История векторной графики кратко

Обновлено: 04.07.2024

В честь дня 2D художника вспоминаем людей, технику и программы, благодаря которым рисование на компьютере стало возможным.

2 декабря — день, когда можно поздравлять всех 2D художников с профессиональным праздником. Дату выбрали не случайно, а из-за удачного созвучия: 2nd of December —> 2D day. В честь этого неофициального, но родного праздника решили поговорить о том, как возникли и эволюционировали графические редакторы.

В 50-х годах началось развитие CG (computer graphics) как направления. Целью было создать инструмент, который помог бы ученым и инженерам визуализировать результаты исследований. Разработка началась в исследовательских центрах Bell Labs и Boeing, а в 60-х и 70-х к задаче подключились исследовательские университеты штатов Огайо, Юты и Северной Каролины, а также MIT, NYIT и Корнеллский университет.

Первый графический редактор был разработан Айвеном Сазерлендом (Ivan Satherlend) в 1963 году во время работы над кандидатской диссертацией в MIT. Sketchpad умел чертить ровные линии, увеличивать и уменьшать изображение, создавать трехмерные объекты. В эти времена никто еще не слышал о чем-либо подобном компьютерной графике, и мало кто представлял, что на компьютере можно будет рисовать или ретушировать фотографии.

Айвен Сазерленд демонстрирует возможности Sketchpad. Практически все современные графические программы так или иначе выросли отсюда

Для работы в программе использовалось световое перо, которым можно было рисовать прямо на экране монитора.

Спустя 21 год, в 1984 году появилась MacPaint — программа для первого компьютера семейства Macintosh. Софт был довольно простым, как по функциям, так и с точки зрения интерфейса. Любопытно, что современный художник легко разберется в инструментах MacPaint, так как иконки не претерпели значительных изменений до сих пор.

Ядром MacPaint стали более 8 тысяч строк кода на языках Паскаль и Ассемблер. Сейчас этого очень немного, особенно для графического редактора. Например, в современных версиях Adobe PS более 120 миллион строк кода. Но в то время были другие стандарты.

Пользователи MacPaint могли работать только в одном окне и с одной картинкой. Размер окна и его положения нельзя было поменять, как и подвигать панели инструментов. Прочие программы для Mac уже умели производить такие операции, так что все эти ограничения сильно вредили MacPaint. Это ограничение сняли в версии 2.0.

Зато внутри MacPaint уже можно было двигать изображение, еще и без эффекта мерцания! Для этого софт использовал два отдельных буфера обмена: в одном хранились пиксели текущего положения, а во втором — пиксели предыдущего. Возможность вернуться к предыдущему состоянию рисунка подарила цифровым художникам их любимую функцию — отмену последнего действия.

Вместо привычного зума в программе использовали функцию FatBits: с ее помощью можно было увеличить небольшой участок полотна в 8 раз и изменять положение отдельных пикселей.

Для Mac существовал не только растровый редактор, но и векторный. Его назвали MacDraw. Программа использовалась прежде всего для создания диаграмм, блок-схем и чертежей. Благодаря интеграции с текстовым редактором к чертежам можно было добавлять пометки, что было весьма нужной функцией.

P.S. Если вам интересно, почему сейчас в основном речь идет о Mac, то причина простая: Windows 1.0 появилась только в 1985 году.

Нового графического редактора для Mac уже не пришлось ждать два десятилетия. Всего через два года, в 1986 г, появился SuperPaint. Теперь с растровыми и векторными изображениями можно было работать в одной программе, а еще в арсенале художников начали появляться новые функции: сначала автообводка, потом кривые Безье, вскоре добавились горячие клавиши и возможность настраивать панель инструментов и т.д.

В 1991 году вышел SuperPaint версии 3.0 с поддержкой цветных изображений, а к 1993 году SuperPaint даже научился работать с инструментами, реагирующими на силу нажатия.

Компьютерная графика в начальный период своего возникновения была далеко не такой функциональной, какой она стала в настоящие дни. В те годы компьютеры находились на ранней стадии развития и были способны воспроизводить только самые простые контуры.

Первой официально признанной попыткой использования дисплея для вывода изображения из ЭВМ явилось создание в Массачусетском технологическом университете машины Whirlwind-I в 1950 г. Таким образом, возникновение компьютерной графики можно отнести к 1950-м годам. (Сам же термин "компьютерная графика" придумал в 1960 г. сотрудник компании Boeing У. Феттер.)

