Векторна графіка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Векторна графіка (також геометричне моделювання або об'єктно-орієнтована графіка) створення зображення з сукупності геометричних примітивів (точок, ліній, кривих, полігонів), тобто об'єктів які можна описати математичним рівнянням. На відміну від растрової графіки, яка подає зображення як набір пікселів (точок).

Людське око працює як растрова картинка: Воно захоплює зображення хаотичних фотонів нервовими рецепторами, як растрове зображення. Але мозок -- відповідно до поширенного тлумачення Шаблон:Необхідне цитування -- зберігає його як векторне зображення. Мабуть, тому, що -- як і в комп'ютері -- його легше зберігати. Це пояснює чому люди можуть розпізнавати прості малюнки як мультфільми тільки з контурами тому, що це дуже подібно до того як працює людський мозок. Це також використовується як пояснення того факту що логотипи та знаки(символи) з простими та геометричними формами більш легко запам'ятовуються та впізнаються.

Все сучасне комп'ютерне відео показує переведене векторне представлення зображення в растровий формат. Для відображення векторного формату на растровому використовуються перетворювачі, програмні або апаратні, вбудовані у відео-карту. Растрове зображення, яке містить значення для кожного пікселя на екрані, зберігається у пам'яті і весь екран оновлюється 30 або більше разів на секунду.

На початку комп'ютерної епохи в 1950 році а також в 1980, використовувались різні типи відображення векторної графічної системи В цих системах електронне ядро КПТ монітора направлялась прямо щоб намітити необхідну форму, лінейний сегмент як лінейний сегмент, залишок екрану при цьому відображається чорним. Цей процес повторювався багато разів на секунду щоб уникнути блимання картинки. Ця система дозволяє відображати лінейне зображення з дуже високою роздільною здатністю, і переміщати зображення, які є показані без (на цей часу) немислимо величезної кількості пам'яті, яка була б потрібна системі растрово-еквівалентного рішення. Ці засновані на векторі монітори були також відомі як X-Y displays.

Оригінальна фотографія, JPEG растрового зображення

векторний растровий графіка

Steam Locomotive 7646 як векторне зображення, спочатку Windows Metafile (переведенний в GIF щоб показати тут).

Спочатку людське око сприймає зображення подібно до растрового образу. Картинка проектується на сітківку, що складається з окремих, реагуючих на світло кліток. Далі система око-мозок розпізнає в зображенні окремі об'єкти, геометричні фігури, які вже легко обробляти і запам'ятовувати.

Окрім цього існує вузький клас пристроїв, орієнтованих виключно на відображення векторних даних. До них відносяться графічні пристрої, а також деякі типи лазерних проекторів.

Термін векторна графіка використовується в основному в контексті двомірної комп'ютерної графіки.

Спосіб зберігання зображення

Розглянемо, наприклад, коло радіуса r. Список інформації, необхідної для повного опису кола, такий:

1. радіус r;

2. координати центру кола;

3. колір і товщина контура (можливо прозорий);

4. колір заповнення (можливо прозорий).

Переваги цього способу опису графіки над растровою графікою:

· Мінімальна кількість інформації передається набагато меншому розміру файлу (розмір не залежить від величини об'єкта).

· Відповідно, можна нескінченно збільшити, наприклад, дугу кола, і вона залишиться гладкою. З іншого боку, полігон, що представляє криву, покаже, що вона насправді не крива.

· При збільшенні або зменшенні об'єктів товщина ліній може бути постійною.

· Параметри об'єктів зберігаються і можуть бути змінені. Це означає, що переміщення, масштабування, обертання, заповнення і так далі не погіршать якості малюнка. Більш того, зазвичай указують розміри в апаратно-незалежних одиницях (англ. device-independent unit), які ведуть до якнайкращої можливої растеризації на растрових приладах.

До недоліків варто віднести, що не кожен об'єкт може бути легко зображений у векторному вигляді. Крім того, кількість пам'яті і часу на відображення залежить від числа об'єктів і їх складності.

Типові примітивні об'єкти

· Лінії і ламані лінії.

· Багатокутники.

· окружності і еліпси.

· криві Безьє.

· Безігони.

· Текст (у комп'ютерних шрифтах, таких як Truetype, кожна буква створюється з кривих Безьє).

Цей список неповний. Є різні типи кривих (Catmull-rom сплайни, NURBS і так далі), які використовуються в різних застосуваннях.

Також можливо розглядати растрове зображення як примітивний об'єкт. Відповідно до концептуальної точки зору, він поводиться як прямокутник.

Векторні операції

Векторні графічні редактори, типово, дозволяють обертати, переміщати, відображати, розтягувати, скошувати, виконувати основні аффінне перетворення над об'єктами, змінювати z-order і комбінувати примітиви в складніші об'єкти.

Витонченіші перетворення включають булеві операції на замкнутих фігурах (об'єднання (en:union (set_theory)), доповнення (en:complement (sets)), перетин (en:intersection (set theory)) і так далі

Векторна графіка ідеальна для простих або складених малюнків, які мають бути апаратно-незалежними або не потребують фото-реалізму. Наприклад, Postscript і PDF використовують модель векторної графіки.

