Волков С. Н. - Землеустройство. Том 6 - 2002

Воспроизведение на ПК видеоинформации становится теперь бо­ лее насущной задачей, чем работа с трехмерной графикой.

Технология обработки трехмерной графики. Процесс обработки трехмерной графики складывается из 4 этапов: расчета преобразо­ ваний (transfrom), освещения (lighting), геометрической обработки

(setup) и рендеринга (rendering).

На этапе расчета преобразований система выполняет математи­ ческие вычисления, результаты которых используются для визуа­ лизации преобразований (движений) объектов.

Параметры освещения определяют освещенность сцены и рас­ положенных на ней объектов (освещение —это геометрическое расположение источников света). Затем текстурным изображени­ ям назначаются координаты и объекты, которые представляются в виде множества треугольников и наборов координат вершин; пос­

ле этого полученные данные передаются для геометрической об­ работки.

Этап геометрической обработки —это процесс, в ходе которого координаты вершин, полученные на стадиях расчета преобразова­ ний и освещения, превращаются в форматы данных, используе­ мые при формировании пикселей.

Наконец, на этапе рендеринга генерируются и передаются в

буфер кадров пиксели необходимых цветов с учетом соответству­ ющей затененности.

Сглаживание и кинематические эффекты. Одна из главных целей разработчиков 3^-технологий — обеспечить сглаживание изобра­ жения в масштабах всей сцены с помощью аппаратных средств ус­ корения. Такое явление, как ступенчатость воспроизводимых про­ странственных объектов, возникает, когда устройство отображе­ ния получает больше информации об объекте, чем в состоянии обработать. В результате вдоль границ, разделяющих многоуголь­ ники разных цветов, появляются зазубрины, наклонные линии становятся ступенчатыми. При сглаживании соседние пиксели смешиваются, что позволяет создавать плавные переходы.

Еще одна методика, разработанная специалистами Silicon Graphics, состоит в использовании так называемых буферов на­ копления (accumulation buffers). Когда несколько буферов запол­ няются, графическая микросхема выполняет сопряжение их со­ держимого, что позволяет придать изображению лучший вид.

Недавно фирма 3dfx ввела метод T-Bufler, который заключается в полноэкранном сглаживании. Эта технология позволяет исполь­ зовать разнообразные кинематические эффекты, в том числе глу­ бины резкости (depth of field) и размытости движущегося изобра­ жения (motion blur).

Отображение рельефности поверхностей (bump mapping). Этот прием состоит в наложении на объект специальной текстуры (bump map), в результате чего его поверхность выглядит более реа­ листично. Существует несколько способов его реализации, в том

числе тиснение (emboss), рельефное отображение путем обработ­ ки точек (dot-product) и с помощью текстурных карт элементов сцены (environment-mapped bump mapping, EMBM).

Метод тиснения позволяет добиваться желаемой реалистично­ сти изображения путем смещения текстур и не требует значитель­ ных ресурсов.

ЕМВМ — одна из технологий проработки деталей, реализован­ ных в наборе расширений Direct X 6.0 и более поздних версий. При использовании этого метода поверхности, на которые свет падает под острым углом, отображаются корректно; кроме того, свет может быть полихроматическим.

Сжатие текстур. Повысить реалистичность отображения объек­ тов можно и по-иному — используя текстуры с более высоким разрешением. Для сжатия текстур используется технология S3TC, благодаря которой 32-битная текстура размером 1024 х 1024точек, для хранения которой обычно требуется 3 Мб памяти, умещается в

524 Кб.

Расчет преобразований и освещения. Недавно был запущен в производство разработанный фирмой nVidia модуль графической обработки GeForce. Рендеринг требует значительных вычисли­ тельных ресурсов, а пользователи хотят видеть реалистичные дета­

ли, а не имитации.

В рамках 3£>-графики есть только один путь решения этой за­ дачи: увеличить число многоугольников, из которых состоит изоб­ ражение. Но для того чтобы воспроизводить сцены с увеличенным числом многоугольников, нужно избавить центральный процес­ сор от обработки данных трехмерной графики. Эту задачу может выполнять акселератор — например новые микросхемы фирм nVidia и S3, позволяющие выполнять обработку T&L вычислений в 3 раза быстрее, чем процессор Pentium III с частотой 500 мГц. А если учесть, что наряду с обработкой графики у ЦП всегда есть и другая работа, его высвобождение позволяет увеличить число многоугольников в сцене примерно в 10 раз.

3 . Г Р А Ф И Ч Е С К И Е Р А Б О Ч И Е С Т А Н Ц И И

При комплектации рабочего места оператора САЗПР прежде всего возникает вопрос об аппаратных ресурсах графических стан­ ций. Современное программное обеспечение предъявляет к ним достаточно жесткие требования. Чтобы достичь максимальной производительности, необходим не только самый мощный на се­ годняшний день процессор, но и высокие характеристики еще це­ лого ряда подсистем. При работе с большинством САПР графи­ ческая станция производит три основных операции; рассмотрим

их по порядку.

