Естественным и единственным устройством ввода текста является клавиатура. Для обнаружения нажатия клавиши используется несколько различных способов: механическое замыкание контактов, изменение емкости, изменение магнитного поля, прерывание луча света и т.д. Важными свойствами клавиатуры являются кодировка, используемая для идентификации нажатия клавиши - ASCII (American Standard Code for Infomation Interchange), КОИ-7, КОИ-8 (ГОСТ), MIC (Болгария) и т.д., количество клавиш редактирования текста, возможности расширения кодировки за счет нажатия дополнительных клавиш - верхнего и нижнего регистров (Shift), клавиш для задания управляющих символов и кодов (Ctrl, Alt). Существенными являются и эргономические свойства - размеры и расположение клавиш, наличие тактильной обратной связи при нажатии и ощущение контакта при полностью нажатой клавише.
Программируемые функциональные кнопки обычно служат для задания какого-либо определенного воздействия, связанного с нажатием, отпусканием или удержанием кнопки (ввод команды, выбор параметра). Конструктивно кнопки устроены аналогично кнопкам текстовой клавиатуры. Чаше всего они объединены с текстовой клавиатурой, но иногда выделены в виде отдельного блока. Другой разновидностью функциональной клавиатуры являются кнопки на зондах планшетов или на "мышке".
Основное отличие кнопочного устройства от текстового состоит в том, что клавиш на клавиатуре всегда ограниченное количество и с ними жестко связаны определенные метки (коды клавиш). Клавиши же кнопочного устройства не имеют заранее определенного значения и их число может меняться от одной до нескольких десятков.
По сути дела текстовая клавиатура просто разновидность кнопочной, но так как она нашла большое распространение, то обычно выделяется в отдельный класс устройств.
Во многих компьютерных системах за счет написания собственного драйвера можно превратить текстовую клавиатуру в программируемую функциональную и наоборот.
Световое перо (рис. 0.12.1) служит для непосредственного указания элементов изображения на экране. При аналоговой генерации векторов (символов) можно идентифицировать конкретный вектор (символ). При цифровой генерации векторов можно идентифицировать "рассматриваемую" точку изображения. Из-за нечеткой оптики светового пера и трудностей позиционирования в точку на экране эта возможность практически не нужна. Чаще световое перо используется для указания всего элемента изображения. В каждом случае используется временное соответствие светового сигнала и сиюминутного состояния обработки команд построения. На векторном дисплее таким образом устанавливается однозначное соответствие между текущей командой, отрабатываемой дисплейным генератором, и элементом изображения, от которого пришел световой импульс.
Для идентификации некоторого сложного элемента картинки как целого, например, изображения микросхемы, используется техника "идентификаторов указания". Идентификатор указания представляет собой неграфический, комментирующий элемент дисплейного файла. При аппаратной обработке идентификаторов указания дисплейный процессор запоминает их последовательность, в общем случае иерархическую. Для идентификации объекта при поступлении импульса от светового пера достаточно просмотреть запомненные идентификаторы указания.
Пример дисплейного файла с двумя указуемыми объектами
| Команда | Смысл | Стек picid |
| . . . . . . | любые дислейные команды | пусто |
| picid 001 | идентификатор указания 001 | 001 |
| . . . . . . | графические команды | 001 |
| . . . . . . | построения элемента 001 | 001 |
| end_picid | конец указуемой группы | пусто |
| . . . . . . | любые дислейные команды | пусто |
| picid 002 | идентификатор указания 002 | 002 |
| . . . . . . | графические команды | 002 |
| . . . . . . | построения элемента 002 | 002 |
| end_picid | конец указуемой группы | пусто |
| . . . . . . | любые дислейные команды | пусто |
| endpic | конец дисплейного файла | пусто |
В данном примере имеется два не вложенных указуемых элемента. До отработки команды picid 001 стек идентификаторов указания пуст. После ее отработки и до первой команды end_picid в стеке будет находится 001. После отработки end_picid стек идетификаторов указания очищается и до команды picid 002 остается пустым.
В растровых дисплеях отклонение луча не зависит от обрабатываемого изображения. В этом случае информация о указании дает позицию на экране. Для идентификации элемента картинки с помощью светового пера в растровых дисплеях требуется "прокрутка в уме" всего видимого изображения для определения принадлежности точки некоторому объекту (объектам). При этом также может использоваться программно реализованная техника идентификаторов указания. Для ускорения интерпретации изображения часто используются так называемые графические оболочки - обычно прямоугольники, иногда окружности, объемлющие элементы изображения. Если точка, указанная световым пером, находится вне графической оболочки, то интерпретацию объекта можно пропустить.
В качестве эха светового пера обычно используют сверхподсветку выделенного элемента изображения. В векторных дисплеях сверхподсветка примитивного элемента (вектор, символ) реализуется аппаратно.
