Základní pravidla pro zacházení s grafickými soubory Tento stručný návod nepřináší žádné nové převratné myšlenky, jeho hlavním úkolem vyjmenovat několik základních věcí, na které je třeba dát pozor při přípravě technických obrázků. S dodržením jmenovaných zásad dojde k výraznému zvýšení estetické a „štábní“ úrovně zpracovávaných prací. Pro ulehčení realizace potřebných věcí jsou některé postupy jsou popsány mírně podrobněji. Větší detaily lze nalézt v odpovídajících publikacích či v dokumentacích k uvedeným softwarovým produktům.
Základní formáty grafických souborů Obrázky vkládané do technických prací je vhodné uchovávat i v samostatných souborech, nejen vkládat do textu přímo přes schránku systému. Usnadní se tím přepracovávání dokumentu, případné úpravy či výměny obrázků, odvozování dalších dokumentů na stejné téma, atd. Pokud používáte systém LaTeX, který kompiluje dokument podle zdrojového kódu, externí uložení obrázků je nezbytné. Doporučuje se vytvoření složky s obrázky přímo vedle složky dokumentu, v případě většího množství obrázků lze použít více složek, dělených po kapitolách. Soubory rastrové grafiky (dle přípon): *.jpg
…
*.png (*.gif) …
Formát s vysokou ztrátovou kompresí optimalizovanou pro přirozené obrázky pořízené skenery a fotoaparáty. Pro kreslenou grafiku poskytuje dobrý výsledek jen při speciálním nastavení a proto by se měl k tomuto účelu používat jen ve výjimečných odůvodněných případech. Některé zobrazovací programy umožňují lepší interpolaci obrázků v tomto formátu při změně měřítka a jiných transformací. Grafický formát s nižší avšak bezeztrátovou kompresí vhodný pro kreslenou grafiku obsahující jednobarevné plochy a čáry. Některé programy provádí změnu měřítka těchto obrázků bez interpolace a mohou tak způsobit výpadek některých objektů z obrázku.
Soubory vektorové grafiky (dle přípon): *.emf (*.wmf) …
Vektorový grafický formát vhodný pro zpracování programy fy. Microsoft. V tomto formátu je vhodné ukládat například grafické výstupy ze systému MATLAB, z měřících přístrojů s přímým exportem grafů, ukládat v něm ručně kreslené obrázky a konvertovat do něho jiné vektorové formáty, pokud má být výsledek zpracován MS programy.
*.svg
…
Vektorový grafický formát, který se pomalu stává nepsaným standardem svobodného softwaru. Je to výchozí formát některých grafických editorů (např. INKSCAPE) a proto je vhodné v něm ukládat nakreslené obrázky pro účely archivace a dalšího případného upravování. (I v případě že ukládáme obrázky v jiných formátech.) Tím je nejlépe zajištěno následné načtení do editoru bez chyb. Do tohoto formátu lze exportovat také schémata a DPS z návrhového systému EAGLE.
*.eps
…
Vektorový formát který lze nejlépe využít v tiskovém sazebním systému LaTeX. Do tohoto formátu je třeba převést veškeré obrázky
před zpracováním tímto systémem, jak vektorové (zůstanou stále vektorové) tak i rastrové (zde funguje formát *.eps jako kontejner nesoucí rastrové datové pole). Vektorové obrázky lze v tomto formátu ukládat ze systému MATLAB, EAGLE, nebo například z editoru INKSCAPE, rastrové obrázky lze připravit například použitím programu GIMP.
Proč používat vektorové formáty obrázku? V případě použití vektorových obrázků není třeba se bát artefaktů v podobě hrubých čar, pixelizace, případně vzniku nerovností a nepravidelností při jakémkoli nastavení měřítka obrázku. Všechny prvky vektorového obrázku mění své rozměry plynule podle vnějších rozměrů celého obrázku. Vektorové obrázky lze snadno znovu otevírat a editovat. Jednotlivé grafické objekty lze měnit, přesouvat, odebírat bez poškození ostatních objektů, měnit jejich vlastnosti (barvy, písma, průhlednost, …) a přidávat nové. Velikost souborů obrázků ve vektorovém formátu nezávisí na jejich velikosti, ale na počtu objektů a jejich vlastností. Z tohoto důvodu mohou být tyto soubory menší než stejné v rastrové podobě a zpracování celého dokumentu je potom rychlejší a snazší (programy i méně havarují :-) ). Toto tvrzení platí zcela určitě pro obrázky kreslené ručně, pro strojově generované výstupy s vysokým počtem grafických objektů toto platit nemusí.
