АРХИВ СТАТЕЙ ЖУРНАЛА «МОЙ КОМПЬЮТЕР» ЗА 2002 ГОД

Трехмерную печаталку увидеть не хотите ли?

• Все журналы \ Номер 14/185 `2002 от 01.04.2002 \ Трехмерную печаталку увидеть не хотите ли?

Владимир СИРОТА vovsir@km.ru

Если посмотреть на современные устройства печати, то можно ли сказать, что они достигли совершенства? Да, отпечатки, получаемые на сегодняшних струйных и лазерных принтерах, весьма впечатляющи. И все же им чего-то не хватает… Чего? Естественности, натуральности, объемности изображений. Ведь то, что мы видим на современных распечатках — совершенно плоские, «неприродные» для человеческого взора картины. А нельзя ли придать им естественности, стереоскопичности, настоящей трехмерности? Можно, отвечают инженеры Lexmark.

Плоская печать

Если посмотреть на современный рынок устройств печати, то по большому счету, он делится на устройства печати двух типов — струйные и лазерные принтеры. Все еще встречающиеся матричные девайсы не в силах потягаться со струйниками и лазерниками ни по скорости, ни, тем более, по качеству печати. В последнее время совершенно четко наметилась тенденция по росту скорости работы печатающих устройств. Так, если на заре своей популярности струйные принтеры выдавали по 1-2 цветных страниц в минуту и коло 4-х черно-белых, то современные «монстры» делают по 10-20 отпечатков за эту же минуту. При этом качество изображения, полученного с помощью последних моделей, конечно же, не сравнимо с теми распечатками, которые обеспечивали «динозавры». Качественные изменения произошли, и они действительно впечатляющи. Плотность точек растра поднялась от казавшихся когда-то высокими 300 dpi до нынешних общепринятых 1200, 1400 и 2880 dpi.

А совсем недавно НР и Lexmark анонсировали новое достижение в этом отношении — принтеры указанных компаний смогут выводить изображение с разрешением 4800х1200 точек на дюйм. Казалось бы, очень много, куда уж больше — в этом случае отпечатанная картинка должна выглядеть просто великолепно. Действительно, невооруженным глазом заметить растр на изображении со столь огромным разрешением практически невозможно. И все же, даже таким высоко детализированным изображениям не хватает одной, но существенной детали. Нет, речь вовсе не о фотореалистичности. По этому параметру к современным принтерам нельзя предъявить абсолютно никаких претензий — полученные с их помощью иллюстрации выглядят вполне фотореалистично. То есть по качеству практически не уступают обычной фотографии. Близким к фотоснимкам распечаткам современных принтеров существенно не хватает кое-чего иного. Дело в том, что полученные на нынешнем поколении печатающих устройств изображения выглядят совершенно плоскими картинами в нашем трехмерном мире. То есть при таком способе формирования изображений последним не хватает естественности — самой что ни на есть природной трехмерности. Можно ли, используя струйную технологию печати, добиться результатов, которые могли бы по-настоящему посоперничать с натуральными, природными изображениями? По крайней мере, реально утверждать одно — разработки в этом направлении активно ведутся. С одной из них в этой области, имеющейся в активе компании Lexmark, мы и познакомимся.

Трехмерное дело Lexmark

Как известно, Lexmark является одним из лидеров на рынке струйной печати. Изделия этого производителя ничуть не мене популярны, нежели, скажем, устройства Canon или Epson. В то же время руководство компании четко понимает, что топтаться на месте при нынешних темпах развития технологий нельзя, иначе завтра можно оказаться далеко позади конкурентов. И значительная часть ее доходов вкладывается в исследовательские разработки. И не зря — на сегодняшний день Lexmark является единственной компанией, которая может предложить пользователям принтер, печатающий естественные, привычные человеческому взору стереоскопические (трехмерные) изображения (Рис. 1). А значит, на ближайшее будущее в активе компании имеется козырь, которым можно будет бить на рынке карты конкурентов.

