Лекция 6. Введення в векторну графіку

Векторна графіка

У векторному способі кодування, геометричні фігури, криві і прямі лінії, що складають малюнок, зберігаються в пам'яті комп'ютера у вигляді математичних формул і геометричних абстракцій, таких як: коло, квадрат, еліпс і подібні фігури. Наприклад, щоб закодувати коло, не потрібно розбивати його на окремі пікселі, а варто запам'ятати його радіус, координати центра і колір. Для прямокутника достатньо знати розмір сторін, місце, де він знаходиться і колір заливки. За допомогою математичних формул можна описати найрізноманітніші фігури. Щоб намалювати більш складний малюнок, застосовують кілька простих фігур (геометричних об’єктів). Наприклад, візьмемо прямокутник із закругленими краями, зафарбуємо його в чорний колір, додамо три білих прямокутники і один чорний із закругленими краями. Таким чином отримаємо малюнок тридюймової дискети (рис. 25).

Рис. 25

Зображення у векторному форматі складається з великої кількості складових частин, які можна редагувати незалежно одну від одної. Ці частини називаються об'єктами. Тому, інколи векторну графіку називають об’єктно-орієнтованою. За допомогою комбінації декількох об'єктів можна створювати новий об'єкт. Для кожного об'єкта його розміри, кривизна і місце розташування зберігаються у вигляді числових коефіцієнтів. Завдяки цьому, з'являється можливість масштабування зображення за допомогою простих математичних операцій, зокрема, простим множенням параметрів графічних елементів на коефіцієнт масштабування і якість зображення залишається без змін. Наприклад, при масштабуванні відрізка координати опорних точок перераховуються, величина точок, які заповнюють проміжок між цими вузловими точками відрізка, залишається незмінною, а змінюється тільки кількість точок. Отже, на відміну від збільшеного відрізка растрової графіки відрізок векторний залишається чітким та якісним. На рисунку 26 зліва показаний збільшений відрізок, створений засобами растрової, а на рисунку 26 справа – векторної графіки.

Використовуючи векторну графіку, можна не задумуватися над тим, готуємо ми мініатюрну емблему чи малюємо двометровий транспарант, так як робота над малюнком однакова в обох випадках.

Рис. 26

Векторні програми незамінні в тих областях графіки, де принципове значення має збереження якісних і чітких контурів - в області дизайну, технічного малювання, для креслярсько-графічних робіт. Важливою перевагою векторного способу кодування зображень є те, що графічні файли векторної графіки мають значно менший розмір, ніж файли растрової графіки. Це пов'язано з тим, що зберігається не саме зображення, а тільки окремі дані по об’єкту, зокрема координати опорних і керуючих точок, використовуючи які, програма кожен раз заново відтворює зображення. Крім того, опис характеристик кольору не сильно збільшує розмір файлу, оскільки, дані про колір ідентичні для всього об'єкта.

У векторній графіці легко вирішувати питання масштабування. Якщо задана товщина лінії рівна 0,15 мм, то скільки б ми не збільшували чи не зменшували малюнок, ця лінія все рівно буде мати тільки таку товщину, оскільки це один з атрибутів об’єкта, жорстко за ним закріплений. Роздрукувавши креслення на малому чи на великому аркуші паперу, ми завжди отримаємо лінії однієї і тієї ж товщини. Ця властивість векторної графіки широко використовується в картографії та в конструкторських системах автоматизованого проектування. Отримавши на екрані зображення складного обладнання чи механізму, ми можемо його збільшити і докладно розглянути зображення будь-якого його вузла або окремої деталі. При подальшому збільшенні можна детально розглянути окремі фрагменти складових частин зображення. До недоліків векторної графіки варто віднести програмну залежність, оскільки не існує можливості створення єдиного стандартного формату, який дозволяв би вільно відкривати кожний векторний документ у будь-якій векторній програмі.

Векторна графіка може здаватися надмірно жорсткою, так як обмежена в засобах для малювання і не дозволяє отримати реалістичне зображення. Якщо спробувати описати фотографію засобами векторної графіки, то розмір отриманого файлу виявиться більшим, ніж відповідного файлу растрової графіки. Векторний принцип опису зображення не дозволяє автоматизувати введення графічної інформації, як це робить сканер чи цифрова фотокамера для піксельної графіки.

Основні поняття векторної графіки

У растровій графіці основним елементом зображення є точка, а у векторній графіці основним елементом зображення є лінія, яку ще називають вектором, звідки і пішла назва – векторна графіка (при цьому не важливо, пряма ця лінія чи крива). Для кожної точки лінії в растровій графіці відводиться одна чи кілька комірок пам’яті (чим більше кольорів можуть мати точки, тим більше комірок їм виділяється). Відповідно, чим довша растрова лінія, тим більше пам’яті вона займає. У векторній графіці об’єм пам’яті, який треба виділити лінії, не залежить від розмірів лінії, оскільки лінія представляється у вигляді формули, а точніше, у вигляді декількох параметрів. При маніпуляції з лінією, міняються тільки її параметри, що зберігаються в комірках пам’яті. Кількість комірок залишається незмінною для будь-якої лінії.

Лінія — це елементарний об’єкт векторної графіки. Усе, що є у векторній ілюстрації, складається з ліній. Найпростіші об’єкти поєднуються в більш складні геометричні об’єкти, у якості яких приймаються такі прості фігури, як прямокутник, коло, еліпс. Так, наприклад, такий об’єкт як чотирикутник можна розглядати як чотири зв’язані лінії, а об’єкт куб ще більш складний: його можна розглядати або як дванадцять зв’язаних ліній, або як шість зв’язаних чотирикутників. Кожному примітиву можна призначити визначені атрибути (властивості). До основних атрибутів відносяться: форма лінії, її товщина, колір, характер лінії (суцільна, пунктирна і т.п.). Замкнуті лінії мають властивість заповнення. Внутрішня область замкнутого контуру може бути заповнена кольором, текстурою. Найпростіша лінія, якщо вона не замкнута, має дві вершини, що називаються вузлами. Вузли теж мають властивості, від яких залежить, як виглядає вершина лінії і як дві лінії спрягаються між собою.

Пряма (line) розглядається як окремий випадок кривої. У деяких програмах, замість поняття крива використовується поняття контур (path). Очевидно, поняття контур найбільше адекватно відбиває суть, оскільки контур може бути і прямої, і кривої, і фігури, і ламаної. Кожний контур може мати дві чи більше опорних точок. У деяких редакторах їх також називають вузлами (nodes).

Елемент контуру, що знаходиться між двома опорними точками, називається сегментом контуру. Якщо контур має більше двох опорних точок, то він складається з декількох сегментів. Форму контуру змінюють переміщенням опорних точок, зміною їх властивостей, додаванням нових опорних точок чи видаленням частини опорних точок контуру. Контур може бути відкритим чи замкнутим. Якщо остання опорна точка контуру одночасно є і його першою точкою (простого геометричного збігу цих точок недостатньо), то контур вважається замкнутим. У противному випадку він відкритий. Властивості замкнутих і відкритих контурів відрізняються. Контур є елементарним графічним об'єктом. З контурів можна створювати нові об'єкти чи їх групи. З декількома контурами можна виконати операції групування, комбінування та об'єднання. Ці операції утворять групу об'єктів, складений контур чи новий контур відповідно. В операції групування кожен контур групи зберігає свої опорні точки і властивості. В операції комбінування, контури зберігають свої опорні точки, але властивості__ складеного контуру стають новими. В операції об'єднання утворяться нові опорні точки і змінюються властивості вихідних об’єктів.

Об’єкти векторної графіки володіють рядом параметрів та властивостей, такими як:

1. Параметри обведення. З курсу геометрії відомо, що лінія немає товщини. Це справедливо і для контурів у векторній графіці. Працюючи з контурами, ми можемо представляти їх як лінії, що не мають ні товщини, ні кольору. Однак, коли справа доходить до отримання готового малюнка, ми можемо згадати, що такі параметри в лінії можна призначити. Можна задати тип лінії (суцільна, пунктирна, штрих-пунктирна і т.п.) і форму її кінців. До властивостей контуру відноситься також і вигляд стрілки, якою закінчується лінія. Усі ці параметри називаються параметрами обведення. Змінюючи параметри обведення ми керуємо тим, як буде відображатися контур.

2. Властивість заливка. У більшості редакторів векторної графіки замкнуті контури мають особливу властивість – заливку. При створенні замкнутого контуру його внутрішня область автоматично заливається відповідно до поточної установки параметрів заливки.

