Векторная графика - Vector graphics

Эта статья про компьютерную иллюстрацию. Для использования в других целях см. Векторная графика (значения).
Пример, показывающий эффект векторной графики по сравнению с растровая графика

Векторная графика находятся компьютерная графика изображения, которые определены с точки зрения точки на Декартова плоскость, которые связаны линии и кривые формировать полигоны и другие формы. Векторная графика имеет уникальное преимущество перед растровая графика в том, что точки, линии и кривые могут быть масштабированный вверх или вниз к любому разрешающая способность без сглаживание. Точки определяют направление движения векторный путь; каждый путь может иметь различные свойства, включая значения цвета обводки, формы, кривой, толщины и заливки.[1][2]

Вместо того, чтобы разделять большую область памяти компьютера и отображать ее на устройстве отображения, устройства отображения векторных изображений используют переменное количество строк для создания изображений - отсюда и термин «векторная графика». Поскольку устройства векторного отображения могут определять линию, имея дело только с двумя точками (то есть координатами каждого конца линии), устройство может уменьшить общий объем данных, с которыми оно должно иметь дело, путем организации изображения в виде пар точки.[3]

Векторная графика сегодня обычно встречается в SVG, EPS, PDF или же AI виды форматы графических файлов, и существенно отличаются от более распространенных форматов файлов растровой графики, таких как JPEG, PNG, APNG, Гифка, и MPEG4.

Обзор

Бесплатное программное обеспечение Астероиды -подобная видеоигра, в которую играют на векторный монитор

Векторные графические дисплеи были впервые использованы в 1958 г. Система ПВО США SAGE.[4] Системы векторной графики были выведены из США в пути. управления воздушным движением в 1999 году.[нужна цитата ] Векторная графика также использовалась на TX-2 на Массачусетский технологический институт Лаборатория Линкольна пионером компьютерной графики Иван Сазерленд запустить его программу Блокнот в 1963 г.[5]

Последующие системы векторной графики, большинство из которых повторяются через динамически изменяемые хранимые списки инструкций по рисованию, включают IBM 2250, Имлак ПДС-1, и DEC GT40. Была игровая приставка с векторной графикой под названием Vectrex а также различные аркадные игры подобно Астероиды, Космические войны и многие названия кинематографа, такие как Надувательство, и Хвостовой стрелок с помощью векторные мониторы.[6] Отображение объема хранилища, например Tektronix 4014, может отображать векторные изображения, но не может изменять их без предварительного стирания изображения.

Современные дисплеи векторной графики иногда можно найти на лазерные световые шоу, где два быстро движущихся X-Y зеркала Расположите луч, чтобы быстро рисовать фигуры и текст в виде прямых и изогнутых штрихов на экране.

Векторная графика может быть создана в форме с помощью перьевой плоттер, специальный тип принтера, в котором используются шариковые ручки и фломастеры на держателе с сервоприводом, который перемещается горизонтально по бумаге, а плоттер перемещает бумагу вперед и назад по пути прохождения бумаги для вертикального движения. Хотя для типичного сюжета может потребоваться несколько тысяч движений бумаги вперед и назад, бумага не соскальзывает. В крошечном рулонном плоттере, произведенном компанией Alps в Японии, зубцы на тонких звездочках вдавили бумагу возле ее краев при первом проходе и поддерживали регистрацию при последующих проходах.

Некоторые перьевые плоттеры Hewlett-Packard имели двухкоординатные держатели для перьев и канцелярскую бумагу (размер печати был ограничен). Однако плоттеры H-P с движущейся бумагой имели абразивные круги (похожие на шлифовальные круги в механических цехах), которые при первом проходе делали выемки на поверхности бумаги и совместно поддерживали регистрацию.

Современные файлы векторной графики, такие как инженерные чертежи, обычно печатаются как растровые после преобразования вектора в растр.

