Как устроен графический планшет

Графи́ческий планше́т (от англ. graphics tablet или graphics pad, drawing tablet, drawing tab, digitizing tablet, digitizer — дигитайзер, диджитайзер) — это устройство для ввода информации, созданной от руки, непосредственно в компьютер. Состоит из пера (стилуса) и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Также может прилагаться специальная мышь.

Первым графическим планшетом был «Телеавтограф», запатентованный Элишей Греем ( Elisha Gray ) в 1888 [1] . Элиша Грей более известен как современник изобретателя телефона — Александра Белла.

Первый графический планшет, похожий на современные, использовался для распознавания рукописного ввода компьютером Stylator [2] в 1957. Более известный и часто ошибочно именуемый первым, графический планшет RAND Tablet [3] также известен как «Графакон» (ГРАФический КОНвертер), представленный в 1964. RAND Tablet использовал сетку проводников под поверхностью планшета, на которые подавались закодированные троичным кодом Грея электрические импульсы. Ёмкостно связанное перо принимало этот сигнал, который затем мог быть декодирован обратно в координаты [4] .

Другой графический планшет известен как «акустический планшет», перо которого генерировало искры при помощи искрового промежутка. Щелчки триангулировались серией микрофонов для определения местонахождения пера [5] . Система была довольно сложной и дорогой, микрофоны были чувствительны к посторонним шумам.

Графические планшеты популяризовались в связи с их коммерческим успехом в середине 1970-х — начале 1980-х гг. ID (Intelligent Digitizer) и BitPad, выпускаемых Summagraphics Corp. Эти планшеты использовались как устройство ввода для множества Hi-End CAD (Computer Aided Design) систем соединёнными с ПК и ПО вроде AutoCAD.

Первые планшеты для потребительского рынка назывались «КоалаПэд». Хотя изначально они были созданы для компьютера Apple II, со временем «Коала» распространилась и на другие персональные компьютеры. Потом другие фирмы стали выпускать свои модели планшетов.

Содержание

Принцип действия [ править | править код ]

В современных планшетах основной рабочей частью также является сеть из проводов (или печатных проводников), подобная той, что была в «Графаконах». Эта сетка имеет достаточно большой шаг (3—6 мм), но механизм регистрации положения пера позволяет получить шаг считывания информации намного меньше шага сетки (до 200 линий на мм).

По принципу работы и технологии существуют различные типы планшетов. В электростатических планшетах регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под пером. В электромагнитных — перо излучает электромагнитные волны, а сетка служит приёмником. В обоих случаях на перо должно быть подано питание.

Фирма Wacom создала технологию на основе электромагнитного резонанса, когда сетка и излучает, и принимает сигнал. При этом излучаемый сеткой сигнал используется для питания пера, которое, в свою очередь, посылает ответный сигнал, являющийся не просто отражением исходного, а заново сформированным, который, как правило, несёт дополнительную информацию, идентифицирующую конкретное перо, а также данные о силе нажатия, фиксации/положении органов управления на указателе, о том, используется ли рабочий кончик пера или его «ластик» (в случае, если такие функции в нём предусмотрены). Поэтому отдельного питания для такого устройства не требуется. Но при работе электромагнитных планшетов возможны помехи от излучающих устройств, в частности, мониторов. На таком же принципе действия основаны некоторые тачпады [6] .

Существуют планшеты, в комплект которых входят перья, способные регистрировать силу нажатия. Как правило, в основе механизма регистрации лежит использование конденсатора переменной ёмкости. В частности, такой тип датчика используется в перьях к планшетам фирмы Wacom [7] . Также регистрация может осуществляться с помощью компонента с переменным сопротивлением [8] или переменной индуктивностью. Существуют реализации, в основе которых лежит пьезоэлектрический эффект [ источник не указан 3550 дней ] . При нажатии пера в пределах рабочей поверхности планшета, под которой проложена сетка проводников, на пластине пьезоэлектрика возникает разность потенциалов, что позволяет определять координаты нужной точки. Такие планшеты вообще не требуют специального пера и позволяют чертить на рабочей поверхности планшета как на обычной чертёжной доске.