3. Параметри заливки. Основним параметром заливки є інформація про те, чим заливається контур. Це важливо, оскільки існують кілька типів заливання:

• заливка основним кольором – внутрішня область контуру замальовується одним вибраним кольором;

• градієнтна заливка – як параметри заливки призначаються два кольори та вибирається метод плавного переходу одного кольору в другий;

• текстурна заливка – внутрішня область контуру покривається одним візерунком з регулярною структурою;

• заливка зображенням-картою - як параметр виступає адреса файлу растрового зображення, яке використовується в якості заповнювача. Таке растрове зображення називають картою. Цей метод заливання є не у всіх редакторах.

Формати векторних зображень

Векторні формати зберігання даних є універсальними, оскільки в них можна зберігати крім векторних зображень, ще й растрові. Розробники векторних графічних програм надають перевагу власним форматам, що обумовлено специфікою алгоритмів формування

векторного зображення.

Мову опису сторінок PostScript, яка є основа всіх видавничих технологій, можна віднести до векторного формату. Вона дозволяє описати векторні і растрові зображення, шрифти, а також параметри растеризації і керування кольором.

EPS (Encapsulated PostScript) – формат, який є спрощеним варіантом PostScript. Файли EPS описують тільки якийсь об’єкт, на відміну від PostScript, який описує код цілої сторінки. Всі сучасні програми ілюстрування здатні відкривати і редагувати файли EPS. Формат дозволяє зберігати зображення будь-якого типу в довільній колірній моделі без альфа-каналів.

CDR – власний формат програми CorelDraw, який постійно вдосконалюється і змінюється. Його можна без сумніву назвати професійним, оскільки в ньому застосовується роздільна компресія для векторних і растрових зображень, можуть зберігатися шрифти, файли CDR мають надзвичайно велике робоче поле (45х45м) і може містити декілька сторінок.

PDF – універсальний формат, який розроблено фірмою “Adobe System” для електронного розповсюдження документів. Універсальність формату полягає в тому, що

створені в різних програмах публікації можна зберігати в цьому форматі і передивлятися на різних комп’ютерах за допомогою безплатної версії програми Acrobat Reader. В цей формат можна зберегти документ створений в будь-якій програмі. Для досягнення мінімального розміру файлу кожний тип об’єкту стискається по найбільш вигідному йому алгоритму.

WMF (Windows Metafile) – власний векторний формат Windows. Сприймається практично всіма програмами Windows, так чи інакше пов’язаними з векторною графікою. Однак, користуватися форматом WMF потрібно тільки в крайніх випадках, оскільки він не зберігає деякі параметри, які можуть бути присвоєні об’єкту в різних векторних редакторах, і може спотворити колірну схему зображення.

AI (Adobe Illustrator Document) – формат, який підтримують практично всі програми, так чи інакше пов’язані з векторною графікою. Він є найкращим посередником при передачі зображень з однієї програми в іншу, з РС на Macintosh і навпаки. Загалом, дещо поступаючись CorelDRAW по ілюстративних можливостях (може містити в одному файлі тільки одну сторінку, має мале робоче поле - цей параметр дуже важливий для зовнішньої реклами - всього 3х3 метра), він відрізняється найбільшою стабільністю і сумісністю з мовою PostScript.

Редактори векторної графіки загального призначення

Графічні редактори, призначені для роботи з векторною графікою, умовно діляться на дві групи: програми для загального використання та спеціалізовані, призначені для конкретного прикладного використання. До основних програм загального використання відносяться: Adobe Illustrator, Macromedia Freehand, Designer, CorelXara і CorelDraw. Усі ці редактори працюють з однаковими об'єктами векторної графіки, мають схожі інструменти, і, відповідно, прийоми створення векторних зображень.

Adobe Illustrator - програма, призначена для професійних художників-ілюстраторів і надає широкі можливості для створення високоякісної графіки для друку та публікації у Web. Ця програма є загальновизнаним світовим лідером серед засобів векторної графіки такого класу. Для комп'ютерної верстки поліграфічних видань використовують Adobe Illustrator, так як разом із програмами Adobe Photoshop і PageMaker утворюється закінчене тріо додатків, достатніх для виконання комп'ютерної верстки поліграфічних видань і розробки складних документів. Документи виконуються в єдиному стилі, використовуються схожі інтерфейси й інструменти, однакові прийоми й навички і безпомилково експортуються і імпортуються створені об'єкти між собою. Adobe Illustrator може працювати з зображеннями, створеними аналогічними програмними продуктами, такими як: Photoshop, Microsoft Office, AutoCAD, CorelDRAW чи Macromedia FreeHand. Крім того, існує

можливість зберігання файлів в таких популярних форматах, як EPS, PDF, Photoshop, TIF, GIF, JPEG, EMF/WMF, BMP, CGM, ASCII та RTF.