Проект "вихрь" Массачусетского технологического института был отмечен как начало эры компьютерной графики. "Вихрь" стал основой создания опытного образца командноуправляемой системы воздушной защиты, разработанной как средство преобразования данных, полученных от радара, в наглядную форму.

Компьютер Wh

В 1947 году, ознакомившись с компьютером ENIAC, Форрестер и Эверетт пришли к выводу о том, что их проблему может решить программируемый цифровой компьютер. Они продолжили работы в рамках проекта Whirlwind, но над совершенно иным устройством, главным достоинством которого стала возможность быстрого программирования. В декабре 1950-го был собран первый экземпляр, в эксплуатацию его запустили в апреле 1951 года. Whirlwind задумывался как часть лабораторного стенда, поэтому он был адаптирован к работе в реальном времени и имел в качестве устройства ввода/вывода экран с электронно-лучевой трубкой.

Первое реальное применение компьютерной графики связывают с именем Дж. Уитни. Он занимался кинопроизводством в 50-60-х годах и впервые использовал компьютер для создания титров к кинофильму.

Джон Уитни, старший (8 апреля 1917 - 22 сентября 1995)

Был американским аниматором, композитором и изобретателем, который считается одним из отцов компьютерной анимации.

В 1950 Уитни использовал свои механические методы анимации для создания эпизодов для телевизионных программ и рекламных роликов. В 1960 году он основал Motion Graphics Incorporated, где используется механический аналоговый компьютер собственного изобретения для создания киноэпизодов и рекламных роликов.

Следующим шагом в своем развитии компьютерная графика обязана Айвэну Сазерленду, который в 1961 г., еще будучи студентом, создал программу рисования, названную им Sketchpad (альбом для рисования). Программа использовала световое перо для рисования простейших фигур на экране. Полученные картинки можно было сохранять и восстанавливать. В этой программе помимо линий и точек был введен прямоугольник, который задавался своими размерами и расположением.

В том же 1961 г. студент Стив Рассел создал первую компьютерную видеоигру Spacewar ("Звездная война").

Spacewar ! — одна из известных цифровых компьютерных игр.

Стив Рассел, Мартин Грец и Уэйн Уитанем задумали игру в 1961, с целью реализации ее в Массачусетском технологическом институте. После того, как Алан Коток получил несколько подпрограмм от DEC, Рассел начал кодирование, а к февралю 1962 года он создал первый вариант. Это заняло примерно 200 часов работы.

Первоначально компьютерная графика была векторной , т.е. изображение формировалось из тонких линий. Эта особенность была связана с технической реализацией компьютерных дисплеев. В дальнейшем более широкое применение получила растровая графика, основанная на представлении изображения на экране в виде матрицы однородных элементов (пикселей).

В 60-70- e годы в области компьютерной графики начали работать новые фирмы. Если ранее для выполнения каких-либо работ покупателям приходилось устанавливать уникальное оборудование и разрабатывать новое программное обеспечение, то с появлением разнообразных пакетов программ, облегчающих процесс создания изображений, чертежей и интерфейсов, ситуация существенно изменилась. За десятилетие системы стали настолько совершенны, что почти полностью изолировали пользователя от проблем, связанных с программным обеспечением.

В связи с успехами в области компьютерной графики крупные корпорации начали проявлять к ней интерес, что в свою очередь стимулировало прогресс в области ее технической поддержки.

Университет штата Юта становится центром исследований в области компьютерной графики благодаря Д.Эвансу и А.Сазерленду, которые в это время были самыми заметными фигурами в этой области. В 1971 г. Гольдштейн и Нагель впервые реализовали метод трассировки лучей с использованием логических операций для формирования трехмерных изображений.

В 1970-е годы произошел резкий скачок в развитии вычислительной техники благодаря изобретению микропроцессора , в результате чего началась миниатюризация компьютеров и быстрый рост их производительности. И в это же время начинает интенсивно развиваться индустрия компьютерных игр. Одновременно компьютерная графика начинает широко использоваться на телевидении и в киноиндустрии. В 1977 г. появляется новый журнал "ComputerGraphicsWorld".

В конце семидесятых в компьютерной графике произошли значительные изменения. Появилась возможность создания растровых дисплеев, имеющих множество преимуществ: вывод больших массивов данных, устойчивое, немерцающее изображение, работа с цветом. Впервые стало возможным получение цветовой гаммы. Растровая технология в конце семидесятых стала явно доминирующей. Наиболее знаменательным событием в области компьютерной графики было создание в конце семидесятых персонального компьютера.