Кроме координат пера, в современных графических планшетах также могут определяться давление пера на рабочую поверхность, наклон, направление поворота в плоскости планшета и сила сжатия пера рукой.

Также в комплекте графических планшетов совместно с пером может поставляться мышь, которая, однако, работает не как обычная компьютерная мышь, а по тому же принципу, что и перо. Такая мышь может работать только на планшете. Поскольку разрешение планшета гораздо выше, чем разрешение обычной компьютерной мыши, то использование связки мышь+планшет позволяет достичь значительно более высокой точности при вводе.

Характеристики [ править | править код ]

Разрешение [ править | править код ]

Разрешением планшета называется шаг считывания информации. Разрешение измеряется числом линий на дюйм (англ. lines per inch , lpi). Типичные значения разрешения для современных планшетов составляет несколько тысяч lpi.

Число степеней свободы [ править | править код ]

Количество степеней свободы описывает число квазинепрерывных характеристик взаимного положения планшета и пера. Минимальное число степеней свободы — 2 (X и Y положения проекции чувствительного центра пера), дополнительные степени свободы могут включать давление, наклон пера относительно плоскости планшета, вращение (положение пера относительно своей вертикальной оси).

Применение [ править | править код ]

Графические планшеты применяются как для создания изображений на компьютере способом, максимально приближённым к тому, как создаются изображения на бумаге, так и для обычной работы с интерфейсами, не требующими относительного ввода (хотя ввод относительных перемещений с помощью планшета и возможен, но зачастую неудобен).

Кроме того, их удобно использовать для переноса (отрисовки) уже готовых изображений в компьютер.

Некоторые программы мгновенного обмена сообщениями (например, MSN Messenger (теперь Windows Live Messenger) и Skype ) позволяют пользователю, имеющему графический планшет, интерактивно демонстрировать рисуемое абоненту на другом конце.

Некоторые такие приложения имеют функцию совместного редактирования изображений (англ. whiteboard ) с использованием, например, протоколов Jabber. Среди них — IM‑клиент Coccinella ( англ. ) , IM клиент Tkabber и графический редактор Inkscape. Ведётся разработка поддержки whiteboard и в клиенте Jabber Psi.

Некоторые видеоигры позволяют использовать графический планшет как игровой контроллер. В osu! распространено использование графического планшета в связке с клавиатурой, где графический планшет служит для управления курсором на экране [9] .

В жизни есть много интересных дел. Вот, например, когда ваш покорный слуга ходил в школу, ему очень нравилось собирать модели самолетов. Знаете: пластиковые такие, из многих маленьких и больших кусочков. Для них еще нужен специальный клей с красками, довольно зловонными. Так вот красил я их в начале кисточкой. Получалось не очень красиво. А потом родители подарили мне аэрограф. И краски стало меньше уходить, и процесс стал намного увлекательней, и, главное, удовлетворение от проделанной работы возросло.

Еще с совсем юных лет мне нравилось рисовать. Людей, помню, научился изображать благодаря журналу с наклейками про «Мортал Комбат». Рисовал простым карандашом на обычной бумаге. Иногда брал фломастеры. К кисточкам и краскам вообще не притрагивался: потом мыть кисточки, стирать одежду, оттирать руки с лицом. Но всегда хотелось попробовать нарисовать что-нибудь с плавно изменяющимися тонами, с игрой света и тени. Потом, когда у меня появился компьютер и выход в интернет, я узнал про компьютерную живопись. Я долго не понимал, как они, компьютерные художники, это делают. Думал, как это часто бывает, что всё просто: нужно только инструмент подходящий.

Всегда мечтал купить себе то, чем мастера пишут электронные картины. Графический планшет. Его еще довольно редко называют «дигитайзер» или «диджитайзер». По-английски его имена пишутся так: «graphic tablet», «digitizing tablet», «graphic pad», «drawing tablet». Стал искать какую-нибудь полезную информацию об этом устройстве. И не нашел ничего конкретного. Ни о том, как он работает, ни о его назначении. Планшет в итоге я себе купил. Но делать это пришлось с полузакрытыми глазами. Вещь оказалась очень полезная и увлекательная, но до сих пор о ней ни слова. Попробуем это обстоятельство исправить. Разберемся для начала, что такое графический планшет и зачем он вообще может понадобиться.