Kdy použít vektorový a kdy rastrový formát? Vektorový formát by v technických pracích, vzhledem ke svým vlastnostem, měl mít vždy přednost. Naopak, rastrový formát lze použít v určitých konkrétních jmenovaných případech: – – –
Vektorový formát neexistuje (fotografie, snímky oken z obrazovky) Vektorový formát nelze připravit bez chyb (v některých případech je toto problém systému MATLAB (grafika se hroutí), nebo systém špatně skládá vrstvy, …) Vektorový formát poskytuje nadměrnou velikost souboru (strojové výstupy)
V takovýchto případech nezbývá než použít formát rastrový, otázkou je však pečlivá volba rozměrů obrázku, tak, aby nedošlo ke zkreslení a vzniku artefaktů v žádném měřítku ve kterém se bude dokument prohlížet a přitom soubor nebyl moc veliký (způsobí zpomalení a zhoršení stability programů i prohlížečů.)
Několik stručných tipů k přípravě obrázků programem INKSCAPE Návod na práci s tímto programem pro přípravu vektorových obrázků by vydal na samostatnou příručku, a jeho kompletní popis přesahuje rámec tohoto dokumentu. Přesto je dobré zdůraznit několik základních operací, které začátečníkovi usnadní první kroky. Program je volně ke stažení na internetu a jeho instalaci zvládne každý uživatel. Informace se vztahují k verzi 0.48. Dále bude potřeba: 1) Nastavit parametry výchozího dokumentu - ikona vpravo na nástrojové liště, představující stránku papíru a nářadí, nebo přes menu SOUBOR → VLASTNOSTI DOKUMENTU. Zde nastavte velikost papíru v případě, že obrázek bude sloužit jako samostatný dokument. Pokud připravujete jen obrázek na vložení do jiného dokumentu, zvolte libovolný formát papíru, na který se nákres vejde. V záložce GRIDS nadefinujte rastr mřížky tak, aby nebyla příliš jemná, ale aby umožnila pohodlně zakreslit všechny detaily obrázku bez přepínání hrubosti. Vhodné je například pro A4 formát volit 1 mm nebo 0,5 mm.
2) Při kreslení obrázku (vkládání objektů) mějte na liště režimů (vpravo) zapnutý režim chytání na body mřížky (SNAP TO GRIDS). Při zadání každého bodu podržte chvíli kurzor myši nad patřičným bodem mřížky, až se zvýrazní jako příčný křížek, pak kliknutím zadejte bod. Dojde tak k chycení obrazce na mřížku a kreslení je přesné a čisté. 3) V případě potřeby měňte zvětšení pohledu na obrázek klávesami + a - . Mění se tak pouze pohled, nemění se skutečné rozměry obrázku. Hustota mřížky se pro každý pohled dynamicky přizpůsobí. (Nastavení zůstane stejné, jen se vypustí patřičný násobek uzlů aby se mřížka nestala nepoužitelnou.) 4) Barvu, druh a zakončování čar, stejně jako výplň a průhlednost objektů nastavte kliknutím 2x do levého dolního rohu editačního okna, kde jsou nápisy VÝPLŇ a OBRYS. Otevře se dialog, kde lze vše pohodlně nastavit. 5) Objekty přesouvejte, deformujte a otáčejte pomocí nástroje VÝBĚR A TRANSFORMACE OBJEKTŮ (Ikona s šipkou kurzoru myši na nástrojové liště vlevo.) Pozor, deformacemi rozměrů se mění i tloušťky čar, jakoby se deformovala jakási fólie na které je objekt nakreslen.
