Приемы действенного применения сканера при проектировании индустриальных объектов
В данной статье
рассмотрены приемы действенного применения сканера и соответствующего
программного обеспечения для повышения эффективности работы конструкторов.
Системы автоматизированного проектирования (САПР) и инженерного документооборота
уже доказали свою состоятельность как действенный инструмент разработки изделий
и поддержки проектной документации.
В то же время огромное количество инженерно-технических материалов до сих пор
хранится в бумажных архивах и обрабатывается устаревшими методами. Большой объем
полезной и необходимой информации не используется в современных технологиях и не
работает в полную силу. Кроме того, традиционный архив, в отличие от
электронного, требует больших затрат на хранение, размножение и распределение
бумажных материалов.
По оценке International Data Corporation и журнала Document Management, во всем
мире имеется более 8 миллиардов технических изображений, из которых менее 15%
хранится в электронном формате. Несмотря на то, что системы автоматизированного
проектирования существуют уже не один десяток лет, более 65% технических
изображений – это бумажные чертежи.
В экономически развитых государствах проблему рационального и действенного
применения бумажных архивов начали решать еще в начале 90-х. Приобретенный за
прошедшие годы опыт показывает, что применение сканерных технологий для перевода
информации с бумажных носителей в электронную форму и включение полученной
информации в инженерный документооборот дают большой экономический эффект. В
России и государствах СНГ этот процедура пока только начинается, но потребность
развития производства, создания конкурентоспособной продукции и выхода на
мировой рынок заставляет фабрики и заводы внедрять новейшие технологии работы с
инженерной документацией.
В наше время благодаря быстрому развитию аппаратных средств компьютерной
обработки информации и уменьшению их стоимости созданы все предпосылки для
внедрения новейших технологий работы с техническими архивами. Появление
широкоформатных сканеров и струйных плоттеров, увеличение производительности
компьютеров, снижение стоимости хранения информации на жестких, лазерных и
оптических дисках дают возможность легко получать, хранить и тиражировать
растровые копии чертежей, схем, планов, карт. Теперь даже рядовой ПК
удовлетворяет требованиям большинства специализированных программных средств
обработки сканированных изображений.
Все это дает возможность перейти от работы с архивом бумажных материалов к
использованию электронных архивов файлов сканированных, растровых чертежей.
Внедрение гибридной технологии редактирования позволяет использовать
отсканированные изображения в САПР и системах инженерного документооборота.
Современные технологии повышают информационную ценность бумажного архива,
способствуют уменьшению расходов на хранение и обслуживание, повышают
экономический эффект применения существующей документации при проектировании и
раздвигают возможности ее применения во всех смежных областях – технической
поддержке, планировании, материально-техническом снабжении.
Рассмотрим скрытую стоимость бумаги.
Сканированные бумажные чертежи можно эффективно использовать в современных
автоматизированных системах – это, несомненно, является самым главным
преимуществом новой технологии. Но не стоит забывать и другие значимые
составляющие проблемы. Традиционные методы управления, обработки, хранения и
сопровождения бумажных чертежей отнимают много времени и средств.
Вот некоторые из наиболее явственных проблем поддержки бумажного архива, которые
можно решить, используя современные технологии:
- тиражирование бумажных чертежей – трудоемкая и не дешевая операция, за время,
затраченное на копирование одного бумажного чертежа, можно разослать по сети
много бесплатных копий электронных чертежей;
- бумажные чертежи портятся при хранении – срок жизни электронных изображений
практически не ограничен;
- бумага ограничивает возможности представления данных, графика и текст – вот и
все, в то время как электронные документы могут содержать гиперссылки на
связанные с ними материалы, звук, видео и т.п.;
- бумажные чертежи занимают много места, их хранение плохо систематизируется,
часто весьма трудно найти нужную информацию в бумажном хранилище. Электронные
чертежи не требуют помещений для хранения, их поиск эффективнее и быстрее;
- бумажные чертежи теряются, по экспертной оценке, от пяти до семи процентов
технических материалов не могут использоваться – они потеряны или
разукомплектованы, резервное копирование содержимого электронного архива и
введение автоматизированной дисциплины доступа к информации избавляют от
подобных проблем;
- известно, что многие организации не хотят делиться своей интеллектуальной
собственностью и передавать смежникам оригиналы документации, хранящиеся в
электронных файлах САПР, а бумажные копии многие, особенно иностранные компании,
уже не принимают, растровая копия векторного чертежа САПР позволит решить эту
задачу.