Macromedia Freehand – зручний векторний редактор, “дружній” та інтуїтивно зрозумілий, є найбільш вдалим для початківців. Програма відрізняється простотою системи управління і високою швидкодією. З допомогою даного редактора можна працювати на малопотужних комп'ютерах, де використання інших засобів векторної графіки перетворюється на складний процес. Інструментальні засоби Macromedia Freehand достатні для розробки складних документів і тільки на дуже високому рівні складності поступаються засобам Adobe Illustrator та CorelDraw. Програму Macromedia Freehand зручно використовувати при роботі з різними системами комп'ютерної верстки, але вона адаптована спеціально для системи QuarkXPress.

Редактори векторної графіки Adobe Illustrator та Macromedia Freehand досить довго (до 1995р.) залишалися засобами для роботи на комп'ютерах Macintosh. Їх розвиток на платформі IBM PC відставав від потрібних вимог, тому на цій платформі історично склалася перевага редактора CorelDraw, особливо на теренах країн колишнього СРСР, де розвиток платформи IBM PC значно випереджував платформу Macintosh. На сьогодні положення вирівнюється, оскільки Adobe Illustrator і Macromedia Freehand мають потужні та надійні версії для IBM PC, а популярність CorelDraw поступово знижується. Тим не менше, цей графічний редактор досить широко використовується. До переваг CorelDraw слід віднести розвинуту систему управління та велику кількість засобів настройки інструментів. Надзвичайно складні композиції, які наближаються до художніх витворів, можна отримати засобами саме цього редактора. Хоча, в CorelDraw система управління складніша, ніж в інших векторних редакторах і інтерфейс не настільки інтуїтивний, тому вивчення CorelDraw є більш складною задачею у порівнянні з вивченням Adobe Illustrator чи Macromedia Freehand.

Векторизатори

Інколи виникає потреба переведення растрових зображень у векторні. Особливо це актуально при створенні електронних версій креслень, карт місцевості, планів та схем, тобто

інженерно-технічної документації, яка зберігається в паперових архівах (твердих копіях). Для переведення растрового зображення у векторне використовуються, так звані, гібридні редактори або векторизатори. До найбільш поширених відносяться програмні продукти: Spotlight, Vectory, Raster Design, Easy Trace Pro. Вказані редактори дозволяють працювати з растровими об’єктами, подібно як і з векторними, тобто змінювати товщини растрових ліній, їх параметри та розміри. Після корекції растрового зображення (зміни роздільної здатності, очищення від непотрібних деталей “сміття”, вирівнювання, калібрування зображення, покращення якості растрових об’єктів шляхом заливки порожнин, потовщення чи потоншення ліній, навчання розпізнавання шрифту і символів та налаштування інших необхідних опцій) відбувається переведення растру в вектори автоматично або шляхом вказування об’єкту. При необхідності можна редагувати векторні об’єкти та зберегти отримане зображення у потрібний векторний формат для подальшої роботи. Подамо коротку інформацію по програмних продуктах серії Raster Arts:

Spotlight pro - гібридний (растрово-векторний) редактор і векторизатор, який дозволяє виконувати весь комплекс робіт, пов’язаних зі скануванням креслень, схем, карт: значно підвищити якість, ліквідувати спотворення, редагувати і створювати растрову і векторну графіку, перетворити фрагменти чи все растрове зображення в векторну форму і т.д.

RasterDesk Pro - програма, яка дозволяє здійснити весь комплекс робіт зі сканованими зображеннями, які відкриті в AutoCAD. За допомогою програми можна відсканувати документи, значно підвищити їх якість, а також вносити необхідні зміни, використовуючи звичну технологію редагування AutoCAD.

RasterID - призначений для організації автоматизованої обробки сканованих зображень за заданим сценарієм і їх індексація з метою отримання унікальної інформації по кожному зображенню. RasterID шукає штамп на сканованому кресленні, розпізнає його зміст, а потім передає отриману інформацію в базу даних чи систему керування інженерними даними.

PlanTracer - додаток для AutoCAD, призначений для швидкого і зручного створення векторних параметричних планів поверхів, планів квартир, промислових об’єктів, а також для перетворення сканованих планів споруд у векторні об’єкти моделі.

RasteriCS - програма, яка дозволяє отримувати кольорові чи монохромні растрові копії документів формату DWG і DXF, створених в AutoCAD або інших додатках, які працюють в середовищі AutoCAD.