Федеральное агентство по образованию

Куйбышевский филиал государственного образовательного

Учреждения высшего профессионального образования.

«Новосибирский государственный педагогический университет»

Факультет математики и информатики

Кафедра информатики и дискретной математики

Борматенкова Г.В.

Тема: «Компьютерная графика»

Курсовая работа.

Куйбышев, 2007 г

Оглавление

• Введение 3
• Глава 1. Растровая графика 5
• 1.1 Средства растровой графики. 7
• 1.2 Растровая развертка 10
• 1.3 Преимущества и недостатки растровой графики 14
• Глава 2. Векторная графика 17
• 2.1 Программы для обработки векторной графики 20
• 2.2 Применение векторной графики 28
• 2.3 Плюсы и минусы векторной графики 31
• 2.4 Форматы файлов компьютерной графики 33
• Заключение 41
• Список литературы . 42
• Введение

Машинная графика в настоящее время уже вполне сформировалась как наука. Существует аппаратное и программное обеспечение для получения разнообразных изображений - от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Машинная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности восприятия и передачи информации. Знание её основ в наше время необходимо любому ученому или инженеру.

Среди многообразия возможностей, предоставляемых современными вычислительными средствами, те, что основаны на пространственно-образном мышлении человека, занимают особое место. Современные программно-оперативные средства компьютерной графики представляют собой весьма эффективный инструмент поддержки такого мышления при выполнении работ самых разных видов. С другой стороны именно пространственно-образное мышление является неформальной творческой основой для расширения изобразительных возможностей компьютеров. Это важное обстоятельство предполагает взаимно обогащающее сотрудничество всё более совершенной техники и человека со всем богатством знания, накопленного предшествующими поколениями. Поэтому столь привлекательной оказывается компьютерная визуализация, особенно визуализация динамическая, которую следует рассматривать как важнейший инструмент для обучения наукам.

Объектом исследования является компьютерная графика.

Предмет исследования - основные её виды и программы для работы с ней.

Цель работы - рассмотреть основные виды компьютерной графики, выделить недостатки и достоинства каждого из них и программы для работы с компьютерной графикой.

Задачи исследования:

ѕ Изучить учебно - методическую литературу по теме исследования;

ѕ Рассмотреть понятия «компьютерная графика», «векторная графика», «растровая графика», «графический редактор»;

ѕ Выделить наиболее явные различия между основными видами компьютерной графики, а также достоинства и недостатки каждого из них.

Курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы. Работа написана на 42 листах.

Глава 1. Растровая графика

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.

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.

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.

Рис.1. Пример растровой графики

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.

В растровых редакторах, таких как MS Paint Adobe Photoshop, редактируются не конкретные объекты и контуры, а составляющие их группы пикселов. Векторные рисунки вставляются в MS Paint только через буфер обмена. Причем после такой вставки они растрируются (превращаются в растры). Преобразование векторного изображения в растровое особых проблем не вызывает. Это связано с тем, что при работе в векторном редакторе вы все равно видите результат на мониторе, то есть в растровом виде (векторных мониторов в природе не существует!). Сложнее выполнить преобразование растрового изображения в векторное. Дело в том, что это процесс неоднозначный, то есть в каждом конкретном случае вам предстоит определить, как лучше представить вектором данную цепочку пикселов. Поэтому результаты могут быть очень разными -- в зависимости от принятой вами идеи векторизации.

1.1 Средства растровой графики

Средства для работы с растровой графикой.

Программы, предназначенные для работы с растровой графикой, можно условно разбить на несколько классов.

· Средства создания растровых изображений: MS Paint, Fractal Design Painter (или с 2000 года -- Corel Paint), Fauve Mattisse.

· Средства обработки изображений: Adobe Photoshop, Согеl РНОТО-РАINТ, Paint Shop Pro и Photo Draw др.

· Средства захвата экрана, начиная от поддерживаемой всеми операционными системами возможности фотографирования экрана путем нажатия клавиши Print Screen или комбинации клавиш Alt+ Print Screen, до специальных программ типа Согеl Capture.