Занимаясь созданием новых технологий, нельзя забывать и о практической пользе старых наработок. В технологии 3D-печати одной из важнейших задач тоже является получение высокого качества изображения. Ведь какая речь может идти о естественности картинки, если вы будете видеть на распечатках хоть и трехмерное, но состоящее из огромных пикселей изображение? Поэтому увеличение растра, то есть рост числа точек, из которых формируется конечное изображение при трехмерной печати, остается актуальной задачей. Чтобы растр приблизился к истинно фотореалистичному, таких точек на распечатке должно быть порядка 10 тыс. на дюйм. Этого пока не удалось достичь никому, хотя все разработчики движутся именно в данном направлении, их цель — добиться уменьшения размеров чернильных капель, из которых и формируется изображение на носителе.

Второй немаловажный вопрос — это количество красок, расцвечивающих картинку, которую мы визуально воспринимаем на отпечатке. Пока основные производители остановились на 6-цветной схеме (то есть варианте с использованием чернил 6 основных цветов). В отношении цветности Lexmark решила не изобретать велосипед и двигаться в том же направлении, формируя трехмерные распечатки из 6 базовых цветов. Ведь действительно, нынешние струйные принтеры доказывают, что такой подход вполне оправдывает себя, так как обеспечивает отпечатки, по цветопередаче напоминающие естественные изображения. Стало быть, основные направления в разработках 3D-печати сосредоточились на методологии существенного увеличения растра и методике формирования стереоскопического эффекта при естественном рассмотрении отпечатков.

Как это работает

Как был отмечено, значительные усилия инженеры Lexmark сосредоточили на технологии улучшения растрирования изображения. За основу технологии ими был взят известный, давно и успешно применяющийся в промышленности при изготовлении в деталях отверстий сложной формы метод электроискрового переноса вещества. Эффект достаточно прост — при подаче на отрицательный электрод напряжения из него, вместе с электронами, вылетает и некоторая порция вещества. Так почему бы не применить этот принцип для извлечения капель из дюз печатающей головки — подумали Lexmark’овцы. Сказано — сделано. Технологию опробовали. И, как оказалось, небезуспешно. Хотя конструкция созданной в лабораториях Lexmark печатающей головки LP6WXG — know how за семью печатями и держится в строжайшей тайне (еще бы, ведь у конкурентов пока нет даже ничего похожего!), но базовые принципы ее работы можно выудить из разных источников в Интернете.

Разработанная печатающая головка LP6WXG содержит по одной дюзе на каждый из 6 типов чернил. Каждая дюза фактически представляет собой катод, из которого под воздействием задаваемой электрической разности потенциалов отрываются чернильные капли. Прецизионно управляя подаваемыми на электроды чернильной пушки напряжениями, оказалось возможным очень точно регулировать количество чернил, вылетающих из сопел. А значит, появилась возможность с высочайшей точностью регулировать размеры формируемых чернильных капель. И если в обычных современных печатающих головках из дюз извлекаются капли от силы 2-х разных размеров, то при новой технологии появилась возможность формировать габариты капли в очень широких диапазонах.

В отличие от нынешнего поколения принтеров, в новой головке сопло — это не просто дыра в дюзе печатающей головки, оно имеет более сложную структуру, позволяющую сформировать каплю необходимого размера отдельно для каждого цвета. Например, в принтере Lexmark Z95X3 (рис. 2) — единственной модели с возможностью стереоскопической печати, которую сейчас можно купить по более-менее разумной цене, используется печатающая головка, выбрасывающая капли 10 разных размеров индивидуально для сопла каждого из 6-ти основных цветов! Да и соплами, по большому счету, назвать их уже нельзя — это настоящие микросопла, а растр новой печатающей головки достигает 8000 dpi.

Работает печатающая головка в импульсном режиме. Все капли, вылетающие из сопел дюз для чернил разного цвета, формируются практически на одном этапе. Однако все же между вылетом капель чернил разного цвета существует определенный лаг (временная задержка), и они летят по очереди. Иначе реальна была бы ситуация, когда они сталкивались бы в воздухе, деформировались, разбрызгиваясь, меняли траекторию и т. п. Что привело бы к полной какофонии в цветопередаче. А так капли поочередно достигают носителя, причем печатающая головка сконструирована таким образом, что направления точек полета капель из разных дюз как раз перекрещиваются в одной точке — на поверхности носителя. Формируемые капли, попадающие в одну точку, имеют такие пропорции, чтобы итоговый цвет после их смешения в точности соответствовал цветовым параметрам точки, которую они должны сформировать в итоге, достигнув носителя. Таков процесс нанесения одной растровой точки изображения.

