stringtranslate.com

Векторная графика

Пример, показывающий сравнение векторной и растровой графики при увеличении.

Векторная графика — это форма компьютерной графики , в которой визуальные изображения создаются непосредственно из геометрических фигур, определенных на декартовой плоскости , таких как точки , линии , кривые и многоугольники . Связанные механизмы могут включать в себя оборудование для векторного отображения и печати , модели векторных данных и форматы файлов, а также программное обеспечение, основанное на этих моделях данных (особенно программное обеспечение для графического дизайна , системы автоматизированного проектирования и географические информационные системы ). Векторная графика является альтернативой растровой или растровой графике, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки в конкретных ситуациях. [1]

Хотя векторное оборудование в значительной степени уступило место растровым мониторам и принтерам, [2] векторные данные и программное обеспечение продолжают широко использоваться, особенно когда требуется высокая степень геометрической точности и когда сложная информация может быть разложена на простые геометрические примитивы. Таким образом, это предпочтительная модель для таких областей, как инженерия , архитектура , геодезия , 3D-рендеринг и типографика , но она совершенно не подходит для таких приложений, как фотография и дистанционное зондирование , где растр более эффективен и действенный. В некоторых областях приложений, таких как географические информационные системы (ГИС) и графический дизайн , в зависимости от цели иногда используется как векторная, так и растровая графика.

Векторная графика основана на математике аналитической или координатной геометрии и не связана с другими математическими применениями термина « вектор» . Это может привести к некоторой путанице в дисциплинах, в которых используются оба значения.

Модель данных

Логическая модель данных векторной графики основана на математике координатной геометрии , в которой формы определяются как набор точек в двух- или трехмерной декартовой системе координат , как p = ( x, y ) или p = ( х, у, z ). Поскольку почти все фигуры состоят из бесконечного числа точек, векторная модель определяет ограниченный набор геометрических примитивов , которые можно задать с помощью конечной выборки выступающих точек, называемых вершинами . Например, квадрат может быть однозначно определен по расположению трех из четырех его углов, из которых программное обеспечение может интерполировать соединяющие граничные линии и внутреннее пространство. Поскольку это правильная форма, квадрат также можно определить по расположению одного угла, размеру (ширина = высота) и углу поворота.

Основными геометрическими примитивами являются:

Могут поддерживаться различные более сложные формы:

Во многих наборах векторных данных каждую фигуру можно комбинировать с набором свойств. Наиболее распространенными являются визуальные характеристики, такие как цвет, толщина линии или образец штриха. В системах, в которых формы представляют собой реальные объекты, таких как ГИС и BIM, могут храниться различные атрибуты каждого представленного объекта, такие как имя, возраст, размер и т. д. [3]

В некоторых векторных данных, особенно в ГИС, информация о топологических связях между объектами может быть представлена ​​в модели данных, например, отслеживание связей между сегментами дорог в транспортной сети . [4]

Если набор данных, хранящийся в одном формате векторного файла, преобразуется в другой формат файла, который поддерживает все примитивные объекты, используемые в этом конкретном изображении, тогда преобразование может быть выполнено без потерь.

Аппаратное обеспечение векторного дисплея

Бесплатная программная видеоигра, похожая на астероиды , в которую играют на векторном мониторе.

Векторные устройства, такие как векторный ЭЛТ и перьевой плоттер , напрямую управляют механизмом рисования для создания геометрических фигур. Поскольку устройства векторного отображения могут определять линию, имея дело всего с двумя точками (то есть координатами каждого конца линии), устройство может уменьшить общий объем данных, с которыми ему приходится иметь дело, организовав изображение в виде пар точки. [5]

Векторные графические дисплеи впервые были использованы в 1958 году системой ПВО США SAGE . [ 6 ] Системы векторной графики были сняты с производства в США на маршруте управления воздушным движением в 1999 году . программа Sketchpad в 1963 году. [7]

Последующие системы векторной графики, большинство из которых перебирали динамически изменяемые сохраненные списки инструкций рисования, включают IBM 2250 , Imlac PDS-1 и DEC GT40 . Существовала игровая консоль под названием Vectrex , в которой использовалась векторная графика , а также различные аркадные игры, такие как Asteroids , Space Wars , Tempest и многие кинематографические игры, такие как Rip Off и Tail Gunner, использующие векторные мониторы . [8] Дисплеи объема памяти, такие как Tektronix 4014 , могут отображать векторные изображения, но не могут изменять их без предварительного стирания изображения. Однако они никогда не использовались так широко, как растровые сканирующие дисплеи, используемые на телевидении, и к середине 1980-х годов практически исчезли, за исключением специализированных приложений.

Плоттеры , используемые в техническом черчении, по-прежнему рисуют векторы непосредственно на бумаге, перемещая перо по направлению через двумерное пространство бумаги. Однако, как и в случае с мониторами, они в значительной степени были заменены широкоформатными принтерами , которые печатают растровое изображение (которое можно визуализировать из векторных данных).

Программное обеспечение

Поскольку эта модель полезна в различных областях применения, было создано множество различных программ для рисования, управления и визуализации векторной графики. Хотя все они основаны на одной и той же базовой модели векторных данных, они могут по-разному интерпретировать и структурировать формы, используя совершенно разные форматы файлов.

Форматы файлов

Это векторное изображение (формат SVG) круглого четырехцветного водоворота отображает несколько уникальных особенностей векторной графики по сравнению с растровой графикой: отсутствует сглаживание вдоль закругленного края (что могло бы привести к появлению цифровых артефактов в растровой графике), цвет Все градиенты плавные, и пользователь может бесконечно изменять размер изображения без потери качества.

Векторная графика сегодня обычно встречается в форматах графических файлов SVG , WMF , EPS , PDF , CDR или AI и существенно отличается от более распространенных форматов растровых графических файлов, таких как JPEG , PNG , APNG , GIF , WebP , BMP . и MPEG4 .

Стандартом векторной графики Консорциума Всемирной паутины (W3C) является масштабируемая векторная графика (SVG). Стандарт сложен, и его внедрение происходит относительно медленно, по крайней мере частично, из-за коммерческих интересов. Многие веб-браузеры теперь имеют некоторую поддержку рендеринга данных SVG, но полные реализации стандарта все еще сравнительно редки.

В последние годы SVG стал важным форматом, который полностью не зависит от разрешения устройства рендеринга, обычно принтера или монитора. Файлы SVG по сути представляют собой печатный текст, описывающий как прямые, так и изогнутые пути, а также другие атрибуты. Википедия предпочитает SVG для таких изображений, как простые карты, линейные иллюстрации, гербы и флаги, которые обычно не похожи на фотографии или другие однотонные изображения. [ нужна цитата ] Для рендеринга SVG требуется преобразование в растровый формат с разрешением, соответствующим текущей задаче. SVG также является форматом анимированной графики.

Существует также версия SVG для мобильных телефонов. В частности, специальный формат для мобильных телефонов называется SVGT (версия SVG Tiny). Эти изображения могут подсчитывать ссылки, а также использовать сглаживание. Их также можно отображать в качестве обоев.

Программное обеспечение САПР использует свои собственные форматы векторных данных, обычно собственные форматы , созданные поставщиками программного обеспечения, такие как Autodesk DWG , и общедоступные форматы обмена, такие как DXF . За свою историю для данных ГИС были созданы сотни различных векторных форматов файлов , включая собственные форматы, такие как файловая база геоданных Esri, собственные, но общедоступные форматы, такие как Shapefile и исходный KML , форматы с открытым исходным кодом, такие как GeoJSON , и форматы, созданные такими организациями по стандартизации, как Простые функции и GML от Открытого геопространственного консорциума .

Конверсия

Список форматов файлов изображений включает собственные и общедоступные векторные форматы .
Исходное эталонное фото до векторизации
Детали можно добавлять или удалять из векторной графики.

В растр

Современные дисплеи и принтеры представляют собой растровые устройства; векторные форматы необходимо преобразовать в растровый формат (растровые изображения – массивы пикселей), прежде чем их можно будет визуализировать (отобразить или распечатать). [10] Размер файла растрового/растрового формата, созданного в результате преобразования, будет зависеть от требуемого разрешения, но размер векторного файла, создающего файл растрового/растрового изображения, всегда останется неизменным. Таким образом, легко преобразовать векторный файл в ряд форматов растровых/растровых файлов , но гораздо сложнее пойти в обратном направлении, особенно если требуется последующее редактирование векторного изображения. Возможно, будет полезно сохранить изображение, созданное из исходного векторного файла, в растровом/растровом формате, поскольку разные системы имеют разные (и несовместимые) векторные форматы, а некоторые могут вообще не поддерживать векторную графику. Однако после преобразования файла из векторного формата он, скорее всего, станет больше и потеряет преимущество масштабируемости без потери разрешения. Также больше нельзя будет редактировать отдельные части изображения как отдельные объекты. Размер файла векторного графического изображения зависит от количества содержащихся в нем графических элементов; это список описаний.