· Средства каталогизации и визуализации изображений: MS Imaging, Canto Gamulas DesKtop, АСDsее 5 и др. Эти средства предназначены для создания графических баз данных в виде архивов изображений и фотографий. Их каталогизация позволяет экономить время при поиске и отборе иллюстративного материала. В седьмую версию Photoshop включен просмотрщик файлов (File Browser), на который возложена часть функций, выполняемых перечисленными программами каталогизации и визуализации изображений.

Источники получения растровых изображений

Существует огромное количество способов создания электронных изображений -- начиная от сканирования фотографий или рисунков и заканчивая изготовлением «с нуля» с помощью одного из многочисленных графических редакторов.

Ниже перечислены наиболее распространенные и широкоизвестные средства подготовки растровых изображений, как аппаратные, так и программные:

· сканеры;

· цифровые камеры;

· видеосъемка;

· PhotoCD

· программы генерации текстур и узоров;

· графические редакторы;

· анимационные программы;

· программы для создания трехмерных изображений;

· программы для копирования фрагментов экрана.

Обычно создание растрового изображения включает в себя выполнение ряда последовательных шагов. Их количество и сложность будут зависеть от многих факторов, включая физическую конфигурацию вашего компьютера, набор аппаратных и программных средств и, наконец, от тех или иных спецэффектов, которые вы хотите использовать для получения нужного изображения.

Инструментальные средства растровых редакторов.

Работа в растровом редакторе представляет собой один из самых захватывающих видов работ на ПК. Это обусловлено особенностью растровых программ (и одним из их отличий от векторных), предоставляющих в распоряжение пользователя широкий спектр разнообразных инструментов. Большинство из них предназначено не для создания изображений с «нуля», а для обработки уже готовых изображений с целью улучшения их качества и реализации творческих возможностей дизайнера.

Истинная ценность компьютерной обработки изображений зависит от предоставляемых конкретным редактором возможностей, то есть от того, что можно сделать с изображением, оказавшимся в компьютере. Существует множество полезных манипуляций с фотографиями, созданными цифровым способом. Снимок сделан с передержкой? Нет проблем; выдержку можно скорректировать, уменьшив интенсивности цветовых значений пикселов. При необходимости красный, зеленый и синий компоненты можно изменять раздельно, чтобы получить наилучший цветовой баланс. А если изображение снято не в фокусе? В расплывчатых изображениях можно увеличить резкость, и, наоборот, четкие, контрастные изображения можно размыть, имитируя эффект смягчающих фотофильтров.

К фундаментальным инструментам растровой графики относятся следующие инструменты обработки изображений:

· инструменты выделения;

· каналы и маски;

· инструменты ретуширования;

· гистограммы;

· кривые;

· инструменты для цветовой (цветовой баланс) и тоновой коррекции (уровни); фильтры (спецэффекты);

· слои.

Кроме перечисленных инструментальных средств в состав растровых редакторов входит множество инструментов, ассоциирующихся с применяемыми в традиционной живописи и других приложениях (например, текстовых редакторах, программах верстки): Аэрограф, Кисть, Карандаш, Ластик, Текст, Перо, Линия, Заливка, Пипетка, Трансформация, Масштаб, Рука, Кадрирование и т. п. Аналоги этих инструментов можно найти также в большинстве векторных редакторов, поэтому в данной главе мы сосредоточимся в основном на рассмотрении только тех инструментов растровой графики, которые определяют специфику использования данного вида графики.

1.2 Растровая развертка

Растровая развёртка сплошных областей.

До сих пор речь шла о представлении на растровом графическом устройстве отрезков прямых линий. Однако одной из уникальных характеристик такого устройства является возможность представления сплошных областей. Генерацию сплошных областей из простых описаний ребер или вершин будем называть растровой разверткой сплошных областей, заполнением многоугольников или заполнением контуров. Для этого можно использовать несколько методов, которые обычно делятся на две широкие категории: растровая развертка и затравочное заполнение.

В методах растровой развертки пытаются определить в порядке сканирования строк, лежит ли точка внутри многоугольника или контура. Эти алгоритмы обычно иду от «верха» многоугольника или контура к «низу».

В методах затравочного заполнения предполагается, что известна некоторая точка (затравка) внутри замкнутого контура. В алгоритмах ищут точки, соседние с затравочной и расположенные внутри контура. Если соседняя точка расположена не внутри, значит, обнаружена граница контура. Если же точка оказалась внутри контура, то она становится новой затравочной точкой и поиск продолжается рекурсивно.

