Основные элементы векторной графики кратко

Обновлено: 07.07.2024

Если в растровой графике основным элементом изображения является точка, то в векторной графике – линия (при этом неважно прямая это линия или кривая).

Разумеется, в растровой графике тоже существуют линии, но там они рассматриваются как комбинации точек. Для каждой точки линии в растровой графике отводится одна или несколько ячеек памяти (чем больше цветов могут иметь точки, тем больше ячеек им выделяется). Соответственно, чем длиннее растровая линия, тем больше памяти она занимает. В векторной графике объём памяти, занимаемый линией, не зависит от размеров линии, поскольку она представляется в виде формулы, а точнее говоря, в виде нескольких параметров. Что бы мы ни делали с этой линией, изменяются только её параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Количество же ячеек остаётся неизменным для любой линии.

Линия – это элементарный объект векторной графики. Все, что есть в векторной иллюстрации, состоит из линий. Простейшие объекты объединяются в более сложные (например, объект четырёхугольник можно рассматривать как четыре связанные линии, а объект куб ещё более сложен: его можно рассматривать либо как 12 связанных линий, либо как 6 связанных четырёхугольников). Из-за такого подхода векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой.

Как и все объекты, линии имеют свойства: форма линии, её толщина, цвет, характер (сплошная, пунктирная и т.п.). Замкнутые линии имеют свойство заполнения. Внутренняя область замкнутого контура может быть заполнена цветом, текстурой, картой. Простейшая линия, если она не замкнута, имеет две вершины, которые называются узлами. Узлы тоже имеют свойства, от которых зависит, как выглядит вершина линии и как две линии сопрягаются между собой.

Заметим, что объекты векторной графики хранятся в памяти в виде набора параметров, но на экран все изображения всё равно выводятся в виде точек (просто потому, что экран так устроен). Перед выводом на экран каждого объекта программа производит вычисления координат экранных точек в изображении объекта, поэтому векторную графику иногда называют вычисляемой графикой. Аналогичные вычисления производятся и при выводе объектов на принтер.

Растровая графика имеет два существенных недостатка: значительный объём массивов данных, а также невозможность масштабирования изображения без потери качества. Векторная графика лишена этих недостатков, но работа по созданию художественных иллюстраций средствами векторной графики значительно сложнее. На практике средства векторной графики используют не для создания художественных композиций, а для оформительских, чертёжных и проектно-конструкторских работ.

В векторной графике легко решаются вопросы масштабирования. Если линии задана толщина, равная 0,15 мм, то сколько бы мы ни увеличивали или не уменьшали рисунок, эта линия всё равно будет иметь только такую толщину, поскольку это одно из свойств объекта, жестко за ним закреплённое. Распечатав чертёж на малом или на большом листе бумаги, мы всегда получим линии одной и той же толщины. Это свойство векторной графики широко используется в картографии, в конструкторских САПР и в автоматизированных системах архитектурного проектирования.

В тех случаях, когда основным требованием к изображению является высокая точность формы, применяются специальные графические редакторы, предназначенные для работы с векторной графикой. Такая задача возникает при разработке логотипов компаний, при художественном оформлении текста (например, журнальных заголовков или рекламных объявлений), а также во всех случаях, когда иллюстрация является чертежом, схемой или диаграммой, а не рисунком. Наиболее распространены следующие программы: Adobe Illustrator, Macromedia Freehand, Corel Draw.

Особую группу программных средств, основанных на принципах векторной графики, составляют системы трёхмерной графики 3D Studio Max, Adobe Dimension, LightWave 3D, Maya, Corel Bryce.

При работе с трёхмерной графикой наиболее частым является именно векторный подход, для альтернативного ему растрового подхода (воксельный) объёмы данных резко возрастают. Поэтому изначально геометрия объекта описывается при помощи треугольников, а затем растрируется при переносе на плоскость экрана.

На сегодняшний день существует несколько типов устройств, работающих непосредственно с векторной графикой – это плоттер и видеоадаптер.

Плоттер использует для построения картинки специальное перо, которое может рисовать непрерывные линии в отличие от принтера, который формирует изображение из точек. Соответственно плоттер способен увеличить любое векторное изображение с сохранением гладких линий и шрифтов.

Современные графические ускорители умеют работать с геометрическими данными, такими как трёхмерные треугольники (полигоны). На вход видеокарты поступает геометрическое описание, а после ряда преобразований получается растровое изображение.