1. Загрузка ядра и модулей системы. Все существующие САПР

(AutoCAD, archiCAD и др.) представляют собой структуры модулей, каждый из которых реализует ту или иную функцию. Чем больше модулей задействует пользователь, тем интенсивнее осуществля­ ется обмен данными между жестким диском, оперативной памя­ тью и процессором. Поэтому скорость работы станции напрямую зависит от пропускной способности системной шины.

2.Многократный пересчет геометрических изменений модели; время, требуемое для этих операций, зависит от размера модели, которая может занимать десятки и сотни мегабайт дискового про­ странства. При пересчете модель «заканчивается» в оперативную память и постепенно пересчитывается процессором; здесь произ­ водительность графической станции в основном зависит от мощ­ ности процессора.

3.Визуализация модели. Требование сегодняшнего дня —трех­ мерное представление модели в цвете и возможность манипулиро­ вания ею в режиме реального времени. Скорость этой работы в основном зависит от мощности графического ускорителя и про­

пускной способности шины, связывающей его с оперативной па­ мятью.

Если обобщить указанные требования, можно сказать, что для любой графической станции важен прежде всего выбор процессо­ ра, графической и дисковой подсистем, графической и системной шин.

Традиционно лидерами среди производителей рабочих станций считаются SUN, SGI и DEC. Вданное время (осень 2001 г.) это ма­ шины на базе Intel Pentium III, MIPS RISC процессоров, использу­ ющие операционные системы UNIX, Microsoft Windows NT/2000, Red Hat Linux. Их возможности определяются программным обес­ печением, разработанным для данных платформ. Цена таких гра­ фических станций всегда была довольно высока.

В качестве альтернативного варианта можно использовать обычные персональные компьютеры с одним или несколькими процессорами Pentium III и мощной графической подсистемой. Такие станции несколько проигрывают в вычислительной мощно­ сти и не всегда обеспечивают достаточную производительность для решения особо сложных графических задач, однако имеют ог­ ромное преимущество в числе доступных приложений (поскольку используют «массовые» операционные системы Windows 9х, Windows NT/2000). Кроме того, их отличает не только гораздо бо­ лее низкая цена, но и лучшее соотношение цена/производитель­ ность.

Среди множества графических подсистем можно выделить профессиональные графические ускорители ELSA, в том числе

ELSA GLoria-Synergy, GLoria-L, GLoria-L/MX, GLoria-XL, GLoria-XXL, предназначенные для систем трехмерного моделиро­ вания и визуализации. Графические процессоры, стоящие на пла­ тах ELSA, те же, что на продуктах других поставщиков, но по ре­

зультатам многочисленных тестов именно контроллеры ELSA оказались самыми быстрыми и надежными. Дело тут как в каче­ стве изготовления (графы плат производятся на заводах в Европе и имеют защищенное качество), так и в собственных схемотехни­ ческих решениях, широком спектре драйверов, утилит и инстру­ ментальных средств. В своих платах фирма использует специали­ зированный графический процессор серии Glint производства 3jD Labs. При выводе на экран трехмерной модели производится рас­ теризация — построение растрового изображения на основе ин­ формации о модели. Именно этот процесс нуждается в наиболь­ шей аппаратной поддержке. Кроме того, на графической плате должен быть геометрический процессор, манипулирующий трех­ мерными объектами. Необходимо обеспечить двойную буфериза­ цию видеопамяти для хранения информации о третьей координа­ те для каждой точки изображения (пикселе) Z-буфера и информа­ ции о текстурах. Увеличение информации о текстурах вызывает уменьшение видеопамяти, что снижает разрешение и глубину цве­ та, поэтому в моделях ELSA GLoria-L, ELSA GLoria-L/MX, ELSA GLoria-XL/XXL имеется раздельная видео- и 3£>-память. Необхо­ димое условие качественной визуализации — высокое разреше­ ние и поддержка режимов TrueColor/HighColor. Еще одна задача, которая была решена разработчиками фирмы ELSA, — сделать контроллеры GLoria пригодными для широкого круга приложе­ ний. Для этого контроллеры поддерживают интерфейс OpenGL, позволяющий эффективно работать с такими 319-системами, как

AutoCAD, Autodesk Inventor, Autodesk Mechanical Desktop, 3D Studio MAX/VIZ, и многими другими; имеется специальный HEIDIдрайвер лля работы с программами 3D Studio МАХ/ VIZ и AutoCAD

2000 .

Значительную долю обшей производительности графической станции составляет производительность дисковой подсистемы (комплекса, состоящего из контроллера жесткого диска, интер­ фейса и самого диска). На сегодняшний день в основном исполь­ зуются два типа интерфейса — SCSI (по-русски читается «скази») и UltraATA. Преимущества SCSI — гибкость, универсальность, каскадируемость, возможность подключения до восьми устройств (дополнительные винчестеры, CD-ROM, сканеры и т. д.), помехо­ устойчивость и самая высокая скорость передачи данных (до 1600 Мб/с). Однако из-за дороговизны самого интерфейса и соот­ ветствующих устройств его нужно применять исключительно в тех случаях, когда это действительно необходимо. Стандарт UltraATA обеспечивает меньшую скорость передачи данных (до 66 Мб/с) и нагрузку до 4 устройств, но зато гораздо дешевле. Что касается объема жесткого диска, то здесь критерий один —чем больше, тем лучше. Помимо графических модулей, которые требуют достаточ­ но большого объема дискового пространства, сами проекты трех­ мерных моделей порой занимают сотни мегабайт на винчестере.

