CC BY
36
------------------------------------- © И.Н. Миков, Л.П. Осипова,
Д.С. Павленко, 2004
УДК 65.015.13
И.Н. Миков, П.П. Осипова, А.С. Павленко
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ХУДОЖЕСТВЕННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ РАСТРОВОГО ГРАВИРОВАНИЯ
Семинар №20
Л ля получения на поверхности материала полутоновых и штриховых изображений механическим путем с использованием станка применяют методы чеканки или гравировки. Технологический процесс растрового факсимильного гравирования [1] обеспечивает получение интегральной оптической плотности Пв на длине шага растрирования 5 заготовки равной оптической плотности оригинала Оор на этой же длине,
т.е. D™
Du. Интегральная оптическая
плотность Дв получается из сложения оптической плотности полированной поверхности заготовки Д и оптической плотности До следов (точек пробельного элемента) долбя-ка, оставляемых после разрушения. Уравнение Шеберстова-Муррея-Девиса Dв =
*10-Вя + (1 -], где б - площадь пробельного элемента. Значения Д и До для различнык материалов варьируются. К тому же графическое изображение в файле имеют значения Дпф и Доф отличные от реальный соответствующих значений на заготовке Дпз и Доз. Приведение граничнык значений оптической плотности для файла и заготовки к равенству позволяет повысить точность факсимильной передачи изображения на камне.
На экране компьютера изначально картинка имеет 16 градаций (при этом значения пикселей составляют диапазон чисел 0 - 256 => оттенки серого цвета), при переносе на камень эта же картинка не может передать более 8 градаций (значения пикселей составляют диапазон чисел 128 -256 => оттенков), а предыдущие градации с 1 го по 7-й представлены одним 1-м полутоном.
Таким образом из-за нарушения равенства, без применения специальный мер изображение выглядит после гравировки на
камне смазанным и невыразителыным, иногда плоским, т.к. теряются детали в диапазоне с 1-ю по 7-ю градацию полутона.
В графическом редакторе Photoshop есты возможносты смоделироваты изображение на твердой поверхности, нивелируя, т.е. загрубляя плавносты переходов, и уменышая число градаций полутонов таким образом, что градации с 1 по 16 преобразуются с 8-й по 16-ю с помощыю корректирующего слоя Постеризация.
Термин "постеризация" происходит от слова "poster" - "плакат" и означает метод снижения количества цветов за счет замены близких оттенков одним цветом [2]. Прямоугольники с градиентной заливкой перед по-стеризацией и после нее показаны на рис. 1.
Рис. 1
При сканировании изображения в памяти компыютера непрерывный видеосигнал преобразуется в решетчатую функцию -массив пикселей. Пиксел - код градации полутонового клина точки изображения. Полутоновой клин имеет 16-ты градаций оптической плотности - число отделыно различимых D от самых светлых до самых темных участков (ГОСТ 24930), изображен на рисунке. В кодах пикселей это соответствует числу от 0 до 255.
Распределение тонов или тоналы-носты отделыных участков - градационные свойства видеосигнала изображения - описываются его амплитудной характеристикой в макромасштабе. Иллюстрирует ее гистограмма в программе Photoshop. Каждому положе-
Рис. 2
нию пиксела в строке (ось ОХ) соответствует его величина (ось ОУ), определенная по полутоновому клину (рис. 2).
Качество гравированного изображения определяется качеством исходного рисунка. Оно зависит от четкости, резкости и распределения тонов в рисунке.
Разности значений решетчатой функции описывают качество изображения. Аналогом первой производной непрерывной функции для решетчатой функции является либо первая прямая разность А Р[п] =/[п+1]-/[п], либо первая обратная разность V /[п] = /[п]- Дп + 1]. Первые разности решетчатой функции массива пикселей изображения могут служить для определения его четкости. Необходимо, что бы первая разность значений соседних пикселей составляла «16. Аналогом второй производной непрерывной решетчатой функции являются вторые разности: вторая прямая разность А 2/[п] = А /[п + 1] - А /[л]= =2/п + 2] - 2/[п +1] + /[п] либо вторая обратная разность V 2/[п] = V /[п]- V Д= =[п - 1] =/[п] — 2/[п - 1] +/ [п — 2]. Относящаяся к четкости резкость — это четкость границы между соседними участками изображения с различной оптической плотностью. Для ее определения могут служить вторые разности для решетчатой функции.
При формировании импульсов управления система управления, состоящая из компьютера и контроллера, добавляет к исходному значению пиксела вычисленную первую и вторую разности фрагмента видеосигнала (решетчатой функции). Однако при постоянстве относительной ошибки величина абсолютной ошибки зависит от величины
добавленного значения. В связи с этим последняя величина должна быть минимальной. Для решения этого вопроса применяется ретушь изображения. Она приводит к тому, что величина первой и второй разностей становится минимальной.