Растровая развёртка многоугольников.

Можно разработать эффективный метод растровой развёртки многоугольников, если воспользоваться тем фактом, что соседние пикселы, вероятно, имеют одинаковые характеристики (кроме пикселов граничных рёбер). Это свойство называется пространственной когерентностью.

Характеристики пикселов на данной строке изменяются только там, где ребро многоугольника пересекает строку. Эти пересечения делят сканирующую строку на области.

Для простого многоугольника на рис. 2 строка 2 пересекает многоугольник при x = 1 и x = 8.

Получаем три области:

Рис. 2. Растровая разверстка сплошной области

x < 1 вне многоугольника

1 < x < 8 внутри многоугольника

x > 8 вне многоугольника

Строка 4 делится на пять областей:

x < 1 вне многоугольника

1 < x < 4 внутри многоугольника

4 < x < 6 вне многоугольника

6 < x < 8 внутри многоугольника

x > 8 вне многоугольника

Совсем необязательно, чтобы точки пересечения для строки 4 сразу определялись в фиксированном порядке (слева направо). Например, если многоугольник задаётся списком вершин P₁, P₂, P₃, P₄, а список рёбер - последовательными парами вершин P₁P₂, P₂P₃, P₃P₄, P₄P₅, P₅P₁, то для строки 4 будут найдены следующие точки пересечения с рёбрами многоугольника: 8, 6, 4, 1. Эти точки надо отсортировать в возрастающем порядке по x, т. е. получить 1,4, 6, 8. При определении интенсивности, цвета и оттенка пикселов на сканирующей строке рассматриваются пары отсортированных точек пересечений. Для каждого интервала, задаваемого парой пересечений, используется интенсивность или цвет заполняемого многоугольника. Для интервалов между парами пересечений и крайних (от начала строки до первой точки пересечения и от последней точки пересечения до конца строки) используется фоновая интенсивность или цвет. Точное определение тех пикселов, которые должны активироваться, требует некоторой осторожности. Рассмотрим простой прямоугольник, изображенный на рис. 2.1 Прямоугольник имеет координаты (1,1), (5,1), (5,4), (1,4).

Сканирующие строки с 1 по 4 имеют пересечения с ребрами многоугольника при x = 1 и 5. Пиксел адресуется координатами своего левого нижнего угла, значит, для каждой из этих сканирующих строк будут активированы

Рис. 3. Системные координаты строк сканирования пикселы с x-координатами 1, 2, 3, 4 и 5.

На рис. 3 показан результат. Заметим, что площадь, покрываемая активированными пикселами, равна 20, в то время как настоящая площадь прямоугольника равна 12. Модификация системы координат сканирующей строки и теста активации устраняет эту проблему, как это показано на рис.3, b. Считается, что сканирующие строки проходят через центр строк пикселов, т. е. через середину интервала, как это показано на рис. 3, b. Тест активации модифицируется следующим образом: проверяется, лежит ли внутри интервала центр пиксела, расположенного справа от пересечения. Однако пикселы все еще адресуются координатами левого нижнего угла. Как показано на рис.3, b, результат данного метода корректен. Горизонтальные ребра не могут пересекать сканирующую строку и, таким образом, игнорируются. Это совсем не означает, что их нет на рисунке. Эти ребра формируются верхней и нижней строками пикселов. Дополнительная трудность возникает при пересечении сканирующей строки и многоугольника точно по вершине, как это показано на рис. 4. При использовании соглашения о середине интервала между сканирующими строками получаем, что строка у = 3,5 пересечет многоугольник в 2, 2 и 8, т. е. получится нечетное количество пересечений. Следовательно, разбиение пикселов на пары даст неверный результат, т. е. пикселы (0,3), (1,3) и от (3,3) до (7,3) будут фоновыми, а пикселы (2,3), (8,3), (9,3) окрасятся в цвет многоугольника. Если учитывать только одну точку пересечения с вершиной. Тогда для строки у = 3.5 получим правильный результат. Однако результат применения метода к строке у = 1.5, имеющей два пересечения в (5,1), показывает, что метод неверен. Для этой строки именно разбиение на пары даст верный результат, т. е. окрашен будет только пиксел (5,1). Если же учитывать в вершине только одно пересечение, то пикселы от (0,1) до (4,1) будут фоновыми, а пикселы от (5,1) до (9,1) будут окрашены в цвет многоугольника.