Немаловажное значение имеет также объем оперативной памя­ ти. При работе с ЗЛ-графикой он должен быть достаточно боль­ шим (от 128 до 512 Мб), чтобы не снизить производительность всей системы. Хотя в современных операционных системах не­ хватка физической памяти компенсируется так называемой вирту­ альной памятью, которая автоматически выделяется на дисковом накопителе, операции переброски данных на жесткий диск и об­ ратно сильно снижают производительность всей системы.

4 . В В О Д Г Р А Ф И Ч Е С К О Й И Н Ф О Р М А Ц И И

При создании нового проекта часто возникает проблема ис­ пользования уже накопленной архивной документации. На сегод­ няшний день широко используются два основных способа ввода графической информации —ручной и автоматизированный.

Ручной ввод осуществляется при помощи дигитайзера (рис. 16) — устройства, напоминающего кульман. Это «электрон­ ная доска», имеющая стандартный формат (от А4 до АО), а вместо рейсшины с карандашом —устройство указания (курсор). После­ дний представляет собой небольшую панель с кнопками и визи­ ром, имеющим электромагнитную связь с полем дигитайзера. При помощи такого устройства можно как «скалывать» старые черте­ жи, так и создавать новые. Существуют различные типы дигитай­ зеров: с подсветкой рабочего поля, со стандартным полем, с про­

зрачным полем. Курсоры также имеют различные формы и выпус­ каются с 4, 16 и более кнопками.

Точность дигитайзеров колеблется от сотых до десятых долей миллиметра. Точная «сколка» может применяться при различных работах, в том числе в землеустроительной картографии. Принято считать, что основную погрешность при ручной оцифровке вно­ сит оператор (приблизигельно 0,5 мм). Эту погрешность пытаются

82

и

Рис. 17. Планшетные сканеры: а — HP 6300с (с автоподачей документов); б —HP -

6350 с (с автоподачей документов и слайд-адаптером 35 мм); в—то же с широко­ форматным слайд-адаптером

Автоматизированный ввод осуществляют при помоши сканера

(рис. 17—19).

Существует несколько типов сканеров —ручные, планшет­ ные, барабанные и протяжные. Ручные сканеры непригодны для профессиональной работы ввиду малой точности и низкой про­ изводительности. Планшетные сканеры небольшого формата (обычно от А4 до АЗ) используются для ввода в компьютер тек-

стовой (пояснительные записки и т. п.) и графической информа­ ции — небольших схем, фотографий, слайдов (при наличии слайд-адаптера). Планшетные сканеры большого формата при­ меняют в полиграфии высокого уровня; стоят они очень дорого (сотни тысяч долларов). Барабанные сканеры также используют­ ся в полиграфии, а также там, где требуется повышенная точ­ ность ввода (например, в картографии). Их главный недоста­ ток — большое время сканирования. Для ввода чертежной доку­ ментации сейчас все чаще используют протяжные сканеры; они имеют лучшее на сегодняшний день соотношение цена/произво­ дительность. Точность таких устройств вполне достаточна для многих приложений.

Сам принцип сканирования основан на преобразовании обыч­ ного изображения в растровую форму (то есть его представлении в виде большого числа точек). После сканирования для последую­ щей работы часто бывает необходимо растровую информацию преобразовать в векторную (набор линий). Для этого используют специальные программы — векторизаторы.

Основные характеристики сканеров —разрешение (оптическое

ипрограммное), точность, наличие адаптивного порога, типы вы­ ходных файлов. Для цветных сканеров важны также глубина цвета

идинамический диапазон.

Разрешение сканера показывает, каким количеством точек на дюйм (dot per inch, dpi) будет описываться изображение. Следует различать оптическое разрешение, определяемое качеством опти­ ки (считывающей камеры) сканера, и программное, которое пре­ вышает оптическое в 1,5—2 раза, что достигается путем добавле­ ния к «считанным» точкам дополнительных. Это позволяет полу­ чать сглаженные линии и плавные переходы при сканировании полутоновых изображений.

Точность сканера во многом определяется механизмом считы­

вания информации и измеряется в процентах от длины заданного отрезка.

Наличие адаптивного порога позволяет сканировать сильно загрязненные материалы, в том числе синьки, выделяя полезную информацию. Этим параметром обладают протяжные широко­ форматные сканеры компаний CONTEX и VIDAR. Так, сканеры серии FSC имеют формат АО, максимальную ширину бумаги 1016 мм (40"), максимальную ширину поля сканирования 914 мм (36"); длина не ограничена. Сканируется 24 бита RGB, 8/4 bit Paletted color. Простая цветовая калибровка осуществляется с по­ мощью стандартных таблиц ANSI IT8, допускается автоматичес­ кое или ручное построение цветовой палитры, встроенный модуль JetStream (кроме модели ЗОЮ) обеспечивает высококачественное копирование на цветной плоттер в процессе сканирования. Копи­ рующие сканеры имеют дополнительные возможности прямого копирования на плоттер (репрография).

