Сергій Комаров, Сергій Зарубін
Ми не раз вже знайомили читачів журналу «САПР і графіка» з різними можливостями російської системи ГеММа-3D. Чимало серед читачів і тих, хто знає про неї не з чуток. У цій статті ми хочемо розповісти про деякі особливості гравіювання текстів, які вигідно відрізняють систему ГеММа-3D від аналогічних програм. Але для початку зробимо невеликий відступ і розглянемо різні типи комп'ютерних шрифтів.
Всі використовувані в комп'ютерних системах шрифти можна розділити на три типи: растрові, векторні і контурні.
Мал. 1. Різні типи комп'ютерних шрифтів: а - растрові; б - векторні; в - символи, піддані геометричних перетворень; г - контурні
Растрові шрифти (рис. 1 а) мають фіксований розмір і використовуються в пристроях виведення, наприклад для представлення тексту на екрані монітора. Зрозуміло, що вони непридатні для гравіювання. Символи в векторних шрифтах складаються з відрізків прямих і кривих (рис. 1 б). Червоними маркерами показані точки їх стику. Символи легко масштабувати і виконувати над ними програмно будь-які геометричні перетворення, а також змінювати товщину обведення (рис. 1 в), тому вони ідеально підходять для гравіювання. Контурні шрифти на перший погляд нічим не відрізняються від векторних (рис. 1 г), оскільки символи в них також побудовані з відрізків прямих і кривих. Однак опис символу може складатися лише з безперервних контурів, що утворюють замкнуті області. Символ формується програмним зафарбовуванням цих замкнутих областей. Стосовно до гравірування це означає вибірку або обведення контуру. Яким же шрифтів віддати перевагу? Найбільш простим рішенням є використання вже готових шрифтів. Розглянемо деякі з них, які використовуються в операційних системах сімейства Windows.
Шрифти формату FON входять до складу будь-якої версії Windows. Вони можуть бути растровими та векторними. Формат є відкритим. Ці шрифти нескладно обробляти; крім того, легко створювати свої шрифти в цьому форматі. Однак шрифти формату FON мають один суттєвий недолік - в описі символу можна використовувати тільки відрізки прямих. Ніяких кривих ліній! Зрозуміло, що для гравіювання це не підходить.
Більш вдалим є формат SHX, розроблений фірмою Autodesk. Ці шрифти поставляються з програмою AutoCAD. Існує також величезна кількість SHX-шрифтів сторонніх розробників. Наприклад, відома російська фірма «Топ Системи» разом з системою T-Flex CAD поставляє шрифти формату SHX власної розробки, в тому числі і для гравіювання. SHX-формат дозволяє використовувати в описі символу відрізки прямих і дуг. Однак висота модульної сітки шрифту не може перевищувати 127 одиниць, а координати вузлових точок записуються у вигляді цілих чисел, що, безумовно, накладає обмеження на точність опису контуру, тоді як для стандартних гравірувальних шрифтів точність представлення символу є вельми важливою. Крім того, в шрифтах формату SHX відсутня таблиця кернинга, внаслідок чого формально цей формат є закритим.
Власний формат векторних гравірувальних шрифтів GRV використовувався в широко відомої російської системі КОМПАС-ЧПУ (розробник АТ АСКОН). У GRV-шрифтах контур також будується з дуг і відрізків прямих, причому точність опису символу досить висока за рахунок використання координат з плаваючою точкою. Таблиця кернинга відсутня. Крім того, асортимент цих шрифтів бідний, а внутрішній формат не оптимальний, тому розмір шрифтового файлу досить великий.
Найбільш придатними для гравіювання, здавалося б, є шрифти формату True Type (TTF) і PostScript (PFB), які широко використовуються у видавничій справі та дизайні. У цих шрифтів є всі необхідні властивості: і висока точність представлення контуру, і гладкість кривих ліній, і таблиця кернинга, і величезний асортимент професійно спроектованих гарнітур. За винятком одного - можливості бути векторними (або скелетними, як ми їх назвали в системі ГеММа). Обидва типи шрифтів були спочатку задумані як контурні, тому вони в принципі не можуть містити незамкнуті лінії. Для гравіювання напису таким шрифтом необхідно забезпечити вибірку контурів, а це досить повільна процедура. Ще один недолік таких шрифтів полягає в тому, що криві лінії описані не дугами, а сплайнами: PFB-шрифти використовують криві Безьє третього порядку, а TTF-шрифти - квадратичні B-сплайни. Щоб подати на гравірувальний верстат звичайні команди переміщення по криволінійній траєкторії, сплайни необхідно апроксимувати послідовністю дуг. Така апроксимація збільшує як час підготовки програми для ЧПУ, так і термін її виконання. Втім, в деяких випадках криві Безьє дають більш гладкий контур, ніж дуги, так що їх не слід скидати з рахунків.
