第一節(jié)　印前信息處理概述

一、印刷的功能與范疇

現(xiàn)代印刷具有雙重功能，即信息傳遞功能和成型制造功能。

作為一種信息傳播手段，印刷可以承擔(dān)信息復(fù)制及傳播的任務(wù)，即借助印刷技術(shù)，以呈色材料的形式，將圖文信息轉(zhuǎn)移并成像至承印物上，形成書籍、刊物、報紙、廣告等多種印刷產(chǎn)品，通過發(fā)行及銷售渠道將信息傳播到信宿。

作為一種成型制造手段，印刷可以承擔(dān)材料傳遞并成型的任務(wù)，即借助印刷技術(shù)，傳遞及轉(zhuǎn)移造型及功能材料，進(jìn)而構(gòu)建出多種具有功能的部件及整體產(chǎn)品，應(yīng)用于所需的機(jī)電、建筑、電子、醫(yī)療、生物、軍事、服裝等領(lǐng)域。

圖1-1給出了印刷功能范疇的框架圖。

印刷過程分為印前處理、印刷、印后加工三個階段。

印前處理是印刷重要的子過程之一，它擔(dān)負(fù)著圖文信息或成型制造信息的輸入及處理的任務(wù)。印刷產(chǎn)品上的信息內(nèi)容、成型制造所需各類信息都是在印前處理階段中采集/輸入、處理并轉(zhuǎn)換成可以付諸印刷的形式的。

印前處理是指在印刷傳遞過程開始實(shí)施之前，對原始圖文及成型制造信息進(jìn)行處理，生成合乎印刷成像及成型制造需求的信息的過程。

信息復(fù)制類印刷產(chǎn)品：依據(jù)用戶的制作要求，按照所采用印刷工藝的技術(shù)特征，對原稿的圖文信息進(jìn)行采集和處理，獲得適于印刷圖文成像的信息，或者通過成像記錄技術(shù)制作出符合印刷要求的印版實(shí)體。

成型制造類印刷產(chǎn)品：通過造型設(shè)計或?qū)嶓w造型的采集，獲取產(chǎn)品造型信息，按照用戶的制造要求，根據(jù)印刷技術(shù)及成型材料的特征，進(jìn)行相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)處理，以便對印刷成型設(shè)備及工藝過程進(jìn)行控制，成型制造出產(chǎn)品。

無論是信息復(fù)制類印刷產(chǎn)品還是成型制造類產(chǎn)品，其信息處理都需要以相應(yīng)的印刷工藝特征、相關(guān)材料及設(shè)備特性為依據(jù)，才能充分發(fā)揮出印刷技術(shù)所能達(dá)到的能力。

在實(shí)施印前信息處理過程中，必須借助科技手段，對原始信息進(jìn)行采集、修正、變換、編輯等多種處理，盡可能準(zhǔn)確和完美地滿足用戶對印刷信息及成型制造產(chǎn)品的要求。

由于圖文信息及成型制造信息的數(shù)字化已達(dá)到較高水平，開放型系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)格式和接口，為印前處理與其他領(lǐng)域的信息交流和共享、跨媒體/跨平臺的信息處理和傳遞奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

二、印前信息處理所涵蓋的內(nèi)容

按照信息復(fù)制類和成型制造類產(chǎn)品，印前信息處理工作有所不同。

對信息復(fù)制類印刷品，其印前處理主要是按照印刷產(chǎn)品的樣式和規(guī)格要求，進(jìn)行圖文信息的各種轉(zhuǎn)換和處理。包括圖文信息預(yù)處理和圖文成像轉(zhuǎn)換處理。

圖文信息預(yù)處理：文字輸入和排版處理、圖形繪制/生成和處理、圖像采集/編輯/創(chuàng)意性變換/品質(zhì)增強(qiáng)校正/印刷分色轉(zhuǎn)換、文字/圖形/圖像的頁面組合處理、多頁面的印刷版面組合處理。

圖文成像轉(zhuǎn)換處理：對文字/圖形/圖像的柵格化及加網(wǎng)，以便進(jìn)行圖文信息的記錄輸出和成像。

針對成型制造類印刷產(chǎn)品，其印前處理主要是，物體造型信息的獲取（三維造型設(shè)計或三維掃描）；造型數(shù)據(jù)編輯、轉(zhuǎn)換、修整、優(yōu)化等；面向印刷成型技術(shù)，對成型數(shù)據(jù)進(jìn)行的輸出處理（造型分層、體素化等）。

