Средства вывода информации

Функциональное назначение и основные характеристики технических средств.

Технические средства В сапр.

11.1.Функциональное назначение и основные характеристики технических средств.

11.2.Средства вывода информации.

11.3.Средства ввода графической информации.

11.4.Средства ввода альтернатив.

Технические средства ДС САПР определяются как аппаратурные комплексы, обеспечивающие вывод, редактирование, преобразование и документирование графической и алфавитно - цифровой информации.

Анализ технических средств позволяет выделить две основные функции:

· преобразование формы представления информации;

· обработка, преобразование, хранение и поиск информации в одной из форм представления.

Эти функции необходимо конкретизировать при рассмотрении используемых в настоящее время форм представления обработки и преобразования информации. Поскольку основной поток информации к пользователям и от них идет по каналам зрительного восприятия (до 85%) и звуковому каналу (до 12%), то рассматривается преобразование для этих двух форм представления информации в машинную и обратно. При этом основное внимание уделяется графической форме представления, так как она лежит в основе организации взаимодействия в САПР.

Основной формой представления, которая позволяет выполнить функции обработки, преобразования, хранения и поиска информации, является машинная форма.

Преобразование формы представления информации. При построении технических средств ДС основную роль играют средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие, то есть оперативную визуализацию - визуализацию с минимальной задержкой от выдачи команды до получения изображения на экране.

Оперативность при отображении достигается за счет того, что носителем является среда, позволяющая практически мгновенно изменять информацию. Такой средой, как и в телевидении, является экран, на котором строится изображение. Оперативный ввод и указание также производится посредством взаимодействия с этим изображением.

Оперативный ввод предусматривает обеспечение возможности рисования с отображением вводимой информации.

Вычислительные средства ДС. Совершенствование ДС идет в неразрывной связи в развитием средств вычислительной техники.

Могут быть выделены отдельные поколения вычислительных средств, используемых в ДС. При этом вычислительные средства обеспечивают:

хранение информации (оперативное и длительное); поиск, выборку и передачу информации, организацию интерфейса устройств с ЭВМ; преобразование информации в системе; интерпретацию языка взаимодействия.

В первых ДС применяются цифровые блоки и узлы, обеспечивающие функциональное преобразование информации. В ряде случаев выполняются достаточно сложные преобразования, например матричные операции тригонометрических преобразований, решение систем линейных уравнений и т.д.

Следующим шагом использования вычислительной техники при построении ДС явилось построение систем на основе мини ЭВМ. При этом ДС выполняют лишь функции построения изображения на экране, а основные вычислительные функции выполняются мини - ЭВМ.

Современные ДС обладают мощными вычислительными средствами с большой оперативной памятью.

Реальное время организации взаимодействия. Одним из основных факторов, влияющих на структуру, состав, технические и программные средства и организацию взаимодействия пользователей и ЭВМ с помощью ДС, является обеспечение удобного и привычного для пользователей взаимодействия. Как показали исследования, взаимодействие удобно и эффективно, если оно выполняется в реальном масштабе времени и при условии " t_i £ T_огр, где t_i - время реакции, T_огр- ограничение реального времени.

Полагают, что T_огр зависит от сложности выполняемого задания. При работе ДС в системах реального времени могут быть выведены следующие множества заявок:

1)обеспечения работы дисплея и других устройств, входящих в состав ДС (множества заявок );

2)организация взаимодействия (ввод, преобразование, редактирование и вывод графической и алфавитно - цифровой информации );

3)решение прикладных задач .

При этом условие реального времени можно записать так:

.

Согласно имеющимся литературным данным: Т_огр¹=0,1... 0,3 с; Т_огр²=2...3 с; Т_огр³=15... 30 с.

Оценить нарушение реального времени можно с помощью интегрального критерия (коэффициента дискомфортности), который определяется следующим образом:

, где .

Несмотря на субъективный характер границ оценки реального времени, пользователь уже при , чувствует дискомфорт работы с ГДС при решении прикладной задачи.

Классификация характеристик. Накопленный опыт разработки и использования ДС позволяет выделить следующие подмножества характеристик: графические, эргономические, надежностно - эксплуатационные и точностные, функциональные, материально - технические.

Графические характеристики определяют свойства ДС как средства ввода и отображения графической информации.

Эргономические характеристики определяют свойства устройства ввода и вывода информации в виде, приемлемом пользователями.

Надежностно - эксплуатационные характеристики для ДС являются важнейшими, так как определяют работоспособность устройств. С этими характеристиками тесно связаны точность ввода и вывода информации.

Функциональные характеристики определяют возможности устройств по построению, преобразованию, обработке и хранению вводимой и выводимой информации. Эти характеристики связаны с вычислительными средствами, входящими в состав устройств. Включение в состав устройств микропрограммных блоков, микропроцессоров и БИС в основном определяет функциональные возможности устройств расширяющиеся настолько, что их рассматривают как автономные рабочие места.

Материально - технические характеристики определяются традиционными параметрами - габаритами, массой, стоимостью, потребляемой мощностью.