Виходячи з проведеного аналізу розробники системи прийняли очевидне в даній ситуації рішення - створити власний формат шрифту, що поєднує переваги векторних і контурних шрифтів і вільний від зазначених недоліків. В результаті була розроблена специфікація шрифту GSH. Цей формат має такі особливості:
• символ може бути і контурним, і векторних (скелетних);
• для опису кривих можна використовувати як відрізки прямих і дуги кіл, так і криві Безьє;
• шрифт може містити таблицю кернинга;
• завдяки компактному внутрішньому формату шрифтів файл має невеликий розмір;
• починаючи з версії 9.0 в комплект поставки модуля гравіювання входить редактор GSH-шрифтів.
В поставку ГеММа-3D входить більше 120 шрифтів формату GSH, причому їх асортимент від версії до версії оновлюється і розширюється. Близько 30 шрифтів є векторними (скелетними), решта - контурними. ГеММа-3D також дозволяє використовувати будь-які контурні шрифти True Type, інстальовані в системі. Але найбільш зручними для гравіювання є саме скелетні шрифти. Серед них є стандартні гравірувальні шрифти по ГОСТ 2930-62, ГОСТ 26.008-85 та ГОСТ 50140-92, що включають грецькі літери і спецсимволи (рис. 2), а також друкарські та декоративні шрифти (рис. 3).
Мал. 2. Структурні гравірувальні шрифти
Мал. 3. Деякі шрифти для декоративної гравіювання
Очевидні переваги скелетних шрифтів такі:
• підготовка програми та процес гравіювання виконуються дуже швидко, оскільки саме накреслення символу і є траєкторія інструменту (рис. 4);
• геометрія символів спроектована таким чином, щоб оптимізувати ходи інструменту;
• гравірувальні шрифти побудовані в точній відповідності зі стандартом;
• стандартну товщину обведення можна задавати в самому шрифті, завдяки чому вибір інструменту та глибина врізання задаються автоматично;
• будь-який структурний шрифт можна легко перетворити в трафаретний за допомогою масок (рис. 5).
Мал. 4. Гравіювання лінійки скелетних шрифтом ГОСТ 50140-92
Мал. 5. Трафаретний шрифт отриманий з напису за допомогою масок
Ми вже згадували, що для гравіювання можна використовувати і контурні шрифти. В цьому випадку шрифтові символи обробляються як звичайні контури. На рис. 6 а показаний результат обробки, на рис. 6 б - траєкторія інструменту при вибірці еквідістантой, а на рис. 6 в - штрихуванням.
Крім обробки контурних шрифтів вибіркою, в системі ГеММа є ще одна цікава можливість - конгрев (рис. 7). Це особливий вид гравіювання конічним інструментом, при якій змінна товщина штриха виходить за рахунок різної глибини врізання.
Зрозуміло, конгрев можна використовувати і при гравіювання інших декоративних елементів, наприклад розеток і орнаментів. Але особливо він підходить для декоративних шрифтів з штрихами змінної товщини.
З огляду на прагнення користувачів створювати власні і допрацьовувати існуючі шрифти, до складу поставки включений редактор шрифтів (рис. 8). З його допомогою можна витягти символ з шрифту, змінити і вставити його в цей же або в інший шрифт, змінити таблицю кернинга, проконтролювати рух інструменту за елементами.
Ми сподіваємося, що нові розробки НТЦ «ГеММа» виявляться дуже корисними для вітчизняних підприємств і для всіх любителів гравіювання.
Мал. 6. Гравіювання контурним шрифтом з вибіркою контурів
Мал. 7. Гравіювання конічним інструментом зі змінною глибиною врізання (конгрев)
Мал. 8. Процес розробки трафаретного шрифту на базі ГОСТ 50140-92
«САПР і графіка» 5'2004
Яким же шрифтів віддати перевагу?