Рассмотрим идеальный вариант:
- сканирование бумажных документов, получение растровых изображений;
- векторизация: преобразование растровой графики в векторную;
- загрузка полученных данных в векторный редактор и работа с ними;
Рассмотрим идеальный вариант на
практике.
На практике не существует кнопки, позволяющей автоматически векторизовать
«грязные» изображения чертежей. На сегодняшний день известны автоматическая и
полуавтоматическая векторизации.
Рассмотрим программную обработку
сканированных изображений.
Растровые данные и векторные объекты.
Сканированные чертежи можно сразу включить в систему электронного
документооборота и использовать как справочную документацию. Однако для
действенного редактирования растровых изображений и их полноценного применения в
САПР нужно специализированное программное обеспечение. Это обусловлено
принципиальными различиями между получаемыми при сканировании растровыми файлами
и векторными рисунками, которые создаются и используются в автоматизированных
системах черчения и проектирования.
Системы автоматизированного проектирования используют векторные файлы; при
сканировании создаются растровые файлы. Растровая графика принципиально
отличается от векторной.
При рисовании отрезка в векторном редакторе в файле рисунка создается векторный
примитив – математическое описание графического объекта «отрезок». Это описание
содержит информацию о конечных точках и толщине отрезка. Когда чертеж
сканируется, он разбивается на маленькие квадратики – пикселы. Отсканированный
отрезок состоит из отдельных пикселов, формирующих изображение отрезка.
Сканированные чертежи, которые предполагается использовать и редактировать
подобно векторным данным, необходимо либо перевести в векторный формат, либо
использовать для работы такие программные средства, которые умеют работать с
растром как с векторами, «на лету» производя скрытое преобразование растровых
линий в векторные графические примитивы.
В следующих подразделах описывается несколько специализированных технологий
обработки растровых изображений, полученных при сканировании
инженерно-технических материалов: чертежей, планов, схем, карт и т.п.
В качестве примеров используются описания операций, реализованных в программах
Vectory, Spotlight и RasterDesk. Эти программные продукты получили наибольшее
распространение в России и государствах СНГ как средства коррекции,
редактирования и векторизации сканированной графики технического назначения.
Программные средства коррекции растровых изображений.
Даже самый совершенный сканер не может компенсировать все недостатки бумажных
оригиналов. Полученный при сканировании растровый файл приходится
корректировать, используя специализированные программные средства.
Специфика обработки сканированных технических материалов связана прежде всего с
тем, что они могут быть весьма большого размера (для современных сканеров формат
А0 – далеко не предел). Кроме того, следует учесть высокие требования к точности
геометрии объектов изображения. Это особенно важно, если растр необходимо
использовать для векторизации. Поэтому в программах-корректорах используются
специальные операции и средства, не применяемые в обычных растровых редакторах.
Те, кто пробовал сканировать чертежи, знают о наиболее распространенных изъянах
получаемых растровых изображений: растровый мусор (шум, фон), небольшие
отверстия в линиях, зазубренность краев растровых объектов. Подобные изъяны
устраняются с помощью операций, которая называется фильтрацией. Суть ее в том,
что все изображение или выбранная область обрабатывается по определенному
алгоритму (фильтру). Наиболее удобными являются фильтры, которые не требуют
настройки, они автоматически вычисляют параметры своей работы, так как такую
автоматическую фильтрацию можно использовать в пакетном режиме.
2-я группа изъянов – это геометрические искажения всего изображения: перекос
(бумагу вставили в сканер с небольшим угловым отклонением), неправильная
ориентация («боком» или «вверх ногами»), нестандартный формат (отсканированный с
перекосом чертеж будет иметь нестандартные размеры) и т.п. Некоторые из этих
операций также могут быть автоматизированы, например, устранение перекоса или
приведение размеров изображения к ближайшему стандартному формату. На
иллюстрации внизу показано, как реализована коррекция изображений в программе
Spotlight:
Средства растровой коррекции могут исправить глобальные изъяны сканированных
изображений, но если в сканированный чертеж необходимо внести изменения или
возникает потребность использовать его для расчетов, то приходится прибегать к
другим методам – векторизации и гибридному редактированию.