Термин «векторная графика» сегодня в основном используется в контексте двухмерной компьютерной графики. Это один из нескольких режимов, которые художник может использовать для создания изображения на растровом дисплее. Векторная графика может быть загружена в онлайн-базы данных, чтобы другие дизайнеры могли загружать и изменять ее, что ускоряет творческий процесс. Другие режимы включают текст, мультимедиа, и 3D рендеринг. Практически весь современный 3D-рендеринг выполняется с использованием расширений методов 2D-векторной графики. Плоттеры используемые в техническом рисовании, все еще рисуют векторы прямо на бумаге.

Это векторное изображение круглого четырехцветного водоворота демонстрирует несколько уникальных особенностей векторной графики по сравнению с растровой графикой: нет сглаживание по закругленному краю, что приводит к цифровые артефакты, то цветовые градиенты все гладкие, и пользователь может бесконечно изменять размер изображения без потери качества.

Стандарты

В Консорциум World Wide Web (W3C) стандарт для векторной графики Масштабируемая векторная графика (SVG). Стандарт сложен, и его внедрение было относительно медленным, по крайней мере отчасти из-за коммерческих интересов. Многие веб-браузеры теперь имеют некоторую поддержку для рендеринга данных SVG, но полная реализация стандарта все еще сравнительно редка.

В последние годы SVG стал важным форматом, который полностью не зависит от разрешения устройства визуализации, как правило, принтера или монитора. Файлы SVG - это, по сути, текст для печати, который описывает как прямые, так и изогнутые пути, а также другие атрибуты. Википедия предпочитает SVG для изображений, таких как простые карты, линейные иллюстрации, гербы и флаги, которые обычно не похожи на фотографии или другие однотонные изображения. Визуализация SVG требует преобразования в растровый формат с разрешением, подходящим для текущей задачи. SVG также является форматом анимированной графики.

Также существует 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. Они также могут отображаться в качестве обоев.

Преобразование

Список форматы файлов изображений охватывает частные и публичные векторные форматы.
Исходное эталонное фото до векторизация
Детали могут быть добавлены или удалены из векторной графики.

В растр

Основные статьи: Растеризация, Обработчик растровых изображений, и Модуль вывода рендера

Современные дисплеи и принтеры растр устройства; векторные форматы необходимо преобразовать в растровый формат (растровые изображения - массивы пикселей), прежде чем их можно будет визуализировать (отобразить или напечатать).[7] Размер файла растрового / растрового формата, сгенерированного преобразованием, будет зависеть от требуемого разрешения, но размер векторного файла, генерирующего файл растрового / растрового изображения, всегда останется неизменным. Таким образом, можно легко преобразовать из векторного файла в диапазон растровых / растровых изображений. форматы файлов но пойти в обратном направлении гораздо сложнее, особенно если требуется последующее редактирование векторной картинки. Может быть преимуществом сохранить изображение, созданное из исходного векторного файла, в формате растрового / растрового изображения, 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, вероятно, станет больше и теряет 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

Основные статьи: Векторизация (трассировка изображений) и Сравнение программ преобразования растров в векторные

Печать

Векторное искусство идеально подходит для печать Поскольку рисунок состоит из ряда математических кривых, он будет печататься очень четко даже при изменении размера.[8] Например, можно напечатать векторный логотип на небольшом листе копировальной бумаги, а затем увеличить тот же векторный логотип до рекламный щит размер и сохраняет ту же четкость. Низкое разрешение растровая графика будет чрезмерно размытым или пиксельным, если его увеличить от размера визитной карточки до размера рекламного щита. (Точное разрешение растровой графики, необходимое для получения высококачественных результатов, зависит от расстояния просмотра; например, рекламный щит может показаться высококачественным даже при низком разрешении, если расстояние просмотра достаточно велико.)[9]

Если мы рассматриваем типографские символы как изображения, то те же соображения, которые мы сделали для графики, применимы даже к составу письменного текста для печати (наборный ). Старые наборы символов хранились как растровые изображения. Следовательно, для достижения максимального качества печати их нужно было использовать только при заданном разрешении; эти форматы шрифтов считаются немасштабируемыми. Сегодня качественная типографика основана на рисунках персонажей (шрифты ), которые обычно хранятся в виде векторной графики и, как таковые, масштабируются до любого размера. Примеры этих векторных форматов для символов: Postscript шрифты и Шрифты TrueType.