В целом это устройство применяется все реже не только из-за того, что оно более применимо на векторных дисплеях, но, в основном, из-за того что длительная работа с ним весьма утомительна - рука всегда "на весу".
Планшеты являются устройствами ввода с непосредственным заданием координат (локаторы). Это одно из важнейших устройств ввода. Пользователь может вводить информацию в компьютер привычным образом, как при использовании карандаша и бумаги.
Позиции задаются перемещением зонда планшета (визира или карандаша) по рабочей поверхности. Координата текущего положения зонда определяется с частотой от 200 до 500 раз в секунду. Этим обеспечивается что даже при быстрых перемещениях зонда вдоль какой-нибудь кривой она будет вводиться достаточно гладко. Из-за большой частоты опроса генерируется много данных, поэтому в большинстве случаев они подвергаются дальнейшей обработке для сокращения объема. Обычно используемый способ - выдача новой координатной пары при достижении заданного отклонения от последней зафиксированной.
В общем планшеты работают в различных режимах:
· точечном, когда генерируется координата при нажатии кнопки зонда;
· непрерывном, когда последовательность координат
генерируется непрерывно при нахождении зонда в рабочей области
планшета (при этом может производиться сокращение объема
передаваемых данных так, как это описано выше);
· переключаемом непрерывном, когда генерируется непрерывная последовательность координат при нажатии кнопки зонда;
· приращений, когда формируются приращения к последней выданной позиции.
Имеется много различных способов определения координат зонда на планшете. Далее будут рассмотрены основные из них.
Поверхность планшета представляет собой резистивное покрытие (рис. 0.12.2). По границам к этому покрытию подводится ток попеременно по X и Y направлениям. Зонд планшета имеет гальванический контакт с резистивным покрытием. Координата определяется по падению напряжения в точке контакта. Для устранения искажений поля, вызываемого взаимным влиянием контактных шин, питающие напряжения подводят через диоды. Основные проблемы при разработке таких планшетов:
· материал покрытия должен быть достаточно высокоомным, чтобы обеспечить простоту и точность измерения;
· материал покрытия должен обладать однородной проводимостью,
чтобы обеспечить линейность ввода координат;
· материал покрытия должен быть достаточно прочным, чтобы
выдержать постоянный контакт с наконечником планшета.
Предлагаются и иные конструкции градиентных планшетов, не требующие гальванического контакта зонда с поверхностью. Например, планшет в котором резистивный слой из окиси олова находится между двух стеклянных пластин. Высокочастотное питание подводится через контактные шины по краям планшета. Используются различные частоты для X и Y напряжений питания. Зонд планшета воспринимает фазы сигналов, различные для различных точек на планшете. Так как используется высокочастотный сигнал, то возможно значительное удаление зонда от поверхности - более 10 мм. Измерение амплитуды сигнала позволяет получить информацию о высоте подъема зонда.
В таком планшете разрядник в зонде излучает ультразвуковой сигнал, который принимается ленточными микрофонами, расположенными на двух смежных сторонах планшета (рис. 0.12.3а). Акустические планшеты с тремя группами микрофонов (рис. 0.12.3б) могут выдавать трехмерную координатную информацию.
По времени прихода звука к микрофонам определяется точное положение зонда. В связи с большой скоростью распространения звука в воздухе @ 330 м/с эти измерения не представляют трудностей. Акустический планшет позволяет определять координаты и при значительном удалении от поверхности планшета, но с ошибкой, как это пояснено на рис. 0.12.4a).
Это свойство планшета позволяет определять 3D координаты с помощью плоского планшета, имеющего по микрофону на каждой стороне. При стороне планшета = 2а и измерении координат x и y относительно центра планшета из рис. 0.12.4б) можно написать следующие выражения для z:
| |||||||||||||||||||||||
Из этого легко находятся:
|
|
|
Основным недостатком акустического планшета является сильная зависимость от окружающей среды, особенно влажности.
В таких планшетах под непроводящей рабочей поверхностью генерируется электромагнитное поле с помощью взаимно перпендикулярных групп проводников (рис. 0.12.5). Проводники в каждой группе должны быть точно параллельны и находиться на одинаковых расстояниях друг от друга. Эти проводники служат передающими антеннами. На передающие антенны поочередно подается высокочастотное напряжение. Сигнал принимается емкостным датчиком зонда. Пусть датчик находится между двумя проводниками, тогда вначале будет получен сигнал от одной антенны, затем от другой. По соотношению амплитуд сигналов можно узнать точное расположение между антеннами.
Недостатком этого планшета является то, что зонд должен находиться либо непосредственно на рабочей поверхности, либо на малых расстояниях от нее (на толщину нескольких листов бумаги).