Векторизаторы. Для
работы в системах инженерного моделирования и анализа используются чертежи с
самой высокой степенью информативности. Программные средства, использующие
графику для расчетов, умеют работать только с векторными изображениями. Поэтому,
чтобы использовать для таких целей отсканированные изображения, их нужно
переводить в векторный формат. Вот некоторые примеры: предприятие имеет
необходимость разработать трехмерную модель изделия по старым чертежам и
выполнить по этой модели расчет прочности; или при планировании новой застройки
нужно использовать трехмерную модель ландшафта, которую необходимо создать,
используя имеющиеся бумажные карты. В обоих случаях требуются векторные модели,
и, следовательно, растровые изображения приходится преобразовывать в векторные
рисунки.
Процесс преобразования сканированного изображения в чертеж САПР называется
векторизацией. Растровое изображение можно векторизовать, не используя
программных средств. Но намного более эффективными являются программные методы
обработки растра: автоматическая, пакетная векторизация и трассировка –
полуавтоматический, управляемый оператором, процедура выборочной векторизации.
Рассмотрим методы программной
векторизации.
Автоматическая векторизация.
При автоматической векторизации необходимо только задать параметры и запустить
операцию. Программа сама определит, какие растровые линии необходимо
аппроксимировать отрезками, дугами, а что является растровым текстом.
Профессиональные пакеты автоматической векторизации, например программы Vectory,
Spotlight Pro, RasterDesk Pro, распознают типы линий размерные стрелки,
штриховки, тексты. Они проводят коррекцию полученного векторного рисунка: сводят
концы векторных объектов, выравнивают их по ортогональным направлениям и т.д.
Рассматриваемые пакеты имеют встроенные модули распознавания текста, в отличие
от других только локализующих текстовые строки и предоставляющих интерактивные
средства ручной замены.
При высоком качестве исходного изображения можно получить весьма хорошие
результаты автоматической векторизации. Такой метод векторизации также
используется при пакетной обработке набора растровых файлов, что дает
возможность провести обработку большого объема материалов без участия оператора,
например, в нерабочее, ночное время. Но, как правило, программное обеспечение не
может на сто процентов правильно векторизовать растровое изображение. Эту
операцию лучше всего использовать как компонент процесса преобразования, а не
как общее решение. Для получения качественного векторного изображения требуется
достаточно большая доработка.
Интерактивная векторизация
(трассировка) . Интерактивная векторизация (трассировка) – один
из наиболее перспективных методов преобразования. При трассировке оператор
указывает растровые линии на экране, и они преобразуются в векторные объекты.
Этот метод позволяет совместить интуитивное знание пользователя с
автоматизированным процессом преобразования. Средства трассировки позволяют
оператору разделить объекты растрового изображения по значению и преобразовать
только то, что нужно.
Вот пример применения такой технологии. При обработке растрового изображения
топографической карты сначала превращаем растровые изолинии в векторные
полилинии. Оператор указывает точку на растровой линии, а программа прослеживает
эту линию до ближайшего пересечения или разрыва и создает аппроксимирующую
векторную ломаную – полилинию. Затем процедура повторяется. После этого каждой
полилинии можно присвоить значение высоты и получить трехмерную модель
поверхности для ГИС.
Рассмотрим гибридную технологию.
Гибридная технология интегрирует возможности растрового и векторного
редактирования и предоставляет средства преобразования растра в вектора и
векторных объектов в растр. Изображения, с которыми работают гибридные
редакторы, обычно состоят из графики двух видов: полученных при сканировании
растровых данных и векторных объектов.
Симбиоз растровых данных и векторных объектов дал качественно новейшие
возможности обработки сканированных изображений. Пусть нам надо изменить радиус
растровой окружности (левая часть иллюстрации). Указываем ее курсором, и она
превращается в векторный круг, – так работают средства интерактивной
векторизации гибридного редактора Spotlight (средняя часть иллюстрации).
Меняем радиус векторной окружности (правая часть иллюстрации). Затем окружность
можно растеризовать. Радиус окружности изменен, чертеж остался полностью
растровым.