Предмет и его назначение

Если коротко — это чувствительная поверхность и перо. Курсор на компьютере повторяет движение пера по этой поверхности. Зачем это нужно? Первое, что приходит на ум — для рисования. Тут у многих в голове наверняка загорается красная лампочка: «Не для меня». И действительно: не всем же интересно просто рисовать. А кому-то даже если и интересно, не хватает на это времени.

Недавно мне захотелось немного «почистить» старые родительские фотографии. Оцифровал их, а до ретуши руки никак не доходили. Царапинки замазать, пыль особо крупную убрать, еще что-то: всё это мне обычно приходилось делать мышкой. А тут попробовал после опыта работы с планшетом. и не смог выдержать десяти минут. Мышь и перо — вещи совершенно разные. Чем вы чаще пишете: телефонной трубкой или авторучкой? Если нужно выполнить редкое и грубое движение курсором — выделить текст, прицелиться — то мышка здесь вне конкуренции. Но для точной и, на первый взгляд, рутинной работы перо значительно комфортнее. Можно ввести какие-то данные от руки, сделать элементарную ретушь фото. Кроме того, это замечательная игрушка для детей, которые доросли до компьютера. Пусть не в стрелялки играют, а рисовать учатся. 🙂

Среди приспособлений для домашнего пользования следует также отметить сравнительно недорогие устройства для ввода информации от руки (производители иногда называют их цифровыми блокнотами). Обычно такие устройства снабжены памятью, могут работать и без подключения к компьютеру. Вспомним и о профессиональных графических планшетах, которые могут отображать информацию на чувствительной плоскости. Фактически, это мониторы (некоторые из таких планшетов имеют диагональ в 21 дюйм), но чувствительные к воздействиям специального пера. Эти два типа устройств не входят в рамки данной статьи, и подробно их характеристики рассматриваться не будут.

Что такое планшет и для чего он может пригодиться, мы разобрались. Предположим, что приняли решение: «Покупать!» Открываем каталог товаров и находим там огромное количество разных устройств в разделе «графические планшеты», стоимость которых отличатся на полтора порядка. В чем же дело? Здесь следует немного разобраться в характеристиках планшетов и внимательно изучить модельный ряд.

Характеристики

Возьмем для примера строчку о графическом планшете из прайс-листа одного магазина.

• Граф. планшет A5, 5080 точек/дюйм, 1024градаций + мышь (USB)

Помню, раньше собранные системные блоки также продавали. Напишут кучу буков с цифрами и думают, что среднестатистический покупатель разберет, что к чему. Итак, первая часть шифровки — «А5». Догадаться довольно просто — здесь идет речь о геометрических размерах чувствительной области планшета. Габариты принято делать приблизительно соответствующими одному из форматов бумаги стандарта ISO. А4 — лист размером 210 х 297 мм. А5 — это половина А4. А3 получится, если соединить два листа А4 длинными сторонами. При прочих равных, чем больше размер чувствительного поля, тем дороже планшет. Профессиональные дизайнеры и художники часто пользуются планшетами формата А4. Однако это не значит, что меньшие устройства сильно ограничат возможность реализации творческого потенциала. К примеру, картина «Always in my heart» нарисована на планшете размером А6.

При выборе устройства первым делом нужно обратить внимание не на размер, а на соотношение сторон. Важно, чтобы соотношение сторон монитора и планшета были одинаковыми. Проще говоря, если монитор широкий (16:10), то и планшет должен быть с пометкой w >