Рис. 4. Особенности пересечения со строками сканирования.

Правильный результат можно получить, учитывая точку пересечения в вершине два реза, если она является точкой локального минимума или максимума и учитывая один раз в противном случае. Определить локальный максимум или минимум многоугольника в рассматриваемой вершине можно с помощью проверки концевых точек двух ребер. Если у обоих рёбер у больше, чем у вершины, значит, вершина является точкой локального минимума. Если меньше, значит, вершина - точка локального максимума. Если одна больше, а другая меньше, следовательно, вершина не является ни точкой локального минимума, ни точкой локального максимума. На рис.4 точка Р₁ - локальный минимум, Р₃ - локальный максимум, а Р₂, Р₄ - ни то ни другое. Следовательно, в точках Р₁ и Р₃ учитываются два пересечения со сканирующими строками, а в Р₂ и Р₄ - одно.

1.3 Преимущества и недостатки растровой графики

Достоинства.

Одним из достоинств растровой графики является простота и, как следствие, техническая реализуемость (автоматизация) ввода (оцифровки) изобразительной информации. Существует развитая система внешних устройств ввода изображений (к ним относятся сканеры, видеокамеры, цифровые фотокамеры, графические планшеты).

Растровое изображение имеет преимущества при работе с фотореалистичными объектами, например сценами природы или фотографиями людей. Дело в том, что наш мир создан как растровый. 14 его объекты трудно представить в векторном, то есть математическом, представлении. Фотореалистичность подразумевает, что в растровой программе можно получать живописные эффекты, например туман или дымку, добиваться тончайшей нюансировки цвета, создавать перспективную глубину и нерезкость, размытость и т. д.

Форматы файлов, предназначенные для сохранения точечных изображений, являются стандартными, поэтому не имеет решающего значения, в каком графическом редакторе создано то или иное изображение.

Недостатки.

При первой же вашей попытке что-нибудь нарисовать в программе точечной графики -- например в Photoshop -- она потребует от вас принципиального решения о разрешении (количестве точек на единицу длины) и о глубине цвета (количестве цветовых битов на пиксел). Ничего этого знать в векторной программе не нужно.

Объем файла точечной графики однозначно определяется произведением площади изображения на разрешение и на глубину цвета (если они приведены к единой размерности). При этом совершенно не важно, что отображено на фотографии: деревянный одноцветный столб или коллекция бабочек с обилием цвета и форм. Если три параметра одинаковы, размер файла будет практически одинаковым.

Как только вы попытаетесь отсканировать не очень большую фотографию с максимальными разрешением и глубиной цвета, эта картинка потребует для сохранения столько дискового пространства, что вы в ужасе схватитесь за голову.

При попытке слегка повернуть на небольшой угол изображение, например, с четкими тонкими вертикальными линиями, четкие линии превращаются в четкие «ступеньки». Любые трансформации (повороты, масштабирование, наклоны) в точечной графике не обходятся без искажений.

Невозможно увеличить рисунок для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то его увеличение приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удается. Более того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает ее грубой (пикселизация).

До недавнего времени создание и редактирование текста в растровой графике было серьезной проблемой. Ранее в большинстве растровых программ редактировать текст можно было только во время его создания. После окончания ввода текста и переходу к работе с другими инструментами печатные символы закреплялись там, где они были бы нанесены на холст. После этого отредактировать уже набранный ранее текст (например, поместить курсор между двумя буквами, удалить одну из них и ввести новую) было нельзя. С этой проблемой вы столкнетесь, например, когда начнете работать в растровом графическом редакторе MS Paint. Кроме того, при большом разрешении файл растрового текста будет огромного размера.

Последние версии профессиональных растровых редакторов типа Adobe Photoshop, Corel РНОТО-PAINT и Pain Shop Pro поддерживают возможность помещения введенного текста в специальные слои, которые сохраняют векторные свойства текста и, как следствие, возможность его редактирования даже после сохранения в виде файла (при условии использования родных форматов указанных редакторов).