В середине 1970-х годов графика продолжает развиваться в сторону все большей реалистичности изображений. Э.Кэтмул в 1974 г. создает первые алгоритмы текстурирования криволинейных поверхностей. В 1977 г. Дж.Блин предлагает алгоритмы реалистического изображения шероховатых поверхностей (микрорельефов); Ф.Кроу разрабатывает методы устранения ступенчатого эффекта при изображении контуров. Дж.Брезенхем создает эффективные алгоритмы построения растровых образов отрезков, окружностей и эллипсов. В 1978 г. Кэтмул предлагает метод Z-буфера, в котором используется область памяти для хранения информации о "глубине" каждого пикселя экранного изображения.. А в 1979 г. Кэй и Гринберг впервые реализуют изображение полупрозрачной поверхности.

В 1977 году компания Apple создала Apple-II . Появление этого устройства вызывало смешанные чувства: графика была ужасной, а процессоры медленными. Однако персональные компьютеры стимулировали процесс разработки периферийных устройств. Конечно, персональные компьютеры развивались как важная часть машинной графики, особенно с появлением в 1984 году модели AppleMacintosh с их графическим интерфейсом пользователя. Первоначально областью применения персонального компьютера были не графические приложения, а работа с текстовыми процессорами и электронными таблицами, но его возможности как графического устройства побуждали к разработке относительно недорогих программ как в области CAD/CAM, так и в более общих областях бизнеса и искусства.

В 1987 году IBM пускает в продажу компьютер модели PS/2, а с ним в мир приходит новая графическая спецификация — VGA, то есть VideoGraphicArray.

Максимальное разрешение VGA — 640х480 — стало классическим . Создателей игр же больше интересовал режим 320х200, потому что именно в нем VGA расцветала 256 оттенками из 262 144 возможных. Режим VGA стал последним, который внедрила IBM. Позже, в девяностых годах, появились видеокарты и системы с большим разрешением и еще большей цветовой глубиной. Но разница между 256 и 65535 цветами (Hi-Color) и даже 16 миллионами цветов (TrueColor) не так велика, чтобы назвать ее революционной.

В 90-х стираются отличия между компьютерной графикой и обработкой изображения. Машинная графика часто имеет дело с векторными данными, а основой для обработки изображений является пиксельная информация. Еще несколько лет назад каждый пользователь требовал рабочую станцию с уникальной архитектурой, а сейчас процессоры рабочих станций имеют быстродействие, достаточное для того, чтобы управлять как векторной, так и растровой информацией.

1991-2008гг. – появление графики нашего дня VirtualReality. Появились датчики перемещения , благодаря которым компьютер меняет изображения при помощи сигналов посылаемых на него. Появление стереоочков (монитор на каждый глаз), благодаря высокому быстродействию которых, производится имитация реального мира. Замедление развития этой технологии из-за опасения медиков, т.к. благодаря VirtualReality можно очень сильно нарушить психику человека, благодаря мощному воздействию цвета на неё.

Совершенно изменилась архитектура программ. Если раньше отец программирования Вирт говорил, что любая программа это алгоритм + структура данных, то с появлением компьютерной графики на персональном компьютере программа–это алгоритм + структура данных + интерфейс пользователя (графический).

Программирование называют теперь визуальным программированием, т.е. компилятор дает большое количество диалоговых окон, где вводятся координаты и виден прообраз результата, и можно менять прообраз программы. Переход к графическому интерфейсу был вынужден тем фактом, что человек воспринимает 80% данных через картинку, и лишь 20% - через ум, чувства и т.д.

На сегодняшний день нет ни одной области в деятельности человека, где бы не применялась компьютерная графика.

Практически ни один фильм не обходится без нее, не говоря уже о рекламе, издательском деле, анимации и видеоиграх. Число виртуальных галерей и развлекательных парков быстро растет. А с приходом автоматических пилотируемых аппаратов компьютерная графика стала использоваться даже в космической отрасли.

Основные этапы в истории развития

"Классическая" векторная графика до сих пор используется в различных приложениях бизнеса, включая разработку концепции, тестирование и создание новых продуктов. Можно считать, что первые системы компьютерной графики появились вместе с первыми цифровыми компьютерами.

Сейчас ее рассматривают как средство, обеспечивающее мощную взаимосвязь между человеком и компьютером, заставляя компьютер говорить с человеком на языке изображений.

