Векторная графика

Реферат: Векторная  графика 

Векторная графика  
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ  
 

Почти с момента  создания ЭВМ появилась и компьютерная графика, которая сейчас считается  неотъемлемой частью мировой технологии. По началу это была лишь векторная  графика – построение изображения  с помощью так называемых “векторов” - функций, которые позволяют вычислить  положение точки на экране или  бумаге. Например, функция, графиком которой  является круг, прямая линия или  другие более сложные кривые.  

Совокупность таких  “векторов” и есть векторное изображения.  

С развитием компьютерной техники и технологий появилось  множество способов постройки графических  объектов. Но для начала, определимся  с термином "графический объект". Это либо само графическое изображение  или его часть. В зависимости  от видов компьютерной графики под  этим термином понимаются как и пиксели  или спрайты (в растровой графике), так и векторные объекты, такие  как круг, квадрат, линия, кривая и  т.д. (в векторной графике).  

Для дальнейшего  рассмотрения проблемы постройки объектов с помощью векторной графики, необходимо уяснить разницу между  двумя основными видами компьютерной графики - растровой и векторной.  
 

Векторная графика  

Векторная графика  описывает изображения с использованием прямых и изогнутых линий, называемых векторами, а также параметров, описывающих  цвета и расположение. Например, изображение древесного листа описывается  точками, через которые проходит линия, создавая тем самым контур листа. Цвет листа задается цветом контура  и области внутри этого контура.  

При редактировании элементов векторной графики  Вы изменяете параметры прямых и  изогнутых линий, описывающих форму  этих элементов. Вы можете переносить элементы, менять их размер, форму и  цвет, но это не отразится на качестве их визуального представления. Векторная  графика не зависит от разрешения, т.е. может быть показана в разнообразных  выходных устройствах с различным  разрешением без потери качества.  

Векторное представление  заключается в описании элементов  изображения математическими кривыми  с указанием их цветов и заполняемости (вспомните, круг и окружность - разные фигуры). Красный эллипс на белом  фоне будет описан всего двумя  математическими формулами - прямоугольника и эллипса соответствующих цветов, размеров и местоположения. Очевидно, такое описание займет значительно  меньше места, чем в первом случае. Еще одно преимущество - качественное масштабирование в любую сторону. Увеличение или уменьшение объектов производится увеличением или уменьшением  соответствующих коэффициентов  в математических формулах. К сожалению  векторный формат становится невыгодным при передаче изображений с большим  количеством оттенков или мелких деталей (например, фотографий). Ведь каждый мельчайший блик в этом случае будет  представляться не совокупностью одноцветных  точек, а сложнейшей математической формулой или совокупностью графических  примитивов, каждый из которых, является формулой. Это приводит к утяжелению файла. Кроме того, перевод изображения  из растрового в векторный формат (например, программой Adobe Strime Line или Corel OCR-TRACE) приводит к наследованию последним  невозможности корректного масштабирования  в большую сторону. От увеличения линейных размеров количество деталей  или оттенков на единицу площади  больше не становится. Это ограничение  накладывается разрешением вводных  устройств (сканеров, цифровых фотокамер  и др.).  
 

Растровая графика  

Растровая графика  описывает изображения с использованием цветных точек, называемых пикселями, расположенных на сетке. Например, изображение  древесного листа описывается конкретным расположением и цветом каждой точки  сетки, что создает изображение  примерно также, как в мозаике.  

При редактировании растровой графики Вы редактируете пиксели, а не линии. Растровая графика  зависит от разрешения, поскольку  информация, описывающая изображение, прикреплена к сетке определенного  размера. При редактировании растровой  графики, качество ее представления  может измениться. В частности, изменение  размеров растровой графики может  привести к "разлохмачиванию" краев  изображения, поскольку пиксели  будут перераспределяться на сетке. Вывод растровой графики на устройства с более низким разрешением, чем  разрешение самого изображения, понизит  его качество.  

Основой растрового представления графики является пиксель (точка) с указанием ее цвета. При описании, например, красного эллипса  на белом фоне приходится указывать  цвет каждой точки как эллипса, так  и фона. Изображение представляется в виде большого количества точек  – чем их больше, тем визуально  качественнее изображение и больше размер файла. Т.е. одна и даже картинка может быть представлена с лучшим или худшим качеством в соответствии с количеством точек на единицу  длины – разрешением (обычно, точек  на дюйм – dpi или пикселей на дюйм – ppi).  