Глава 2. 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.).

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 браузерами без установки дополнительных модулей - GIF, JPG, PNG.

Без дополнительных плагинов (дополнений) наиболее распространенные браузеры 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 рисовании 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.

2.1 Программы для обработки 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 обратитим внимание на такие программы построения диаграмм, как FlowCharter 7 фирмы Micrografx или Visio Professional 4.5 фирмы Visio Corp.. Если же начать работать в области САПР, то существует несколько вполне доступных по ценам и возможностям пакетов, в том числе AutoCAD LT фирмы Autodesk или Design CAD 97 фирмы ViaGrafx.

Чтобы подготовить чертежи для небольших строительных проектов, например реконструкции этапа дома или модернизации кухни, можно воспользоваться пакетами Planix и Draftix фирмы SoftDesk, Visual Home фирмы Books That Work или 3D Home Architect, Edition 2 фирмы Broderbund Software.

Далее следует обзор наиболее известных редакторов векторной графики.

Corel Draw 8-9.

Пакет CorelDraw всегда производит сильное впечатление. В комплект фирма Corel включила множество программ, в том числе Corel Photo-Paint. Новый пакет располагает, бесспорно, самым мощным инструментарием среди всех программ обзора, а при этом по сравнению с предыдущей версией интерфейс стал проще, а инструментальные средства рисования и редактирования узлов - более гибкими. Однако что касается новые функций, в частности подготовки публикаций для Web, то здесь CorelDraw уступает CorelXara.

Работа CorelDraw с цветами CMYK оставляет желать лучшего. Цвета файлов GIF и JPEG заметно отличались от цветов, выводимых для пробного отпечатка Matchprint, в то время как пакет FreeHand воспроизводил одинаковые цвета на экране, в файлах Web и на обоих принтерах.

Adobe Illustrator 6.

Фирма Adobe Systems представила, наконец, следующую версию своего пакета Adobe Illustrator 6.0. Новая версия - одна из самых дорогих среди автономных программ векторной графики, рассматриваемых в этом обзоре.

Adobe Illustrator работает в среде Windows 95, но в нем используются диалоговые окна в стиле Windows 3.1 и короткие имена файлов. По функциональным возможностям Illustrator сегодня настолько уступает пакету CorelDraw, не говоря уже о Macromedia FreeHand 7, что мы не стали бы рекомендовать этот пакет для профессиональных художников-графиков, до техпор пока Adobe не выпустит его существенно модернизированную версию.

Micrografx Designer 7.

Micrografx Designer 7 - приятная в применении, хоть и не крупная программа, легко справившаяся с большинством тестов, - также заслуживает особого упоминания благодаря своим превосходным средствам дл технических иллюстраций. Designer 7 наряду с FlowCharter 7 и Picture Publisher 7 образует ядро комплекта Micrografx Graphics Suite, представляет собой одну из наименее дорогих среди программ данного обзора.

Инструментальные средства рисования пакета Designer - одни из самых простых для освоения и применения. На контекстно-зависимой строке инструментария вверху экрана расположены кнопки для создания и редактировании линий, кривых, звезд и даже многоугольников с криволинейными сторонами (curvygon). Средство экструзии придало изображению нашей гитары глубину и особую освещенность; стандартные средства наклона и поворота позволили расположить эти гитары в трехмерном пространстве. Диалоговое окно форматирования объекта содержит непривычно крупные пиктограммы и области выбора образцов внутренней закраски, стиля линий и заполнений, текста и таких характеристик объекта, как имя, размер и расположение. К сожалению, иногда диалоговое окно форматирования объекта не показывало нашего заполнения объекта, что приводило к неправильному использованию заполнения, принимаемого по умолчанию, при изменениях шрифта.

Текст, располагаемый вдоль криволинейной направляющей, создавал невидимую копию исходной направляющей. Хотя мы могли редактировать невидимую направляющую и текст при этом изменял свое расположение, он не «реагировал» на изменения видимых очертаний объекта. Подобно CorelXara, в Designer не предусмотрено окно редактирования текста, что заставляет вас редактировать его постоянно в режиме полного соответствия WYSIWYG. Перемещения между слоями очень неудобны и хотя можно пользоваться несколькими страницами различного формата, для перемещения объектов между страницами требуется монтажный буфер.

