第一节 印前信息处理概述
一、印刷的功能与范畴
现代印刷具有双重功能，即信息传递功能和成型制造功能。
作为一种信息传播手段，印刷可以承担信息复制及传播的任务，即借助印刷技术，以呈色材料的形式，将图文信息转移并成像至承印物上，形成书籍、刊物、报纸、广告等多种印刷产品，通过发行及销售渠道将信息传播到信宿。
作为一种成型制造手段，印刷可以承担材料传递并成型的任务，即借助印刷技术，传递及转移造型及功能材料，进而构建出多种具有功能的部件及整体产品，应用于所需的机电、建筑、电子、医疗、生物、军事、服装等领域。
图1-1给出了印刷功能范畴的框架图。
图1-1 现代印刷功能范畴框架
印刷过程分为印前处理、印刷、印后加工三个阶段。
印前处理是印刷重要的子过程之一，它担负着图文信息或成型制造信息的输入及处理的任务。印刷产品上的信息内容、成型制造所需各类信息都是在印前处理阶段中采集/输入、处理并转换成可以付诸印刷的形式的。
印前处理是指在印刷传递过程开始实施之前，对原始图文及成型制造信息进行处理，生成合乎印刷成像及成型制造需求的信息的过程。
信息复制类印刷产品：依据用户的制作要求，按照所采用印刷工艺的技术特征，对原稿的图文信息进行采集和处理，获得适于印刷图文成像的信息，或者通过成像记录技术制作出符合印刷要求的印版实体。
成型制造类印刷产品：通过造型设计或实体造型的采集，获取产品造型信息，按照用户的制造要求，根据印刷技术及成型材料的特征，进行相应的信息数据处理，以便对印刷成型设备及工艺过程进行控制，成型制造出产品。
无论是信息复制类印刷产品还是成型制造类产品，其信息处理都需要以相应的印刷工艺特征、相关材料及设备特性为依据，才能充分发挥出印刷技术所能达到的能力。
在实施印前信息处理过程中，必须借助科技手段，对原始信息进行采集、修正、变换、编辑等多种处理，尽可能准确和完美地满足用户对印刷信息及成型制造产品的要求。
由于图文信息及成型制造信息的数字化已达到较高水平，开放型系统、标准化数据格式和接口，为印前处理与其他领域的信息交流和共享、跨媒体/跨平台的信息处理和传递奠定了坚实的基础。
二、印前信息处理所涵盖的内容
按照信息复制类和成型制造类产品，印前信息处理工作有所不同。
对信息复制类印刷品，其印前处理主要是按照印刷产品的样式和规格要求，进行图文信息的各种转换和处理。包括图文信息预处理和图文成像转换处理。
图文信息预处理：文字输入和排版处理、图形绘制/生成和处理、图像采集/编辑/创意性变换/品质增强校正/印刷分色转换、文字/图形/图像的页面组合处理、多页面的印刷版面组合处理。
图文成像转换处理：对文字/图形/图像的栅格化及加网，以便进行图文信息的记录输出和成像。
针对成型制造类印刷产品，其印前处理主要是，物体造型信息的获取（三维造型设计或三维扫描）；造型数据编辑、转换、修整、优化等；面向印刷成型技术，对成型数据进行的输出处理（造型分层、体素化等）。
三、印前信息处理的数字化进程
1.印前图文信息处理的数字化
以“桌面出版浪潮”为标志，印前信息处理的全面数字化阶段始于20世纪80年代中期。
在此之前，20世纪60年代所出现的第三代文字照排设备（阴极射线管照排机）上，已开始将文字字形数字化并存储，以备高分辨率显示及照相排版。1976年出现的激光照排系统，则是文字信息数字化表示、计算机文字信息处理、激光记录输出的标志性技术。
以“748工程”为开端，我国从1974年起，以王选为代表的中国科技人员发挥聪明才智，在汉字字形的轮廓化表示及压缩存储、文字排版处理、文字栅格化转换和记录输出等方面做出了杰出的成就，使汉字激光照排技术在我国出版印刷领域迅速得到应用，大幅度推进了我国出版事业和印刷工业技术水平的进步，其意义被誉为“汉字排版的第二次革命”。图1-2为1985年参加日本筑波博览会的汉字激光照排系统图片。
图1-2 汉字激光照排系统
在图像处理和复制领域，从20世纪60年代开始，在具有代表性的电子分色机（color repro-scanner）上，就已开始采用图像数字化技术，以实现图像电子缩放和激光电子加网。1975年，英国Crosfield公司首次推出全数字式电子分色机，其数字式“颜色查找表”至今仍是数字化色彩转换的常规技术。20世纪80年代初，以计算机图形工作站为平台构建的电子整页拼版系统（electronic page make-up system），以电子分色机作为图像输入和输出设备，将图文信息全面数字化，并进行高精度的图形/图像处理，最终输出印刷幅面整版分色胶片。图1-3为20世纪80年代的电子分色机和电子整页拼版系统（德国Hell公司）。
图1-3 电子分色机和电子整页拼版系统
1985年，由美国的Adobe、Apple和Aldus公司构建的“桌面出版系统”（Desk Top Publishing，DTP）是印前图文信息全面数字化采集、处理、输出的开端。这种系统以页面描述语言（Page Description Language，PDL）、图形化操作系统、数字式字库、栅格图像处理器（Raster Image Processor，RIP）、图文排版软件、激光打印机及激光照排机为基本单元，使操作人员方便地对数字化的文字、图形和图像信息进行各种处理，将图文合一的页面信息转换成页面描述语言，经过栅格图像处理器的处理，获得用于记录成像的图文信息，最终通过打印机或激光照排机输出。