Примером такого устройства может служить планшет, разработанный в ИЯФ'е и выпускавшийся рядом организаций. Рабочее поле планшета 380×380 мм, проводники расположены на двухсторонней печатной плате с довольно большим шагом - 5мм. Частота высокочастотного генератора - 625 КГц. Время коммутации 200 мкс. Датчиком служит незамкнутая круглая проволочная петля. Встроенный в планшет микропроцессор за 7 мс рассчитывает и выдает координату с довольно высокой точностью - 0.1 мм.
В таких планшетах катушка в зонде и проводники под рабочей поверхностью планшета могут рассматриваться как первичная и вторичная обмотки трансформатора. Если приемная катушка находится на зонде, то конструктивно этот планшет подобен емкостному планшету. Существенно большее разрешение достигается при использовании обмотки зонда как передатчика, но в этом случае катушка зонда должна иметь много витков, чтобы сгенерировать достаточно мощное поле. Большинство далее упоминаемых кодировщиков, используемых для ввода чертежей, работает на этом принципе.
Магнитострикционные планшеты используют магнитострикционные проволоки как носители сигнала, которые под воздействием внешнего магнитного поля незначительно изменяют свою форму (рис. 0.12.6). Магнитное поле, вызываемое передающими катушками на краю планшета и перпендикулярное магнитострикционным проволокам, генерирует изменение их длин. Это изменение длины распространяется вдоль проволоки как волна механического напряжения со скоростью около 5000 м/с. Волна, попадая в приемную катушку, расположенную в зонде планшета, из-за изменения потока формирует в катушке импульс напряжения. Время прихода волны пропорционально расстоянию от передающей катушки на краю планшета до зонда. Так как расстояние всегда измеряется вдоль проволоки, то не требуется, чтобы проволоки были абсолютно параллельны. Не требуется располагать проволоки так часто, как это следовало бы из разрешения прибора. Более того достаточно их расположить на расстоянии в 2-3 мм все равно при этом на планшете гарантируется достаточное изменение потока. Этот принцип имеет относительно высокую точность (0.01 мм), широко используется в робототехнике и в большинстве планшетов.
Bit Pad One фирмы Summagraphics работает на магнитострикционном принципе. Размер его рабочей области 300×300 мм. На подложке под рабочей поверхностью планшета с шагом » 3 мм расположены по 96 проволок для каждой из осей. Разрешение по координате составляет 0.1 мм.
Стандартом на рынке для PC является планшет Bit Pad Two, имеющий разрешение в 0.05 мм и точность в 0.5 мм.
Не прямой ввод графической информации, как правило, основан на перемещении пользователем по экрану графического курсора.
Имеется три основных метода позиционирования курсора: статический
абсолютный, статический относительный и динамический. В первом случае
устройство ввода выдает координаты точек, которые определяются текущей
позицией устройства ввода. Во втором случае используются приращения
координат, соответствующие изменению позиции устройства ввода. В
третьем случае выдается последовательность координат для перемещения
курсора, направление и скорость перемещения которого задаются
установкой устройства ввода, например, направление перемещения
задается направлением отклонения рычага, а скорость перемещения -
величиной угла отклонения.
Под "мышкой" понимается небольшое ручное устройство ввода, выдающее приращения координат при перемещении "мышки" по рабочей поверхности (по рабочему столу для механических "мышек" и по специальной пластине для оптических "мышек"). При перемещении механической "мышки" по столу движение передается одним (двумя) шарами на пару потенциометров или датчиков угла поворота, соответствующих перемещениям по двум взаимно-перпендикулярным направлениям. Обычно в качестве датчика угла используется диск с нанесенными непрозрачными радиальными полосками (рис. 0.12.7). Комплект из двух пар светодиод-фотодиод позволяет определить направление поворота. Вследствие произвольного и не слишком точного перемещения "мышки" наилучшим методом ее использования является статический относительный.
Представляет собой перевернутую "мышку" с одним большим шаром, приводимым в действие рукой. Для обеспечения медленных перемещений масса шара должна быть сравнительно большой. Это затрудняет большие и быстрые перемещения. Для облегчения задания больших перемещений используют различные сложные конструкции вплоть до подвески шара на воздушной подушке. Так как имеется хорошая тактильная обратная связь, то для управления курсором может использоваться не только координата, но и угол поворота шара, кроме того, так как шар достаточно тяжелый, то можно использовать и величину начального импульса шара. Т.е. трекбол, в отличие от "мышки", применим для всех трех способов позиционирования курсора - статического абсолютного, статического относительного и динамического. В практическом использовании трекбол заменяется "мышкой".