Векторная графика – это изображения, сформированные из простейших геометрических образов (точек, линий). Для описания изображения используется только математическая интерпретация. Качество векторной визуализации обуславливается точностью вывода (требуются устройства, поддерживающие векторную визуализацию: графопостроители или векторные дисплеи) и номенклатурой поддерживаемых базовых графических примитивов (линий, дуг, кривых, эллипсов).

Если основным элементом растровой графики является пиксель (точка), то в случае векторной графики основным базовым понятием является – линия. Для её математического представления используются:

Хорошая, качественная статья о векторной графике, которая раскрывает все основные понятия.

Основной элемент изображения — линия.

Линия представлена в памяти ПК несколькими параметрами и в этом виде занимает гораздо меньше места, чем растровая линия состоящая из точек, для каждой из которых требуется ячейка памяти.

Линия — элементарный объект векторной графики. Любой сложный объект можно разложить на линии, прямые или кривые. Поэтому часто векторную графику называют объектно-ориентированной.

Свойства линии:

Форма
Толщина
Цвет
Стиль (пунктир, сплошная)

Замкнутые линии имеют свойство заполнения — цветом, текстурой, узором и т.п. Каждая незамкнутая линия имеет 2 вершины, называемые узлами. С помощью узлов можно соединять линии между собой.

В основе векторной графики лежат математические представления о свойствах геометрических фигур.

Математические основы векторной графики

Рассмотрим подробнее способы представления различных объектов в векторной графике.

Точка — этот объект на плоскости представляется двумя числами (х, у), указывающими его положение относительно начала координат.

Прямая линия. Ей соответствует уравнение y=kx+b. Указав параметры k и b, всегда можно отобразить бесконечную прямую линию в известной

системе координат, то есть для задания прямой достаточно двух параметров.

Отрезок прямой. Он отличается тем, что требует для описания еще двух параметров – например, координат x₁ и х₂ начала и конца отрезка.

Кривая второго порядка. К этому классу кривых относятся параболы, гиперболы, эллипсы, окружности, то есть все линии, уравнения которых содержат степени не выше второй. Кривая второго порядка не имеет точек перегиба.

Прямые линии являются всего лишь частным случаем кривых второго порядка. Формула кривой второго порядка в общем виде может выглядеть, например, так: x 2 +a₁y 2 +a₂xy+a₃x+a₄y+a₅=0.

Таким образом, для описания бесконечной кривой второго порядка достаточно пяти параметров. Если требуется построить отрезок кривой, понадобятся еще два параметра.

Кривая третьего порядка. Отличие этих кривых от кривых второго порядка состоит в возможном наличии точки перегиба. Например, график функции у= x 3 имеет точку перегиба в начале координат.

Именно эта особенность позволяет сделать кривые третьего порядка основой отображения природных объектов в векторной графике. Например, линии изгиба человеческого тела весьма близки к кривым третьего порядка. Все кривые второго порядка, как и прямые, являются частными случаями кривых третьего порядка.

В общем случае уравнение кривой третьего порядка можно записать так:

Таким образом, кривая третьего порядка описывается девятью параметрами. Описание ее отрезка потребует на два параметра больше.

Кривые Безье. Это особый, упрощенный вид кривых третьего порядка

Метод построения кривой Безье (Bezier) основан на использовании пары касательных, проведенных к отрезку линии в ее окончаниях. Отрезки кривых Безье описываются восемью параметрами, поэтому работать с ними удобнее. На форму линии влияет угол наклона касательной и длина ее отрезка.

Таким образом, касательные играют роль виртуальных “рычагов”, с помощью которых управляют кривой.

Векторные редакторы

Векторные редакторы применяют для создания графических изображений высокой четкости и точности: чертежей, схем, диаграмм, фигурных заголовков, фирменных логотипов и стилей. С их помощью также создают штриховые рисунки.

Основные редакторы векторной графики: Adobe Illustrator, Macromedia Freehand, CorelDraw. Все эти редакторы работают с одними и теми же объектами векторной графики, основаны на одних и тех же принципах, имеют схожие инструменты, и, соответственно, приемы создания векторных изображений в этих редакторах удивительно похожи.

Для работы с изображением каждый векторный редактор имеет панель инструментов и другие элементы управления.

Инструменты панели управления служат для простейших операций с контурами.