Операция

Преимущества этого стиля Рисование над растровая графика:

  • Поскольку векторная графика состоит из координат с линиями / кривыми между ними, размер представления не зависит от размеры объекта. Этот минимальный объем информации означает гораздо меньшую[нужна цитата ] размер файла по сравнению с большими растровыми изображениями, которые определяются пиксель за пикселем. При этом в векторной графике с небольшим размером файла часто не хватает деталей по сравнению с реальной фотографией.
  • Соответственно, можно бесконечно увеличивать масштаб, например, дугу окружности, и она остается гладкой. С другой стороны, многоугольник, представляющий кривую, покажет, что он не совсем изогнут.
  • При увеличении масштаба линии и кривые не обязательно становятся шире пропорционально. Часто ширина либо не увеличивается, либо меньше пропорциональной. С другой стороны, неправильные кривые, представленные простыми геометрическими формами, можно сделать пропорционально шире при увеличении, чтобы они выглядели гладкими и не походили на эти геометрические формы.
  • Параметры объектов сохраняются и могут быть позже изменены. Это означает, что движущийся, масштабирование, вращающийся, начинка и т. д. не ухудшает качество рисунка. Кроме того, обычно размеры указываются в единицах, не зависящих от устройства, что приводит к наилучшим возможным результатам. растеризация на растре устройства.
  • С трехмерной точки зрения рендеринг теней также намного более реалистичен с помощью векторной графики, поскольку тени можно абстрагировать в лучи света, из которых они сформированы. Это позволяет создавать фотореалистичные изображения и визуализации.

Например, рассмотрим круг из радиус р.[10] Основные части Информация а программа потребности, чтобы нарисовать этот круг

  1. указание на то, что нужно нарисовать круг
  2. радиус р
  3. то место расположения центральной точки круга
  4. стиль и цвет линии обводки (возможно, прозрачный)
  5. стиль и цвет заливки (возможно, прозрачный)

Векторные форматы не всегда подходят для работы с графикой, а также имеют ряд недостатков.[11] Например, такие устройства, как фотоаппараты и сканеры, выдают по существу непрерывный тон растровая графика которые непрактично преобразовать в векторы, поэтому для этого типа работы редактор изображений будет работать с пикселями, а не с объектами рисования, определяемыми математическими выражениями. Комплексные графические инструменты объединяют изображения из векторных и растровых источников и могут предоставлять инструменты редактирования для обоих, поскольку некоторые части изображения могут поступать из источника камеры, а другие могут быть нарисованы с использованием векторных инструментов.

Некоторые авторы раскритиковали термин векторная графика как сбивающий с толку.[12][13] Особенно, векторная графика не просто относится к графике, описанной Евклидовы векторы.[14] Некоторые авторы предложили использовать объектно-ориентированная графика вместо.[12][15][16] Однако этот термин также может сбивать с толку, поскольку его можно читать как любую графику, реализованную с использованием объектно-ориентированного программирования.[12]

Типичные примитивные объекты

Любой конкретный векторный формат файла поддерживает только некоторые виды примитивный Почти все векторные форматы файлов поддерживают простые и быстро отображаемые примитивные объекты:

Большинство форматов векторных файлов поддерживает:

Несколько форматов векторных файлов поддерживают более сложные объекты в качестве примитивов:

Если изображение, хранящееся в одном векторном формате файла, преобразуется в другой формат файла, который поддерживает все примитивные объекты, используемые в этом конкретном изображении, то преобразование может быть без потерь.