Рассмотрим более подробно подмножества графических характеристик. При выделении оценок этих характеристик необходимо учитывать опыт определения и практику измерения их в таких областях, как фотография, телевидение, оптика.

Могут быть определены следующие характеристики: размер рабочего поля (поле отображения, поле ввода), разрешающая способность.

Необходимо дать разъяснение по поводу оценки разрешающей способности. В оптике, фотографии и телевидении разрешающая способность определяется контрастно - частотной характеристикой, то есть количеством выводимых линий при -заданном уровне модуляции. При восприятии изображения глазом разрешающая способность может оцениваться точкой на контрастно - частотной характеристике. Считают, что контрастная чувствительность глаза - 2-3%. Вместе с тем в ряде публикаций отмечено, что надежное раздельное восприятие происходит лишь при 30%-м уровне модуляции.

Важное значение имеет оценка возможности отображения (ввода) информаций, заданных или определенных классом решаемых задач.

Пусть размер рабочего поля L_x ´ L_y, дискретность растра (количество растровых единиц) N_x ´ N_y и диаметр элемента (пятна) на экране d. Для многих устройств справедливы условия L_x = L_y = L и N_x = N_y = N. Вычислить разрешающую способность с помощью данных параметров можно, если известен закон распределения яркости в пятне и уровень, на котором определен диаметр пятна.

Можно указать, что разрешающая способность при равномерном распределении яркости в пятне круглой формы определяется отношением N/ L лишь в случае, когда .

Рассмотрим решение одной из практических задач, связанных с построением заданного изображения на экране устройства отображения. Исходное изображение может быть задано путем определения габаритных размеров L_x^* и L_y^* и минимального расстояния на исходном изображении, которое должно быть различимо на экране Dx и Dy по координатам x и y соответственно. Для обеспечения условия формирования данного изображения на экране должно выполняться неравенство

.

Первый сомножитель левой части неравенства соответствует коэффициенту изменения масштаба изображения (по координатам x и y).

Для рабочего поля L_x ´ L_y производится проверка неравенств

При выполнении данных неравенств производится масштабирование исходного изображения, то есть изображение приводится (масштабируется) к размеру рабочего поля. Если неравенство не выполняется, то в системе для просмотра изображения необходима реализация процедуры окно.

Обобщенной функцией средств вывода информации является - преобразование закодированного изображения в его графическое представление, то есть выполнение визуализации, где - закодированное изображение; - графическое представление изображения на плоскости X´Y с атрибутами R (яркость, контрастность, цвет); Þ - преобразование.

Кодирование изображения. В практике систем отображения информации находит широкое распространение линейная и растровая формы описания. Для контурных изображений естественной формой является линейное (координатно - функциональное) описание.

Линейная форма описания. Используются два вида представления описания - символьное и двоичное. Символьная форма определяется используемым языком описания, заданным алфавитом, синтаксисом и семантикой. Двоичное описание является аппаратурно - зависимым и определяется используемыми в устройстве командами визуализации. Введение функциональных генераторов преследует две основные цели - сокращение избыточности описания и времени визуализации. Многообразие возможных технических решений может быть показано на примере реализации генератора векторов. В практике построения генераторов векторов широко используются два способа формирования векторов - с помощью координат начальной и конечной точек и путем определения проекций вектора на координатные оси (рис. 1). Первый сигнал является аналоговым (генерируется аналоговый сигнал, определяющий переход от точки с координатами Х₁ и Y₁ в точку с координатами Х₂ и Y₂), а второй - дискретный (на дискретной сетке генерируются точки, интерполирующие переход от Х₁, Y₁ к Х₂, Y₂). Линейные дискретные интерполяторы ранее использовались в цифровых дифференциальных анализаторах. Важное значение генераторов векторов в дисплеях отразилось в том, что координатно - функциональные дисплеи получили название векторных.

Рис. 19.

Задание координат положения элемента изображения на экране является первой функцией, реализованной при построении средств визуализации.

В большинстве случаев каждое графическое устройство имеет свой набор графических примитивов. Каждый примитив имеет командную часть (признак примитива) и его атрибуты. Задача перехода от одной системы примитивов (от одного устройства вывода) к другой имеет различную степень сложности как в постановке, так и в реализации. Например, переход от одной формы задания вектора к другой (рис. 19) реализуется достаточно просто, громоздкость программ, обеспечивающих переход, увеличивается при расширении функций устройства вывода, например, посредством включения программных генераторов окружностей, символов. Программные модули, обеспечивающие решение данной задачи, определяются как постпроцессоры, или как графические драйверы.

Растровая форма описания. Растровая форма описания предполагает, что траектория движения рисующего элемента (луча, головки) задана в виде растра, имеющего N строк и М отсчетов в строке. При формировании изображения производится управление уровнем яркости каждого элемента и, таким образом, изображение описывается в виде {d_M´N}, где d - уровень яркости. Требуемый объем памяти для хранения изображения при двоичном кодировании яркости элемента может быть вычислен с помощью произведения MN log₂d. Время формирования одного элемента t_э определяется в виде , где время формирования изображения Т_р.

Рассмотрим запись в адресуемую память изображения, представленного на растровом поле размерностью M ´ N. Пусть начальный адрес А₀, а каждая точка кодируется с помощью Кбайт, тогда анализируя положение элемента а_ij, на поле, представленном на рис. 20, определен адрес элемента а_ij в памяти:

.

Рис. 20.

В таком виде описание изображения может быть приведено к адресному пространству памяти.

Ряд преобразований изображений может быть сведен к операциям преобразования адресного пространства. Перемещение элемента а_ij на два элемента влево сводится к перезаписи содержимого по адресу А(а_ij) в ячейку с адресом

.

Таким образом выполняется копирование изображения (без стирания) и перемещение изображения (со стиранием). Несложны также алгоритмы изменения масштаба, зеркального отображения и другие преобразования. В ряде случаев в качестве элемента изображения имеет смысл рассматривать не один, а группу соседних элементов, по терминологии GKS - пиксели, обладающих одинаковыми свойствами. При этом элементы пикселя имеют одинаковый цвет и яркость, из которых строятся сложные изображения.

Классификация средств вывода. Выделяются два больших класса устройств - средства документирования и отображения для оперативного взаимодействия. Первый класс формирует информацию на носителе, второй - оперативно отображает информацию, обеспечивает быструю, а в ряде случаев мгновенную смену информации, позволяет оперативно работать с информацией пользователям при решении прикладных задач. Эти средства определяются как дисплеи и выделяются два их основных типа - алфавитно - цифровые (обеспечивающие ввод, вывод, редактирование и преобразование алфавитно - цифровой информации) и графические (обеспечивающие те же функции с графической и алфавитно - цифровой информацией).

Выделяются три типа графических дисплеев: растровые; векторные; с запоминанием визуальной информации.

Практически все выпускаемые дисплеи строятся на основе электронно - лучевых трубок, принцип работы которых заключается в последовательном формировании изображения на экране (на люминофоре) сфокусированным потоком электронов (электронным лучом). На диаграмме классификации средств вывода информации исключение составляют лишь плазменные дисплеи. Эти дисплеи имеют матричную структуру и разрешающая способность их определяется толщиной шин и расстоянием между ними. При этом не удается получить высокую разрешающую способность.

Генераторы символов. Определим три типа используемых символов.

1. Знаки русского, латинского и других алфавитов.

2. Символы для различных областей применения, например изображения элементов схемы (аналоговых, цифровых) в проектировании, в электротехнике, условные обозначения в строительстве и машиностроении.

3. Символы и условные обозначения, которые пользователь создает в процессе работы с системой.

Первый тип символов используется в алфавитно - цифровых дисплеях, которые обеспечивают ввод и редактирование, формирование массивов и их преобразование. Следует отметить, что генераторы символов или знакогенераторы отличаются способами организации памяти, конфигурацией символов, технической реализацией памяти, способом выборки, описанием траектории.

Упрощенная структурная схема дисплейного процессора алфавитно - цифрового дисплея показана на рис. 3а. Одной из основных компонент генератора символов являются матрицы, в которых запоминается контур соответствующего символа или множество подсвеченных элементов матрицы, соответствующего конфигурации символа. На рис. 4а показан ряд матриц и примеры формирования символов. Основное распространение получили точечные и штриховые генераторы символов. Сигналы с выхода блока формирования конфигурации матрицы (ФМ) могут подаваться на входы РО «Х» и «Y» или УО «Х», «Y». В раннее используемых дисплеях в ряде случаев применялась дополнительная отклоняющая катушка для формирования символов. В дисплеях с телевизионным методом изображения в состав АЦД входит схема памяти строки, позволяющая выполнить последовательную построчную развертку с помощью растра, строки символов, как это показано на рис. 21б. В АЦД символы выводятся на установленные знакоместа. Для расширения возможностей АЦД и обеспечения вывода графической (квазиграфической) информации используют специальные схемотехнические решения, которые производят заполнение междустрочных и междубуквенных интервалов (рис. 22б).

Рис. 21.

Рис. 22.

Растровые печатающие устройства. Выделяются растровые печатающие устройства вывода или матричные печатающие устройства, их классификация приведена на рис. 5.

Рис. 23

Более высокую точность (разрешающую способность, размер рабочего поля) удается получить при использовании графопостроителей.

Средства вывода на фотопленку. Прецизионный вывод изображения на фотопленку необходим для ряда областей применений, его простейшая схема показана на рис. 24 (система с бегущим лучом). Изображение формируется на экране специальной ЭЛТ с высокой разрешающей способностью 2, используется специальная прецизионная фокусирующая и отклоняющая системы 1. Изображение 3 с помощью оптической системы 4 проецируется на фотопленку 5. Усложнение данной системы связано с необходимостью устранения влияния неоднородности свечения люминофора, дисторсии, астигматизма, расфокусировки электронной и оптической фокусирующей систем, неоднородности чувствительной фотопленки. В этих условиях разрешающая способность составляет около 20... 30л/мм.

Рис. 24

Дата добавления: 2014-11-20