第一節(jié)　印前信息處理概述

一、印刷的功能與范疇

現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，印刷可以承擔信息復制及傳播的任務，即借助印刷技術，以呈色材料的形式，將圖文信息轉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，印刷可以承擔材料傳遞并成型的任務，即借助印刷技術，傳遞及轉移造型及功能材料，進而構建出多種具有功能的部件及整體產品，應用于所需的機電、建筑、電子、醫(yī)療、生物、軍事、服裝等領域。

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，它擔負著圖文信息或成型制造信息的輸入及處理的任務。印刷產品上的信息內容、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施之前，對原始圖文及成型制造信息進行處理，生成合乎印刷成像及成型制造需求的信息的過程。

信息復制類印刷產品：依據用戶的制作要求，按照所采用印刷工藝的技術特征，對原稿的圖文信息進行采集和處理，獲得適于印刷圖文成像的信息，或者通過成像記錄技術制作出符合印刷要求的印版實體。

成型制造類印刷產品：通過造型設計或實體造型的采集，獲取產品造型信息，按照用戶的制造要求，根據印刷技術及成型材料的特征，進行相應的信息數據處理，以便對印刷成型設備及工藝過程進行控制，成型制造出產品。

無論是信息復制類印刷產品還是成型制造類產品，其信息處理都需要以相應的印刷工藝特征、相關材料及設備特性為依據，才能充分發(fā)揮出印刷技術所能達到的能力。

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

由于圖文信息及成型制造信息的數字化已達到較高水平，開放型系統(tǒng)、標準化數據格式和接口，為印前處理與其他領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的基礎。

二、印前信息處理所涵蓋的內容

按照信息復制類和成型制造類產品，印前信息處理工作有所不同。

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

圖文信息預處理：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/品質增強校正/印刷分色轉換、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。

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

針對成型制造類印刷產品，其印前處理主要是，物體造型信息的獲取（三維造型設計或三維掃描）；造型數據編輯、轉換、修整、優(yōu)化等；面向印刷成型技術，對成型數據進行的輸出處理（造型分層、體素化等）。

三、印前信息處理的數字化進程

1.印前圖文信息處理的數字化

以“桌面出版浪潮”為標志，印前信息處理的全面數字化階段始于20世紀80年代中期。

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

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字激光照排技術在我國出版印刷領域迅速得到應用，大幅度推進了我國出版事業(yè)和印刷工業(yè)技術水平的進步，其意義被譽為“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。

在圖像處理和復制領域，從20世紀60年代開始，在具有代表性的電子分色機（color repro-scanner）上，就已開始采用圖像數字化技術，以實現圖像電子縮放和激光電子加網。1975年，英國Crosfield公司首次推出全數字式電子分色機，其數字式“顏色查找表”至今仍是數字化色彩轉換的常規(guī)技術。20世紀80年代初，以計算機圖形工作站為平臺構建的電子整頁拼版系統(tǒng)（electronic page make-up system），以電子分色機作為圖像輸入和輸出設備，將圖文信息全面數字化，并進行高精度的圖形/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80年代的電子分色機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公司構建的“桌面出版系統(tǒng)”（Desk Top Publishing，DTP）是印前圖文信息全面數字化采集、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、激光打印機及激光照排機為基本單元，使操作人員方便地對數字化的文字、圖形和圖像信息進行各種處理，將圖文合一的頁面信息轉換成頁面描述語言，經過柵格圖像處理器的處理，獲得用于記錄成像的圖文信息，最終通過打印機或激光照排機輸出。

1985年以后不長的時間內，以開放式的DTP系統(tǒng)為核心，數字化印前處理和制版技術迅速成為主流，相關的軟件和硬件設備不斷出現，性能不斷提升，大大加速了印前圖文處理和制版技術的進步。圖1-4為20世紀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外，還有用于膠片輸出的激光照排機和柵格圖像處理器（圖1-4右下側）。

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

2.成型制造的數字化

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

早在1952年，世界上第一臺數控機床在美國麻省理工學院（MIT）研制成功，開啟了借助數控程序實現對零件加工控制的先河。隨之，計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）的概念開始萌芽，人們設想如何通過直接自動運行各個程序來實現計算機輔助設計過程。

1963年，美國MIT的學者I E Sutherland發(fā)表了人機交互圖形通信系統(tǒng)的論文，并研制成功世界上第一套具有實時交互功能的二維CAD系統(tǒng)（Sketchpad）（圖1-5）。該系統(tǒng)允許設計者借助光筆和鍵盤，在熒光屏上顯示圖形，實現人機交互作業(yè)。這項成果標志著CAD技術的誕生，為后續(xù)的CAD技術發(fā)展提供了條件和理論基礎。此后，基于計算機技術，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)與設備，在繪圖、數控編程及分析、汽車設計、數控機床控制等方面發(fā)揮重要作用，CAD/CAM進入快速成長期。

20世紀80年代，隨著計算機技術的迅速發(fā)展和普及，微型計算機、超大規(guī)模集成電路等迅速應用于CAD/CAM領域，CAD軟件的開發(fā)也迅速成長。三維造型處理、優(yōu)化設計、有限元、數據庫等得到應用，推動了CAD/CAM技術向中小企業(yè)/單位的普及和應用。

20世紀90年代至今，CAD/CAM技術向集成化/智能化/標準化方向發(fā)展。為實現資源共享、產品生產管理的自動化，國際標準化組織及發(fā)達國家積極開發(fā)了標準接口。同時，面向對象技術（Object Orientation，OO）、并行處理（Parallel Processing，PP）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing，CIM）、快速成型技術（Rapid Prototyping，RP）等的研究和應用，極大地推進了CAD/CAM技術向更高水平發(fā)展。

數字化的三維快速成型技術的概念發(fā)端于20世紀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年制造出第一臺數字三維成型設備（圖1-6）。

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

科技人員開發(fā)了與三維造型相關的多種數字文件格式并予以公開，使多種三維設計、造型、打印制造系統(tǒng)能夠進行順暢的數據處理和交換。

這些技術在20世紀80至90年代迅速實現為商業(yè)化產品并投入應用，使快速成型制造逐步進入軍事、航空/航天、生物、醫(yī)療、汽車、藝術造型、家庭、食品等多種領域，且發(fā)揮日益重要的作用。