книги из ГПНТБ / Оперативные графические системы в автоматизации проектирования

Устройства ввода информации в ОГС

Рис. 2.1. Схема классификации устройств диалогового ввода информации

ность использования одной и той же ФК при решении различного класса задач. Для придания большей опера­ тивности при взаимодействии человека с машиной ФК могут содержать индикаторные лампочки, вмонтирован­ ные под каждой кнопкой. При этом подсветка индика­ торов от управляющей программы определяет активные в данный момент кнопки, в ответ на нажатие которых будут произведены соответствующие действия. Такая визуальная обратная связь значительно уменьшает ко­ личество ошибок при вводе, устраняет трудности при поиске нужных кнопок в случае большого их числа, по­ вышает эффективность связи человека с системой.

Применяемые в ОГС УВГИ по принципу выделения вводимого элемента можно разделить на два основных типа: с вводом по методу временного совпадения; с вво­ дом по методу измерения координат.

К устройствам первого типа относятся широко ис­ пользуемые в настоящее время световое и лучевое перья [7—9]. Принцип действия этих устройств аналогичен и заключается в генерации импульса в момент совмещения чувствительного органа пера с участком элемента изоб­ ражения на экране. Этот импульс вырабатывается за счет воздействия света, излучаемого участком изображе­ ния на фотопрнемник в световом пере, или за счет элек­ трической связи между лучевым пером и пучком элек­ тронов луча у экрана ЭЛТ. Так как каждая линия, точ­ ка, символ вычерчиваются на экране последовательно, можно выделить код, идентифицирующий данный эле­ мент, и передать его в процессор для обработки. При этом для надежного определения элемента необходимо добиться получения от пера импульса с большой кру­ тизной переднего фронта. Для достижения этого приме­ няют быстродействующие схемы на выходе пера, а в случае светового пера необходимо использование люми­ нофора с коротким временем послесвечения. Разрешаю­ щая способность этих устройств невысока, ширина их «поля зрения» составляет несколько миллиметров.

Данный тип устройств удобен для оперативного ука­ зания элементов изображения. Однако для задания ко­ ординат произвольной точки экрана, не содержащей изо­ бражения, использование таких устройств затруднитель­ но. Для этой цели может быть применен метод слежения или растровый метод. При первом методе на экране ЭЛТ

31

отображается специальный символ, координаты поло­ жения которого известны и в процессе слежения посто­ янно корректируются таким образом, чтобы символ был всегда в «поле зрения» пера. При этом, следуя за свето­ вым пером, символ оставляет видимое изображение, по­ вторяющее траекторию движения пера. Такой режим яв­ ляется удобным при вычерчивании на экране эскизов, проведении кривых и т. д.

диться с большей частотой, чем регенерация изображе­ ния (60—100 гц), чтобы не произошел «отрыв» символа от пера в случае быстрого движения последнего. Если это случилось, новое положение пера может быть найдено с помощью генерации спиральной или растровой разверт­ ки (рис. 2.2). При втором методе прикосновение пера, на конце которого вмонтирована микрокнопка, к экрану вы­ зывает генерирование точечного растра для того, чтобы на каждом участке экрана имелось световое пятно. Коор­ динаты этого пятна определяют координаты идентифи­ цируемой точки в момент совмещения пера со световой

точкой.

Рассмотренные методы слежения за световым пером при их программной реализации вызывают значитель­ ную загрузку центрального или графического процессо­ ра. В некоторых системах в этом случае появляются мелькания изображения.

Применение такого тцпа устройств в случае исполь­ зования индикаторного устройства на ЗЭЛТ невозмож­ но, так как отсутствие периодического воспроизведения

32

изображения исключает использование метода времен­ ного совпадения.

Приведенные недостатки могут быть устранены при использовании УВГИ, основанных на методе измерения координат. При вводе оператор вручную совмещает счи­ тывающий элемент с контуром вводимого изображения, а измерение координат указанной точки осуществляется автоматически.

УВГИ этого типа можно разделить на две группы. К первой группе отнесем электронные устройства, в которых отсутствует жесткая механическая связь считы­ вающего и кодирующего элементов. Такие устройства обычно выполняются в виде планшета и позволяют вво­ дить изображение с носителя информации, причем в ре­ жиме оперативного взаимодействия вводимая информа­ ция отображается на индикаторном устройстве. Для це­ лей указания отдельных элементов изображения используется световой маркер в виде точки, креста или квадрата, перемещение которого по экрану задается дви­

жением считывающего элемента по планшету.

