализации.

В большинстве случаев каждое графическое устройство имеет свой набор графических примитивов. Каждый примитив имеет командную часть (признак примитива) и его атрибуты. Задача перехода от одной системы примитивов (от одного устройства вывода) к другой имеет различную степень сложности как в постановке, так и в реализации. Например, переход от одной формы задания вектора к другой (рис. 19) реализуется достаточно просто, громоздкость программ, обеспечивающих переход, увеличивается при расширении функций устройства вывода, например, посредством включения программных генераторов окружностей, символов. Программные модули, обеспечивающие решение данной задачи, определяются как постпроцессоры, или как графические драйверы.

Растровая форма описания. Растровая форма описания предполагает, что траектория движения рисующего элемента (луча, головки) задана в виде растра, имеющего N строк и М отсчетов в строке. При формировании изображения производится управление уровнем яркости каждого элемента и, таким образом, изображение описывается в виде {_MN}, где  - уровень яркости. Требуемый объем памяти для хранения изображения при двоичном кодировании яркости элемента может быть вычислен с помощью произведения MN log₂. Время формирования одного элемента t_э определяется в виде , где время формирования изображения Т_р.

Рассмотрим запись в адресуемую память изображения, представленного на растровом поле размерностью M  N. Пусть начальный адрес А₀, а каждая точка кодируется с помощью Кбайт, тогда анализируя положение элемента а_ij, на поле, представленном на рис. 20, определен адрес элемента а_ij в памяти:

.

Рис. 20.

В таком виде описание изображения может быть приведено к адресному пространству памяти.

Ряд преобразований изображений может быть сведен к операциям преобразования адресного пространства. Перемещение элемента а_ij на два элемента влево сводится к перезаписи содержимого по адресу А(а_ij) в ячейку с адресом

.

Таким образом выполняется копирование изображения (без стирания) и перемещение изображения (со стиранием). Несложны также алгоритмы изменения масштаба, зеркального отображения и другие преобразования. В ряде случаев в качестве элемента изображения имеет смысл рассматривать не один, а группу соседних элементов, по терминологии GKS - пиксели, обладающих одинаковыми свойствами. При этом элементы пикселя имеют одинаковый цвет и яркость, из которых строятся сложные изображения.

Классификация средств вывода. Выделяются два больших класса устройств - средства документирования и отображения для оперативного взаимодействия. Первый класс формирует информацию на носителе, второй - оперативно отображает информацию, обеспечивает быструю, а в ряде случаев мгновенную смену информации, позволяет оперативно работать с информацией пользователям при решении прикладных задач. Эти средства определяются как дисплеи и выделяются два их основных типа - алфавитно - цифровые (обеспечивающие ввод, вывод, редактирование и преобразование алфавитно - цифровой информации) и графические (обеспечивающие те же функции с графической и алфавитно - цифровой информацией).

Выделяются три типа графических дисплеев: растровые; векторные; с запоминанием визуальной информации.

Практически все выпускаемые дисплеи строятся на основе электронно - лучевых трубок, принцип работы которых заключается в последовательном формировании изображения на экране (на люминофоре) сфокусированным потоком электронов (электронным лучом). На диаграмме классификации средств вывода информации исключение составляют лишь плазменные дисплеи. Эти дисплеи имеют матричную структуру и разрешающая способность их определяется толщиной шин и расстоянием между ними. При этом не удается получить высокую разрешающую способность.

Генераторы символов. Определим три типа используемых символов.

1. Знаки русского, латинского и других алфавитов.

2. Символы для различных областей применения, например изображения элементов схемы (аналоговых, цифровых) в проектировании, в электротехнике, условные обозначения в строительстве и машиностроении.

3. Символы и условные обозначения, которые пользователь создает в процессе работы с системой.

Первый тип символов используется в алфавитно - цифровых дисплеях, которые обеспечивают ввод и редактирование, формирование массивов и их преобразование. Следует отметить, что генераторы символов или знакогенераторы отличаются способами организации памяти, конфигурацией символов, технической реализацией памяти, способом выборки, описанием траектории.

Упрощенная структурная схема дисплейного процессора алфавитно - цифрового дисплея показана на рис. 3а. Одной из основных компонент генератора символов являются матрицы, в которых запоминается контур соответствующего символа или множество подсвеченных элементов матрицы, соответствующего конфигурации символа. На рис. 4а показан ряд матриц и примеры формирования символов. Основное распространение получили точечные и штриховые генераторы символов. Сигналы с выхода блока формирования конфигурации матрицы (ФМ) могут подаваться на входы РО «Х» и «Y» или УО «Х», «Y». В раннее используемых дисплеях в ряде случаев применялась дополнительная отклоняющая катушка для формирования символов. В дисплеях с телевизионным методом изображения в состав АЦД входит схема памяти строки, позволяющая выполнить последовательную построчную развертку с помощью растра, строки символов, как это показано на рис. 21б. В АЦД символы выводятся на установленные знакоместа. Для расширения возможностей АЦД и обеспечения вывода графической (квазиграфической) информации используют специальные схемотехнические решения, которые производят заполнение междустрочных и междубуквенных интервалов (рис. 22б).

Рис. 21.

Р ис. 22.

Растровые печатающие устройства. Выделяются растровые печатающие устройства вывода или матричные печатающие устройства, их классификация приведена на рис. 5.

Рис. 23

Более высокую точность (разрешающую способность, размер рабочего поля) удается получить при использовании графопостроителей.

Средства вывода на фотопленку. Прецизионный вывод изображения на фотопленку необходим для ряда областей применений, его простейшая схема показана на рис. 24 (система с бегущим лучом). Изображение формируется на экране специальной ЭЛТ с высокой разрешающей способностью 2, используется специальная прецизионная фокусирующая и отклоняющая системы 1. Изображение 3 с помощью оптической системы 4 проецируется на фотопленку 5. Усложнение данной системы связано с необходимостью устранения влияния неоднородности свечения люминофора, дисторсии, астигматизма, расфокусировки электронной и оптической фокусирующей систем, неоднородности чувствительной фотопленки. В этих условиях разрешающая способность составляет около 20 . . . 30л/мм.

Р ис. 24