Джойстик представляет собой вертикально стоящий рычаг, который на нижнем конце установлен в кардане и удерживается пальцами в среднем - начальном состоянии. Джойстик является идеальным "рычагом управления курсором", так как он может отклоняться требуемым образом одновременно по двум осям. Основная область применений - динамический метод позиционирования, однако он применим и для статического абсолютного очень быстрого, но неточного позиционирования. Перемещения джойстика передаются на два потенциометра, соответствующих X и Y направлениям и выдающих напряжения для каждой их координат. Очень простая и дешевая конструкция джойстика использует жестко закрепленный жезл, к которому прикреплены датчики растяжения, например, пьезоэлектрические.
Потенциометр с аналого-цифровым преобразователем обеспечивает быстрый ввод точных числовых значений с контролем значения выводом на дисплей. Используются потенциометры вращения и ползунковые. Для задания значений углов наиболее подходят потенциометры вращения.
Сканеры используются для растрового ввода изображений с последующей их обработкой и/или документированием.
Одна из важных областей применения сканеров - ввод текстов. При этом обработка введенного изображения выполняется с программного обеспечения распознавания текстов (Optical Character Recognition - OCR).
В САПР сканеры используются для автоматизации ввода ранее подготовленной конструкторской документации. В этом случае проблема заключается в том, что данные от сканера представлены в растровой, а не векторной форме и требуется выполнение обратного преобразования растр-вектор. Эта задача сложна и далека от решения (необходимо распознавать различные изображения и тексты в том числе рукописные, учитывать, что изображение представляется поточечно, причем одна и та же линия может получить при сканировании не только различную ширину, но и дырки и т.д.).
Сканеры работают в один или три прохода, большинство сканеров работает в один проход.
Простейшие сканеры - ручные с шириной сканирования до 127 мм (5 дюймов). Например, сканер швейцарской фирмы Logitech Internatiohal S.A. Ширина сканирования 106 мм, разрешение 100, 200, 300 или 400 точек на дюйм. Встроенный источник подсветки оригинала - красный или желто-зеленый.
Более точные сканеры - стационарные. Имеется три основных варианта стационарных сканеров:
Цвет подсветки в стационарных сканерах обычно белый. Сканирование цветных изображений обеспечивается сменой светофильтров. В некоторых сканерах смена производится вручную.
Аппаратное разрешение стационарных сканеров от 300×300 точек на дюйм (dot per inch - dpi) до 1200×1200 dpi. С использованием интерполяции разрешение достигает от 4800×4800 dpi до 10000×10000 dpi.
Поддержка цветов в стационарных сканерах - либо серая шкала, либо 24 бита/пиксел ( > 16 миллионов), либо 30 бит/пиксел ( > 1 миллиарда) и до 36 бит/пиксел ( > 68 миллиардов).
Выходные форматы растровых файлов - TIF, GIF, BMP, PCX и т.д. Интерфейс для подключения к ПЭВМ - либо параллельный порт, либо SCSI. Обычно сканеры имеют встроеннный буфер для сохранения изображения объемом от 32 К до 2 М. Сканеры с полистовой подачей обеспечивают ввод и сканирование от 3 до 8 листов в минуту (при одном проходе).
Кодировщик (по ГОСТ'у - графоповторитель) - устройство автоматического и/или полуавтоматического ввода. В автоматических кодировщиках выполняется сканирование вводимого документа (чертежа, графика, карты), определение и считывание элементов документа.
В более распространенных полуавтоматических кодировщиках оператор вручную перемещает рабочий орган по поверхности, распознает элементы документа (линии, отметки, знаки и т.п.) и идентифицирует их с помощью клавиатуры. Небольшая функциональная клавиатура обычно размещается непосредственно на рабочем органе, а дополнительные - на рабочей поверхности. Определение координат происходит автоматически по положению рабочего органа. Для повышения точности ввода координат рабочие органы (визиры) изготавливаются так, что допускают прецизионную установку в заданную точку. Если координаты расположены в узлах некоторой сетки, то точность обеспечивается округлением до ближайшего узла сетки.
Обычно в полуавтоматических кодировщиках используется два основных режима работы:
· дискретный, когда оператор устанавливает зонд в требуемую точку и выдает команду определения координаты;
· непрерывный, когда оператор перемещает зонд вдоль некоторой
линии, а устройство автоматически генерирует последовательность
координат. Координаты генерируются либо через заданные интервалы
времени, либо по удовлетворению некоторого критерия, например,
при достижении заданной разности координат текущей и последней
зафиксированной точки.
По сути дела полуавтоматический кодировщик - просто большой планшет с достаточными размерами и разрешением, оснащенный так или иначе выполненной клавиатурой (в простейших случаях в качестве клавиатуры используется часть рабочей поверхности).
Автоматические кодировщики - комбинация планшетного графопостроителя и планшета. Известны и реализации, использующие сканер с последующей программной в той или иной мере интерактивной обработкой документа. Основные проблемы в этом случае - преобразование растр - вектор и недостаточные форматы вводимых документов, что требует решения задачи "сшивки" отдельно введенных фрагментов.
|
|
 |