Проведение ретуши изображения на компьютере в графических программах, например, Photoshop дает возможность повысить качество входного и выходного видеосигнала при снижении влияния автокоррекции.
Для получения качественного изображения на твердой поверхности существует необходимость его редактирования, корректировки тональности и контрастности, исправление дефектов, подрисовке картины, прорисовка отдельных участков карандашами или красками, применения специальных фильтров и надстроек графического редактора PhotoShop [4].
В общем понимании процесс редактирования изображения включает в себя:
• сканирование;
• удаление царапин, трещин и других дефектов отсканированного изображения;
• создание основных слоев для улучшения качества гравирования изображения;
• создание черного фона;
• изменение балансов полутонов;
• применение специальных фильтров.
Чтобы начать ретуширование изображение, необходимо первым делом его отсканировать. При сканировании нельзя забывать: чем больше разрешение, тем четче картинка, но при этом она занимает больше места в памяти. Режимы с высоким разрешением лучше устанавливать для маленьких по размеру картинок. Для сканирования рекомендуется использовать планшетный сканер. Он проще в обращении, нежели ручной. Все современные сканеры позволяют сканировать прямо из редактора PhotoShop, выбрав команду меню Файл/Импорт/ TWAIN. При этом открывается окно с настройками сканера.
Отсканированное изображение необходимо перевести в черно-белый режим, так как цветные картинки не годятся для гравирования. Далее сохранить изображение на жестком диске и продолжить работать в графическом редакторе.
Для уменьшения размеров картинки рекомендуется сразу после сканирования отрезать ненужные фрагменты по краям с помощью инструмента Срез, для чего нужно выделить фрагмент, который необходимо оставить, и нажать Enter. На экране останется лишь выделенная часть изображения, а остальное удалится из памяти.
Часто отсканированные изображения имеют некоторые дефекты в виде царапин, трещин или следов пыли. Эти дефекты легко убрать с помощью специального инструмента, называемого Резиновый штамп, который хватает фрагмент картинки рядом с царапиной, и этим фрагментом, как шаблоном, закрывает дефектный участок. Также этот инструмент позволяет убрать не нужные детали картинки или скопировать участок изображения и вставить его в другое место этой же картинки.
После сканирование картинка смотрится не всегда контрастно, поэтому необходимо подобрать приемлемые настройки яркости, контраста и баланса полутонов для всего изображения одновременно. Сделать это можно с помощью специального корректирующего слоя Кривые. После того, как на экране появится окно настройки баланса полутонов в виде графика с отрезком прямой линии, можно начинать корректировать изображение, перемещая концы отрезка с помощью мыши или превращая график в криволинейный с помощью дополнительных узловых точек. Причем все изменения, сделанные вами, будут одновременно отображаться на экране. В большинстве случаев достаточно автоматической настройки данного слоя. Единственное условие, чтобы слой Кривые работал правильно, он должен находиться в списке слоев одним из первых (первым слоем должен быть слой Постеризация).
Черный фон изображения создается не всегда, а в случаях, когда хотят ускорить процесс гравирования или же когда на изображении не нужен задний план. При создании черного фона необходимо выделить область, которую нужно сделать черной. Выделение области можно выполнить с помощью режима Быстрая маска,
после чего закрасить эту область черным цветом.
Если гравировать не ретушированную картинку, то при не очень хорошем качестве оригинала она получится плоской. Чтобы получить хороший результат, необходимо усилить контраст переходов между полутонами. Светлые части изображения еще больше осветлить, а тени и темные места сделать еще темнее. Главное в этих операциях - чувство меры, иначе в результате исходная и полученная картинка могут получиться абсолютно непохожими. Для детальной корректировки изображения используются инструменты Осветлитель/Выжигание, важной особенностью которых является то, что созданные или усиленные ими линии не будут выглядеть искусственными, как при использовании инструментов Кисть или Карандаш. Это происходит вследствие того, что эти инструменты уменьшают или усиливают яркость фрагментов изображения, то есть они делают полутоновые переходы более ярко выраженными. С помощью техники осветления/затемнения можно легко добиться нужных результатов. Необходимо также правильно выбрать диаметр инструмента, он должен быть немного больше тех фрагментов изображения, которые желательно отредактировать. Размер инструмента выбирается на панели Кисти. С помощью палитры Опции Осветлителя/Опции Выжигания можно настроить параметры выбранного инструмента. Параметр Режим указывает на какие оттенки будет действовать ин-
струмент (тени, полутона или блики). Параметр Действие позволяет отрегулировать степень воздействия инструмента на изображение. В результате использования данных инструментов картинка может получиться чересчур резкой и контрастной, но не следует этого бояться, так как на твердой поверхности она будет выглядеть более естественно. Для проверки можно сделать видимым слой Постеризация, который отобразит это изображение с 8 оттенками серого.
Иногда требуется сделать ярче или затемнить небольшие участки картинки. В этом случае проще выделить необходимую область, создать для этой области корректирующий слой и с его помощью настроить баланс полутонов. Выделить нужную область можно с помощью режима Быстрая маска. Далее создается один из корректирующих слоев на выбор - Кривые, Яркость/Контраст или Уровни. На экране появится окно настройки яркости и контрастности. С помощью передвижения мышкой треугольных указателей можно изменять данные параметры, что будет отображаться на выбранном фрагменте.
Использование специальных фильтров графического пакета РЬо1:о8Ьор приводит к улучшению качества гравируемой картинки. В частности, применение фильтра Фотокопия приводит к получению более четких, даже резких контуров изображения. При их отсутствии картинка после переноса на твердую поверхность получается невыразительной, теряется четкость и некоторые детали сливаются. Преимущества этого фильтра является то, что он не влияет на основную картинку, так как дополнительные контуры создаются в другом слое, в котором при необходимости можно отключить видимость. В результате применения фильтра на изображении появится множество мелких дефектов в виде черных точек, которые легко удалить. Для этого нужно сделать активным слоем тот, в котором применялся фильтр Фотокопия, выбрать кисть, установить активным цветом белый и закрасить все ненужные детали.
Применение фильтра Крестики делает изображение зернистым и размывает границы между полутонами. В результате вид картинки при малом числе полутонов улучшается, что можно проверить с помощью слоя Постеризация. Для получения желаемого результата при применении фильтра Крестики изображение должно занимать не
больше 2 МБ. При правильно проведенном ретушировании изображение после применения этого фильтра сильно изменяться не должно.
Иногда приходится изменять размеры изображения. Чаше всего приходится уменьшать картинку при удалении офсета или для уменьшения размера памяти, занимаемой изображением на жестком диске. Операцию изменения размеров картинки нельзя делать многократно, так как ухудшается качество изображения. Рекомендуется изменять размеры только в сторону уменьшения.
Все выше описанные действия проводятся с одной единственной целью - уменьшить до нуля погрешность токового импульса.
Объемное гравирование всегда связано с большими отходами материала в виде стружки. При этом виде обработки необходимо применять смазочные охлаждаюшие жидкости. Это приводит к необходимости доработки станка - системы охлаждения инструмента и заготовки во время работы. Применение СОЖ затрудняет визуальный контроль процесса обработки. Сократить потери и заменить фрезерование обычной гравировкой, при сохранении зрительной объемности изделия, позволяет дополнительная обработка отретушированной картинки с помошью специальных фильтров в программе Photoshop. Получение иллюзии объемного изображения на плоскости за счет добавления теней, бликов и выделения контура происходит при гравировании картинок, после применения фильтров Барельеф (Bas Relief) и Чеканка (Emboss) . Приме-
Искажение: 122 ' О
Высота: р пиксели 1 6
Количество: рг %
1 в
нение трехкоординатной обработки для драгметаллов экономически не выгодно. Того же зрительного эффекта можно достичь обыиныш гравированием с предварительной обработкой изображения.
Подменю Filter > Stylize обеспечивает доступ к фильтрам, обрабатывающим границы изображения. Фильтр Emboss обеспечивает эффект рельефности, смещая одну копию изображения относительно другой.
Изображение, обработанное фильтром Emboss, становится похожим на гипсовый барельеф или чеканку по металлу. В действительности происходит разделение исходного снимка на негатив и позитив, с выделением границы тоновых переходов [3]. Параметр Height (Высота) на самом деле задает смещение негатива относительно позитива. Наложение такого смещения указывают в окне счетчика Angle (Угол). Параметр Amount (Количество) определяет число полутонов в итоговом изображении.
Группа Filter > Sketch (Эскиз) содержит фильтры, превращающие цветное изображение в монохромное, используя рабочий и фоновый цвета документа [4]. Применение Sketch (Эскиз) > Bas Relief (Барельеф) преобразует исходное изображение в барельеф. Его реалистичность зависит от настройки параметров в диалоговом окне:
• детализация (Detail) - уровень проработки деталей в диапазоне от 1 (максимальная) до 15 (минимальная);
• фокусировка (Smoothness) - уровень резкости в диапазоне от 1 до 15. 1 - изображение максимально четкое, а 15 - максимально размытое;
• направление света (Light Direction):
*i
Bottom - снизу; Bottom Left - снизу слева; Left - слева; Top Left - сверху слева; Top Right - сверху справа; Right - справа; Bottom Right - снизу справа.
Перед применением фильтра Барельеф и Чеканка необходимо создать однородный фон. Для этого, открыв отретушированное изображение, создаем новый слой, на котором выделяем объект, инвертировав выделение, заливаем фон подходящим цветом. После применяем фильтр. Команда Levels (Уровни) дает возможность избавиться от чисто черного и белого цветов, произвести тоновую коррекцию, максимально приблизиться к эффекту чеканки либо барельефа на конкретном материале: будь то камень или металл. Визуальный эффект объемности картинки в обоих фильтрах основан на особенностях восприятия человеческого глаза. Они могут быть применены для картинки, которая затем будет выгравирована на камне либо металле.
Те более, что использование динамического микрофрезерования позволяет перевести чеканку в гравировку [5]. Чеканка может быть рассмотрена как самостоятельный способ художественной обработки металлов. Металл пластически деформируется, а снятия стружки не происходит. Для его реализации требуется специальный инструмент и закрепление заготовки. Для усиления объемности отчеканенного рисунка целесообразно использовать метод двусторонней чеканки. Используя компьютер для подготовки изображения к гравированию и ввода его в программу Grave возможно реализовать этот метод. Любая графическая программа позволяет изменять ориентацию изображения в пространстве, например, зеркально отразить его. Тогда отретушированное изображение чеканится на «изнаночной» стороне заготовки. Потом изображение в компьютере зеркально отражается, заготовка переворачивается на лицевую сторону и наносится уже на нее. На конкретном материале, при чеканке, разница высот может быть получена только в определенном диапазоне. Он зависит от применяемого инструмента и физико-механических свойств материала заготовки. На станке возможно только получение «вдавленного» изображения определенной глубины. Контрастность в таком случае невелика. Если же применить чеканку сначала с одной стороны - «с изнанки», а потом перевернуть заготовку и пройти по лицевой стороне, то полу-
чится более выразительный в художественном смысле результат. Потери сырья при такой обработке отсутствуют. В отличие от трехмерного барельефа нет снятия стружки. Рельефность достигается пластической деформацией материала.
Компьютерные технологии позволяют увидеть конечный результат до начала обработки материала на станке, отследить все стадии технологического процесса. Приме-
1. Mikov, V. Morozov. Computer technology for facsimile engraving minerals. Sofia, Bulgaria.: Proceedings of the international scientific session, Management of natural and technogenic risks, University of Mining and Geology ''St. Ivan Rilsky'', 2001, - с.341-343.
2. Пономаренко С. Adobe Photoshop 4.0 подлиннике - СПб.: BHV - Санкт-Петербург 1998. - 416 c., ил.
3. Мураховский В.И. Компьютерная графика / Под ред. С.В. Симоновича. - М.: «АСТ-ПРЕСС СКД», 2002. - 640 с.: ил.
нение программ компьютерной графики, в том числе РЬо1:обЬор, - первый и ответственный этап при художественной обработке материала. Грамотное редактирование и преобразование изображения, которое в последствии будет выгравировано или отчеканено, позволяет повысить качество готовой продукции, добиться различных зрительных эффектов и минимизировать отходы сырья.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Тайн А.М., Тайн А.А. Самоучитель Adobe РМо8Иор 7. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 688 с.: ил.
5. Миков И.Н., Казаков В.А., Науменко И.А. Анализ деформации материалов ударами способ повышения производительности гравирования динамическим микро фрезерованием. Горный информационно-аналитический бюллетень, - М.: Изд-во МГГУ, № 1, 2004.
— Коротко об авторах
Миков И.И. - кандидат технических наук, Московский государственный горный университет. ОсиповаЁ.П., Павленко А.С. - Московский государственный горный университет.
© Ю.А. Павлов, А.В. Пызин, 2004
УДК 65
Ю.А. Павлов, А.В. Пызин
ИНТЕГРИРОВАННАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА И УПРАВЛЕНИЯ ЮВЕЛИРНЫМ ПРЕДПРИЯТИЕМ
Семинар №20
Камнеобрабатывающие, гранильные, художественные и ювелирные предприятия в настоящее время столкнулись с необходимостью непрерывной адаптации к рыночным условиям, которые диктуют все более высокие требования к разнообразию, качеству выпускаемой продукции, снижению ее себестоимости и сокращению сроков выполнения заказов. Решение этих актуаль-
ных задач требует серьезного пересмотра принципов организации и управления на уровне каждого предприятия. Традиционная иерархическая система управления с ярко выраженной функциональной направленностью подразделений в нынешних условиях оказывается неэффективной, т.к. она не ориентирована на указанные выше целевые задачи предприятия.