Macromedia FreeHand 7.

Пакет Macromedia FreeHand 7 поражает безупречным качеством вывода на экран и четырехцветной печати CMYK и наличием нескольких форматов для Web. Поскольку FreeHand всегда отображает цвета так же, как они будут выглядеть при печати, эта программа была единственной в нашем обзоре, не допускавшей, к нашему большому удовольствию, создание или назначение цветов, которые при печати сильно отличались бы от соответствующих цветов на экране.

В списке цветов FreeHand указываются только те цвета, которые были использованы или созданы вами. Программа позволяет отбирать цвета из нескольких библиотек, в том числе Pantone и Hexachrome для печати, и из палитры Web, оптимизированной как для Mac, так и PC.

Для добавления цветов в наш список и присвоения имен всем цветам импортированных растровых изображений мы пользовались входящим в пакет средством Xtra; подобное средство отсутствует во всех остальных программах. Архитектура Xtra позволяет работать с внешними программными модулями, что дает возможность независимым поставщикам добавлять свои средства в меню Xtra, но не интегрировать их в программу. Наконец нам удалось найти «цветовую пипетку»; этот инструмент находится на панели инструментария Xtra Tools, а не на панели смешения цветов Color Mixer или списке цветов Color List.

Инструментарий FreeHand для рисования и работы с текстом отвечает необходимым требованиям, но несколько ограничен. В интерфейсе FreeHand отдано предпочтение редактированию узлов, а не редактированию объекта в целом. Каждая из операций масштабирования, поворота, зеркального отображения и деформации - выполняемые в CorelDraw манипуляциями в рабочем окне объекта - требует отдельного инструмента из набора инструментария FreeHand. При выборе объекта его точки (узлы) всегда доступны для непосредственного редактирования, но это означает, что вы видите узлы и траектории объекта, а не его «законченный» вид. Мы сочли возможности редактирования узлов вполне применимыми, но типы узлов ограничены углами, кривыми и соединительными элементами.

Corel Xara 1.5.

Работать с CorelXara - все равно, что сидеть за рулем элегантного красного «Феррари» с откидным верхом в красивом весеннем парке. Простой и ясный интерфейс CorelXara, прежде всего, вызовет у вас вопрос: почему считается, что пользоваться пакетами иллюстративной графики очень сложно?

CorelXara 1.5 - одна из рассматриваемых в данном обзоре программ нового поколения. Она служит в первую очередь для создания графического изображения на странице за один раз и формирования блока текста за один раз. Программа позволяет выполнять с рисунками, градиентным заполнением, изображениями и диапозитивами такие действия, о которых вы могли только мечтать. Хотя Corel рекламирует CorelXara 1.5 как дополнение к CorelDraw 7 для создания графики Web, по существу благодаря высокой производительности, средствам для работы с Web и специализированному инструментарию CorelXara превосходит CorelDraw во многих отношениях.

Благодаря возможностям масштабирования векторной графики и текстурам растровых изображений двумерные объекты начинают все более напоминать трехмерные. Нарисуйте объект. Наложите текстуру (растровое изображение) или закрасьте его (материал). Определите уровень прозрачности. Затем переместите изображение и отредактируйте по своему вкусу. Изображение гитары было получено с помощью средства рисования кривых Безье программы CorelXara. Для построения кривых мы пользовались «перетаскиванием», а для перехода из режима редактирования точек в режим редактирования на уровне объектов - пиктограммами. Было одинаково просто изменять форму, перемещать изображения и объединять биты.

Canvas 5.

Пытаясь объединить возможности рисования, создания растровых изображений, редактирования и верстки страниц в одной программе, фирма Deneba Systems разработала пакет Canvas 5, который, реализуя многочисленные функции, ни одну из них не может выполнить безупречно.

Canvas, при всех честолюбивых замыслах его разработчиков, не может считаться полноценным пакетом иллюстративной графики. И хотя утверждается, что Canvas объединяет в себе множество возможностей, на самом деле вам уже в самом начале потребуется выбрать тип документа, который вы собираетесь создавать.