výběr a transformace objektů edit paths by nodes
vlastnosti dokumentu
tvorba a úprava textových objektů přichytit k mřížce
barvy, druhy čar, konce, výplně
Obr. 1 Okno programu INKSCAPE. 6) Má-li se objekt upravit stejným způsobem jako byl vytvořen, se zachováním tlouštěk čar, použijte další funkci EDIT PATHS BY NODES. (Ikona ostré šipky a několika uzlů na nástrojové liště vlevo.) Po volbě této funkce a objektu se zvýrazní důležité definiční uzly objektu a je možné operacemi s nimi objekt upravovat.
7) Je-li třeba změnit text dříve napsaných nápisů, zvolte nejdříve funkci pro nápisy - TVORBA A ÚPRAVA TEXTOVÝCH OBJEKTŮ. (Ikona písmene A s kurzorem na nástrojové liště vlevo.) Nezapomeňte upravit velikost textového pole tažením jeho uzlů. 8) Obrázek uložte stejným způsobem jako u kteréhokoli jiného programu. Výchozím formátem je formát vektorové grafiky *.svg, který je vhodné použít pro archivaci a budoucí upravování bez ohledu na formát, ve kterém je třeba obrázek připravit. Při ukládání do jiných formátů, kde se pak bude obrázek načítat jinými programy, je vhodné po nakreslení obrázku zmenšit formát papíru na nezbytnou velikost. Má-li být záznam v souborech vektorové grafiky opravdu korektní, měl by obsahovat správnou informaci o velikosti papíru dle skutečné velikosti kresby. Odpadnou tak potíže s rozpoznáváním a ořezáváním okrajů v některých programech následného zpracování.
Několik stručných tipů ke zpracování obrázků programem GIMP Kompletní dokumentace programu GIMP pro zpracování rastrových obrázků je opět mimo rámec tohoto dokumentu, opět budou zmíněny jen nejdůležitější body potřebné pro jeho použití. Program je opět volně ke stažení na internetu a jeho instalace je snadná. Informace se vztahují k verzi 2.6.11. 1) Výchozí zdrojový obrázek (ze skeneru nebo fotoaparátu) lze otevřít běžnou funkcí SOUBOR → OTEVŘÍT nebo přetažením ikony do okna programu v mnoha rastrových formátech i v několika vektorových formátech které se na rastrové při otevření převedou. Stejně tak je možné vytvořit obrázek přímou obsluhou skeneru nebo ze obsahu schránky volbou funkce SOUBOR → VYTVOŘIT. 2) Oříznutí zbytečných okrajů a rušivých okolí lze provést pohodlně funkcí OŘEZ (ikona nože na nástrojovém panelu). Stejně tak jsou zde k dispozici nástroje pro tvarování masky, kopírování jejího obsahu, přesunům a vkládání.
Obr. 2 Nástrojový panel programu GIMP se zvoleným nástrojem OŘEZ.
3)
Změna rozlišení obrázku se provádí z menu programu funkcí OBRÁZEK → VELIKOST OBRÁZKU. Volba rozlišení je důležitá, neboť příliš velké rozlišení zpomaluje práci všech programů co dokument zpracovávají a zhoršují jejich stabilitu, nízké rozlišení může způsobit zkreslení obrázku.
4) Sjednocení jasnosti více obrázků lze nejsnáze provést použitím funkce z menu programu BARVY → ÚROVNĚ. Stejně tak je zde možné nastavit saturaci obrázku pro nejnižší a nejvyšší jasové úrovně. 5) Barevný tón obrázku lze sjednotit aplikací funkce BARVY → VYVÁŽENÍ BAREV z menu programu. Pozor, celkové barevné podání nastavujete v závislosti na vyváženosti barev Vašeho monitoru! 6) Pro zlepšení parametrů obrázku lze použít i různé transformační nástroje například pro pootočení VRSTVA → VOLNÁ ROTACE, pro odstranění vlivu perspektivy nástroj PERSPEKTIVA, k odstranění deformace objektivu INTERAKTIVNÍ DEFORMACE, ... 7) Veškeré operace úprav popřípadě vkládání nových obrazců a nápisů je vhodné provádět na nových, průhledných nebo zkopírovaných vrstvách a teprve nakonec vrstvy skládat. Tím je zajištěna určitá možnost pozdější změny, ačkoli se jedná o rastrové, ne vektorové obrázky. 8) Cílový obrázek lze uložit do souboru běžným způsobem voláním funkce z menu programu SOUBOR → ULOŽIT JAKO. Formát výsledného souboru je automaticky zvolen podle přípony, která je uvedena za jménem souboru. V případě neudání přípony je obrázek uložen ve formátu *.xcf, výchozím formátu programu GIMP, který může nést i nesložené vrstvy a hodí se pro ukládání rozpracované práce.
