104 Глава 3. Техническое и программное обеспечение ГИС

3.3. Характеристика технических средств ГИС

Основой ГИС как программно-вычислительных комплексов служат персональные компьютеры ( П К ) (в преобладающем большинстве систем) или мощные рабочие станции. В системах, базирующихся на ПК, используются микропроцессоры марки Intel Pentium различных модификаций по быстродействию; объемы оперативной памяти (RAM) колеблются от 256 Мб (минимум) до 1 гигабайта (Гб); объем дисковой памяти (Hard Disk) измеряется в гигабайтах. Для хранения данных используют также внешние магнитные носители информации разного типа: компакт-диски (CD), флеш-диски и др.

Не менее важны характеристики мониторов, или дисплеев: для работы с картами и снимками пригодными считаются дисплеи с размером экрана от 17 дюймов и выше, высокоскоростным адаптером и видеопамятью от 16 Мб.

Графические периферийные устройства обеспечивают графический ввод (цифрование) и вывод карт, диаграмм и схем.

Для цифрования, обеспечивающего перевод р а з л и ч н ы х пространственных данных в цифровой формат, необходимы специальные технические средства. Они позволяют ввести данные:

•путем прямого перевода из других цифровых источников.

Устройства ввода графической информации. В качестве

технических средств ввода цифровой информации используются: дигитайзеры — устройства для ручного цифрования методом обводки специальным курсором графических элементов карт или других бумажных источников информации; сканеры — устройства автоматического построчного считывания информации по ячейкам

регулярной сетки. В первом случае получается векторное изображение — набор пар координат (X, У) и параметр для идентификации разных элементов (объектов), во втором — растровое изображение, характеризующееся числом строк и столбцов образующейся сетки (матрицы) и значением элемента изображения (пиксела), содержащего, как правило, код цвета графического изображения.

Дигитайзеры состоят из электронного графического планшета и индикатора. В качестве индикатора используется курсор (обычно пластинка с маркой на ней). Карта, фотография или другой документ помещаются на плоскую поверхность графического планшета.

Современные планшеты имеют вмонтированную сеть проводов для создания магнитного поля, которое улавливает курсор. Эта сеть определяет систему координат дигитайзера. Положение индикатора при его движении по поверхности планшета определяется компьютером и переводится в координаты (X, У). Обычно их точность не меньше 0,1 мм; это превосходит точность, с которой оператор средней квалификации совмещает курсор с объектом. В планшет иногда встраиваются функции для преобразования координат, с помощью которых данные обрабатываются еще до передачи их в главный процессор. Однако проще эти функции заложить в программу ввода, как это, например, реализовано в пакете Arclnfo.

Часто на курсоре помещают кнопки управления (от 4 до 17), что позволяет контролировать систему, не перенося внимания с планшета на дисплей и клавиатуру компьютера. Размеры графических планшетов варьируют от 25x25 до 200x150 см (форматы А4-А0).

Для ввода изображений (в том числе картографических) в основном используются электромеханические сканеры.

В наиболее распространенных типах сканеров изображение помещается на стеклянную плоскость, под которой располагается сканирующее устройство, состоящее из источника света и фотодетектора, собирающего отраженный от изображения или прошедший свет. При движении устройства в поперечном направлении относительно сканируемого материала фотодетектор считывает одну линию (строку) рисунка с шагом, определяемым разрешением сканера; при этом отраженные от рисунка сигналы считываются и кодируются числами, которые образуют строку элементов растра — пикселов; их число равно ширине изображения, деленной на величину разрешения. В процессе сканирования сканирующее устройство смеща-

106 Глава 3. Техническое и программное обеспечение ГИС

ется, создавая новые строки элементов растра. Поскольку при перемещении единственный источник света и детектор располагаются в точках упорядоченной сети, то это препятствует искажению. Разрешение (или размер элемента) сканирования в некоторых системах не превышает 12,5 мкм, а сторона сканируемого изображения может достигать 1 м. Обычно разрешение сканера задается в дюймах и изменяется от 75 до 1200 dpi (точек на дюйм).

Другой механизм имеет набор фотодетекторов, которые одновременно извлекают данные по нескольким строкам растра. Перемещаясь по документу, детектор формирует полосу строк; после того, как просканированы все столбцы, он смещается на следующую полосу строк.

При любом способе сканирования формируется матрица чисел: номера строк и столбцов служат координатами оцифрованных точек изображения, а число, стоящее на их пересечении, зависит от разрешающей способности преобразователя сигнала — 2, 8 или 16 бит на точку, что позволяет представлять изображения как контрастные черно-белые, полутоновые или полноцветные.

Подсистема вывода состоит из набора внешних графических устройств: монитора (дисплея) для визуализации и анализа изображения на экране, принтера для построчной печати, графопостроителя для вычерчивания карт. Эти устройства можно подразделить на растровые и векторные.