В зависимости от методов преобразования устройства подразделяются на планшеты с аналоговым съемом ко­ ординат, с цифровым съемом координат, с преобразова­ нием координат во временной интервал.

К устройствам с аналоговым выходным сигналом от­ носятся планшеты, основу которых составляет резистив­ ный двухкоординатный потенциометр и проводящее кон­ тактное перо. Координаты вводимых точек определяют­ ся величиной напряжения, снимаемого считывающим элементом с поверхности планшета. В зависимости от ро­

устройства — на переменном токе с частотным разделе­ нием каналов [11, 12].

При выполнении планшета в виде прозрачной плас­ тины такие устройства могут использоваться для опера­ тивного указания элементов изображения и ввода гра­

преобразованные в цифровые значения координаты X и У указанной точки изображения [13]. Однако выделение элемента по координатам принадлежащей ему точки в случае большого объема отображаемой информации мо­ жет оказаться длительным, так как требует специальной обработки всего массива команд отображения и может повлечь за собой дополнительную загрузку процессора.

Устройства такого типа применяются н с индикатор­ ными устройствами, использующими обычные ЭЛТ. Одно из таких устройств получило название «псевдосветового» пера [14]. С помощью аналогового компаратора осущест­ вляется сравнение выходного напряжения устройства ввода п входного напряжения усилителей отклоняющей системы. В момент совмещения контактного пера с ото­ бражаемым элементом при достижении равенства ве­ личии напряжений компаратор генерирует импульс, вре­ менное положение которого определяет идентифицируе­ мый элемент.

Размеры «окна», задаваемого при сравнении, а следо­ вательно, п разрешающая способность псевдосветового пера могут изменяться, создавая дополнительные удобст­ ва при работе с изображением, отличающимся по плот­ ности информации.

Аппаратурное сравнение, применяемое при этом, хотя и требует увеличения оборудования, в данном случае яв­ ляется оправданным, так как ведет к снижению загрузки процессора и в конечном счете к уменьшению времени ре­ акции системы.

Таким образом, принцип действия этого устройства основан как на методе временного совпадения, так и иа методе измерения координат, объединяя достоинства обо­ их методов.

В целом устройства с аналоговым выходом обладают невысокой точностью (1—5%), низкой разрешающей спо­ собностью, а наличие открытой токопроводящей поверх­ ности вызывает дополнительные неудобства при работе с ними.

В настоящее время широкое применение находят устройства ввода с цифровым съемом координат. Возмож­ ность получения цифровых значений координат X и У позволяет достаточно просто включать эти устройства в состав системы и организовать сопряжение их с вычис­ лительным комплексом.

34

Простейшим из устройств подобного типа является планшет с кодирующими элементами, чувствительными к давлению. Устройство конструктивно выполнено в виде планшета с двумя взаимно перпендикулярными система­ ми шин, расположенных друг над другом п залитых плас­ тичным материалом. При вводе на планшет кладут лист бумаги и пишут обычной ручкой. В результате давления пера на бумагу одна из шин верхней системы вступает в контакт с одной из шин нижней системы. Кратковремен­ ное замыкание двух шин позволяет установить местопо­ ложение пера.

Достоинством этого устройства, использующего галь­ ваническую связь, является простота и возможность при­ менения обычного карандаша или ручки. К недостаткам можно отнести сравнительно быструю изнашиваемость пишущей поверхности планшета, а также невысокую раз­ решающую способность.

К устройствам с цифровым съемом координат относят­ ся и планшеты, использующие индуктивную связь между кодирующей поверхностью планшета и пером. Основу этих устройств составляют две взаимно перпендикуляр­ ные системы обмоток, уложенных таким образом, чтобы на выходе устройства получать значения координат либо в двоичном коде, либо в коде Грея [15—17]. Возбудите­ лем электромагнитного поля может являться пли само перо, пли система обмоток, расположенная под рабочей поверхностью планшета.

К преимуществам таких планшетов следует отмести их высокую разрешающую способность (до 0,25 мм), боль­ шую точность ввода, удобства при работе с ними.

Создание подобного типа устройств с размерами план­ шета более 400X400 мм и высокой разрешающей способ­ ностью по всему полю ввода связано с большими техно­ логическими трудностями при изготовлении кодируемой поверхности. Эти трудности устраняются в устройствах с преобразованием координат во временной интервал. Их действие основано на измерении времени пробега про­ дольной волны в твердой или газообразной среде. Извест­ ны устройства, использующие измерения времени распро­ странения звуковой волны в естественной воздушной сре­ де [18, 19]. При касании пером носителя расположенный в пере разрядник генерирует искру, создавая тем самым звуковую волну. На границах планшета по обеим осям.