Все современные модели сканеров имеют в комплекте постав­ ки очень развитое программное обеспечение, позволяющее полу­ чать выходные файлы самых различных растровых форматов — TIFF, PCX, JPEG, G IF и др. Их используют в зависимости от це­ левого назначения файла. Если нужно сохранять растровые изоб­ ражения с компрессией и практически без потери качества, лучше всего подходит формат T1FF.

Глубина цвета характеризует максимальное число оттенков, которое может передавать сканер. Единицей измерения здесь слу­ жит количество бит цветовой информации на точку растрового изображения; обычно это 24, 36 или 48 бит (глаз человека может воспринимать около 17 млн цветов, что соответствует глубине цвета 24 бит).

Динамический диапазон сканера определяет качество воспро­ изведения ярких элементов и различимость деталей в темных уча­ стках изображения.

При сравнении указанных способов оцифровки следует учиты­ вать, что хотя ввод с дигитайзера достаточно трудоемок и требует кропотливого труда квалифицированного специалиста, пока он не может быть полностью заменен автоматизированным. Основные достоинства ручной оцифровки:

получение выходной информации сразу в векторной форме, пригодной для использования в системах CAD. Объем получае­ мых файлов небольшой (порядка 2 Мб на лист формата АО), что существенно снижает требования к ресурсам компьютера и уде­ шевляет систему в целом;

максимально высокая точность оцифровки; возможность расслоения изображения по цветам (монохром­

ные сканеры этого не делают, цветные широкоформатные скане­ ры пока еще очень дороги);

возможность качественной оцифровки плохо сохранившихся или сильно загрязненных документов;

низкая стоимость дигитайзеров (по сравнению с широкофор­ матными сканерами), что делает их применение во многих случа­ ях экономически более эффективным (если объемы работ по оцифровке невелики).

Преимущества автоматизированной оцифровки (с помощью сканера):

возможность ввода самой сложной графической информации (слайды, фотографии и т. д.);

высокая скорость ввода информации, позволяющая работать с большими бумажными архивами (тысячами, десятками тысяч еди­ ниц хранения) в картографии, машиностроении, строительстве.

Необходимо учитывать, что технологический процесс автома­ тической оцифровки и последующей векторизации требует учас­ тия квалифицированных специалистов, обученных работе как на сканере, так и с векторизаторами, а также больших компьютерных

ресурсов (объем одного монохромного файла при оцифровке до­ кумента формата АО может достигать нескольких десятков мега­ байт, цветного — на порядок выше). При организации архива рас­

тровой документации встает задача хранения и оперативного дос­ тупа к электронным библиотекам, обший объем которых может достигать сотен гигабайт.

5 . Г Р А Ф И Ч Е С К И Е Ф О Р М А Т Ы

Фильтры, используемые в различных графических программах для экспорта и импорта файлов, столь же многочисленны, как и форматы файлов. Все они делятся на векторные и растровые. Сре­ ди представленных в табл. 2 форматов к векторным относятся DXF, WMF и EPS, остальные — растровые (формат EPS может со­ держать «вставки» растровой информации).

2. Основные графические форматы

Формат AI. Программа Corel Draw содержит фильтр, позволяю­ щий импортировать и экспортировать файлы в формате графи­ ческого редактора Adobe Illustrator. При сохранении изображений в формате А1 нужно в окне Export Adobe Illustrator использовать опцию Curves, содержащуюся в нижней части диалогового окна. Линии, заканчивающиеся стрелками, воспринимаются Adobe

Illustrator как состоящие из двух объектов — самой линии и стрелки.

Орнаменты в формате PostScript, которыми заполнены исход­ ные объекты, воспринимаются в Adobe Illustrator как серый фон; растрированная графика в формате Bitmap вообще не восприни­ мается фильтром экспорта.

Формат AI обычно используют при работе на компьютерах

Apple Macintosh.

Формат BMP. Этот формат — «родной» для операционной сис­ темы Windows. В этом формате, в частности, записываются кар­ тинки, используемые в качестве подложки экрана.

Формат DXF. С помощью фильтра DXF возможен обмен гра­ фическими файлами между Corel Draw и AutoCAD. Основную про­ блему при обмене данными и файлами между обеими программа­ ми представляют размер файла и единицы измерения исходного объекта. AutoCAD —значительно более мощный графический па­ кет, чем Corel Draw.

Максимальный размер объекта в Corel Draw — 760x760 мм. Поэтому при импорте изображения объекта, когда в единицах измерения AutoCAD задан, например, его диаметр 1 м, Corel Draw автоматически обрежет его до своего максимально возможного размера.

Формат EPS. Corel Draw позволяет производить обмен данны­ ми и в этом формате, опирающемся на специальный язык про­ граммирования PostScript, разработанный фирмой Adobe. Файлы в формате EPS позволяют сочетать текст и растрированную гра­ фику; их читают практически все программы, даже созданные под

Apple Macintosh.

Формат HPGL. Многие программы воспринимают информа­ цию в формате языка управления плоттерами HPGL. Прежде чем вывести изображение на плоттер, необходимо сохранить его в файле с расширением .pit.

Формат PCX — один из наиболее распространенных для рас­ трированной графики. С этим форматом работает, в частности, Corel Photo Paint, входящая в программный пакет фирмы Corel. За­ дав команду Export и определив в качестве выходного формата PCX, вы вызовете на экран диалоговое поле Bitmap Export.

В полях выбора Color и Greyscale задается тип изображения на выходе — цветной или с оттенками серого.

Формат TIFF — пожалуй, самый распространенный из растро­ вых форматов. Изначально был разработан для черно-белых ска­ нируемых изображений, в дальнейшем усовершенствован и впол­ не пригоден для цветных рисунков. Наиболее важным параметром при экспорте изображений в этот формат является степень разре­ шения, задаваемая в поле Resolution.

Чем выше степень разрешения — 300dpi, 600 dpi и т.д., тем меньше размер растровой точки и соответственно тем выше каче­ ство передачи изображения. Графические объекты, импортиро­ ванные в Corel Draw из формата TIFF, сохраняют свой формат и выводятся на экран как растровое изображение.

Формат WMF. Это специальный формат, разработанный фир­ мой Microsoft для обмена графическими векторными файлами в среде Windows.

Формат GIF обычно используется для передачи растровых изображений в сети Internet. Неплохо передает изображение, но допускает глубину цвета лишь в 8 бит.

Формат JPEG также предназначен в основном для Internet. В отличие от формата GIF сохраняет всю информацию о цвете, ис­

пользует очень мощный алгоритм сжатия, нередко позволяющий сократить объем файла в десятки раз без критического снижения видимого качества изображения.

6 . П Р О Г Р А М М Н Ы Е С Р Е Д С Т В А Д Л Я В Е К Т О Р И З А Ц И И И Г И Б Р И Д Н О Г О Р Е Д А К Т И Р О В А Н И Я С К А Н И Р О В А Н Н Ы Х

И З О Б Р А Ж Е Н И Й

При организации автоматизированных рабочих мест для реше­ ния проектно-конструкторских, картографических, геоинформациониых или землеустроительных задач практически любая фир­ ма сталкивается с проблемой использования в системе автомати­ зированного проектирования многолетних наработок, хранящих­ ся в виде бумажных, фотоили слайдовых архивов. При наличии сканера не составляет особого труда любой такой документ пере­ вести в электронный вид. В результате будет получен файл с опи­ санием изображения в одном из растровых форматов; постепенно можно создать электронную версию всего архива и в дальнейшем полностью перейти к системе электронного документооборота и хранения информации.

Для проектировщика или конструктора в первую очередь важ­ на возможность дальнейшей работы со сканированным изображе­ нием и использования его в новых проектах. Традиционные рас­ тровые редакторы, такие, как Corel Photo-Paint или Adobe Photoshop, совершенно не годятся для этих целей, ибо предназна­ чены для создания художественных изображений. Для работы с растровыми электронными копиями инженерно-технических, геоинформационных или картографических чертежных материа­ лов необходимы специализированные программы — векторизато­ ры и гибридные (растрово-векторные) редакторы.

Векторизаторы предназначены для преобразования сканиро­ ванных растровых изображений в векторные, после чего для рабо­ ты с ними можно использовать традиционные системы САПР, ГИС и картографии.

Гибридные редакторы позволяют (в случае необходимости) осу­ ществлять векторизацию, а также непосредственно редактировать растровые, векторные и гибридные чертежи. Заметим, что само понятие САПР или ГИС прежде всегда ассоциировалось с вектор­ ной графикой. С появлением гибридных редакторов фактически возникло новое понятие —растрово-векторных САПР и ГИС. Гибридные редакторы незаменимы в тех случаях, когда при редак­ тировании сканированного изображения необходима частичная векторизация или когда она вообще не требуется. Это очень важ­ но, поскольку любая векторизация требует значительных затрат времени для визуального контроля результатов и корректировки возникающих ошибок.

Названные программы могут функционировать как самостоя­ тельные системы или как надстройки (приложения) к проектным системам высокого уровня. В первом случае они используют соб­ ственный формат данных и включают весь необходимый набор инструментов для работы со сканированными изображениями. Результаты работы при необходимости могут экспортироваться для дальнейшего редактирования в системы САПР, ГИС и кар­ тографии. Такие гибридные редакторы в ряде случаев могут быть альтернативой традиционным проектным системам, хотя пока в плане возможностей векторного редактирования они значительно

слабее.

Программные надстройки к традиционным проектным систе­ мам, по сути, позволяют превратить их (например, AutoCAD) в мощный растрово-векторный редактор Тем самым пользователю становится доступным неизмеримо больший набор средств век­ торного редактирования.

Существуют как универсальные, так и узкоспециализирован­ ные программы векторизации и гибридного редактирования; да­ лее перечислены наиболее известные из них.

Vecrory 5.1. Система (разработка Consistent Software) автомати­ ческого преобразования полученных в результате сканирования растровых изображений (чертежей, схем, карт, планов и т. д.) и их фрагментов произвольной формы в векторные чертежи. Получен­ ные в результате векторизации данные можно экспортировать в та­ кие проектные системы, как AutoCAD, AutoCAD Map, Caddy и др., поддерживающие формат DXFВекторизатор универсального применения.

