3. Векторная и точечная графика

Изображение на экране любого компьютерного монитора представляет собой совокупность светящихся точек, размеры которых столь малы, что визуально они сливаются в сплошной прямоугольник. Изображение на экране монитора состоит из точек достаточно малых размеров. Для мониторов с размером электронной трубки по диагонали 15-17 дюймов размер точки обычно составляет от 0,24 мм до 0,28 мм. Качество такого точечного (растрового) изображения определяется разрешением и глубиной цвета экрана. Разрешение экрана измеряется числом точек на экране по горизонтали и по вертикали. Например, запись 800x600 означает, что каждая горизонтальная линия экрана состоит из 800 точек, а вертикальная – из 600 точек. Такие точки на экране можно увидеть, если рассматривать его в увеличительное стекло. Большинство принтеров также воспроизводят изображение, печатая на бумаге точки.

Все изображения, которые обрабатываются с помощью компьютера, по форме их представления в памяти компьютера разделяются на растровые (точечные) и векторные. Каждой точке растрового изображения в памяти компьютера соответствует двоичный код, который определяет все характеристики отображения этой точки (цвет, яркость и т.п.) при любом способе воспроизведения изображения: на экране монитора или на бумаге при печати. Чем больше двоичных разрядов отводится для кодирования представления одной точки, тем выше точность воспроизведения растрового изображения. Так, если для хранения кода цвета каждой точки экрана отвести 16 двоичных разрядов (режим «high color»), то каждая точка экрана может быть окрашена в один из 65536 цветов; при выделении 24 двоичных разрядов для хранения кода цвета точки экрана (режим «true color») для отображения каждой точки будет доступна палитра, состоящая из 16 777 216 цветов.

В реальном мире наиболее близким аналогом растрового компьютерного изображения является мозаика. Точно так же, как растровое изображение, мозаика состоит из отдельных кусочков цветного стекла (смальты). При небольших размерах фрагментов смальты и достаточно большом удалении от поверхности изображения, отдельные кусочки смальты, составляющие мозаичное изображение, воспринимаются зрителем как единое целое. Впоследствии эту идею распространили на живопись импрессионисты, разработавшие технику пуантилизма. В Исаакиевском соборе, храме Воскресения Христова (Спаса на крови) и Эрмитаже каждый может убедиться, что техника работы с точечными изображениями была доведена до совершенства задолго до появления первых компьютеров.

Векторное изображение представляется в памяти компьютера в виде математических моделей (алгоритмов), обеспечивающих построение одного или нескольких объектов. Номенклатура таких объектов может быть достаточно широкой, но, как правило, в нее включаются простейшие геометрические фигуры (круги, эллипсы, прямоугольники, многоугольники, отрезки прямых и дуги кривых линий). Похожие по построению и методам преобразования объекты объединяются в классы. Для каждого класса объектов определяются параметры, значения которых определяют внешний вид конкретного объекта. Например, для окружности такими параметрами являются диаметр, цвет, тип, толщина и цвет контура, а также цвет её внутренней области. Примерами векторных изображений являются графики функций [2], а также уравнения аналитической геометрии. Только применяемые в конструкторских бюро графопостроители непосредственно выполняют построение векторных изображений на бумаге. Остальные устройства перед выводом или непосредственно в процессе вывода преобразуют векторное изображение в растровое изображение, после чего осуществляют вывод изображения фактически в растровой форме.

У растровых и векторных изображений разные области применения. Так масштабирование и композиционные преобразования целесообразно выполнять над векторными изображениями. Операции фильтрации и раскраска областей с нерегулярными границами эффективнее выполняются над растровыми изображениями. Например [4], если на растровом изображении мы видим мужчину в галстуке-бабочке и со значком на лацкане, то это — результат работы нашего мозга, выделившего в изображении такие объекты, как значок и бабочка. Для того чтобы найти и изолировать соответствующие этим объектам точки, придется немало потрудиться. Если при работе над изображением необходимо удалить значок, то после этого придется еще как-то заполнять образовавшуюся после удаления точек значка «дыру» в изображении, т.е. фактически дорисовывать его. Еще больше трудностей возникает при необходимости слегка поправить покосившийся галстук. Векторное изображение оказывается существенно более гибким в работе. Для того чтобы увеличить или уменьшить его размеры, требуется всего лишь изменить масштаб его отображения. При этом размер файла с векторным изображением не увеличится ни на один байт. Внесенные изменения будут учтены при отображении на экране или при печати, но четкость изображения не пострадает. На рис. 1. представлены результаты увеличения растрового и векторного изображений.

Рис. 1. В верхнем ряду слева приводится исходное растровое, а справа - исходное векторное изображение окружностей и прямоугольников. В среднем и нижнем рядах приводятся соответственно векторное изображение и растровое изображение, которые были получены из исходных изображений после их увеличения.

В отличие от точечного изображения степень детализации векторного изображения может быть произвольной. Она определяется художником, строящим векторное изображение. Так, составляя изображение значка на лацкане из двух кругов и текстовой надписи, можно объединить эти объекты в группу и даже дать ей имя "Значок", чтобы потом было легче найти эти объекты. Удаление этой группы приведет к исчезновению значка, но не к возникновению «дыры» на пиджаке, т.к. изображение пиджака включает в себя объекты, которые после реализации удаления будут видны в том месте, где раньше был значок. Не составляет труда и "поправить галстук". Для этого достаточно изменить значение угла поворота для группы объектов, из которых составлено его изображение.

Ещё одним недостатком точечных изображений является большой объем памяти, требующейся для их хранения. При работе с точечными изображениями высокого разрешения, большой глубины цвета и сравнительно больших размеров нередки случаи, когда размеры соответствующих им файлов превышают сотни мегабайт. Работа с такими громоздкими объектами может оказаться не под силу даже самым современным и мощным компьютерам

В заключение сравнения растровых и векторных изображений следует отметить, что преобразование векторного изображения в точечное представляет собой достаточно простой и абсолютно формальный процесс, выполняющийся большинством графических редакторов без вмешательства пользователя. Преобразование же растрового изображения в векторное в подавляющем большинстве случаев требует не просто вмешательства, а творческого участия пользователя.

С учетом вышеизложенного можно сделать вывод, что при разработке графического проекта, независимо от того, к какому классу должно принадлежать итоговое изображение, начинать целесообразнее с векторного изображения, тем более что в "CorelDRAW" имеется мощный арсенал средств и для работы с растровыми изображениями. Однако, если в процессе работы над проектом требуется вносить в полученное путем сканирования растровое изображение сложную цветовую коррекцию или применять сложные растровые эффекты с избирательным подходом к его различным участкам, и при этом не требуется добавлять к изображению новые фрагменты, тогда целесообразно с самого начала выполнять проект с помощью программы точечной графики , например, с помощью программы "Corel PhotoPaint", которая вместе программой "CorelDraw" входит в состав графического пакета программ фирмы "Corel".

Лабораторная работа N1. Просмотр рисунков, построение объектов

Цель работы: Приобретение практических навыков применения графического редактора для просмотра библиотек рисунков и построения объектов.