Векторная графика
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]
В то время как векторное оборудование в значительной степени исчезло в пользу растровых мониторов и принтеров, [2] векторные данные и программное обеспечение продолжают широко использоваться, особенно когда требуется высокая степень геометрической точности и когда сложную информацию можно разложить 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 эффективен. 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
[ редактировать ]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:
- Одна точка .
- Сегмент линии , определяемый двумя конечными точками, позволяющий выполнить простую линейную интерполяцию промежуточной линии.
- Полигональная цепочка или полилиния, связный набор отрезков линий, определяемый упорядоченным списком точек.
- Многоугольник . , представляющий область пространства, определяемую ее границей, ломаной линией с совпадающими начальной и конечной вершинами
Могут поддерживаться различные более сложные формы:
- Параметрические кривые , в которых полилинии или многоугольники дополняются параметрами для определения нелинейной интерполяции между вершинами, включая дуги окружностей , кубические сплайны , сплайны Катмулла–Рома , кривые Безье и безигоны .
- Стандартные параметрические формы в двух или трех измерениях, такие как круги , эллипсы , квадраты , суперэллипсы , сферы , тетраэдры , суперэллипсоиды и т. д.
- Неправильные трехмерные поверхности и твердые тела обычно определяются как связный набор полигонов (например, полигональная сетка ) или как параметрические поверхности (например, NURBS ).
- Фракталы , часто определяемые как повторяющаяся система функций .
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
[ редактировать ]
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] в США Системы векторной графики были изъяты из управления воздушным движением в 1999 году. [ нужна ссылка ] Векторная графика также использовалась на TX-2 Массачусетского технологического института в лаборатории Линкольна пионером компьютерной графики Иваном Сазерлендом для запуска своей программы 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 хранилища, 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 дисплеи с растровой разверткой, 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
[ редактировать ]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.
- Графический дизайн и иллюстрации с использованием редактора векторной графики или программного обеспечения для графического оформления, такого как Adobe Illustrator . См. Сравнение возможностей редакторов векторной графики.
- Географические информационные системы (ГИС), которые могут представлять географический объект посредством комбинации векторной формы и набора атрибутов. [9] векторного редактирования, картографирования и векторного пространственного анализа . ГИС включает в себя возможности
- Компьютерное проектирование (САПР), используемое в инженерии, архитектуре и геодезии. Модели информационного моделирования зданий (BIM) добавляют атрибуты к каждой форме, подобно ГИС.
- Программное обеспечение для компьютерной 3D-графики , включая компьютерную анимацию .
Форматы файлов
[ редактировать ]
Векторная графика сегодня обычно встречается в SVG , WMF , EPS , PDF , CDR или AI форматах графических файлов и существенно отличается от более распространенных форматов растровых графических файлов, таких как JPEG , PNG , APNG , GIF , WebP , BMP. и MPEG4 .
масштабируемая векторная Стандартом векторной графики Консорциума Всемирной паутины (W3C) является 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. Arc.Ask3.Ru предпочитает SVG для таких изображений, как простые карты, линейные иллюстрации, гербы и флаги, которые обычно не похожи на фотографии или другие однотонные изображения. [ нужна ссылка ] Рендеринг SVG требует конвертации в растровый формат с разрешением, подходящим для текущей задачи. 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 и DWG Autodesk , общедоступные форматы обмена, такие как DXF . сотни различных векторных форматов файлов За свою историю для данных ГИС были созданы , 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
[ редактировать ]
В растр
[ редактировать ]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 растровый/растровый файл, 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
[ редактировать ]![[икона]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/20px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png){kind=small} | Этот раздел пуст. Вы можете помочь, добавив к нему . ( июнь 2018 г. ) |
Печать
[ редактировать ]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. с низким разрешением Растровая графика 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. В настоящее время высококачественная типографика 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
[ редактировать ]Преимущества этого стиля рисования перед растровой графикой :
- Поскольку векторная графика состоит из координат с линиями/кривыми между ними, размер изображения не зависит от размеров объекта. Этот минимальный объем информации означает гораздо меньший объем информации. [13] размер файла по сравнению с большими растровыми изображениями, которые определяются попиксельно. При этом векторная графика с небольшим размером файла часто считается менее детализированной по сравнению с реальной фотографией.
- Соответственно, можно бесконечно приближать, например, дугу окружности, и она останется гладкой. С другой стороны, многоугольник, представляющий кривую, на самом деле не является изогнутым.
- При увеличении масштаба линии и кривые не обязательно должны пропорционально расширяться. Зачастую ширина либо не увеличена, либо меньше пропорциональной. С другой стороны, неправильные кривые, представленные простыми геометрическими фигурами, можно сделать пропорционально шире при увеличении масштаба, чтобы они выглядели гладкими и не похожими на эти геометрические фигуры.
- Параметры объектов сохраняются и в дальнейшем могут быть изменены. Это означает, что перемещение , масштабирование , вращение , заливка и т. д. не ухудшают качество рисунка. Более того, обычно размеры указываются в аппаратно-независимых единицах, что обеспечивает наилучшую растеризацию на растровых устройствах .
- С трехмерной точки зрения визуализация теней также гораздо более реалистична с помощью векторной графики, поскольку тени можно абстрагировать до лучей света, из которых они формируются. Это позволяет создавать фотореалистичные изображения и визуализацию .
Например, круг радиуса рассмотрим r . [14] Основные фрагменты информации, для необходимые программе рисования этого круга:
- Указание на то, что нужно нарисовать круг.