Кроме того, качество характеризуется еще и количеством  цветов и оттенков, которые может  принимать каждая точка изображения. Чем большим количеством оттенков характеризуется изображения, тем  большее количество разрядов требуется  для их описания. Красный может  быть цветом номер 001, а может и  – 00000001. Таким образом, чем качественнее изображение, тем больше размер файла.  

Растровое представление  обычно используют для изображений  фотографического типа с большим  количеством деталей или оттенков. К сожалению, масштабирование таких  картинок в любую сторону обычно ухудшает качество. При уменьшении количества точек теряются мелкие детали и деформируются надписи (правда, это может быть не так заметно  при уменьшении визуальных размеров самой картинки – т.е. сохранении разрешения). Добавление пикселей приводит к ухудшению резкости и яркости  изображения, т.к. новым точкам приходится давать оттенки, средние между двумя  и более граничащими цветами. Распространены форматы .tif, .gif, .jpg, .png, .bmp, .pcx и др.  
 

Таким образом, выбор  растрового или векторного формата  зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая  точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном  формате. Понятно, что и в растровом  и в векторном представлении  графика (как и текст) выводятся  на экран монитора или печатное устройство в виде совокупности точек. В Интернете  графика представляется в одном из растровых форматов, понимаемых броузерами без установки дополнительных модулей – GIF, JPG, PNG.  

Без дополнительных плагинов (дополнений) наиболее распространенные броузеры понимают только растровые  форматы – .gif, .jpg и .png (последний  пока мало распространен). На первый взгляд, использование векторных редакторов становится неактуальным. Однако большинство  таких редакторов обеспечивают экспорт  в .gif или .jpg с выбираемым Вами разрешением. А рисовать начинающим художникам проще  именно в векторных средах – если рука дрогнула и линия пошла не туда, получившийся элемент легко  редактируется. При рисование в  растровом режиме Вы рискуете непоправимо  испортить фон.  

Из-за описанных выше особенностей представления изображения, для каждого типа приходится использовать отдельный графический редактор – растровый или векторный. Разумеется, у них есть общие черты –  возможность открывать и сохранять  файлы в различных форматах, использование  инструментов с одинаковыми названиями (карандаш, перо и т.д.) или функциями (выделение, перемещение, масштабирование  и т.д.), выбирать нужный цвет или  оттенок... Однако принципы реализации процессов рисования и редактирования различны и обусловлены природой соответствующего формата. Так, если в  растровых редакторах говорят о  выделении объекта, то имеют в  виду совокупность точек в виде области  сложной формы. Процесс выделения  очень часто является трудоемкой и кропотливой работой. При перемещении  такого выделения появляется“дырка”. В векторном же редакторе объект представляет совокупность графических  примитивов и для его выделения  достаточно выбрать мышкой каждый из них. А если эти примитивы были сгруппированы соответствующей  командой, то достаточно “щелкнуть” один раз в любой из точек сгруппированного объекта. Перемещение выделенного  объекта обнажает нижележащие элементы.  

Тем не менее, существует тенденция к сближению. Большинство  современных векторных редакторов способны использовать растровые картинки в качестве фона, а то и переводить в векторный формат части изображения  встроенными средствами (трассировка). Причем обычно имеются средства редактирования загруженного фонового изображения  хотя бы на уровне различных встроенных или устанавливаемых фильтров. 8-я  версия Illustrator'a способна загружать .psd-файлы Photoshop'a и использовать каждый из полученных слоев. Кроме того, для использования  тех же фильтров, может осуществляться непосредственный перевод сформированного  векторного изображения в растровый  формат и дальнейшее использование  как нередактируемого растрового элемента. Причем, все это помимо обычно имеющихся  конвертеров из векторного формата  в растровый с получением соответствующего файла.  

Некоторые растровые  редакторы способны грузить один из векторных форматов (обычно .wmf) в  качестве фона или сразу переводить их в растр с возможностью непосредственного  редактирования.  
 

1. ПРОГРАММЫ ВЕКТОРНОЙ  ГРАФИКИ  
 

В настоящее время  создано множество пакетов иллюстративной графики, которые содержат простые  в применении, развитые и мощные инструментальные средства векторной  графики, предназначенной как для  подготовки материалов к печати, так  и для создания страниц в интернете.  

Для создания графического объекта потребуется программа  иллюстративной векторной графики. Качество и полезность средств векторной  графики определяются главным образом  возможностями масштабирования.  