В зависимости от выбранного типа - Presentation (презентация), Publication (публикация) или Illustration (иллюстрация) - у вас будут различные возможности и ограничения, а Canvas не позволяет легко переходить от одного из этих форматов к другому. Документ типа Illustration может располагаться только на одной странице, но иметь несколько слоев (правда, Deneba утверждает, что вас вполне удовлетворяет одна страница для иллюстрации). Документ Publication может занимать несколько страниц, но иметь только один слой. И если вы перейдете из режима Publication в режим Illustration, то получите только первую страницу документа Publication.

Fractal Design Expression.

Революционный подход к векторной графике, воплощенный в пакете Fractal Design Expression, привел нас в восхищение. Программа предоставляет массу новых возможностей, позволяя, в частности штриховкой, изображать вид естественных материалов. Но поскольку Expression нельзя считать полнофункциональным пакетом, то его лучше использовать в качестве дополнения к другим графическим программам.

Если такие программы, как CorelXara и Designer, предоставляют возможность градиентной закраски вдоль линии, то Expression открывает перед вами новые горизонты, позволяя рассматривать линию или контур как направляющую для размещения нового изображения. Если говорить в терминах Expression, в его основу положена концепция Skeleton Stroke, представляющая линию каркас (skeleton) и любое графическое изображение как «штрих» (stroke). Представьте жилки листа в виде линии/каркаса, а форму листа и его раскраску - в виде графического изображения/штриха. Рисование листьев становится простым делом и сводится к рисованию линий.

2.2 Применение векторной графики

Успехи компьютерных технологий, достигнутые в последние годы, не оставляют места сомнениям при выборе способов получения, хранения и переработки данных о сложных комплексных трехмерных объектах, таких, например, как памятники архитектуры и археологии, объекты спелеологии и т. д. Несомненно, что применение компьютеризации для этих целей - дело не далекого будущего, а уже настоящего времени. Последнее, конечно, в большой мере зависит от количества денежных средств, вкладываемых с этой целью.

Наука и инженерия.

Системы CAD/CAM используются сегодня в различных областях инженерной конструкторской деятельности от проектирования микросхем до создания самолетов. Ведущие инженерные и производственные компании, такие как Boeing, в конечном счете, двигаются к полностью цифровому представлению конструкции самолетов.

Архитектура является другой важной областью применения для CAD/CAM и совсем недавно созданных систем класса walkthrough (прогулки вокруг проектируемого объекта с целью его изучения и оценки). Такие фирмы, как McDonald's, уже с 1987 года используют машинную графику для архитектурного дизайна, размещения посадочных мест, планирования помещений и проектирования кухонного оборудования. Есть ряд эффектных применений векторной графики в области проектирования стадионов и дизайна спортивного инвентаря, новый парк в Балтиморе (Baltimore Orioles'Camden Yards Park).

Медицина стала весьма привлекательной сферой применения компьютерной графики, например: автоматизированное проектирование инплантантов, особенно для костей и суставов, позволяет минимизировать необходимость внесения изменений в течение операции, что сокращает время пребывания на операционном столе (очень желательный результат, как для пациента, так и врача). Анатомические векторные модели также используются в медицинских исследованиях и в хирургической практике.

Научные лаборатории продолжают генерировать новые идеи в области визуализации. Задача сообщества компьютерной графики состоит в создании удобных инструментов и эффективных технологий, позволяющих пользователям продолжать научные изыскания за границей возможного и безопасного эксперимента. Например, проект виртуального туннеля NASA Ames Research Center переносит аэродинамические данные в мир виртуальной реальности, интерес к которой значительно вырос в девяностые годы. NASA Ames было одним из пионеров в использовании и развитии технологий погружения людей в мнимую реальность. Специалисты NASA занимались разработкой специальных шлемов и дисплеев, трехмерных аудиоустройств, уникальных устройств ввода для оператора и созданием соответствующего программного обеспечения. Возник ряд компаний, занимающихся виртуальной реальностью, например: Fakespace, Cristal River Engineering и Telepresence Research.

Все эти инженерные и научные применения убеждают, что индустрия машинной графики начала обеспечивать пользователей новой технологией, при которой они действительно уже не заботятся о том, как формируется изображение - им важен результат.

Искусство, развлечения и бизнес.