Програми векторної графіки

Комерційні

· Adobe Illustrator

· Corel Draw

· Macromedia Freehand

Англійська компанія Xara Limited відкрила вихідні тексти своєї комерційної програми Xara Xtreame організувавши проект Xara LX який має за мету перенести свою програму на інші апаратні та операційні платформи.

Найбільш відомі два способи візуалізації: растровий і векторний.

Перший спосіб асоціюється з такими графічними пристроями, як дисплей, телевізор, принтер. Другий - для векторних дисплеїв, плотерів.

Найзручніше, коли спосіб опису графічного зображення відповідає способу візуалізації. Інакше потрібна конвертація. Наприклад, зображення може зберігатися в растровому вигляді, а його необхідно вивести (візуалізувати) на векторному пристрої. Для цього необхідна попередня векторизація -перетворення із растрового в векторний опис. Або навпаки, опис зображення може бути в векторному вигляді, а треба візуалізувати на растровому пристрої - необхідна растеризація.

Растрова візуалізація грунтується на представленні зображення на екрані або папері у вигляді сукупності окремих точок (пікселів). Разом піксели утворюють растр.

Векторна візуалізація ґрунтується на формуванні зображення на екрані або папері малюванням суцільних ліній (векторів) - прямих або кривих. Сукупність типів ліній (графічних примітивів), які використовуються як базові для векторної візуалізації, залежить від певного пристрою. Типова послідовність дій для векторної візуалізації для плотера та векторного дисплею: перемістити перо в початкову точку (для дисплея -- відхилити пучок електронів); опустити перо (збільшити яскравість); перемістити перо в кінцеву точку; підняти перо (зменшити яскравість).

Якість векторної візуалізації для векторних пристроїв обумовлюється точністю виводу та номенклатурою базових графічних примітивів - ліній, дуг, кіл, еліпсів та інших.

Домінуючим зараз є растровий спосіб візуалізації. Це обумовлено більшою розповсюдженістю растрових дисплеїв та принтерів. Недоліки растрових пристроїв - дискретність зображення, особливо це помітно на дисплеях. Недоліки векторних пристроїв - проблеми для суцільного заповнення фігур, менша кількість кольорів, менша швидкість (в порівнянні з растровими пристроями).

Растр - це матриця комірок (пікселів). Кожний піксел може мати свій колір. Сукупність пікселів різного кольору утворює зображення. Растрові зображення також можна розглядати як один з різновидів опису зображення, штучну модель зображень.

В залежності від розташування пікселів у просторі можна розглядати різні типи растрів - квадратний, прямокутний, гексагональний або інші. Для опису розташування пікселів використовують різноманітні системи координат.спільним для всіх таких систем є те, що координати пік селів утворюють дискретний ряд значень (необов'язково цілі числа). Часто використовується система цілих координат - номерів пікселів з (0, 0) у лівому верхньому кутку.

Геометричні характеристики растру

Роздільна здатність. Вона характеризує відстань між сусідніми пікселами -шаг дискретної сітки растру. Для визначення роздільної здатності використовуютьdpi, що дорівнює кількості пік селів у одному дюймі (2,54 см), виміряному вздовж координатних осей. Не слід ототожнювати шаг сітки з розмірами пікселів - розмір пік селів може дорівнювати шагу, а може бути як менше так і більше, ніж шаг. Крім того, растр характеризується формою пік селів.

Розмір растру також є важливою геометричною характеристикою. Зазвичай розміри растрів вимірюються в кількості пікселів по горизонталі та вертикалі. Можна сказати, що для комп'ютерної графіки найзручнішим є растр із однаковим кроком для обох осей, тобто dpiХ = dpiV. Це зручно для багатьох алгоритмів виводу графічних об'єктів. Інакше доводиться вирішувати деякі проблеми, такі як, наприклад, при малюванні кола на екрані дисплею ЕGА (застаріла модель комп'ютерної відео системи, її растр є прямокутним, піксели розтягнуто по висоті, тому для зображення кола необхідно генерувати еліпс).

Кількість кольорів є однією з основних характеристик растрових зображень. Для того ж самого поняття часто використовується словосполучення глибина кольору.

Взагалі, кількість кольорів є важливою характеристикою для будь-якого зображення, а не тільки растрового. Згідно психофізіологічним дослідженням око людини здатне розрізняти 350000 кольорів [23].

В комп'ютерних графічних системах використовуються такі типи зображень:

* Двоколірні (бінарні) - 1 біт на піксел. Найчастіше зустрічаються чорно-білі зображення.

* Півтонові - градації сірого або іншого кольору. Наприклад, 256 градацій (1 байт на піксел).

* Кольорові зображення. Можуть класифікуватися значенням біт на піксел. Використовуються від 2 біт на піксел і вище. Глибина кольору 16 біт на піксел (65536 кольорів) отримала назву Ніgh Соїог, для 24 біт на піксел (16,7 млн. кольорів) -Тrue Соlоr. В комп'ютерних графічних системах використовують і більшу глибину кольору - 32,48 біт на піксел і вище.

Размещено на Allbest.ru