Далее в зашифрованной позиции прайс-листа значится «5080 точек/дюйм». Это разрешение, чувствительность к воздействиям в плоскости планшета — по осям «х» и «у». Проще говоря, сколько мельчайших перемещений пера будет распознано, если его кончик сдвинуть на дюйм (2,54 см). Здесь важно развеять одно распространенное заблуждение о том, что размер монитора и размер чувствительной области планшета должны совпадать. Именно из-за чувствительности следует, что это не так. Разрешение монитора — 72 либо 96 точек на дюйм. Можно провести нехитрые арифметические действия, чтобы показать, что даже планшет формата А5 будет комфортен для работы за 19" монитором. Отметим также, что иногда вместо «точек на дюйм» (или DPI — dots per inch) в магазинах можно встретить другую единицу измерения — «линий на дюйм» (или LPI — lines per inch). На самом деле продавцы имеют в виду именно количество точек на дюйм. LPI к планшету неприменимо: это типографский термин. Довольно подробно суть различных измерений разрешения описана в статье «LPI — halftone resolution» Джекки Ховард Бер. Разумеется, чем больше чувствительность, тем дороже должно быть устройство. Однако, эта характеристика, как правило, «привязана» к другим, влияющим на цену в значительно большей степени. По собственному опыту могу заметить, что для домашнего применения 2000 точек на дюйм более чем достаточно.

Следующая цифра — количество уровней чувствительности к давлению (1024). Речь идет о чувствительности к воздействиям в плоскости, перпендикулярной плоскости самого планшета — по оси «z». То есть, сколько разных по силе давлений может распознать устройство. Практика показывает, что для решения домашних непрофессиональных задач вполне достаточно числа 512. Ситуация с влиянием этой характеристики на стоимость такая же, как в случае с разрешением. Линейка продуктов основных компаний, представленных на российском рынке, характерна «привязкой» этого параметра к другим, имеющим большее влияние на цену. Впрочем, это вполне разумный подход, как с точки зрения производителя, так и потребителя.

Также стоит отметить, что существуют устройства, чувствительные к углу наклона пера относительно плоскости планшета — к положению пера в пространстве «XYZ». Эта возможность присуща моделям для профессионалов. Предназначена она, например, для работы с разными инструментами. К примеру, к такому устройству можно приобрести перо-аэрограф, след работы которого будет различен в зависимости от угла наклона относительно чувствительной плоскости. Справедливости ради заметим, что отсутствие этой функции никак не помешает любителям, а в некоторых задачах и профессионалам.

Предпоследняя часть строчки, которую мы разбираем, гласит следующее: «мышь». Это значит, что в комплекте с планшетом поставляется беспроводная мышь. С точки зрения устройства это тоже перо, только лишенное возможности передавать информацию о силе нажатия и имеющее привычную форму манипулятора типа «мышь». В принципе, наличие такого аксессуара должно позволить пользователю отказаться от обычной мышки вообще, однако довольно тяжелый «коврик» (сам планшет) и отсутствие возможности использовать мышь вне пределов устройства оставляет классическому манипулятору место на рабочем столе.

В самом конце в скобках указан интерфейс, через который планшет подключают к компьютеру. Как правило, это USB или Bluetooth (бывают и беспроводные планшеты).

История и принцип работы

Эта часть статьи в основном для любителей. Важную для покупки информацию мы обозначим в самом начале. Далее немного углубимся в технические тонкости.

Перья у планшетов бывают с батарейками, а бывают без элементов питания. Как правило, это батарейки AAA. Это более 12 граммов. Пластиковые шариковые ручки легче одной батарейки, а добавление дополнительного груза ведет к смещению центра масс. Нужно иметь это в виду при выборе планшета. Лучше всего попросить продавца опробовать устройство в действии (тем более, что Кодекс о защите прав потребителей это позволяет).

Достоверных данных об истории планшетов найти, к сожалению, не удалось. Но, анализируя общую информацию, можно утверждать, что первым устройством, принцип действия которого был схож с сегодняшним, был «Графакон» (Grafacon, аббревиатура от английского Graphic Converter). Прибор представлял собой координатную сетку из проводников под поверхностью планшета. При контакте с поверхностью перо получало магнитный сигнал с закодированной информацией о своем положении. Дальнейшая обработка сигнала позволяла определить место пера над поверхностью координатной сетки.

Сегодняшние планшеты можно разделить на два типа по принципу работы — пассивные и активные. Здесь стоит заметить, что информацию о технологии работы планшетов удалось получить только от одной компании, присутствующей на российском рынке — от Wacom. От компании Genius, к сожалению, ответа на просьбу предоставить материалы не последовало. Поэтому при описании принципов работы использовались только данные одной компании.