Spotlight Pro 3.1. Гибридный (растрово-векторный) редактор (разработка той же фирмы), предоставляющий все инструменты для работы с отсканированными документами практически любо­ го формата. Обеспечивает работу с растровыми и векторными объектами на одном чертеже; преобразование растрового изобра­ жения в векторные форматы САПР производится по мере необхо­ димости. Векторные объекты импортируются в программу и экс­ портируются из нее в файлы различных систем САПР, ГИС и кар­ тографии. Система универсального применения.

Spotlight3.1. Упрощенная версия пакета Spotlight Pro. Отсутству­ ют модуль автоматической векторизации и программа расслаива­ ния цветных изображений Color Image Processor.

RasterDesk Pro 3.2/2000. Гибридный редактор, представляет со­ бой версию Spotlight Pro, функционирующую в среде AutoCAD R14/ 2000(i) и AutoCAD Map R2, R3/2000(i).

RasterDesk 3.2/2000. Версия Spotlight, функционирующая в сре­ де AutoCAD R14/2000(0 и AutoCAD Map R2, R3/2000(i).

RasterDesk Pro LT 98/2000. Версия RasterDesk Pro, функциони­ рующая совместно с AutoCAD LT98/2000(i), поставляемая в комп­ лекте с этой программой.

RasterDesk LT 98/2000. Версия RasterDesk, функционирующая совместно с AutoCAD LT98/2000(i), поставляется в комплекте с ней.

Autodesk CAD Overlay 2000/2000L Эта система (разработка

Autodesk) предназначена для редактирования и векторизации ска­ нированных растровых изображений в среде AutoCAD 2000(i), AutoCAD Map 2000(i). Превращает указанные программы в мощ­ ный гибридный (растрово-векторный) редактор. Преобразование растрового изображения в векторный формат производится по мере необходимости.

Autodesk CAD Overlay R14.01. Предназначен для редактирования и векторизации сканированных растровых изображений в среде

AutoCAD R14, AutoCAD Map R2/R3. Используется как автономная надстройка к AutoCAD или интегрируется с пакетами Civil Siuyey Complete, Terrain Modeling Suite.

7. В Ы В О Д Г Р А Ф И Ч Е С К О Й И Н Ф О Р М А Ц И И

Результатом работы многих пакетов САПР является комплект конструкторской и технической документации, в которых различ­ ные графические материалы (чертежи, схемы, графики, диаграм­ мы и т. д.) составляют весьма значительную часть. Для вывода гра­ фической документации на твердые широкоформатные носители (бумагу, кальку, пленку) используют плоттеры. Обычные принте­ ры пригодны для печати только малоформатной документации (текстовые документы, небольшие чертежи, схемы формата А4, максимум АЗ).

По принципу построения изображения различают векторные (перьевые) и растровые плоттеры. В векторных плоттерах пишу­ щие элементы (напоминающие обыкновенные канцелярские руч­ ки, рапидографы, фломастеры) перемещаются относительно но­ сителя в заданном направлении и рисуют линии: прямые, окруж­ ности и т. д. В растровых плоттерах изображение формируется по­ строчно и последовательно (строка за строкой), при этом направление вывода изображения постоянно и неизменно (обыч­ ные принтеры также являются растровыми устройствами).

Из-за низкой производительности векторных плоттеров (их динамические характеристики достигли своего предела, и дальней­ шее улучшение вряд ли возможно) практически все известные фирмы прекратили их выпуск. Тем не менее этот тип плоттеров может потребоваться в высокоточных производствах (их точность выше, чем у растровых плоттеров) и там, где по ряду обстоятельств без них нельзя обойтись (например, в швейной промышленнос­ ти). Поэтому фирма MUTOH и некоторые другие продолжают производство перьевых плоттеров.

Не так давно на базе перьевых плоттеров были созданы устрой­

ства. в которых пишущий узел был заменен на режуший инстру­ мент, —так называемые «каттеры». Их используют при изготовле­ нии вывесок, указателей, дорожных знаков и т. п. Каттеры разли­ чаются по ширине обработки и типу используемого ножа, рабо­ тают с широким диапазоном самоклеящихся виниловых пленок на подложке толщиной от 0,05 до 1,2 мм. Характеристики каттеров близки к параметрам перьевых плоттеров, однако точность и скорость резки по сравнению с пером ниже и зависят от типа ис­ пользуемой пленки.

Среди растровых плоттеров (электростатических, лазерных, термовосковых и с использованием термопереноса) особо выделя­ ются устройства со струйной технологией печати. Такие плоттеры приближаются к принтерам, а по ряду характеристик и к полигра­ фическому оборудованию, что позволяет их применять не только в САПР, но и в рекламном деле, а также при производстве картог­ рафической продукции. У них наилучшие на сегодняшний день показатели по соотношению цена/производительность/качество, и этот разрыв с каждым днем увеличивается. Струйные плоттеры предоставляют новые возможности пля САПР, а при выводе чер­ тежей, карт и схем повышенной сложности, насыщенных цветны­ ми элементами, намного опережают перьевые.