- радиус г
- расположение центральной точки круга
- стиль и цвет линии обводки (возможно, прозрачный)
- 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 такого типа работы редактор изображений будет работать с пикселями, а не с рисованием объектов, определенных математическими выражениями. 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
[ редактировать ]Редакторы векторной графики обычно допускают перемещение, вращение, зеркальное отображение, растяжение, наклон, аффинные преобразования , изменение z-порядка (грубо говоря, что 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 нужно добиваться фотореализма . Например, PostScript и PDF языки описания страниц используют модель векторной графики.
См. также
[ редактировать ]- Анимация
- Антизернистая геометрия
- Каир (графика)
- Сравнение редакторов векторной графики
- Сравнение форматов графических файлов
- Компьютерное проектирование
- Директ2D
- Иллюстрация
- Графическая библиотека Javascript
- Растр в вектор
- Растровая графика
- Независимость разрешения
- Черепашья графика
- Векторная игра
- Форматы файлов векторной графики
- Векторный монитор
- Векторная сеть
- Векторные пакеты
- Вексель
- Модель проволочного каркаса
- 3D modeling
Примечания
[ редактировать ]- ^ Найджел Чепмен; Дженни Чепмен (2002) [2000]. Цифровая мультимедиа . Уайли. п. 86 . ISBN 0-471-98386-1 .
- ^ Арье Кауфман (1993). Оборудование для рендеринга, визуализации и растеризации . Springer Science & Business Media. стр. 86–87. ISBN 978-3-540-56787-5 .
- ^ Модели векторных данных . Архивировано 11 апреля 2022 г. в Wayback Machine , Основы географических информационных систем , Академия Сэйлора, 2012 г.
- ^ Болстад, Пол (2008). Основы ГИС: первый текст по географическим информационным системам (3-е изд.). Эйдер Пресс. п. 37.
- ^ Мюррей 2002 , стр. 81–83.
- ^ 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.
- ^ Кассем, Далал (15 октября 2014 г.). Окно блокнота (Диссертация). Политехнический институт Вирджинии и Государственный университет . hdl : 10919/63920 . Проверено 18 сентября 2020 г.
- ^ Вольф, Марк Дж. П. (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.
- ^ 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 .
- ^ Гарачорлоо и др. 1989 , с. 355.
- ^ «Векторная и растровая графика в офсетной печати» . Олимп Пресс. 6 декабря 2013. Архивировано из оригинала 12 февраля 2014 года . Проверено 16 июня 2014 г.
- ^ «Печать и экспорт (графика)» . Сеть COE Unix. 18 июня 2002 года. Архивировано из оригинала 6 февраля 2014 года . Проверено 16 июня 2014 г.
- ^ «PNG против SVG: в чем разница?» . Adobe . Проверено 12 декабря 2023 г.
- ^ «ASCIIsvg: Простая математическая векторная графика» . Питер Джипсен, Университет Чепмена. Архивировано из оригинала 16 сентября 2013 года . Проверено 16 июня 2014 г.
- ^ Энди Харрис. «Векторная графика» . Добро пожаловать в Уолли!!! . Архивировано из оригинала 18 мая 2012 года . Проверено 16 июня 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Найджел Чепмен; Дженни Чепмен (2002) [2000]. Цифровая мультимедиа . Уайли. п. 70 . ISBN 0-471-98386-1 .
- ^ 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.
- ^ Рекс ван дер Спей (2010). Продвинутый игровой дизайн с использованием Flash . Апресс. п. 306. ИСБН 978-1-4302-2739-7 .
- ^ Тед Ландау (2000). Грустные Маки, бомбы и другие катастрофы (4-е изд.). Персиковая яма Пресс. п. 409 . ISBN 978-0-201-69963-0 .
- ^ Эми Арнтсон (2011). Основы графического дизайна (6-е изд.). Cengage Обучение. п. 194. ИСБН 978-1-133-41950-1 .
- ^ Барр 1984 , с. 21.
- ^ Рабочая группа SVG (15 марта 2011 г.). «Спецификация компоновки SVG» . w3 . Архивировано из оригинала 7 августа 2022 года . Проверено 8 августа 2022 г.
- ^ 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.
Ссылки
[ редактировать ]- Барр, Алан Х. (июль 1984 г.). «Глобальные и локальные деформации твердотельных примитивов» (PDF) . Материалы 11-й ежегодной конференции «Компьютерная графика и интерактивные технологии» . Том. 18. С. 21–30. CiteSeerX 10.1.1.67.6046 . дои : 10.1145/800031.808573 . ISBN 0897911385 . S2CID 16162806 . Проверено 31 июля 2020 г.
- Гарачорлоо, Надер; Гупта, Сатиш; Спроролл, Роберт Ф .; Сазерленд, Иван Э. (июль 1989 г.). «Характеристика десяти методов растеризации» (PDF) . Материалы 16-й ежегодной конференции «Компьютерная графика и интерактивные технологии» . Том. 23. С. 355–368. CiteSeerX 10.1.1.105.461 . дои : 10.1145/74333.74370 . ISBN 0201504340 . S2CID 8253227 . Проверено 28 июля 2020 г.
- Мюррей, Стивен (2002). «Графические устройства». Роджер Р. Флинн (ред.). Компьютерные науки, Том 2: Программное и аппаратное обеспечение, Macmillan Reference, США . Электронные книги Гейла . Проверено 3 августа 2020 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с векторной графикой, на Викискладе?
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