Прочие элементы управления сосредоточены в строке меню и специальных диалоговых окнах. В векторном редакторе Adobe Illustrator, например, эти диалоговые окна называют палитрами.

Векторное изображение можно строить вручную путем создания и объединения простейших контуров, либо получать путем трассировки (векторизации) растровых изображений.

Текстовые объекты в векторных редакторах рассматриваются как объекты особой породы.

Векторные редакторы позволяют создавать новые конструкции символов с помощью инструментов для работы с контурами.

Перед использованием векторного изображения очень часто выполняется операция перевода векторного изображения в растровое. Такая операция называется растрированием изображения.

Программы САПР

Программы САПР (системы автоматизированного проектирования) предназначены для высокоточного проектирования. Существуют программы САПР высокого уровня и дружественные программы, разработанные для домашнего и делового применения пользователями, занимающихся специфическим моделированием или конструированием для собственных нужд.

Программы САПР используются для детальной разработки предметов реального мира: зданий, автомобилей, частей механизмов и т.п.

Наипопулярнейшая программа из широко используемых программ САПР высокого уровня AutoCAD фирмы Autodesk. Программа доступна в DOS, Windows, Macintosh.

AutoCAD — очень мощная и гибкая система с большим количеством разнообразных высококачественных функций.

AutoCAD для Window (AutoCAD LT) более дружественна пользователю.

Каждый сталкивался с таким понятием, как компьютерная графика. Это раздел информатики, который имеет дело с обработкой и форматированием графического изображения на компьютере. В свою очередь, он состоит из двух подразделов: векторная графика и растровая графика. Сегодня мы поговорим о первой.

p, blockquote 3,0,1,0,0 -->

Что такое векторная графика

Фотография и ее векторны аналог

В векторной графике создают изображения при помощи математических формул, которые представляют собой своего рода набор объектов, отрезков. Растровая графика – это изображения из пикселей, совокупностей точек.

p, blockquote 4,0,0,0,0 -->

Эти два подраздела неразрывно связаны между собой. К примеру, просматривая изображение, вы не увидите на мониторе набор формул. Вам будет показана непосредственно картинка. Векторная графика преобразуется в растровую перед выводом на экран. Этот процесс происходит автоматически посредством работы видеокарты.

p, blockquote 5,0,0,0,0 -->

В основе векторной графики лежит линия. Формулы задают ее координаты. Таким образом, создается контур изображения. Это понятие подразумевает собой 2D графику.

p, blockquote 6,1,0,0,0 -->

Свойства картинки (цвет заливки, толщина линий и т.д.) находятся в прерогативе растровой графики.

p, blockquote 7,0,0,0,0 -->

Примеры векторных изображений:

Преимущества и недостатки векторной графики

Векторы имеют ряд преимуществ наряду с другими способами передачи графической информации. Они способны наиболее точно передать изображение и чаще всего используются для создания точных графиков и чертежей, которые не требуют фотореализм.

p, blockquote 9,0,0,1,0 -->

Достоинства векторной графики:

Основным положительным качеством данного способа передачи информации является его компактность. Файл, содержащий описание (формулы), может занимать мало места, независимо от того, какого размера будет сам объект.
Благодаря формульному описанию, сами объекты можно неограниченно увеличивать. При этом качество изображения не будет изменяться в худшую сторону.
Объекты можно форматировать, изменять их положение, группировать. Качество остается неизменным.
Над объектами можно производить математические преобразования, а также пересечения, дополнения.
Толщина контурной линии может быть постоянной, независимо от масштаба самого изображения.

Разница между векторной и растровой графикой

Однако, несмотря на большое количество положительных качеств, векторная графика обладает и недостатками:

В том случае, если детализация изображения сложная, размер исполнительного файла будет достаточно большим. Исходя из этого, может возникнуть трудность реалистичной передачи графики.
Обратный переход из растровой графики происходит достаточно сложно и влияет на качество вектора.
Сложности с совместимостью программного обеспечения.

Основные примитивы векторной графики

Примитивы – это элементарные геометрические объекты, которые использует векторная графика. Среди основных примитивов выделяют:

Отрезки и линии.
Различные геометрические фигуры (треугольники, многоугольники).
Окружности.
Кривые Безье.
Текст.
Заливку.

Примеры векторной графики

Форматы векторной графики

Созданные изображения хранятся в форматах. Привычные нам jpg (jpeg), png служат для хранения растровых изображений. Векторные картинки используют достаточно большое количество различных форматов. Среди них: