Векторные изображения

Введение.

Почти с момента создания ЭВМ появилась и компьютерная графика, которая сейчас считается неотъемлемой частью мировой технологии. По началу это была лишь векторная графика – построение изображения с помощью так называемых «векторов» – функций, которые позволяют вычислить положение точки на экране или бумаге. Например, функция, графиком которой является круг, прямая линия или другие более сложные кривые. Совокупность таких «векторов» и есть векторное изображения. С развитием компьютерной техники и технологий появилось множество способов постройки графических объектов. Но для начала нужно определить термин «графический объект». Это либо само графическое изображение или его часть. В зависимости от видов компьютерной графики под этим термином понимаются как и пиксели или спрайты (в растровой графике), так и векторные объекты, такие как круг, квадрат, линия, кривая и т.д. (в векторной графике).Актуальность данной темы – что такое векторная графика должен знать каждый, изучение/повторение данного понятия, программ для работы с векторной графикой и их применения будет полезной работой.

Цель – узнать как можно больше о векторной графике и программах, которые с ней работают.

Задачи:

• Вспомнить что такое «векторная графика»;
• проанализировать достоинства и недостатки векторной графики;
• изучить структуру векторных файлов;
• посмотреть программы для работы с векторной графикой;
• узнать, где и как применяется векторная графика.

Что такое векторная графика

Векторная графика — это изображение, которое строится по указанным координатам, которые были заданы в векторной программе. Это простые геометрические объекты: линии, точки, кривые, круги и т.д. Т.е. векторные изображения формируются из указанных координат — установленных точек, того, какая им дана форма (линии, круги, кривые, квадраты и т.д.), и какие к ним применены различные эффекты: цвета, заливки и т.д.

В самом файле хранится информация о местоположении этих координат и какие эффекты были применены. Поэтому векторные файлы занимают меньше места, в отличие от растровых, в которых хранится информация о множестве пикселей, их цвете, координатах, используемой цветовой схеме и другой информации.

Такой способ формирования графики позволяет добиться наивысшего качества и гибкости в работе с полиграфическими материалами. Созданные изображения можно бесконечно редактировать, менять их масштаб — качество от этого теряться не будет, т.к. работа происходит с объектами в виде координат моделей, а отрисовка делается в зависимости от необходимого размера.

Чтобы создать такое изображение нужно нарисовать фигуру — начертить линии, поставить где нужно точки, дать им обводку или заливку. Смотрите скриншот, как это выглядит.

Так, как дисплеи различных девайсов и монитор, за которым вы читаете этот материал предназначены для вывода растровой графики, векторная преобразуется в нее на программном или аппаратном уровне. Поэтому, все, что вы видите на дисплеях своих устройств, показывается в растровом формате: изображения, видео, игры и т.д.

Где и как используется векторная графика

Такой вид графики используется во всех сферах, где требуется печать создаваемых материалов. Т.е. если компания создает, например, логотип — то лучше его сделать в векторе, ведь в независимости от того, где вы его в дальнейшем будете использовать, он будет одинаково качественно выглядеть.

Поэтому вектором пользуются: полиграфические фирмы, рекламные агентства, газеты и журналы, печатные издания, архитекторы и многие другие, кому важно, чтобы создаваемый материал был масштабируемым. Самыми качественными и популярными программами являются:

Самыми качественными и популярными программами являются:

• Adobe Illustrator
• Adobe InDesign
• Adobe FreeHand
• Corel Draw
• AutoCAD
• ArhiCAD

Достоинства векторной графики — плюсы

1. Небольшой размер несложных изображений. Но, если деталей будет много — их вес соответственно будет сильно расти.

2. Масштабируемость и редактирование без изменения качества в худшую сторону.

3. Один раз создав материал в таком формате — его можно без сильных изменений использовать, где угодно, хоть на огромном баннере, хоть, как маленькую картинку на сайте — качество будет одно и тоже. Т.е. не нужно отрисовывать его заново в отличие от растрового.

4. Легко перевести в растр причем любого разрешения, но из растра в вектор — сложно.

5. Легко научится создавать и работать с графикой такого формата если у вас есть хотя бы базовые знания о том, как нужно чертить.

Недостатки — минусы

1. Не все можно сделать в векторе — просто формат не позволит сделать сложные изображения с градиентами и большим количеством деталей. Хотя сделать то можно, но весить это дело будет очень много. Бессмысленная и ненужная затея.

2. Нет автоматического ввода/создания в векторе — у тех же сканеров, фотоаппаратов. Камеры, сканеры и т.д. создают изображения в растровом формате по пикселям.

3. Нет нормальной совместимости между программами для работы с такой графикой. Они конкурируют, а мы получаем кривое отображение если не используем тот же софт, в котором создавался материал.

4. Требует хорошего компьютера для отрисовки сложных материалов. Ведь в файле хранятся, только координаты, а отрисовка происходит уже после открытия.

5. Трудоемкий и довольно нелегкий процесс создания качественных изображений.

Глава 2. Достоинства и недостатки векторной графики.

У любого предмета есть две стороны медали. Рассмотрим сначала достоинства векторной графики, а затем недостатки.

• Достоинства векторной графики:
• качественное масштабирование в любую сторону.

Увеличение или уменьшение объектов производится увеличением или уменьшением соответствующих коэффициентов в математических формулах;

• векторная графика не зависит от разрешения, т.е. может быть показана в разнообразных выходных устройствах с различным разрешением без потери качества;
• с помощью векторной графики можно решить много художественно-графических задач;
• векторная графика также может решить многие художественно-графические задачи;
• этот вид компьютерной графики позволяет проводить любые геометрические построения;
• редактирования контура может быть применима для работы над линейным рисунком, дизайном изделий из стекла, керамики и других пластичных материалов.

Для декоративно-прикладного искусства векторная компьютерная графика позволяет работать над орнаментальной композицией в круге, квадрате или полосе;

• при изменении размеров изображения не изменяется размер файла;
• векторная графика идеальна для простых или составных рисунков, которые должны быть аппаратно-независимыми или не нуждаются в фотореализме.

К примеру, PostScript и PDF используют модель векторной графики;

она экономна в плане объемов дискового пространства, необходимого для хранения изображений.

Это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, в частности координаты опорных и управляющих точек, используя которые программа всякий раз заново воссоздает изображение. Кроме того, описание цветовых характеристик не сильно увеличивает размер файла, поскольку данные о цвете идентичны для всего объекта;

• объекты векторной графики легко трансформируются и ими легко манипулировать, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения ввиду того, что растеризация изображения (пространственная или линейная дискретизация элементов — это неизбежный этап) происходит в момент вывода на внешнее устройство (экран, печатающее или чертежное устройство); 
• в тех областях графики, где принципиальное значение имеет сохранение ясных и четких контуров, например в шрифтовых композициях, при создании фирменных знаков, логотипов и т. п., векторные программы совершенно незаменимы; 
• векторная графика максимально использует возможности разрешающей способности любого выводного устройства (изображение всегда будет выглядеть настолько качественно, насколько позволяет данное устройство);
• векторная графика может включать в себя и изображения пиксельной графики, причем редакторы векторной графики предлагают все более разнообразные возможности по их обработке, в том числе разнообразные фильтры.
• Недостатки векторной графики:
• векторный формат становится невыгодным при передаче изображений с большим количеством оттенков или мелких деталей (например, фотографий).

Ведь каждый мельчайший блик в этом случае будет представляться не совокупностью одноцветных точек, а сложнейшей математической формулой или совокупностью графических примитивов, каждый из которых, является формулой. Это приводит к утяжелению файла;

перевод векторной графики в растр достаточно прост.

Но обратного пути, как правило, нет — трассировка растра обычно не обеспечивает высокого качества векторного рисунка. 

• Самым существенным недостатком является программная зависимость, поскольку не существует принципиальной возможности создать единый стандартный формат, который бы позволял свободно открывать любой векторный документ в любой векторной программе. 
• Векторная графика может казаться чрезмерно жестковатой и как бы «фанерной».

Она действительно ограничена в чисто живописных средствах, в программах векторной графики практически невозможно (или необыкновенно трудоемко) создавать фотореалистические изображения. Введение объектов нового типа — градиентной сетки (gradient mesh) и объектов с различными типами прозрачности является попыткой преодоления этого недостатка. 

Кроме того, векторный принцип описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер или цифровая фотокамера для пиксельной графики.