Векторные операции

Редакторы векторной графики обычно допускают перемещение, вращение, зеркальное отображение, растяжение, перекос, аффинные преобразования, изменение z-порядок (в общих чертах, что перед чем) и объединение примитивов в более сложные объекты.[нужна цитата ] Более сложный трансформации включить набор операции на закрытом формы (союз, разница, пересечение, так далее.).[17]

Векторная графика идеально подходит для простых или составных рисунков, которые не должны зависеть от устройства.[18] или не нужно добиваться фотореализм. Например, PostScript и PDF языки описания страниц использовать модель векторной графики.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Ари Кауфман (1993). Оборудование для рендеринга, визуализации и растеризации. Springer Science & Business Media. С. 86–87. ISBN  978-3-540-56787-5.
  2. ^ Найджел Чепмен; Дженни Чепмен (2002) [2000]. Цифровое мультимедиа. Вайли. п.86. ISBN  0-471-98386-1.
  3. ^ Мюррей, Стивен. «Графические устройства». Компьютерные науки, отредактированный Роджером Р. Флинном, т. 2: Программное обеспечение и оборудование, Справочник Macmillan USA, 2002, стр. 81-83. Электронные книги Gale, https://link-gale-com.libaccess.lib.mcmaster.ca/apps/doc/CX3401200218/GVRL?u=ocul_mcmaster&sid=GVRL&xid=acaf5d43. По состоянию на 3 августа 2020 г.
  4. ^ Хольцер, Дерек (апрель 2019). Векторный синтез: медиа-археологические исследования звуковой модуляции света (PDF) (Тезис). Университет Аалто. урна: NBN: fi: aalto-201905193156. Получено 31 июля, 2020.
  5. ^ Кассем, Далал (15 октября 2014 г.). Окно Sketchpad (Тезис). Политехнический институт Вирджинии и государственный университет. HDL:10919/63920. Получено 18 сентября, 2020.
  6. ^ Вольф, Марк Дж. П. (2008). Взрыв компьютерных игр: история от PONG до Playstation и не только. ABC-CLIO. С. 67–71. ISBN  978-0-313-33868-7. Получено 31 июля, 2020.
  7. ^ СИГГРАФ 1989, п. 355.
  8. ^ "Векторная и растровая графика в офсетной печати - Olympus Press - Коммерческая печать". Olypress.com. Получено 16 июня, 2014.
  9. ^ «Печать и экспорт (графика)». Unix.eng.ua.edu. 18 июня 2002 г.. Получено 16 июня, 2014.
  10. ^ "ASCIIsvg: Простая математическая векторная графика". .chapman.edu. Получено 16 июня, 2014.
  11. ^ "Векторная графика". Wally.cs.iupui.edu. Получено 16 июня, 2014.
  12. ^ а б c Найджел Чепмен; Дженни Чепмен (2002) [2000]. Цифровое мультимедиа. Вайли. п.70. ISBN  0-471-98386-1.
  13. ^ CS 354 Векторная графика и рендеринг контуров, Слайд 7, Марк Килгард, 10 апреля 2012 г., Техасский университет в Остине
  14. ^ Рекс ван дер Спуй (2010). Продвинутый игровой дизайн с использованием Flash. Апресс. п. 306. ISBN  978-1-4302-2739-7.
  15. ^ Тед Ландау (2000). Грустные Mac, бомбы и другие бедствия (4-е изд.). Peachpit Press. п.409. ISBN  978-0-201-69963-0.
  16. ^ Эми Арнсон (2011). Основы графического дизайна (6-е изд.). Cengage Learning. п. 194. ISBN  1-133-41950-X.
  17. ^ СИГГРАФ 1984, п. 21.
  18. ^ Qin 2009, п. 1.

Рекомендации

внешняя ссылка

СМИ, связанные с Векторная графика в Wikimedia Commons