установлены чувствительные микрофоны, фиксирующие с высокой точностью момент прихода волны. Временной ин­ тервал от момента появления искры до момента достиже­ ния волной приемников преобразуется в цифровой код, пропорциональный измеряемой координате.

Введение микрофонов по третьей координате позволя­ ет создать на этом же принципе устройство для ввода ко­ ординат трехмерного изображения.

К достоинствам устройств этого типа следует отнести возможность получения планшетов большого размера (до 1X1 лг), большую точность и достаточно хорошую разре­ шающую способность (0,1 мм). К недостаткам можно от­ нести большую чувствительность к внешним условиям (температура, влажность), нестабильность, а также шум в работе.

Ко второй группе устройств, работающих на методе измерения координат, отнесем электромеханические УВГИ. Принцип действия этих устройств основан на ис­ пользовании движущихся кареток, пантографов, фрикци­ онных передач, кулачковых механизмов и т. д., связанных ■с кодирующими элементами. В качестве кодирующих элеiMeiiTOB могут применяться всевозможные датчики, фикси­ рующие линейное или круговое перемещение (потенцио­ метры, фотоэлектрические, индуктивные или емкостные преобразователи).

Электромеханические УВГИ можно разделить на два типа: УВГИ с вводом изображения с носителя информа­ ции; УВГИ, управляющие положением светового маркера на экране индикаторного устройства (кшопельные меха­ низмы) .

Устройства первого типа представляют собой планшет, конструктивно выполненный в виде обычного чертежного прибора (кульмана) с кареткой, движущейся по оси У, и траверсой, движущейся по осп X, связанными с кодирую­ щими элементами. Устройства, использующие в качестве датчиков положения линейные или многоразрядные (8— 11 разрядов) угловые цифровые кодирующие элементы, позволяют достичь большой точности, получить разре­ шающую способность до 0,0125 мм на рабочем поле с размерами до 4 м и скоростью ввода до 800 мм/сек

[ 20, 21].

Недостатком этих устройств является наличие меха­ нической связи считывающего и кодирующего элементов,

36

что не позволяет оператору производить подвод и совме­ щение визирной сетки с точками кодируемого изображе­ ния так же легко, как это достигается в планшетах с пе­

ром.

Устройства второго типа, электрически связанные с индикаторным устройством, позволяют перемещать по экрану световой маркер, задавая его координаты. Про­ цесс ввода информации с экрана с помощью таких устройств осуществляется медленнее, чем световым пе­ ром, но они обладают большей точностью. В случае ис­ пользования двух скоростей — высокой для больших перемещений и низкой для точной установки — ео зм о ж н о сравнительно быстрое и точное совмещение маркера с требуемой точкой на экране. При нажатии кнопки значе­ ния координат X, У маркера передаются в процессор для цоследующей обработки.

Рассмотрим некоторые наиболее часто применяемые в ОГС устройства подобного типа.

Устройство выполнено в виде вращающегося шара, к которому с помощью фрикционной передачи присоединя­ ются потенциометры или датчики угол-код, измеряющие углы поворота шара вокруг двух взаимно перпендику­ лярных осей [5]. Применение фрикционной передачи, до­ пускающей некоторое проскальзывание, а также не со­ всем удобное для оператора вращение самого шара при­ водят к увеличению времени точного подвода маркера к нужной точке.

Другое подобное устройство под названием «мышь» представляет собой небольшую коробку, которую опера- ;тор перемещает по гладкой поверхности в любом направ­ лении [22]. Между коробкой и поверхностью катаются два перпендикулярно расположенных колеса, механичес­ ки связанных с датчиками угол-код. Поэтому любое пере­

мещение коробки вызывает пропорциональное перемеще­ ние маркера на экране. Это устройство имеет тот же

недостаток, что и шаровое, — проскальзывания колес при движении их по гладкой поверхности.

Широкое применение находит устройство, выполнен­ ное в виде ручки управления [23]. Устройство представ­ ляет собой рычаг, имеющий ограниченное перемещение в пределах конуса в любом направлении. Непосредственно на его оси закрепляются датчики, показывающие величи­ ну и направление перемещения. В зависимости от спосо-

37