Exportování obrázků z programu EAGLE Způsoby jakými získat z návrhového systému EAGLE (verze 5.7.0) vektorový obrázek odpovídající schématu nebo DPS, nepatří právě k nejpřímočařejším, přesto existují a měly by se využívat. Základní funkci dostupnou přes menu FILE → EXPORT lze použít pouze pro přípravu rastrových obrázků. (Pozor, formát uloženého souboru se řídí zadanou příponou, ne volbou v rozbalovacím boxu!) K dispozici je několik dalších způsobů: 1) Lze použít interní funkci pro přípravu výrobních podkladů (schémata i DPS) dostupnou přes menu jako FILE → CAM PROCESSOR. Zde je třeba zvolit ovladač výstupního zařízení jako PS nebo EPS a zadat jméno výstupního souboru. Vytvořený soubor nemusí jít načíst do všech programů pro následné zpracování dokumentů. 2) Další cestou je využít standardní skript ULP před FILE → RUN, dále je třeba zvolit jméno souboru skriptu „sch2emf.ulp“ a vyplnit formulář parametrů. Takto lze připravit schéma ve formátu *.emf. Vytvořený soubor nemusí jít načíst do všech programů pro následné zpracování dokumentů. 3) Poslední uvedená cesta využívá stejný postup jako předchozí jmenovaná, pouze s tím rozdílem, že bude použit skript „eagle2svg-1.2.ulp“ dostupný ke stažení na stránkách fy. CADSOFT (autor EAGLE). Tímto postupem lze vytvořit soubor ve formátu *.svg odpovídající schématu nebo DPS (pozor, skript někdy mylně nabízí příponu ps, ale ukládá stále v svg). S následným zpracováním tohoto souboru by neměly nastat potíže.
Exportování obrázků z programu MATLAB Grafické výstupy systému MATLAB (verze 2010a) jsou vykreslovány vektorovým způsobem jako skupina objektů do okna FIGURE. Parametry jednotlivých objektů lze měnit (barvy, tloušťky čar, písma, měřítka, …), případně lze přidávat další uživatelské objekty (např. popisky dat, limitní přímky, …). Školní poučka tvrdí, že osy grafů mají být popsány. K tomu bych dodal, že by měly být popsány symboly definovanými v teoretické části práce a jednotkami uvedenými v hranaté závorce za symbolem. Systém MATLAB umí v textu legend a symbolů interpretovat LaTeX kód a je vhodné toho využít. Z tohoto důvodu není problém použít v symbolech či jednotkách exponenty, indexy, řecká písmena, atd. a vyhnout se tak různým zkomoleninám, zkratkám a náhražkám standardních symbolů a jednotek.