Глава 3. Структура векторной графики – ее атрибуты и объекты.

Для её математического представления используются: точка, прямая, отрезок прямой, парабола, отрезок параболы, функция y=x3, кривая второго порядка, кривая третьего порядка, кривая Безье.

Соподчинёнными для понятия линия являются: точка, конец кривой линии, управляющая линия касательная к кривой, изгиб кривой, маркер управляющей линии.  Также, как и линия, основным базовым понятием для векторной графики является объект. 

Объектом называется любой графический элемент внутри векторного изображения, состоящий из отрезка прямой или кривой линии или замкнутого контура.

При редактировании элементов векторной графики изменяются параметры прямых и изогнутых линий, описывающих форму этих элементов. Можно переносить элементы, менять их размер, форму и цвет, но это не отразится на качестве их визуального представления. 

Векторное представление именно и заключается в описании элементов изображения математическими кривыми с указанием их цветов. Еще один пример: красный эллипс на белом фоне будет описан всего двумя математическими формулами — прямоугольника и эллипса соответствующих цветов, размеров и местоположения.

Объекты: Линии и ломаные линии.  Многоугольники. Окружности и эллипсы.  Кривые Безье. (прил.2)  Безигоны. Текст (в компьютерных шрифтах, таких как TrueType, каждая буква создаётся из кривых Безье).

Глава 5. Применение Векторной графики.

Успехи компьютерных технологий, достигнутые в последние годы, не оставляют места сомнениям при выборе способов получения, хранения и переработки данных о сложных комплексных трехмерных объектах, таких, например, как памятники архитектуры и археологии, объекты спелеологии и т. д.

Где применяется векторная графика и люди каких профессий работают с ней?

Ответ просто: наука и инженерия + бизнес, развлечения и искусство.

Сегодня векторная графика широко применяется в различных областях инженерной конструкторской деятельности и медицины, а именно: 

• проектирование микросхем;
• создание самолетов;
• проектирование строительства
• архитектура;
• ланшафтный дизайн; 
• размещение посадочных мест в транспотре; 
• планирование помещений;
• дизайн спортивного инвентаря;
• проектирование различного оборудования;
• автоматизированное проектирование инплантантов;
• анатомические векторные модели (для исследований и хирургической практики).

Все эти инженерные и научные применения убеждают, что индустрия машинной графики начала обеспечивать пользователей новой технологией, при которой они не заботятся о том, как формируется изображение — им важен результат.

Бизнес стал лидирующим потребителем мультимедиа. Почти ни один документ в наше время не делается без использования какого-либо графического элемента. А так же в бизнесе широко распространены презентации, где так же используется векторная графика.

Искусство кинематографии широко использует 3d графику, создавая в фильмах нереальные спецэффекты, рисуя мультфильмы, что привлекает любителей кинофильмов.

Виртуальная реальности пронизывает наши развлечения. Различные игровые автоматы, компьютерные игры и многое другое. Число виртуальных галерей, компьютерных клубов и развлекательных парков быстро растет.

Интернет! Ни для кого не секрет – сегодня, чтобы не затеряться на просторах Internet и привлечь к себе внимание пользователей, никак нельзя обойтись без грамотного графического оформления Web-страниц и узлов

Форматы и программы для векторных изображений

Рассмотрим самые популярные и используемые. В любом случае, если вы будете работать с такими изображениями, придется знать хотя бы парочку программ. Как минимум Adobe Illustrator и CorelDRAW, фанаты, которых готовы сгрызть друг друга доказывая, что тот или иной лучше.

AI — Adobe Illustrator. Тип файла для Адоб Иллюстратора.

CDR — Corel Draw. Тип файла для Корел Дроу.

PDF — это контейнер, как для векторных картинок, так и растровых. Подробнее о том — что такое PDF. Самый популярный формат для создания книг и других печатных материалов.

SVG — популярный формат для размещения в интернете векторных картинок. Они занимают мало места, масштабируемы и отлично подходят для создания иконок на сайтах.

В заключение

Теперь, если вас спросят, что такое векторное изображение в информатике, вы сможете уверенно дать этому определение. Если все-таки решите начать работать в данном направлении — то учите, как минимум пару программ, чтобы не было конфликтов по работе.