В первом случае планшет посылает сигналы перу. Сигналы принимаются и возвращаются обратно для определения положения пера. Этот способ позволяет избежать применения элементов питания в пере. Основан он на принципе электромагнитного резонанса. Перо представляет собой довольно сложное устройство с резонансным контуром (выступает в качестве источника энергии для передачи ответного сигнала) и микросхемы, кодирующей в ответный сигнал информацию с датчиков давления и кнопок пера. Сетка планшета во время работы сменяет режим передачи и режим приема сигнала приблизительно каждые 20 микросекунд.

В перьях активных планшетов для создания сигнала используется элемент питания — батарейка. В этом случае перо становится тяжелее и нарушается его балансировка, однако планшету не приходится переключаться между режимами приема и передачи сигнала. Однако, необходимость переключать режимы пользователя заботить не должна. Смена раз в 20 микросекунд настолько быстрое, что никак не влияет на работу устройства. Совершив пару арифметических действий, легко выяснить, что в секунду планшет меняет режим 50 000 раз. Получается, чтобы особенность пассивного пера помешала работе, нужно в секунду 50 000 раз изменить состояние системы «планшет-перо». Запас устойчивости довольно солидный, особенно если вспомнить, что состояние такой системы мы меняем непрерывно и довольно плавно

Заключение

Надеюсь, эта статья несколько расширит круг пользователей графических планшетов, тем более что сегодня производители стремятся снизить ценовую планку на эти устройства. Также хочется верить, что материал поможет не ошибиться при выборе подходящей модели, расширит кругозор читателя и вызовет интерес к компьютерной живописи.

Автор благодарит менеджера по маркетингу Wacom СНГ Сергея Рожкова за предоставленные материалы.

Графи́ческий планше́т (от англ. graphics tablet или graphics pad, drawing tablet, drawing tab, digitizing tablet, digitizer — дигитайзер, диджитайзер) — это устройство для ввода информации, созданной от руки, непосредственно в компьютер. Состоит из пера (стилуса) и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Также может прилагаться специальная мышь.

Первым графическим планшетом был «Телеавтограф», запатентованный Элишей Греем ( Elisha Gray ) в 1888 [1] . Элиша Грей более известен как современник изобретателя телефона — Александра Белла.

Первый графический планшет, похожий на современные, использовался для распознавания рукописного ввода компьютером Stylator [2] в 1957. Более известный и часто ошибочно именуемый первым, графический планшет RAND Tablet [3] также известен как «Графакон» (ГРАФический КОНвертер), представленный в 1964. RAND Tablet использовал сетку проводников под поверхностью планшета, на которые подавались закодированные троичным кодом Грея электрические импульсы. Ёмкостно связанное перо принимало этот сигнал, который затем мог быть декодирован обратно в координаты [4] .

Другой графический планшет известен как «акустический планшет», перо которого генерировало искры при помощи искрового промежутка. Щелчки триангулировались серией микрофонов для определения местонахождения пера [5] . Система была довольно сложной и дорогой, микрофоны были чувствительны к посторонним шумам.

Графические планшеты популяризовались в связи с их коммерческим успехом в середине 1970-х — начале 1980-х гг. ID (Intelligent Digitizer) и BitPad, выпускаемых Summagraphics Corp. Эти планшеты использовались как устройство ввода для множества Hi-End CAD (Computer Aided Design) систем соединёнными с ПК и ПО вроде AutoCAD.

Первые планшеты для потребительского рынка назывались «КоалаПэд». Хотя изначально они были созданы для компьютера Apple II, со временем «Коала» распространилась и на другие персональные компьютеры. Потом другие фирмы стали выпускать свои модели планшетов.

Содержание

Принцип действия [ править | править код ]

В современных планшетах основной рабочей частью также является сеть из проводов (или печатных проводников), подобная той, что была в «Графаконах». Эта сетка имеет достаточно большой шаг (3—6 мм), но механизм регистрации положения пера позволяет получить шаг считывания информации намного меньше шага сетки (до 200 линий на мм).