Разработчики справедливо решили, что прецизионно перемещать печатающую головку, чтобы наносить вышеописанным образом изображение поточечно, технически очень трудно, да и сам процесс растянулся бы на значительное время. Поэтому было принято оригинальное решение — наносить рисунок, не перемещая саму головку, а управляя траекторией полета капель, что позволяет при одном и том же положении головки нанести изображение на некую площадь прямоугольной формы. И лишь для закрашивания следующего прямоугольного участка поверхности головка смещается на новую позицию. Управление летящими каплями осуществляется следующим образом — их траектории отклоняются на строго определенный угол с помощью магнитного поля (ведь, по сути, капли представляют сбой отрицательно заряженные частицы). Для этого применяются обычные магнитные катушки-соленоиды — ничего нового изобретать не пришлось. Естественно, что точное позиционирование относительно крупных капель осуществить гораздо легче, чем, скажем, потока мелких электронов в электронно-лучевой трубке. А благодаря тому, что печатающая головка находится практически над носителем, удается избежать и дифракционных явлений с разбросом капель (как известно, чем длиннее путь частиц, тем более выражено явление дифракции). Таким образом удается добиться очень высокой точности нанесения растрового поточечного рисунка на носитель и сформировать четкий, с неразмытыми краями цветовых переходов отпечаток.

Но основной фичей, обеспечивающей желаемый эффект стереоскопичности изображения, является, конечно же, носитель, на котором формируется окончательная картинка. Носителем может быть бумажная, пленочная, стеклянная или даже металлическая подложка, но особой формы. Именно благодаря особенностям носителя, поверхность которого имеет определенный профиль, удается добиться эффекта стереоскопического изображения у человека, рассматривающего отпечаток (рис. 3).

Остается добавить, что для точного нанесения чернил на поверхность носителя используется высокоточная лазерная система позиционирования. Сначала она автоматически определяет тип носителя, на котором воспроизводится отпечаток (кстати, принтер допускает печать и на обычной бумаге и т. д.), а также точно позиционирует головку над носителем с поверхностью, предназначенной для стереоскопического изображения (на нем изображение наносится на наклонные участки поверхности). После того, как очередная полоска изображения полностью сформирована на носителе, подающий механизм подводит под головку следующий участок для печати. Отпечатанная же картинка в это время подсушивается мощной галогенной лампой, а на следующем этапе на подсохшие чернила накладывается слой пластикового покрытия, то есть изображение ламинируется, во избежание повреждения поверхности стереоскопического носителя уже после получения готового отпечатка. Это делает процесс изготовления отпечатков более дорогим, но позволяет добиваться большей долговечности и более высокого качества 3D-отпечатков в продолжении их «жизненного цикла». Ведь даже взявшись пальцами за участок отпечатанного изображение на бумажном или пленочном носителе, пользователь не повредит тонкую структуру поверхностного слоя, которая надежно защищена пластиком.

Кстати, на данном принтере можно получать распечатки и другого нестандартного типа, например, те же переливающиеся календарики, изображение на которых выглядит по-разному в зависимости от угла зрения. Просто в этом случае для печати нужно применить соответствующий тип носителя.

Вывод

Да, устройство печати стереоскопических изображений уже доступно. Но, к сожалению, не всем  — стоимость 3D-принтера Lexmark Z95X3 составляет, если покупать напрямую на интернет-сайте у компании-производителя, ни много ни мало, $16399. Даже не каждая организация сможет позволить себе такие расходы на принтер, я уж не говорю об обычных пользователях. Да и расходные материалы пока дорогие — печать одного изображения А4-го формата обходится в $4.5. Однако быстрый прогресс ИТ-технологий вселяет надежду, что недалек тот день, когда устройства печати стереоскопических изображений можно будет увидеть у многих пользователей. Ибо новая технология найдет свое воплощение в самых обычных массовых принтерах, и мы с вами сможем насладиться возможностью распечатки не просто фотореалистичных, а действительно естественных картинок.

Идёт загрузка...

Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:
Комментарий:
Введите символы или вычислите пример: * Обновить