Растровые устройства строят изображение, заполняя его одинакового размера элементами; к ним относятся экран монитора и матричные принтеры.

Векторные устройства (например, графопостроители) строят изображения, рисуя линии, закрашивая ареалы и т. д. Векторное изображение на экране — растровом устройстве — приводится в действие векторными командами, преобразующими его в растр для показа.

Интерактивные графические видеоустройства позволяют пользователям указывать объекты и выявлять их пространственное окружение. Для показа на экране монитора изображение вызывается w оперативной памяти в среднем 60-80 (до 100) раз в секунду. Самс изображение на экране создается путем высвечивания элементов изображения (пикселов) в фиксированных позициях, определяемых показателем разрешения экрана и зависящих от возможностей графического адаптера. Обычно разрешением называется макси-

мальное число различающихся линий, приведенное к единице расстояния (например, число линий на мм) или минимально возможное расстояние между точками. Расстояние между центрами пикселов называется точечным шагом монитора. Это расстояние существенно влияет на четкость изображения. Чем меньше шаг, тем выше четкость. Обычно в цветных мониторах шаг составляет 0,28 мм. Разрешение экрана монитора задается размером шага (зерна) или количеством столбцов и строк пикселов, например, 640x480, 800x600. Экраны для высококачественной графики имеют разрешение 1280x1024 и выше. Важным показателем является размер экрана, измеряемый в дюймах (от 14 до 21).

Цвет изображения на экранах с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) создается путем высвечивания тремя электронными пушками триад из красной, зеленой и синей точек люминофора, образующих пиксел; разные оттенки цвета соответствуют разному проценту высвечивания. Глаз человека воспринимает точки триады как одну точку «сложного» цвета. Количество отображенных строк в секунду называется строчной частотой развертки, а частота, с которой меняются кадры изображения, называется кадровой частотой развертки. Последняя не должна быть ниже 60 Гц, иначе изображение будет мерцать.

В отличие от мониторов с ЭЛТ жидкокристаллические мониторы (ЖКМ, LCD) создают из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Принцип работы ЖКМ основан на свойстве жидких кристаллов изменять угол поляри- зации проходящего через них света. Для наблюдателя это выглядит как изменение яркости от максимальной до нулевой. Большинство ЖК-мониторов использует тонкую пленку из жидких кристаллов, помещенную между двумя стеклянными пластинами. Экран ЖКМ разделен на множество независимых ячеек (пикселов), их число зависит от разрешения LCD-панели. Пиксел состоит из четырех частей (точек) — для трех основных цветов и одной резервной, каждая из которых управляется собственным транзистором. Для вывода цветного изображения необходима подсветка жидкокристаллической панели сзади, для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования

108 Глава 3. Техническое и программное обеспечение ГИС

трех фильтров, выделяющих из излучения источника белого света три основные компоненты, комбинация (синтез) которых позволяет воспроизвести любой цвет для каждого пиксела экрана. Большинство моделей современных ЖКМ построены с использованием так называемой активной матрицы (TFT) и способны удерживать состояние каждой жидкокристаллической ячейки до тех пор, пока не произойдет обновление кадра. В результате изображение на дисплее остается ярким и четким даже при больших углах обзора, достигая качества, сопоставимого с изображением на ЭЛТ-экране.

Некоторые фирмы предлагают в настоящее время устройства трехмерного стереоизображения. Они создают иллюзию глубины путем быстрой смены двух изображений, одно из которых предназначено для левого глаза, а другое — для правого. Перед экраном находится фильтр, который по-разному поляризует эти изображения. Пользователь надевает очки, имеющие чистые поляризующие фильтры. Поскольку каждое из двух изображений должно восстанавливаться 25-50 раз в секунду, то экран должен обеспечивать чередование 50-100 изображений в секунду.

Построчно-печатающие устройства — первые устройства, широко использовавшиеся для вывода данных в основном в виде картограмм на универсальных ЭВМ, в первой картографической программе SYMAP и многих АКС. Они были наиболее пригодны для повторяющегося картографирования статистических данных на постоянной пространственной основе, например, для создания атласа переписи населения.

В современных высокоскоростных печатающих устройствах используются лазер и ксерография, позволяющие использовать показатели разрешения от 300 до 2000 точек на дюйм.

Монохромные принтеры дают возможность строить полутоновые изображения в оттенках серой шкалы, однако число уровней интенсивности (оттенков) не должно превышать 7-9, иначе они не будут различимы глазом.

В цветных лазерных принтерах используется цветной тонер, цвет обеспечивается комбинацией ограниченного числа цветных точек Лазерный принтер при высоком разрешении позволяет получать изображения фотографического и полиграфического качества однако это связано с высокой ценой продукции. При стандартном разрешении 300 или 600 dot изображения не худшего качества и более