Согласно проведенным мною исследованиям, вплоть до начала девяностых годов доходы от использования векторной графики в научно-инженерных приложениях были значительно выше, чем доходы в области бизнеса и других областях, непосредственно не связанных с наукой. Однако в 1991 году доходы были поделены в равной степени, а баланс теперь устойчиво сдвигается в сторону нетехнических приложений. Я считаю, что к 1998 году около двух третей всех доходов от компьютерной графики поступит именно из нетехнических областей применения. Некоторые из этих применений получили настолько широкое распространение, что возникли споры, насколько они действительно являются машинной графикой. Например, мультимедиа воспринимают отдельно от машинной графики, что, однако, не так, вследствие явного доминирования графических изображений.

«Классическая» векторная графика до сих пор используется в различных приложениях бизнеса, включая разработку концепции, тестирование и создание новых продуктов, но бизнес также стал лидирующим потребителем систем мультимедиа, например, в обучении или маркетинговых презентациях. Графика все шире проникает в бизнес - сегодня фактически нет документов, созданных без использования какого-либо графического элемента. Соответствующее программное обеспечение специально разработано, чтобы позволить пользователям сконцентрироваться больше на содержании, а не на графическом исполнении.

Грядет всплеск использования графики в анимации, особенно в области индустрии развлечений. Кинофильм Стивена Спилберга «Парк Юрского периода» установил в 1993 году новый стандарт фотореализма в графике. Этот фильм не единичный случай применения 3D графики в кино, и Голливуд расширяет сферу использования специальных эффектов машинной графики, только в 1994 году выпустив несколько высокохудожественных фильмов: «The Lion King», «The Mask», «True Lies» и «Forrest Gump».

Виртуальная реальность находит свою нишу в индустрии развлечений и видеоиграх. Число виртуальных галерей и развлекательных парков быстро растет. По моим оценкам 30% (то есть 144 млрд. долл.) всего дохода от использования систем виртуальной реальности было получено в прошлом году именно от разного рода игр, и доходы от этих применений будут расти.

Лаборатория Media Lab МТИ является уникальным исследовательским центром разработки совершенных систем взаимодействия «человек-компьютер». Например, система News в проекте Future использует последние достижения в области графики, реконструкции звука и изображений, а также моделировании различных объектов для представления новых результатов исследований и их презентации в виде соответствующих текстов, графики, аудио и видео.

2.3 Плюсы и минусы векторной графики

Для эффективного применения векторной графики в творческой работе необходимо представлять себе ее достоинства и недостатки.

Достоинства векторной графики.

Одним из главных достоинств этого вида графики является возможность неограниченного масштабирования изображения без потери качества и практически без увеличения размеров исходного файла. Это связано с тем, что векторная графика содержит только описания объектов, формирующих изображения, а компьютер или устройство печати интерпретирует их необходимым образом.

Векторную графику значительно легче редактировать, поскольку готовое изображение не является «плоской» картинкой из пикселов, а составлено из объектов, которые могут накладываться друг на друга, перекрываться, оставаясь, в то же время, совершенно независимыми друг от друга.

Векторным программам свойственна высокая точность рисования (до сотой доли микрона).

Векторная графика экономит дисковое пространство, необходимое для хранения изображений. Это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные (математическая формула объекта), используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново. Описание цветовых характеристик почти не увеличивает размер векторного файла.

Векторные изображения, как правило, занимают меньший объем памяти компьютера по сравнению с растровыми. Гораздо проще описать окружность радиусом 10 и центром в точке х = 20, у = 30, чем помнить все пикселы массива, соответствующего этой окружности.

Для векторных редакторов характерно прекрасное качество печати рисунков и отсутствие проблем с экспортом векторного изображения в растровое.

Недостатки векторной графики.

Практически невозможно осуществить экспорт изображения из растрового формата в векторный. Попробуйте, например, отсканировать герб России, а затем вырезать его на плоттере. И наоборот, обратное преобразование (то есть превращение векторного изображения в растровое) выполняется практически автоматически не только с помощью графических редакторов, но и буфера обмена Windows. Векторная графика ограничена в чисто живописных средствах и не позволяет получать фотореалистичные изображения с тем же качеством, что и растровая. Причина в том, что в отличие от растровой графики, минимальной областью, закрашиваемой однородным цветом, является не пиксел, а объект. А размеры объекта по определению больше.