Obr. 3 Popis osy X zadáním příkazu: xlabel('\mu_\alpha^2 [F^2\cdot m^{-2}]') Měřítka os by měly být v podobě, která usnadní čtení hodnot z grafů. Je tedy vhodné převést vektory os do takové násobné veličiny, aby pokud možno v popiscích osy nebyla příliš velká, nebo příliš malá desetinná čísla, případně exponenty, pokud to není přímo cílem obrázku. Měřítko je vhodné doplnit mřížkou grafu. Rozsah měřítka je ve výchozím nastavení automatický, což je většinou prospěšné, ovšem někdy je lepší zasáhnout a změnit měřítko ručně. Tato situace nastává v případě, kdy automatické měřítko nevyužívá plochu grafu efektivně nebo kdy je třeba z důvodu srovnání více obrázků zachovat jedno společné měřítko. Ruční změna měřítka: xlim([minimum_x maximum_x]); ylim([minimum_y maximum_y]); Pokud jde o styl vlastní křivky grafu, je vhodné se rozmyslet, zdali má být obrázek čitelný i v černobílé podobě a v jaké bude konečné velikosti. Podle toho lze více křivek rozlišovat barvou, stylem čáry nebo značkami. Problém je v tom, že barva čáry se může v černobílém tisku promítnout nečekaně nečitelně, stylů čáry není dostatek, některé jsou nepříliš příjemné a obrázkové značky měřených bodů zase zabírají poměrně dost místa. Legendu grafu je vhodné přidávat pouze v případě, že graf obsahuje více než jednu křivku. Nadpis TITLE je vhodné vynechat v případě, že bude obrázek umístěn do textu, kde bude mít svůj vlastní popisek. Hotový obrázek lze uložit do souboru přes menu okna FIGURE. Prioritně je vhodné použít vektorový formát, *.wmf pro zpracování MS produkty, *.eps v případě použití systému LaTeX. Při více grafech si lze zjednodušit práci s ukládáním pomocí řádkového příkazu pro uložení obrázku. Několik příkladů řádkového uložení: print('-dmeta', '-r300', 'obrazek.emf'); print('-deps', '-r300', 'obrazek.eps'); % black and whte eps print('-depsc', '-r300', 'obrazek.eps'); % color eps
Praktické poznámky k přípravě technických obrázků Nyní dovolte ještě krátkou poznámku k tvorbě schémat a dokumentace desek plošných spojů. Celková problematika norem a štábní kultury je opět rozsáhlá, omezím se zde proto jen na některé opomíjené, ale výrazné problémy.
Při přípravě schématu se věnujte také jeho estetické stránce. Součástky a spoje by měly být rozmístěny tak, aby z nich při letmém pohledu vyplýval systém celého zapojení. Při detailnějším pohledu by mělo být schéma dobře čitelné a použitelné. Schéma by mělo být snadno a jednoznačně čitelné i při černobílém tisku (samozřejmě bez možnosti na obrazovce zvýrazňovat vybrané součástky a spoje). Z tohoto důvodu je třeba: 1) Rozmyslet rozmístění prvků (např. které součástky blíž hlavním čipům, které dál a které například někam stranou, na napájecí lišty, ...) 2) Rozmyslet vedení spojových čar a sběrnic (někdy lze spojovou čáru nahradit neviditelným spojením pomocí LABELů) 3) Použít LABELy i v místě, kde jen zpřehlední schéma, ale přímo nemusí být (například u výstupů ze sběrnic. 4) Některé součástky je vhodné doplnit dalším nápisem k čemu patří (např. Který blokovací kondenzátor je určen kterému IO, nebo které jeho sekci). 5) Vhodné umístění identifikátorů a hodnot součástek K poslednímu bodu bych dodal, že ne vždy je vhodné nechat návrhový systém umísťovat nápisy identifikátoru a hodnoty součástky automaticky. Tyto nápisy je často vhodné přesunout tak, aby se čitelnost a estetičnost zvýšila. Důvodem může být už třeba jen to, že po zadání správného obsahu textů se jejich délka zvýší. Je vhodné volit jeden, maximálně dva (jeden horizontální a jeden vertikální) způsob umísťování nápisů. V systémech ORCAD nebo ALTIUM DESIGNER je možné nápisy přesouvat kdykoli. Naopak v systému EAGLE, je třeba přesun nejdříve aktivovat funkcí SMASH. Tato funkce umožní kliknutím na součástku odpoutat její nápisy, které se pak dají ručně přesouvat. Při tom se objeví referenční body nápisů jako malé křížky. Tyto referenční body by po umístění nápisu měly být nejblíže tomu prvku, kterého se nápisy týkají. Pro jemnější umístění lze přepínat hrubost rastru přidržením klávesy ALT. Účinek funkce SMASH lze v případě potřeby opět zrušit, v režimu SMASH, kliknutím na prvek s přidržením klávesy SHIFT.
Obr. 4 Ikona funkce SMASH na nástrojové liště programu EAGLE. Stejné operace s nápisy je třeba provést i na předloze plošného spoje. Zde se rozlišují vrstvy dokumentační, tDocu a bDocu, které se objeví na osazovacím plánu, na DPS se nikdy netisknou. Mohou tedy zasahovat i pod součástky a do pájecích plošek. Naopak vrstvy servisního potisku, např. Tnames, bNames, tValues, bValues se na DPS tisknou (vybrané z nich) a tedy by do pájecích plošek a na nepřístupná místa zasahovat neměly. Mnoho nápisů zabírá zbytečnou plochu, proto je možné, aby identifikátory Names a hodnoty Values byly umísťovány přes sebe a rozlišovaly se pouze aktivací a deaktivací příslušné vrstvy pro zobrazení nebo tisk. Prioritně je vhodné umístit identifikátory součástek (Names), naopak hodnoty součástek (Values) se nemusí použít vůbec.
Obr. 5 Ukázka použití funkce SMASH. Součástka C4 ve výchozím tvaru, naopak L1 a C3 s přemístěnými nápisy. Poslední bod se týká označení celého schématu. Technické výkresy mívají složitá razítka, často definovaná normami nebo organizacemi pod kterými dílo vzniká. V našich schématech postačí použít některý z vhodných rámečků a doplnit údaje, zejména název projektu, název subsystému, označení verze (nejlépe formou data jejího uzavření a archivace, ne posledního uložení na disk!) a označení autora (nejlépe formou mailové adresy, jež zároveň slouží jako kontakt). Rámečky některé návrhové systémy generují automaticky (ORCAD, ALTIUM DESIGNER), jiné používají knihovní předlohy (EAGLE, knihovna FRAMES).
Krátká poznámka k použití svobodného softwaru Žijeme v době, kdy existuje rozvinutá technologie osobních počítačů již mnoho let. Zároveň s tím existují také rozsáhlé softwarové projekty, nejen komerční, ale i svobodné, které mají za sebou řadu let vývoje a jsou již na velice dobré úrovni. Pro účely zpracování dokumentů, fotografií a grafiky tak můžeme vedle komerčních programů nalézt i programy svobodné, které velice dobře poslouží a leckdy nedostupný komerční software plně nahradí. Výše uvedené programy GIMP a INKSCAPE, stejně tak jako například tiskový sazební systém LaTeX, nebo kancelářský set OpenOffice jsou typickými příklady. Svobodné programy dnes obsahují veškeré funkce potřebné pro splnění požadovaného úkolu, ačkoli je pravda, někdy je třeba trochu pozměnit přístup k řešení problémů. (Ovšem, tato situace nastane vždy, jakmile se má změnit jakýkoli software, neboť každý autor zvolí trochu jinou filozofii přístupu.) Jistou překážkou může být také menší intuitivnost svobodných programů, nebo absence automatických průvodců. Přesto uživatel, který ví čeho chce dosáhnout, si potřebné funkce vždy dokáže najít. Tím spíše, pokud je to uživatel technického vzdělání. Jistě ho nepřekvapí, když například při korekci geometrie obrázku uvidí nebo bude mít možnost nastavovat prvky transformační matice (jako jeden z možných způsobů ovládání), některé funkce dostane definované formou skriptu, apod. Jakýmsi přidaným ziskem či bonusem pro uživatele pak mohou být různé pokročilé funkce, které již komerční programy nemají, nebo třeba jistota přenositelnosti mezi více operačními systémy, časově stabilnější formáty dat pro archivaci, atd. O výhodách plynoucích ze svobodné licence, bez potřeby nemalých finančních vydání na pořízení či aktualizaci software nebo bez páchání trestných činů ani nemluvě. Akademická půda byla vždy jakýmsi symbolem svobody. Svobodný software jím může být také!
