Векторные файлы
Принципиальное отличие векторных файлов от растровых
Растровый файл содержит точную попиксельную карту изображения, которое воспроизводится программой визуализации на поверхности отображения устройства вывода. Программы визуализации редко принимают во внимание какие-либо структурные элементы растровых форматов, кроме пикселей, строк развертки, полос и фрагментов — частей изображения, созданных без учета его содержания
Векторные файлы, напротив, содержат математические описания всех элементов изображения, используемых программой визуализации для конструирования конечного изображения. Таким образом, можно сказать, что векторные файлы строятся не из пиксельных значений, а из описаний элементов изображения, или объектов. Хотя термин объект в настоящее время употребляется в другом, более широком, смысле, в спецификациях векторных форматов вы будете его встречать.
Что такое векторные данные
Вектор — это отрезок прямой, заданный начальной точкой, направлением и длиной. Однако определение вектора может быть более сложным и включать данные о типе линии, кривой и сплайна Прямые и кривые линии могут применяться для построения геометрических фигур, таких как окружности и прямоугольники, которые, в свою очередь, могут использоваться для создания более сложных объемных фигур — сфер, кубов и многогранников
Первыми были векторные файлы
Векторные файлы появились практически в начале компьютерной эры и применялись для отображения линий на устройстве вывода. Дисплеи на базе электронно-лучевой трубки стали использоваться в качестве устройства вывода, управляемого компьютером, еще в 50-х годах. Первые дисплеи на базе электронно-лучевой трубки были устройствами с произвольным сканированием (подобно осциллографам) и позволяли строить изображения математических и геометрических фигур. Векторные устройства отображения в течение многих лет удовлетворяли потребности в отображении графической информации, давая возможность решать определенный круг задач.
Для сохранения векторных данных использовались переносимые носители информации — перфокарты и перфоленты. Изображение логически разделялось на простейшие элементы, которые вычерчивались при визуализации в определенном порядке. Сохраненные данные легко экспортировались в виде списка операций черчения и математических описаний элементов изображения — размера, формы и позиции на экране дисплея, — записанных на запоминающем устройстве в том порядке, в котором они должны отображаться.
Независимость от устройств отображения
Как уже упоминалось, векторные изображения — это наборы независимых от устройств отображения математических описаний графических фигур
Векторные форматы отличаются друг от друга в большей степени, чем растровые, потому что каждый из них проектировался для конкретных целей Если концептуально форматы, поддерживающие 1-битовые и 24-битовые растровые данные, отличаются незначительно, то различия между векторными форматами, которые используются программами САПР, и форматами, применяемыми для обмена общими данными, будут весьма существенными. Следовательно, обобщить векторные форматы тем же способом, что и растровые, — задача непростая.
С другой стороны, большинство устройств вывода поддерживают сетку из пикселей, каждый из которых адресуется отдельно, как если бы поверхность отображения представляла собой бумагу в клеточку. Благодаря этому программа всегда может найти способ нарисовать элементы изображения в векторном формате.
Источники файлов в векторном формате
Простейшие векторные форматы используются электронными таблицами. Они обычно содержат числовые данные, которые затем отображаются на устройстве вывода в виде двухмерной сетки. Некоторые программы, не являющиеся электронными таблицами, используют форматы электронных таблиц для хранения данных, которые затем могут быть интерпретированы и как векторные, и как растровые.
Однако большинство векторных форматов разработано для хранения чертежей и рисунков, созданных программами САПР. Пакеты САПР используются для выполнения чертежей механических и электрических систем, электронных макетов и схем, карт и графиков, а также всевозможных рисунков. Поэтому программы САПР поддерживают более сложную информацию, чем электронные таблицы, и, следовательно, нуждаются в более сложных векторных форматах.
CGM (Computer Graphics Metafile, метафайл компьютерной графики) — это пример формата, разработанного для обмена векторными данными. Этот формат стандартизован. Все элементы файла в формате CGM сконструированы из простейших объектов (линий и многоугольников), доступных для использования любой программой визуализации. Очень сложные объекты разбиваются на более простые элементы.
Формат AutoCAD DXF (Data eXchange Format, формат обмена данными) фирмы Autodesk также разработан с целью обмена векторными данными. Формат адаптируется распространителями и поддерживается только одной программой. Кроме того, DXF специально приспособлен для хранения информации САПР, применяемой при выполнении механических, электрических и архитектурных чертежей. Поэтому он поддерживает не только основные векторные элементы (окружности и многоугольники), но и сложные объекты, часто используемые в САПР (например, трехмерные объекты, размерные линии и штриховку).
Как организованы векторные файлы
Несмотря на то, что векторные файлы значительно отличаются друг от друга, большинство из них, подобно растровым, имеет определенную базовую структуру: заголовок, раздел данных и маркер конца файла. Такая структура позволяет корректно хранить векторные данные и интерпретировать их при визуализации. Общая информация, описывающая структуру файла, обычно помещается в заголовок, хотя иногда для этих целей может использоваться и концовка.
Структура векторных файлов, как правило, проще, чем у большинства растровых; часто они организованы в виде потоков данных. Большая часть информации, содержащейся в файле, — данные изображения.
Основными компонентами простого векторного файла являются:
Заголовок |
Данные изображения |
Если файл не содержит данных изображения, то он состоит только из заголовка. Когда требуется записать дополнительную информацию, которая не помещается в заголовок, в файл добавляется концовка; может включаться и палитра:
Заголовок |
Палитра |
Данные изображения |
Концовка |