Из растра

Печать

Векторные изображения идеально подходят для печати , поскольку они состоят из серии математических кривых; он будет печатать очень четко даже при изменении размера. [11] Например, можно напечатать векторный логотип на небольшом листе копировальной бумаги, а затем увеличить тот же векторный логотип до размера рекламного щита , сохранив такое же четкое качество. Растровая графика с низким разрешением будет сильно размыта или пикселизирована, если ее увеличить с размера визитной карточки до размера рекламного щита. (Точное разрешение растровой графики, необходимое для получения высококачественных результатов, зависит от расстояния просмотра; например, рекламный щит может выглядеть высококачественным даже при низком разрешении, если расстояние просмотра достаточно велико.) [12]

Если рассматривать типографские символы как изображения, то те же соображения, которые мы сделали для графики, применимы и к составлению письменного текста для печати ( набору текста ). Старые наборы символов хранились в виде растровых изображений. Следовательно, для достижения максимального качества печати их нужно было использовать только с заданным разрешением; эти форматы шрифтов считаются немасштабируемыми. Высококачественная типографика в настоящее время основана на рисунках символов ( шрифтах ), которые обычно хранятся в виде векторной графики и поэтому масштабируются до любого размера. Примерами векторных форматов символов являются шрифты Postscript и шрифты TrueType .

Операция

Преимущества этого стиля рисования перед растровой графикой :

Например, рассмотрим круг радиуса r . [14] Основные фрагменты информации , необходимые программе для рисования этого круга:

  1. указание на то, что нужно нарисовать круг
  2. радиус г
  3. расположение центральной точки круга
  4. стиль и цвет линии обводки (возможно, прозрачный)
  5. стиль и цвет заливки (возможно, прозрачный)

Векторные форматы не всегда уместны в графической работе, а также имеют множество недостатков. [15] Например, такие устройства, как камеры и сканеры, создают по существу растровую графику с непрерывным тоном , которую нецелесообразно преобразовывать в векторы, поэтому для этого типа работы редактор изображений будет работать с пикселями, а не с рисованием объектов, определенных математические выражения. Комплексные графические инструменты объединяют изображения из векторных и растровых источников и могут предоставлять инструменты редактирования для обоих, поскольку некоторые части изображения могут быть получены из источника камеры, а другие могут быть нарисованы с использованием векторных инструментов.

Некоторые авторы раскритиковали термин «векторная графика» как сбивающий с толку. [16] [17] В частности, векторная графика — это не просто графика, описываемая евклидовыми векторами . [18] Некоторые авторы предложили вместо этого использовать объектно-ориентированную графику . [16] [19] [20] Однако этот термин также может сбивать с толку, поскольку его можно понимать как любой вид графики, реализованный с использованием объектно-ориентированного программирования . [16]

Векторные операции

Редакторы векторной графики обычно допускают перемещение, вращение, зеркальное отображение, растяжение, наклон, аффинные преобразования , изменение z-порядка (грубо говоря, что находится перед чем) и объединение примитивов в более сложные объекты. [16] Более сложные преобразования включают в себя операции над множествами над замкнутыми фигурами ( объединение , разность , пересечение и т. д.). [21] В SVG операции композиции основаны на альфа-композиции . [22]