Пакеты векторной  или иллюстративной графики всегда основывались на объектно-ориентированном  подходе, позволяющем рисовать контуры  объектов, а затем закрашивать  их или заполнять узорами. Вы можете очень точно воспроизводить эти  контуры, задавая любой размер, поскольку  они формируются при помощи математической модели из точек и кривых, а не как растровые изображения - в  виде сетки, заполненной прямоугольными пикселями.  

К числу новых  возможностей, обнаруженных нами в  этой категории изделий, относится  многоцветная градиентная закраска. Такие примитивы, как многоугольники, звезды и спирали, стали обычными атрибутами подобных пакетов. Связанные  цвета позволяют заменить красный  цвет розы на желтый, изменив только базовый цвет; все связанные оттенки  изменятся автоматически. Многослойные интерактивные цветные "диапозитивы" обеспечивают ранее недостижимую глубину  и вы можете преобразовывать векторные  изображения в растровые в  рамках векторного графического файла. Если вчерашние пакеты векторной  графики позволяли только помещать растровое изображение в ваш  файл, то с помощью современных  программ можно встраивать представленные в растровой форме изображения, изменять их размеры и даже накладывать  специальные эффекты и маски. Это облегчает процесс получения  окончательного изображения средствами многослойной графики - объединением векторных  и растровых файлов необходимым, для создания логотипов, печатных рекламных  объявлений и картинок для Web.  

Из всех новшеств наибольший интерес представляют фирменные  внешние модули (plug-ins) Web, обогащающие  Сеть средствами векторной графики  и навигации. Файл векторной графики  неизмеримо меньше растрового файла  для такого же изображения и это  позволяет увеличивать масштаб фрагментов изображения до 25 тыс. процентов. Теперь появилась возможность назначать URL (унифицированный указатель ресурса) любому объекту.  

Принципы, лежащие  в основе последних пакетов, полностью  меняют представления о векторной  графике. CorelXara 1.5 реализует качественно  новый подход к визуализации, располагает  потрясающими средствами создания выходных файлов .GIF и JPEG и феноменально быстрым  внешним модулем браузера для  работы с векторной графикой. Пакет Expression 1.0 фирмы Fractal Design позволяет строить  контуры из других сложных векторных  графических изображений, предоставляя в распоряжение пользователя бесконечное  разнообразие визуальных возможностей, недостижимое с помощью других программ.  

В отличие от предназначенного для начинающих пользователей программного обеспечения настольных издательских систем или программ редактирования фотоизображений, где, как правило, содержатся наиболее часто используемые средства редактирования, графические  пакеты для новичков обычно ориентированы  на решение конкретных задач, например построение диаграмм или техническое  черчение. Приобрести навыки свободного рисования кривых Безье трудно даже для профессионала; не менее сложно освоить и основные принципы машинного  черчения, например изображение разрезов и сечений. Кроме того, многие начинающие пользователи не ощущают различий между  растровой и векторной графикой и могут не знать, в каких случаях  какими пакетами пользоваться. По этим причинам начинающие должны соизмерять свои задачи с возможностями программы  и переходить к полнофункциональному пакету рисования, только когда будут  готовы к этому.  

В большинстве случаев  для создания простых иллюстраций  начинающим достаточно уметь работать с теми программными средствами, которые, возможно, у них уже имеются. Комплекты  программ Microsoft, Corel и Lotus содержат инструменты  рисования в своих модулях  текстового процессора и презентационной  графики, а также библиотеки клипартов. В Microsoft Office 97 предусмотрена новая  линейка заданий, содержащая множество  вариантов выбора для создания рисунков, логотипов и текста при работе с разными приложениями. Кроме  того, с помощью функций AutoShape можно  создавать большое число стандартную  форм и даже символов для построения диаграмм (которые могут отбрасывать  тени или даже получаться с помощью "экструзии" и благодаря этому  приобретать объемность), а галерея WordArt предоставляет интересные и  цветные стили текста, которыми можно  пользоваться для заголовков или  ярлыков.  

Для задач технического характера обратим внимание на такие  программы построения диаграмм, как FlowCharter 7 фирмы Micrografx (http://www.micrografx.com) или Visio Professional 4.5 фирмы Visio Corp. (http://www.visio.com). Если же начать работать в области  САПР, то существует несколько вполне доступных по ценам и возможностям пакетов, в том числе AutoCAD LT фирмы Autodesk (http://www.autodesk.com) или Design CAD 97 фирмы ViaGrafx (http://www.viagrafx.com).