Печатающая система этих устройств состоит из картриджей, заполненных чернилами (1 картридж в монохромных моделях, от 4 до 6 в цветных), и струйной головки. Последняя представляет собой матрицу из мельчайших сопел, через которые капельки чер­ нил «выстреливаются» на носитель. Существует два основных типа струйной печати: термопечать и пьезоэлектрическая. При термопечати используется нагревательный элемент в каждом со­ пле, который, разогревая чернила, образует пузырек пара, вытал­ кивающий их наружу. Для пьезоэлектрической печати использу­ ется пьезокристалл, который под воздействием электрического тока меняет свою форму, выбрасывая чернила на носитель. Недо­ статок первого способа печати — появление с основной каплей чернил ее мельчайших спутников, что не позволяет добиться вы­ сокого разрешения (максимум 720 dpi). При использовании вто­ рого способа печатающая головка «выстреливает» четко сформи­ рованными холодными капельками чернил, что позволяет достичь высококачественного изображения (до 1440 dpi). Последняя из описанных технологий является достаточно дорогостоящей и при­ меняется там, где необходимо показать много мельчайших эле­ ментов изображения. Кроме того, печать с высоким разрешением (больше 300 dpi) пока еще очень медленна (так, печать фотореали­ стичного изображения на струйном плоттере EPSON StylusColor 3000 формата А2 с разрешением 1440 dpi занимает приблизитель­ но 50 мин). При выводе на печать чертежей САПР увеличение разрешения сверх 300 dpi не приводит к видимым улучшениям ка­ чества печати. В рекламной индустрии при изготовлении плака­

тов, вывесок и т. п. повышение разрешения также не ведет к ощутимым результатам (с учетом того, что они рассматриваются, как правило, с расстояния не ближе 1 м). Поэтому оптимальным способом для струйной широкоформатной цветной печати на се­ годняшний день можно считать термопечать с разрешением

300 dpi.

Следует помнить, что для нормального качества печати необхо­ димо иметь на плоттере струйную систему с раздельными карт­ риджами (струйными головками) —только такие плоттеры спо­ собны обеспечить воспроизведение полноцветного изображения (например, серия плоттеров ENCAD NovaJet, CROMA, ОСЕ Graphics). Плоттеры с совмещенной струйной системой (такие, как ENCAD CadJet2) предназначены для выпуска чертежной до­ кументации и намного дешевле.

Большое влияние на скорость и себестоимость печати оказыва­ ет применение вместо одноразовых картриджей системы непре­ рывной подачи чернил В ней используются резервуары большой емкости (обычно по 500 мл для каждого цвета), краска из которых по гибким тонким трубкам поступает в струйную головку. Систе­ ма крепится снаружи или является встроенной (у плоттеров ENCAD NovaJet Pro). Удобство ее заключается в том, что если во время печати заканчиваются чернила какого-либо из четырех цве­ тов, можно, не останавливая печать, залить в резервуар новую порцию и тем самым избежать брака. Кроме того, затраты на чер­ нила снижаются примерно в 2—3 раза (за счет более низкой сто­ имости чернил и более экономного их расхода).

Чернила, используемые в струйной технологии, разделяются на два класса: стандартные и с защитой от ультрафиолета и влаги Первые не выдерживают воздействия окружающей среды и подле­ жат обязательному ламинированию. Их достоинства — более низ­ кая цена, яркость и насыщенность красок. Второй класс чернил отличает то, что в их составе вместо растворенного жидкого кра­ сителя применяются твердые красители в виде взвеси крошечных частиц в жидкой среде. Пигментные частицы выцветают медлен­ нее, чем обычные красители, кроме того, они достаточно устойчи­ вы к воздействию воды, поскольку не растворяются в ней.

Большинство современных плоттеров оснащены рулонной по­ дачей носителя. Без нее невозможна печать протяженных изобра­ жений, она также позволяет снизить эксплуатационные расходы и повысить производительность устройства. Не расходуется время на заправку листов бумаги, что особенно затруднительно в плотте­ рах с барабанной подачей носителя (например, во всех плоттерах компании Hewlett Packard). Автоматический нож выполняет об­ резку в нужном месте.

Другие параметры струйных плоттеров (объем памяти, нали­ чие различных систем команд, автоопределение форматов дан­ ных и т.д.) важны только при печати чертежей из пакетов САПР.

При выводе на печать полноцветных растровых изображений их значимость снижается из-за необходимости работать с растеризаторами (RIP). Чтобы уяснить это различие, рассмотрим основные способы вывода файла на печать.

Печать через стандартные векторные драйверы (наиболее рас­ пространенная технология работы) позволяет при выводе вектор­ ной графики легко получить требуемый цвет, используя встроен­ ную в плоттер стандартную цветовую палитру (обычно можно де­ лать выборку 16 цветов из 256). Ее недостатки:

при увеличении объемов файлов до уровня в несколько мега­ байт требуется расширение памяти плоттера;

по мере роста сложности графики очень быстро исчерпываются возможности встроенного в плоттер интерпретатора векторного языка по объему файла и по количеству векторов (расширение па­ мяти здесь уже не спасает);

нельзя печатать растрово-векторную графику (например, карту с растровой подложкой);

время подготовки файла к печати по мере роста объема файла быстро растет и может достигать 1—2 ч.

Печать через стандартные растровые драйверы дает возмож­ ность:

выводить файлы любого размера; печатать смешанную (растрово-векторную) графику. Недостатки:

практически невозможно получить правильную цветопереда­ чу — на экране монитора видны одни цвета, а на плоттере получа­ ются совсем другие;

время подготовки файла к печати по мере увеличения его объе­ ма быстро растет и может составлять несколько часов;

примитивное растрирование не позволяет получать хорошее заполнение полигонов;

нельзя достичь фотореалистического качества (не хватает глу­ бины цвета и четкости в мелких деталях).

Печать с использованием встроенного в плоттер интерпретато­ ра PostScript Level2 имеет следующие достоинства:

существенно выше качество печати по сравнению с работой че­ рез стандартные драйверы;

можно работать как с векторной, так и с растровой графикой. Недостатки:

требуется расширение памяти; имеются ограничения по объему обрабатываемого файла (даже

при максимальном расширении памяти); имеются ограничения по алгоритмам растеризации, причем их

невозможно модернизировать; отсутствует возможность работы с таблицами настройки цве­

тов; невозможна модернизация по скорости обработки.

Печать через программный R/P PostScript Level 2:

позволяет выводить файлы практически любой сложности, снимаются ограничения по их объему;

позволяет применять цветокалибровку для устранения искаже­ ний цветопередачи;

ускоряет процесс подготовки файлов на печать (иногда в не­ сколько раз), особенно если RIP содержит не эмулятор языка PostScript, а его истинную реализацию;

позволяет выполнять растяжку изображения без ограничения размеров, автоматически разбивая его на фрагменты, соответству­ ющие формату плоттера, с дальнейшей склейкой в единое целое; допускает растрово-векторное редактирование изображения, сочетая многие функции CorelDraw и PbotoShop (такие интегри­ рованные функции экономят время на экспортно-импортных

файловых операциях).

Таким образом, программные RIP становятся необходимым элементом плоттерных технологий, важным средством повыше­ ния производительности и качества работы плоттеров.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем заключается общая технология подготовки проекта для перевода его в

ГИС или САПР?

2.Перечислите основные технологии обработки трехмерной графики.

3.Что такое графическая станция? Какие основные операции она производит при работе с САПР?

4.Дайте определение растрового и векторного изображения.

5.Какие способы построения цифрового изображения вы знаете?

6.В чем состоят гибридные технологии?

7.Какие аппаратные средства служат для получения цифрового изображения?

8.В чем состоит процесс сканирования?

9.Какие графические файловые форматы вы знаете?

10.Какой графический формат позволяет добиться наибольшей степени сжа­ тия информации?

11Какие программные средства векторизации вы знаете?

12.Какие векторно-растровые редакторы могут использоваться в САПР?

13.Какие устройства обеспечивают вывод графической информации на бу­ мажные носители?

14.Перечислите основные типы графических устройств вывода.

15.Назовите основные марки устройств вывода.

16.В чем заключаются преимущества и недостатки различных методов вывода графических файлов на плоттер?

Глава VII

АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗЕМЛЕУСТРОИТЕЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ

•

1 . О Б Щ И Е П Р И Н Ц И П Ы

Разработка и внедрение автоматизированных технологий зем­ леустроительного проектирования в настоящее время становятся важнейшим средством решения непрерывно усложняющихся за­ дач землеустройства, выполнения существенно возросших объе­ мов проектно-изыскательских работ. Большой вклад в решение проблем автоматизации землеустройства внесли такие ученые, как А. Ю. Ашенбренер, Ю. J1. Бугаевский, В. В. Бугаевская, А. А. Вар­ ламов, С. Н. Волков, С. И. Ивасюк, В. А. Кудрявцев, Л. Ф. Лысен­ ко, В. А. Махт, Т. В. Папаскири, Н. М. Радчевский и др. Обзор исследований, выполненных в данной области, показывает, что уже достигнуты серьезные результаты по созданию программно­ го обеспечения, решен ряд вопросов, связанных с созданием

САЗПР.

Внедрение компьютерных технологий в практику землеустрои­ тельных работ предполагает автоматизацию не только получения, накопления и обработки экономической информации о земель­ ных ресурсах и процессах организации использования земель, но и перестройку технологии работы на основе использования ин­ формации, отражающей различные пространственные аспекты землепользования. Современные методические, программные и технические средства позволяют отказаться в этой сфере от мно­ гих рутинных процессов, улучшить качество выходных докумен­ тов, ликвидировать многие промежуточные звенья традиционных технологий, облегчить процесс использования графических мате­ риалов за счет их перевода в цифровую форму в процессе автома­

тизированного проектирования.

Решения по производству работ, составляющих содержание предпроектного этапа, принимаются на федеральном, областном или районном уровне, и они должны финансироваться за счет соответствующего бюджета. В то же время работы проектного этапа (разработка проектов межхозяйственного и внутрихозяй­ ственного землеустройства, рабочих проектов на отдельные зем­ леустроительные мероприятия) нужны прежде всего отдельным хозяйствам и их объединениям и соответственно могут финанси­ роваться этими субъектами. Основная сложность состоит в том, чтобы обеспечить качественные землеустроительные решения