三、印前信息處理的數(shù)字化進(jìn)程

1.印前圖文信息處理的數(shù)字化

以“桌面出版浪潮”為標(biāo)志，印前信息處理的全面數(shù)字化階段始于20世紀(jì)80年代中期。

在此之前，20世紀(jì)60年代所出現(xiàn)的第三代文字照排設(shè)備（陰極射線管照排機(jī)）上，已開始將文字字形數(shù)字化并存儲，以備高分辨率顯示及照相排版。1976年出現(xiàn)的激光照排系統(tǒng)，則是文字信息數(shù)字化表示、計算機(jī)文字信息處理、激光記錄輸出的標(biāo)志性技術(shù)。

以“748工程”為開端，我國從1974年起，以王選為代表的中國科技人員發(fā)揮聰明才智，在漢字字形的輪廓化表示及壓縮存儲、文字排版處理、文字柵格化轉(zhuǎn)換和記錄輸出等方面做出了杰出的成就，使?jié)h字激光照排技術(shù)在我國出版印刷領(lǐng)域迅速得到應(yīng)用，大幅度推進(jìn)了我國出版事業(yè)和印刷工業(yè)技術(shù)水平的進(jìn)步，其意義被譽(yù)為“漢字排版的第二次革命”。圖1-2為1985年參加日本筑波博覽會的漢字激光照排系統(tǒng)圖片。

在圖像處理和復(fù)制領(lǐng)域，從20世紀(jì)60年代開始，在具有代表性的電子分色機(jī)（color repro-scanner）上，就已開始采用圖像數(shù)字化技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)圖像電子縮放和激光電子加網(wǎng)。1975年，英國Crosfield公司首次推出全數(shù)字式電子分色機(jī)，其數(shù)字式“顏色查找表”至今仍是數(shù)字化色彩轉(zhuǎn)換的常規(guī)技術(shù)。20世紀(jì)80年代初，以計算機(jī)圖形工作站為平臺構(gòu)建的電子整頁拼版系統(tǒng)（electronic page make-up system），以電子分色機(jī)作為圖像輸入和輸出設(shè)備，將圖文信息全面數(shù)字化，并進(jìn)行高精度的圖形/圖像處理，最終輸出印刷幅面整版分色膠片。圖1-3為20世紀(jì)80年代的電子分色機(jī)和電子整頁拼版系統(tǒng)（德國Hell公司）。

1985年，由美國的Adobe、Apple和Aldus公司構(gòu)建的“桌面出版系統(tǒng)”（Desk Top Publishing，DTP）是印前圖文信息全面數(shù)字化采集、處理、輸出的開端。這種系統(tǒng)以頁面描述語言（Page Description Language，PDL）、圖形化操作系統(tǒng)、數(shù)字式字庫、柵格圖像處理器（Raster Image Processor，RIP）、圖文排版軟件、激光打印機(jī)及激光照排機(jī)為基本單元，使操作人員方便地對數(shù)字化的文字、圖形和圖像信息進(jìn)行各種處理，將圖文合一的頁面信息轉(zhuǎn)換成頁面描述語言，經(jīng)過柵格圖像處理器的處理，獲得用于記錄成像的圖文信息，最終通過打印機(jī)或激光照排機(jī)輸出。

1985年以后不長的時間內(nèi)，以開放式的DTP系統(tǒng)為核心，數(shù)字化印前處理和制版技術(shù)迅速成為主流，相關(guān)的軟件和硬件設(shè)備不斷出現(xiàn)，性能不斷提升，大大加速了印前圖文處理和制版技術(shù)的進(jìn)步。圖1-4為20世紀(jì)90年代的桌面出版系統(tǒng)概況，其中除用于圖文處理的計算機(jī)外，還有用于膠片輸出的激光照排機(jī)和柵格圖像處理器（圖1-4右下側(cè)）。

20世紀(jì)90年代以后，數(shù)字化印前技術(shù)不斷發(fā)展，在計算機(jī)直接制版、色彩管理等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了長足的進(jìn)展。特別是數(shù)字化工作流程系統(tǒng)的出現(xiàn)和進(jìn)展，從更高的層面上，把數(shù)字化的圖文信息與數(shù)字化的生產(chǎn)控制信息有機(jī)結(jié)合，用數(shù)字信息將印前、印刷、印后等過程結(jié)合成一個整體，使整個印刷生產(chǎn)達(dá)到更高的效率和更好的品質(zhì)，顯示了信息數(shù)字化帶來的威力和生機(jī)，此類系統(tǒng)相應(yīng)地稱為“數(shù)字印前系統(tǒng)”。

2.成型制造的數(shù)字化

數(shù)字制造（digital manufacturing）是由計算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）發(fā)展而來的概念和技術(shù)，它代表了以計算機(jī)、信息、光機(jī)電一體化、材料等科技為支撐，進(jìn)行全數(shù)字信息控制下的生產(chǎn)制造過程和技術(shù)。

早在1952年，世界上第一臺數(shù)控機(jī)床在美國麻省理工學(xué)院（MIT）研制成功，開啟了借助數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)對零件加工控制的先河。隨之，計算機(jī)輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）的概念開始萌芽，人們設(shè)想如何通過直接自動運(yùn)行各個程序來實(shí)現(xiàn)計算機(jī)輔助設(shè)計過程。

1963年，美國MIT的學(xué)者I E Sutherland發(fā)表了人機(jī)交互圖形通信系統(tǒng)的論文，并研制成功世界上第一套具有實(shí)時交互功能的二維CAD系統(tǒng)（Sketchpad）（圖1-5）。該系統(tǒng)允許設(shè)計者借助光筆和鍵盤，在熒光屏上顯示圖形，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互作業(yè)。這項(xiàng)成果標(biāo)志著CAD技術(shù)的誕生，為后續(xù)的CAD技術(shù)發(fā)展提供了條件和理論基礎(chǔ)。此后，基于計算機(jī)技術(shù)，IBM、通用汽車、洛克西德等公司陸續(xù)推出了許多商品化的CAD/CAM系統(tǒng)與設(shè)備，在繪圖、數(shù)控編程及分析、汽車設(shè)計、數(shù)控機(jī)床控制等方面發(fā)揮重要作用，CAD/CAM進(jìn)入快速成長期。

20世紀(jì)80年代，隨著計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，微型計算機(jī)、超大規(guī)模集成電路等迅速應(yīng)用于CAD/CAM領(lǐng)域，CAD軟件的開發(fā)也迅速成長。三維造型處理、優(yōu)化設(shè)計、有限元、數(shù)據(jù)庫等得到應(yīng)用，推動了CAD/CAM技術(shù)向中小企業(yè)/單位的普及和應(yīng)用。

20世紀(jì)90年代至今，CAD/CAM技術(shù)向集成化/智能化/標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)資源共享、產(chǎn)品生產(chǎn)管理的自動化，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織及發(fā)達(dá)國家積極開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)接口。同時，面向?qū)ο蠹夹g(shù)（Object Orientation，OO）、并行處理（Parallel Processing，PP）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing，CIM）、快速成型技術(shù)（Rapid Prototyping，RP）等的研究和應(yīng)用，極大地推進(jìn)了CAD/CAM技術(shù)向更高水平發(fā)展。

數(shù)字化的三維快速成型技術(shù)的概念發(fā)端于20世紀(jì)80年代。1984年，查爾斯·赫爾（Charles W Hull）發(fā)明了“立體光固化造型法”（Stereo Lithography Appearance，SLA）并創(chuàng)立了3D Systems公司，于1988年制造出第一臺數(shù)字三維成型設(shè)備（圖1-6）。

此后，多種快速成型制造技術(shù)不斷涌現(xiàn)。1986年，Michael Feygin研制成功分層實(shí)體制造技術(shù)（Laminated Object Manufacturing，LOM）；1989年，Carl R Deckard發(fā)明了選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（Selective Laser Sintering，SLS）；1992年，Scout Crump獲得熔融沉積制造技術(shù)（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）專利；1993年，美國麻省理工學(xué)院的Emanual Sachs等人獲取黏結(jié)劑噴射3D打印專利并進(jìn)行授權(quán)生產(chǎn)。

科技人員開發(fā)了與三維造型相關(guān)的多種數(shù)字文件格式并予以公開，使多種三維設(shè)計、造型、打印制造系統(tǒng)能夠進(jìn)行順暢的數(shù)據(jù)處理和交換。

這些技術(shù)在20世紀(jì)80至90年代迅速實(shí)現(xiàn)為商業(yè)化產(chǎn)品并投入應(yīng)用，使快速成型制造逐步進(jìn)入軍事、航空/航天、生物、醫(yī)療、汽車、藝術(shù)造型、家庭、食品等多種領(lǐng)域，且發(fā)揮日益重要的作用。