Прошло несколько лет, и компьютерная графика стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения. Проект "Вихрь" Массачусетского технологического института был отмечен как начало эры компьютерной графики. "Вихрь" стал основой создания опытного образца командноуправляемой системы воздушной защиты, разработанной как средство преобразования данных, полученных от радара, в наглядную форму.

В конце 60-х - начале 70-х в области компьютерной графики начали работать новые фирмы. Если ранее для выполнения каких-либо работ покупателям приходилось устанавливать уникальное оборудование и разрабатывать новое программное обеспечение, то с появлением разнообразных пакетов программ, облегчающих процесс создания изображений, чертежей и интерфейсов, ситуация существенно изменилась. За десятилетие системы стали настолько совершенны, что почти полностью изолировали пользователя от проблем, связанных с программным обеспечением.

В конце 70-х в компьютерной графике произошли значительные изменения. Появилась возможность создания растровых дисплеев, имеющих множество преимуществ: вывод больших массивов данных, устойчивое, не мерцающее изображение, работа с цветом. Впервые стало возможным получение цветовой гаммы. Растровая технология в конце 70-х стала явно доминирующей. Наиболее знаменательным событием в области компьютерной графики стало создание конце 70-х персонального компьютера.

В 1977 году компания Apple создала Apple-II. Появление этого устройства вызывало смешанные чувства: графика была ужасной, а процессоры медленными. Однако персональные компьютеры стимулировали процесс разработки периферийных устройств. Конечно, персональные компьютеры развивались как важная часть машинной графики, особенно с появлением в 1984 году модели Apple Macintosh с их графическим интерфейсом пользователя. Первоначально областью применения персонального компьютера были не графические приложения, а работа с текстовыми процессорами и электронными таблицами, но его возможности как графического устройства побуждали к разработке относительно недорогих программ как в области CAD/CAM, так и в более общих областях бизнеса и искусства.

К концу 80-х программное обеспечение имелось для всех сфер применения: от комплексов управления до настольных издательств. В конце 80-х возникло новое направление рынка на развитие аппаратных и программных систем сканирования, автоматической оцифровки. Оригинальный толчок в таких системах должна была создать магическая машина Ozalid, которая бы сканировала и автоматически векторизовала чертеж на бумаге, преобразовывая его в стандартные форматы.

Однако акцент сдвинулся в сторону обработки, хранения и передачи сканируемых пиксельных изображений.

Кроме того, появляется возможность работы с видео. Прибавьте аудио возможности, и вы получите компьютерную среду мультимедиа. Возрастающий потенциал персональных компьютеров и их громадное число - порядка 100 миллионов - обеспечивает устойчивый рост индустрии в отрасли. Графика все шире проникает в бизнес - сегодня фактически нет документов, созданных без использования какого-либо графического элемента.

Художники, архитекторы и дизайнеры уже не мыслят своей работы без использования компьютерной графики. Трехмерная графика позволяет смоделировать архитектурный объект и позволяет оценить его достоинства более объективно, чем это возможно сделать на основе чертежей или макетов. Дизайнер по интерьерам сейчас может предложить заказчику почти фотографическое изображение его будущего жилья, тогда как раньше, возможно было довольствоваться только эскизами.

Коротко векторных изображениях

Интернет является самым большим в мире хранилищем информации и связывает сегодня почти 80% всех компьютерных систем мира. И сегодня Интернет стал новым направлением для компьютерных художников-дизайнеров. По своему жанру он очень близок к книжной и журнальной графике. Однако, художественная графика, предназначенная для Интернет, должна быть лаконична. Это связано, прежде всего, с ограничениями в скорости передачи данных по телефонным и кабельным сетям, через которые осуществляется связь между компьютерами. Однако этого вполне достаточно для того, чтобы осуществлять передачу видеоданных.

Векторная графика – это метод создания компьютерного изображения, которое строится посредством обработки математического описания в специальном программном обеспечении. В отличие от растрового рисунка, который представляет набор пикселей разных цветов, векторное изображение – это набор примитивов (линий, кривых, квадратов, кругов), описанных математическими формулами. Рисунок формируется в виде файла, который содержит данные о координатах точек и о линии, пересекающей опорные точки. Кроме этого, файл включает информацию о примененных эффектах.