1985年以后不长的时间内，以开放式的DTP系统为核心，数字化印前处理和制版技术迅速成为主流，相关的软件和硬件设备不断出现，性能不断提升，大大加速了印前图文处理和制版技术的进步。图1-4为20世纪90年代的桌面出版系统概况，其中除用于图文处理的计算机外，还有用于胶片输出的激光照排机和栅格图像处理器（图1-4右下侧）。
图1-4 桌面出版系统
20世纪90年代以后，数字化印前技术不断发展，在计算机直接制版、色彩管理等关键技术方面取得了长足的进展。特别是数字化工作流程系统的出现和进展，从更高的层面上，把数字化的图文信息与数字化的生产控制信息有机结合，用数字信息将印前、印刷、印后等过程结合成一个整体，使整个印刷生产达到更高的效率和更好的品质，显示了信息数字化带来的威力和生机，此类系统相应地称为“数字印前系统”。
2.成型制造的数字化
数字制造（digital manufacturing）是由计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）发展而来的概念和技术，它代表了以计算机、信息、光机电一体化、材料等科技为支撑，进行全数字信息控制下的生产制造过程和技术。
早在1952年，世界上第一台数控机床在美国麻省理工学院（MIT）研制成功，开启了借助数控程序实现对零件加工控制的先河。随之，计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）的概念开始萌芽，人们设想如何通过直接自动运行各个程序来实现计算机辅助设计过程。
1963年，美国MIT的学者I E Sutherland发表了人机交互图形通信系统的论文，并研制成功世界上第一套具有实时交互功能的二维CAD系统（Sketchpad）（图1-5）。该系统允许设计者借助光笔和键盘，在荧光屏上显示图形，实现人机交互作业。这项成果标志着CAD技术的诞生，为后续的CAD技术发展提供了条件和理论基础。此后，基于计算机技术，IBM、通用汽车、洛克西德等公司陆续推出了许多商品化的CAD/CAM系统与设备，在绘图、数控编程及分析、汽车设计、数控机床控制等方面发挥重要作用，CAD/CAM进入快速成长期。
图1-5 I E Sutherland与人机交互CAD系统（Sketchpad）
[来源：http：//www.techcn.com.cn]
20世纪80年代，随着计算机技术的迅速发展和普及，微型计算机、超大规模集成电路等迅速应用于CAD/CAM领域，CAD软件的开发也迅速成长。三维造型处理、优化设计、有限元、数据库等得到应用，推动了CAD/CAM技术向中小企业/单位的普及和应用。
20世纪90年代至今，CAD/CAM技术向集成化/智能化/标准化方向发展。为实现资源共享、产品生产管理的自动化，国际标准化组织及发达国家积极开发了标准接口。同时，面向对象技术（Object Orientation，OO）、并行处理（Parallel Processing，PP）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing，CIM）、快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）等的研究和应用，极大地推进了CAD/CAM技术向更高水平发展。
数字化的三维快速成型技术的概念发端于20世纪80年代。1984年，查尔斯·赫尔（Charles W Hull）发明了“立体光固化造型法”（Stereo Lithography Appearance，SLA）并创立了3D Systems公司，于1988年制造出第一台数字三维成型设备（图1-6）。
图1-6 第一台立体光固化造型技术3D成型设备SLA-1
[来源：http：//www.c-cnc.com]
此后，多种快速成型制造技术不断涌现。1986年，Michael Feygin研制成功分层实体制造技术（Laminated Object Manufacturing，LOM）；1989年，Carl R Deckard发明了选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering，SLS）；1992年，Scout Crump获得熔融沉积制造技术（Fused Deposition Modeling，FDM）专利；1993年，美国麻省理工学院的Emanual Sachs等人获取黏结剂喷射3D打印专利并进行授权生产。
科技人员开发了与三维造型相关的多种数字文件格式并予以公开，使多种三维设计、造型、打印制造系统能够进行顺畅的数据处理和交换。
这些技术在20世纪80至90年代迅速实现为商业化产品并投入应用，使快速成型制造逐步进入军事、航空/航天、生物、医疗、汽车、艺术造型、家庭、食品等多种领域，且发挥日益重要的作用。