По принципу работы и технологии существуют различные типы планшетов. В электростатических планшетах регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под пером. В электромагнитных — перо излучает электромагнитные волны, а сетка служит приёмником. В обоих случаях на перо должно быть подано питание.

Фирма Wacom создала технологию на основе электромагнитного резонанса, когда сетка и излучает, и принимает сигнал. При этом излучаемый сеткой сигнал используется для питания пера, которое, в свою очередь, посылает ответный сигнал, являющийся не просто отражением исходного, а заново сформированным, который, как правило, несёт дополнительную информацию, идентифицирующую конкретное перо, а также данные о силе нажатия, фиксации/положении органов управления на указателе, о том, используется ли рабочий кончик пера или его «ластик» (в случае, если такие функции в нём предусмотрены). Поэтому отдельного питания для такого устройства не требуется. Но при работе электромагнитных планшетов возможны помехи от излучающих устройств, в частности, мониторов. На таком же принципе действия основаны некоторые тачпады [6] .

Существуют планшеты, в комплект которых входят перья, способные регистрировать силу нажатия. Как правило, в основе механизма регистрации лежит использование конденсатора переменной ёмкости. В частности, такой тип датчика используется в перьях к планшетам фирмы Wacom [7] . Также регистрация может осуществляться с помощью компонента с переменным сопротивлением [8] или переменной индуктивностью. Существуют реализации, в основе которых лежит пьезоэлектрический эффект [ источник не указан 3550 дней ] . При нажатии пера в пределах рабочей поверхности планшета, под которой проложена сетка проводников, на пластине пьезоэлектрика возникает разность потенциалов, что позволяет определять координаты нужной точки. Такие планшеты вообще не требуют специального пера и позволяют чертить на рабочей поверхности планшета как на обычной чертёжной доске.

Кроме координат пера, в современных графических планшетах также могут определяться давление пера на рабочую поверхность, наклон, направление поворота в плоскости планшета и сила сжатия пера рукой.

Также в комплекте графических планшетов совместно с пером может поставляться мышь, которая, однако, работает не как обычная компьютерная мышь, а по тому же принципу, что и перо. Такая мышь может работать только на планшете. Поскольку разрешение планшета гораздо выше, чем разрешение обычной компьютерной мыши, то использование связки мышь+планшет позволяет достичь значительно более высокой точности при вводе.

Характеристики [ править | править код ]

Разрешение [ править | править код ]

Разрешением планшета называется шаг считывания информации. Разрешение измеряется числом линий на дюйм (англ. lines per inch , lpi). Типичные значения разрешения для современных планшетов составляет несколько тысяч lpi.

Число степеней свободы [ править | править код ]

Количество степеней свободы описывает число квазинепрерывных характеристик взаимного положения планшета и пера. Минимальное число степеней свободы — 2 (X и Y положения проекции чувствительного центра пера), дополнительные степени свободы могут включать давление, наклон пера относительно плоскости планшета, вращение (положение пера относительно своей вертикальной оси).

Применение [ править | править код ]

Графические планшеты применяются как для создания изображений на компьютере способом, максимально приближённым к тому, как создаются изображения на бумаге, так и для обычной работы с интерфейсами, не требующими относительного ввода (хотя ввод относительных перемещений с помощью планшета и возможен, но зачастую неудобен).

Кроме того, их удобно использовать для переноса (отрисовки) уже готовых изображений в компьютер.

Некоторые программы мгновенного обмена сообщениями (например, MSN Messenger (теперь Windows Live Messenger) и Skype ) позволяют пользователю, имеющему графический планшет, интерактивно демонстрировать рисуемое абоненту на другом конце.

Некоторые такие приложения имеют функцию совместного редактирования изображений (англ. whiteboard ) с использованием, например, протоколов Jabber. Среди них — IM‑клиент Coccinella ( англ. ) , IM клиент Tkabber и графический редактор Inkscape. Ведётся разработка поддержки whiteboard и в клиенте Jabber Psi.

Некоторые видеоигры позволяют использовать графический планшет как игровой контроллер. В osu! распространено использование графического планшета в связке с клавиатурой, где графический планшет служит для управления курсором на экране [9] .