Векторная графика идеально подходит для простых или составных рисунков, которые должны быть независимыми от устройства [23] или не требуют достижения фотореализма . Например, языки описания страниц PostScript и PDF используют модель векторной графики.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Найджел Чепмен; Дженни Чепмен (2002) [2000]. Цифровая мультимедиа . Уайли. п. 86. ИСБН 0-471-98386-1.
  2. ^ Арье Кауфман (1993). Аппаратное обеспечение рендеринга, визуализации и растеризации. Springer Science & Business Media. стр. 86–87. ISBN 978-3-540-56787-5.
  3. ^ Модели векторных данных. Архивировано 11 апреля 2022 г. в Wayback Machine , Основы географических информационных систем , Академия Сэйлора, 2012 г.
  4. ^ Болстад, Пол (2008). Основы ГИС: первый текст по географическим информационным системам (3-е изд.). Эйдер Пресс. п. 37.
  5. ^ Мюррей 2002, стр. 81–83.
  6. ^ Хольцер, Дерек (апрель 2019 г.). Векторный синтез: медиа-археологическое исследование звукомодулированного света (PDF) (Диссертация). Университет Аалто . урна :urn:NBN:fi:aalto-201905193156. Архивировано (PDF) из оригинала 18 апреля 2021 г. Проверено 31 июля 2020 г.
  7. ↑ Кассем, Далал (15 октября 2014 г.). Окно блокнота (Диссертация). Политехнический институт и Государственный университет Вирджинии . hdl : 10919/63920 . Проверено 18 сентября 2020 г.
  8. ^ Вольф, Марк JP (2008). Взрыв видеоигр: история от PONG до PlayStation и не только. АВС-КЛИО . стр. 67–71. ISBN 978-0-313-33868-7. Проверено 31 июля 2020 г.
  9. ^ Пеке, Донна Дж. (1984), «Концептуальная основа и сравнение моделей пространственных данных», Cartographica 21 (4): 66–113. дои : 10.3138/D794-N214-221R-23R5. Архивировано 24 октября 2021 года в Wayback Machine .
  10. ^ Гарачорлоо и др. 1989, с. 355.
  11. ^ «Векторная и растровая графика в офсетной печати». Олимп Пресс. 6 декабря 2013. Архивировано из оригинала 12 февраля 2014 года . Проверено 16 июня 2014 г.
  12. ^ «Печать и экспорт (графика)» . Сеть COE Unix. 18 июня 2002 года. Архивировано из оригинала 6 февраля 2014 года . Проверено 16 июня 2014 г.
  13. ^ «PNG против SVG: в чем различия?». Adobe . Проверено 12 декабря 2023 г.
  14. ^ «ASCIIsvg: Простая математическая векторная графика» . Питер Джипсен, Университет Чепмена. Архивировано из оригинала 16 сентября 2013 года . Проверено 16 июня 2014 г.
  15. ^ Энди Харрис. "Векторная графика". Добро пожаловать в Уолли!!! . Архивировано из оригинала 18 мая 2012 года . Проверено 16 июня 2014 г.
  16. ^ abcd Найджел Чепмен; Дженни Чепмен (2002) [2000]. Цифровая мультимедиа . Уайли. п. 70. ИСБН 0-471-98386-1.
  17. ^ CS 354 Векторная графика и рендеринг пути. Архивировано 18 апреля 2020 г., в Wayback Machine , слайд 7, Марк Килгард, 10 апреля 2012 г., Техасский университет в Остине.
  18. ^ Рекс ван дер Спей (2010). Продвинутый игровой дизайн с использованием Flash. Апресс. п. 306. ИСБН 978-1-4302-2739-7.
  19. ^ Тед Ландау (2000). Грустные Маки, бомбы и другие катастрофы (4-е изд.). Персиковая яма Пресс. п. 409. ИСБН 978-0-201-69963-0.
  20. ^ Эми Арнтсон (2011). Основы графического дизайна (6-е изд.). Cengage Обучение. п. 194. ИСБН 978-1-133-41950-1.
  21. ^ Барр 1984, с. 21.
  22. ^ Рабочая группа SVG (15 марта 2011 г.). «Спецификация компоновки SVG». w3 . Архивировано из оригинала 7 августа 2022 года . Проверено 8 августа 2022 г.
  23. ↑ Цинь, Чжэн (27 января 2009 г.). Векторная графика для 3D-рендеринга в реальном времени (PDF) (Диссертация). Университет Ватерлоо . п. 1. HDL : 10012/4262. Архивировано (PDF) из оригинала 28 июля 2020 г. Проверено 28 июля 2020 г.

Рекомендации

Внешние ссылки

В Викиверситете есть учебные ресурсы по векторному рисованию.