Такой принцип построения цифрового изображения обеспечивает возможность его масштабирования, изменения размера без снижения качества, изменения формы и перегруппировки примитивов для создания новых рисунков на базе исходных объектов. Кроме этого, такой файл занимает намного меньше места по сравнению с растровым, в котором содержится значительный объем сведений, включая данные о каждом пикселе, его координатах, цвете и других параметрах.

Где используется векторная графика

Учитывая, что такое векторная графика, понятно, что область ее применения включает разные сферы, где важно получать графические изображения высокой степени точности, которые можно изменять и масштабировать с сохранением высокого качества.

К основным сферам применения вектора относятся такие отрасли:

рекламное производство;
полиграфическое производство;
архитектура и проектирование;
составление чертежей, схем, карт;
печатные издания и т.д.

Кроме этого, возможности вектора используют и во многих других отраслях.

Программное обеспечение для работы с векторной графикой

Обработка векторных картинок и схем осуществляется специальным ПО. К наиболее распространенным программам относятся: AutoCAD, Adobe Illustrator, Adobe FreeHand, Adobe InDesign, Corel Draw, ArchiCAD.

Наиболее распространенные векторные форматы – это:

EPS – самый распространенный формат, разработанный Adobe на языке PostScript, поддерживаемый большинством специальных программ.
DWG – формат известный всем инженерам и проектировщикам, разработанный Autodesk, применяемый в универсальной чертёжной программе AutoCAD. Несовместимость ранних и поздних версий. Может быть открыт в Corel Draw.
CDR – формат, разработанный для редактора Corel Draw. Не совместим с другими форматами и собственными ранними версиями.
AI – файлы, которые создаются редактором Adobe Illustrator. Возможна несовместимость ранних и поздних версий.
FLA – рабочий формат Adobe Flash, ориентированный на анимацию. Использование языка Action Script позволяет создавать управляемые сценарии.
SVG – формат, основанный на языке разметки XML. По структуре это текстовый файл, что дает возможность редактировать векторные файлы в текстовом редакторе. Управление атрибутами изображения возможно при помощи таблицы стилей CSS. Имеется поддержка анимации.
SWF – формат для программы Flash Player. Позволяет работать с анимацией.

Достоинства и недостатки векторной графики

К числу основных плюсов векторных изображений относятся такие особенности:

Сравнительно малый размер файлов при умеренной или небольшой сложности и детализации картинок. Объем может существенно возрастать при увеличении количества и сложности деталей.
Возможность простого редактирования и масштабирования изображений, вращения, растягивания, перемещения и других операций без ухудшения качества.
Универсальность. Созданный один раз в векторном формате файл можно использовать для разных носителей и целей, не подвергая его существенным изменениям. Это может быть и небольшая картинка на сайте, и полноразмерный баннер наружной рекламы. Не требуется каждый раз отрисовывать изображение заново, как это приходится делать при работе с растровой графикой.
Простой перевод векторного формата в растровый. Обратный перевод осуществляется намного сложнее.
Возможность выполнения операций сложения, вычитания, пересечения, дополнения над объектами.
Сравнительно простое освоение навыков работы с векторными рисунками.

Помимо преимуществ у векторной графики есть и недостатки. Основные минусы этого способа обработки изображений состоят в следующем:

Отличие вектора от растра

Отличия заключаются в принципе формирования изображений. В растровом формате применяют цветные пиксели на графической сетке, из которых создается картинка. Это позволяет создавать графику высокого уровня качества и обеспечивать высокую точность редактирования. Однако размеры файлов с высокой детализацией могут быть просто огромными. Еще один главный минус растра – ограничения на масштабирование. При увеличении изображения пиксели отодвигаются друг от друга, поэтому качество картинки ухудшается.

Векторная графика – это простейшие математические объекты (точки, линии, кривые и т.д.), которые располагаются по координатам и описываются формулами. В связи с этим не требуется слишком много места для хранения данных, что уменьшает размер файлов. Важнейший плюс вектора – возможность неограниченного масштабирования без потери в качестве. Также изображения можно легко редактировать.

Наглядно отличия, которые имеются между двумя видами цифровой графики, можно продемонстрировать на примере картинки, выполненной обоими методами.

Нужно учитывать, что графику, выполненную в векторном формате можно легко преобразовать в растровое изображение. Например, нарисованную в векторе схему, карту или чертеж можно масштабировать, а потом получить из него растровую картинку нужного разрешения. Обратное же преобразование сделать намного сложнее, оно всегда приводит к ухудшению качества.

Читайте также: