لوحة الرسم

لوحة الرسم (المعروفة أيضًا باسم جهاز التحويل الرقمي ، أو لوحة الرسم الرقمية ، أو لوحة القلم ، أو لوحة الرسم ، أو لوحة الرسم الخارجية ، أو لوحة الفن الرقمي ) هي جهاز إدخال كمبيوتر يمكّن المستخدم من رسم أو تلوين الصور والرسوم المتحركة والرسومات يدويًا، باستخدام قلم خاص يشبه القلم ، على غرار الطريقة التي يرسم بها الشخص الصور بالقلم الرصاص والورق يدويًا.

يمكن استخدام اللوحات الرسومية أيضًا لالتقاط البيانات أو التوقيعات المكتوبة بخط اليد. كما يمكن استخدامها لرسم صورة من ورقة مثبتة على سطح اللوحة بشريط لاصق أو أي وسيلة تثبيت أخرى. يُطلق على التقاط البيانات بهذه الطريقة، عن طريق تتبع أو إدخال زوايا الخطوط المتعددة أو الأشكال، اسم التحويل الرقمي . ^{[ 1 ]}

يتكون الجهاز من سطح خشن يمكن للمستخدم من خلاله "الرسم" أو تتبع صورة باستخدام القلم المرفق ، وهو أداة رسم تشبه القلم. تُعرض الصورة على شاشة الكمبيوتر ، مع أن بعض الأجهزة اللوحية الرسومية تتضمن الآن شاشة LCD لتوفير تجربة استخدام أكثر واقعية وسلاسة.

بعض الأجهزة اللوحية مصممة لتكون بديلاً عن فأرة الكمبيوتر كجهاز التأشير والتنقل الأساسي لأجهزة الكمبيوتر المكتبية.

كان أول جهاز إلكتروني للكتابة اليدوية هو جهاز Telautograph ، الذي حصل على براءة اختراع من قبل إليشا غراي في عام 1888. ^{[ 2 ]}

كان جهاز Stylator أول لوحة رسومية تُشبه اللوحات الحديثة وتُستخدم للتعرف على الكتابة اليدوية بواسطة الحاسوب، وذلك في عام 1957. ^{[ 3 ]} أما جهاز RAND Tablet ^{[ 4 ]} ، المعروف أيضًا باسم Grafacon ^{[ 5 ]} (اختصارًا لـ Graphic Converter)، والذي طُرح في عام 1964، فهو أشهرها (ويُشار إليه خطأً في كثير من الأحيان بأنه أول لوحة رقمية). استخدم جهاز RAND Tablet شبكة من الأسلاك أسفل سطح اللوحة، تُشفّر الإحداثيات الأفقية والرأسية في إشارة كهروستاتيكية صغيرة . يستقبل القلم الإشارة عن طريق الاقتران السعوي، والذي يُمكن فك تشفيرها لاحقًا كمعلومات إحداثيات.

استخدمت اللوحة الصوتية ، أو لوحة الشرارة ، قلمًا يُصدر نقرات بواسطة شمعة احتراق . ثم جرى تحديد موقع القلم في الفضاء باستخدام سلسلة من الميكروفونات. ^{[ 6 ]} كان النظام معقدًا ومكلفًا نسبيًا، وكانت المستشعرات عرضة للتشويش الناتج عن الضوضاء الخارجية.

انتشرت أجهزة التحويل الرقمي في منتصف سبعينيات وأوائل ثمانينيات القرن الماضي بفضل النجاح التجاري لجهازَي ID (المحول الرقمي الذكي) وBitPad اللذين أنتجتهما شركة Summagraphics Corp. ^{[ 7 ].} بِيعَت أجهزة التحويل الرقمي من Summagraphics تحت اسم الشركة، كما وُضِعَت تحت علامات تجارية خاصة لشركات HP و Tektronix و Apple ^{[ 8 ]} و Evans and Sutherland والعديد من مُصنِّعي أنظمة الرسومات الآخرين. كان طراز ID أول جهاز لوحي للرسومات يستخدم تقنية معالج Intel الدقيقة الجديدة آنذاك . سمحت هذه القدرة المعالجة المُدمجة لطرازات ID بتحقيق ضعف دقة الطرازات السابقة مع الحفاظ على نفس التقنية الأساسية. كان من أهم عوامل تحسين الدقة براءتا اختراع أمريكيتان مُنِحتا لستيفن دوميان وروبرت ديفيس وإدوارد سنايدر. كان طراز BitPad أول محاولة لإنتاج جهاز لوحي للرسومات منخفض التكلفة، حيث بلغ سعره المبدئي 555 دولارًا أمريكيًا، في حين كانت أسعار أجهزة الرسم اللوحية الأخرى تتراوح بين 2000 و3000 دولار أمريكي. أتاح هذا الانخفاض في التكلفة فرصًا لرواد الأعمال الطموحين لكتابة برامج رسومية للعديد من التطبيقات الجديدة. استُخدمت هذه الأجهزة الرقمية كأداة إدخال للعديد من أنظمة التصميم بمساعدة الحاسوب ( CAD ) المتطورة، كما تم تضمينها مع أجهزة الكمبيوتر الشخصية وبرامج CAD الخاصة بها مثل AutoCAD . اعتمدت هذه الأجهزة اللوحية على تقنية التمغنط الانضغاطي ، التي تستخدم أسلاكًا مصنوعة من سبيكة خاصة مشدودة على سطح صلب لتحديد موقع طرف القلم أو مركز مؤشر الجهاز الرقمي بدقة على سطح الجهاز اللوحي. كما أتاحت هذه التقنية قياس التقارب أو المحور "Z". ^{[ 9 ]}

في عام 1981، ابتكر الموسيقي تود راندغرين أول برنامج لوحة رسومية ملونة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية، والذي تم ترخيصه لشركة أبل تحت اسم نظام لوحة الرسوميات يوتوبيا. ^{[ 10 ]}

في عام 1981، تم إصدار محطة عمل الرسومات الملونة Quantel Paintbox ؛ وقد تم تجهيز هذا الطراز بأول لوحة حساسة للضغط. ^{[ 11 ]}

كان أول جهاز لوحي رسومي للحاسوب المنزلي هو KoalaPad ، الذي تم إصداره في عام 1983. على الرغم من أنه صُمم في الأصل لجهاز Apple II ، إلا أن Koala وسع نطاق استخدامه ليشمل أجهزة كمبيوتر منزلية أخرى بما في ذلك TRS-80 Color Computer و Commodore 64 وأجهزة كمبيوتر Atari ذات 8 بت .

في ثمانينيات القرن العشرين، بدأ العديد من موردي الأجهزة اللوحية الرسومية بإضافة وظائف إضافية، مثل التعرف على الكتابة اليدوية وقوائم الجهاز اللوحي. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

تتميز الأجهزة اللوحية عادةً بحجم الجهاز، ومساحة الرسم، ودقة الرسم (المساحة النشطة، والتي تُقاس بوحدة lpi )، وحساسية الضغط (مدى تغير حجم الخطوط مع الضغط)، ^{[ 14 ]} وعدد الأزرار وأنواعها وعدد المنافذ: بلوتوث ، USB ، إلخ. ^{[ 15 ]} وتقتصر دقة الرسم الفعلية على حجم رأس القلم. ^{[ 16 ]}

لقد كانت هناك محاولات عديدة لتصنيف التقنيات المستخدمة في الأجهزة اللوحية الرسومية:

الأجهزة اللوحية السلبية

تستخدم الأجهزة اللوحية السلبية تقنية الحث الكهرومغناطيسي ، حيث تعمل الأسلاك الأفقية والرأسية للجهاز اللوحي كملفات إرسال واستقبال (على عكس أسلاك جهاز RAND اللوحي التي ترسل فقط). يُولّد الجهاز اللوحي إشارة كهرومغناطيسية، تستقبلها دائرة LC في القلم. ثم تتحول أسلاك الجهاز اللوحي إلى وضع الاستقبال وتقرأ الإشارة المُولّدة من القلم. كما توفر الأجهزة الحديثة حساسية للضغط وزرًا واحدًا أو أكثر، مع وجود الدوائر الإلكترونية اللازمة لهذه المعلومات في القلم. في الأجهزة اللوحية القديمة، كان تغيير الضغط على رأس القلم أو الضغط على زر يُغيّر خصائص دائرة LC، مما يؤثر على الإشارة المُولّدة من القلم، والتي غالبًا ما تُشفّرها الأجهزة الحديثة في الإشارة كتدفق بيانات رقمي. باستخدام الإشارات الكهرومغناطيسية، يستطيع الجهاز اللوحي استشعار موضع القلم دون الحاجة إلى ملامسته للسطح، كما أن تزويد القلم بالطاقة من هذه الإشارة يعني أن الأجهزة المستخدمة مع الجهاز اللوحي لا تحتاج إلى بطاريات. يستخدم جهاز ActivSlate 50، وهو الطراز المستخدم مع ألواح الكتابة البيضاء من Promethean ، أيضاً مزيجاً من هذه التقنية. ^{[ 17 ]}

أقراص فعالة

تختلف الأجهزة اللوحية النشطة في أن القلم المستخدم فيها يحتوي على إلكترونيات ذاتية التشغيل تُولّد إشارةً وترسلها إلى الجهاز اللوحي. تعتمد هذه الأقلام على بطارية داخلية بدلاً من بطارية الجهاز اللوحي لتوفير الطاقة، مما ينتج عنه قلم أكبر حجماً. وبفضل الاستغناء عن الحاجة إلى تزويد القلم بالطاقة، يمكن لهذه الأجهزة اللوحية الاستماع إلى إشارات القلم باستمرار، إذ لا يتعين عليها التبديل بين وضعَي الإرسال والاستقبال، مما يُقلل من التشويش.

الأجهزة اللوحية البصرية

تعتمد الأجهزة اللوحية الضوئية على كاميرا رقمية صغيرة جدًا مدمجة في القلم، ثم تقوم بمطابقة الأنماط على صورة الورقة. وأبرز مثال على ذلك هو التقنية التي طورتها شركة أنوتو .

أقراص صوتية

وُصفت النماذج الأولى بأنها ألواح شرارة - حيث تم تركيب مولد صوت صغير في القلم، والتقطت الإشارة الصوتية بواسطة ميكروفونين موضوعين بالقرب من سطح الكتابة. وتستطيع بعض التصاميم الحديثة قراءة المواضع في ثلاثة أبعاد. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

أقراص سعوية

صُممت هذه الأجهزة اللوحية أيضًا لاستخدام إشارة كهروستاتيكية أو سعوية. تُعد تصاميم سكريبتل مثالًا على جهاز لوحي عالي الأداء يستشعر الإشارة الكهروستاتيكية. على عكس التصميم السعوي المستخدم في شاشات اللمس ، يتميز تصميم سكريبتل بقدرته على تحديد موضع القلم عند اقترابه من الجهاز اللوحي أو تحليقه فوقه. تستخدم العديد من الأجهزة اللوحية متعددة اللمس تقنية الاستشعار السعوي. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

بالنسبة لجميع هذه التقنيات، يمكن للجهاز اللوحي استخدام الإشارة المستلمة لتحديد المسافة بين القلم وسطح الجهاز اللوحي، وميل القلم (الزاوية من الوضع الرأسي)، ومعلومات أخرى بالإضافة إلى المواضع الأفقية والرأسية، مثل النقر على أزرار القلم أو دوران القلم .

بالمقارنة مع الشاشات اللمسية، توفر لوحة الرسم بشكل عام دقة أعلى بكثير، والقدرة على تتبع جسم لا يلامس اللوحة، ويمكنها جمع معلومات أكثر بكثير حول القلم، ولكنها عادة ما تكون أغلى ثمناً، ولا يمكن استخدامها إلا مع قلم خاص أو ملحقات أخرى.

تأتي بعض الأجهزة اللوحية، وخاصة الرخيصة منها والموجهة للأطفال الصغار، مزودة بقلم سلكي، باستخدام تقنية مشابهة لأجهزة RAND اللوحية القديمة .

بعد الأقلام، تُعدّ الأقراص أكثر ملحقات الأجهزة اللوحية استخدامًا. القرص عبارة عن جهاز يشبه الفأرة، قادر على تحديد موقعه ودورانه بدقة. وهذا يختلف عن الفأرة التي لا تستطيع سوى استشعار سرعتها النسبية على السطح (معظم برامج تشغيل الأجهزة اللوحية قادرة على تمكين القرص من محاكاة الفأرة أثناء التشغيل، ويتم تسويق العديد من الأقراص على أنها "فأرة").

تتنوع أحجام وأشكال أقراص الرسم؛ فبعضها لا يمكن تمييزه ظاهريًا عن الفأرة، بينما البعض الآخر عبارة عن جهاز كبير نسبيًا مزود بعشرات الأزرار وأدوات التحكم. غالبًا ما تحتوي أقراص الرسم الاحترافية على شبكة أو عدسة مكبرة تُمكّن المستخدم من رؤية النقطة المحددة بدقة على سطح الجهاز اللوحي التي يستهدفها القرص، وذلك لأغراض التتبع الدقيق والتصميم بمساعدة الحاسوب (CAD).

تُستخدم أقراص التحكم في أجهزة مايكروسوفت سيرفس ، وقد استُخدمت مؤخرًا في أجهزة ديل كانفاس. مع ذلك، فقد توقف معظم المصنّعين عن استخدامها لصالح مفاتيح الاختصار والأقراص الدوارة المادية.

تتضمن بعض الأجهزة اللوحية الرسومية شاشة LCD مدمجة في الجهاز نفسه، مما يسمح للمستخدم بالرسم أو التلوين مباشرة على الشاشة.

تُقدّم الأجهزة الهجينة التي تجمع بين شاشة ولوحة الرسم مزايا عديدة مقارنةً بشاشات اللمس القياسية لأجهزة الكمبيوتر ولوحات الرسم العادية. فعلى عكس شاشات اللمس، تتميز هذه الأجهزة بحساسية الضغط، كما أن دقة إدخالها أعلى عمومًا. ورغم أن حساسية الضغط ودقة العرض فيها لا تتجاوز عادةً دقة اللوحات العادية، إلا أنها توفر ميزة إضافية تتمثل في إمكانية رؤية موضع القلم الفعلي مباشرةً بالنسبة للصورة على الشاشة. وهذا غالبًا ما يُتيح دقةً أكبر وشعورًا أكثر واقعيةً عند استخدام الجهاز.

تمتلك شركة واكوم، المصنّعة لأجهزة الرسم اللوحية، العديد من براءات الاختراع لتقنيات أساسية في هذا المجال، ^{[ 22 ]} مما يُجبر المنافسين على استخدام تقنيات أخرى أو ترخيص براءات اختراع واكوم. وتُباع هذه الشاشات عادةً بآلاف الدولارات. فعلى سبيل المثال، تتراوح أسعار سلسلة واكوم سينتيك من أقل من 1000 دولار أمريكي إلى أكثر من 2000 دولار أمريكي .

تتضمن بعض الأجهزة الهجينة بين الأجهزة اللوحية الرسومية والشاشات المتوفرة تجارياً ما يلي:

• شاشة عرض تفاعلية من مونوبرايس مقاس 19 بوصة
• سينتيك من واكوم
• Kamvas (على سبيل المثال Kamvas Studio 22) من Huion
• قلم إكس بي
• قاومون
• باربلو
• أوجي
• إكسينسلابس
• فيك
• IFlytek ^{[ 23 ]}

كما تم تنفيذ مشاريع "افعلها بنفسك" حيث تم تحويل شاشات LCD التقليدية المستعملة وأجهزة الرسم اللوحية إلى جهاز هجين يجمع بين شاشة الرسم اللوحية وشاشة الكمبيوتر. ^{[ 24 ]}

تُعتبر اللوحات الرسومية، بفضل واجهتها القائمة على القلم وقدرتها على استشعار بعض أو كل خصائص الضغط والإمالة وغيرها من سمات القلم وتفاعله مع اللوحة، وسيلةً طبيعيةً للغاية لإنشاء رسومات الحاسوب ، وخاصةً الرسومات ثنائية الأبعاد. في الواقع، تستفيد العديد من برامج الرسومات من معلومات الضغط (وأحيانًا إمالة القلم أو دورانه) التي تولدها اللوحة، وذلك بتعديل حجم الفرشاة وشكلها وشفافيتها ولونها ، أو غيرها من السمات، بناءً على البيانات الواردة من اللوحة الرسومية.

في شرق آسيا ، تُستخدم الألواح الرسومية، المعروفة باسم "ألواح القلم"، على نطاق واسع مع برامج تحرير أساليب الإدخال ( IMEs ) لكتابة الأحرف الصينية واليابانية والكورية . هذه التقنية شائعة وغير مكلفة ، وتوفر طريقة للتفاعل مع الحاسوب بشكل أكثر سلاسة من الكتابة على لوحة المفاتيح، حيث يحل لوح القلم محل فأرة الحاسوب. وقد كان انتشار تقنية التعرف على الكتابة اليدوية بين مستخدمي النصوص الأبجدية أبطأ.

تُستخدم اللوحات الرقمية على نطاق واسع في عالم الفن. فاستخدام قلم يشبه القلم على لوحة رقمية، بالإضافة إلى برنامج لتحرير الرسومات مثل Illustrator أو Photoshop من Adobe Systems أو CorelPainter أو Krita، يمنح الفنانين دقة عالية عند إنشاء الرسومات أو الأعمال الفنية الرقمية. كما يجد المصورون أن استخدام اللوحة الرقمية أثناء معالجة الصور يُسرّع بشكل ملحوظ مهامًا مثل إنشاء قناع طبقة مفصل أو تفتيح وتغميق الألوان.

يستخدم المعلمون الأجهزة اللوحية في الفصول الدراسية لعرض الملاحظات أو الدروس المكتوبة بخط اليد، ولتمكين الطلاب من فعل الشيء نفسه، بالإضافة إلى تقديم ملاحظات على أعمال الطلاب المُقدمة إلكترونيًا. كما قد يستخدم المعلمون عبر الإنترنت جهازًا لوحيًا لتصحيح أعمال الطلاب، أو لتقديم دروس أو جلسات تعليمية مباشرة، خاصةً عند الحاجة إلى معلومات بصرية معقدة أو معادلات رياضية . ويتزايد استخدام الطلاب لهذه الأجهزة لتدوين الملاحظات ، لا سيما أثناء المحاضرات الجامعية لمتابعة المحاضر . تُسهّل هذه الأجهزة عملية التدريس عبر الإنترنت، وتُستخدم بكثرة مع كاميرات الويب لمحاكاة تجربة الفصل الدراسي.

تحظى الأجهزة اللوحية بشعبية كبيرة أيضًا في الرسومات الفنية والتصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) ، حيث يمكن عادةً وضع قطعة من الورق عليها دون التأثير على وظيفتها.

أخيرًا، تكتسب الأجهزة اللوحية شعبية متزايدة كبديل لفأرة الحاسوب كأداة تأشير. قد يجدها بعض المستخدمين أكثر سهولة في الاستخدام من الفأرة، حيث يتطابق موضع القلم على الجهاز اللوحي عادةً مع موضع المؤشر على واجهة المستخدم الرسومية المعروضة على شاشة الحاسوب. قد يلجأ الفنانون الذين يستخدمون القلم في أعمالهم الرسومية، من باب التسهيل، إلى استخدام الجهاز اللوحي والقلم لإجراء العمليات الحاسوبية الأساسية بدلًا من ترك القلم والبحث عن الفأرة. تتيح لعبة الإيقاع الشهيرة osu! استخدام الجهاز اللوحي كوسيلة للعب. ^{[ 25 ]}

تتوفر الأجهزة اللوحية الرسومية بأحجام وأسعار متنوعة؛ فالأجهزة بحجم A6 رخيصة نسبياً، بينما الأجهزة بحجم A3 أغلى بكثير. وتتصل الأجهزة اللوحية الحديثة عادةً بالكمبيوتر عبر منفذ USB أو HDMI .

توفر السبورات التفاعلية لوحات رسومية عالية الدقة بحجم جدار يصل إلى 95 بوصة (241.3 سم)، بالإضافة إلى خيارات الضغط والإدخال المتعدد. وقد أصبحت هذه السبورات شائعة في المدارس وقاعات الاجتماعات حول العالم. ^{[ 26 ]}

كانت أجهزة الشاشة اللمسية المقاومة السابقة (مثل أجهزة المساعد الرقمي الشخصي ، والهواتف الذكية المبكرة ، وأجهزة الكمبيوتر اللوحية ، وجهاز نينتندو دي إس ) مزودة عادةً بأقلام اللمس، ولكن دقة إدخال قلم اللمس كانت محدودة للغاية.

تعمل شاشات اللمس السعوية الحديثة، كتلك الموجودة في بعض أجهزة الكمبيوتر اللوحية والمحمولة ، بطرق مشابهة، لكنها عادةً ما تستخدم إما شبكات بصرية أو غشاءً حساسًا للضغط، لذا فهي لا تحتاج إلى جهاز تأشير خاص. يمكن تجهيز بعض أحدث الطرازات المزودة بمدخلات سعوية بأقلام متخصصة، وعندها يمكن استخدام هذه الأجهزة بشكل مشابه للوحة الرسم الرقمية كاملة الوظائف. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]}

تُستخدم لوحة الرسم أيضًا في المنتجات الصوتية اللمسية، حيث يقوم المكفوفون أو ضعاف البصر بلمس رسومات بارزة على لوحة الرسم ويتلقون ردود فعل صوتية. ^{[ 30 ]} يُطلق على المنتج الذي يستخدم هذه التقنية اسم " اللوحة اللمسية الناطقة" أو T3.

• تحليل حركة الكتابة اليدوية
• تعليم الفنون الرقمية
• صورة رقمية
• قلم ضوئي
• البانتوغراف
• الحوسبة بالقلم
• قائمة أجهزة iPad التي تدعم قلم Apple Pencil