Векторна графіка. Переваги та недоліки векторної графіки. Фрактальна графіка

Для векторної графіки характерне розбиття зображення на ряд графічних примітивів – точки, прямі, ламані, дуги, полігони. Отже, з’являється можливість зберігати не всі точки зображення, а координати вузлів примітивів та їх властивості (колір, зв’язок з іншими вузлами і т. д.).

Простір малюнка існує в деякій координатній системі. Тоді зображення описується як сукупність простих об’єктів (примітивів), координати вузлів яких задані вектором відносно точки початку координат.

Рис. 3. Векторне зображення і вузли його примітивів

Для того, щоби комп’ютер намалював пряму, потрібні координати двох точок, які зв’язуються по найкоротшій прямій. Для дуги задається радіус і т. д. Отже, векторна ілюстрація – це набір геометричних примітивів.

Ключовим моментом векторної графіки є те, що вона використовує комбінацію комп’ютерних команд і математичних формул для об’єкта. Це дозволяє комп’ютерним пристроям обчислювати і поміщати в потрібному місці реальні точки при малюванні цих об’єктів.

Важливою деталлю є те, що об’єкти задаються незалежно один від одного і, отже, можуть перекриватися між собою.

При використанні векторного представлення зображення зберігається в пам’яті як база даних описів примітивів. Основні графічні примітиви, які використовуються в векторних графічних редакторах: точка, пряма, крива Без’є, еліпс (коло), полігон (прямокутник). Примітив будується навколо його вузлів (nodes). Координати вузлів задаються відносно координатної системи макета.

Кожному вузлу приписується група параметрів, в залежності від типу примітива, які задають його геометрію відносно вузла. Наприклад, коло задається одним вузлом і одним параметром – радіусом. Такий набір параметрів, які грають роль коефіцієнтів та інших величин в рівняннях та аналітичних співвідношеннях об’єкта даного типа, називають аналітичною моделлю примітиву. Намалювати примітив – значить побудувати його геометричну форму по його параметрам згідно його аналітичної моделі.

Векторне зображення може бути легко масштабоване без втрати деталей, так як це потребує перерахунку порівняно невеликої кількості координат вузлів. Інший термін – «object-oriented graphics».

Самою просто. аналогією векторного зображення може слугувати аплікація. Все зображення складається з окремих кусочків різної форми та кольору (навіть части растра), «які склеєні» між собою. Зрозуміло, що таким чином важко отримати фотореалістичне зображення, так як на ньому важко виділити кінцеву кількість примітивів.

Суттєвими перевагами векторного способу представлення зображення, порівняно з растровим, є:

- векторне зображення може бути легко масштабоване без втрати якості, так як це потребує перерахунку порівняно невеликої кількості координат вузлів. Векторні команди просто повідомляють пристрою виводу, що необхідно намалювати об’єкт заданого розміру, використовуючи стільки точок, скільки можливо. Растровий формат файлу визначає, скільки необхідно створити пікселів і ця кількість змінюється разом із роздільною здатністю пристрою виводу. Замість цього відбувається одне з двох або при збільшенні роздільної здатності розмір растрової окружності зменшується, тому що зменшується розмір точки, що утворює піксел, або розмір окружності залишається тим самим, але принтери з високою роздільною здатністю використовують більше точок для будь-якого піксела.

- векторна графіка дає можливість редагувати окремі частинки малюнка не роблячи впливу на інші. Об’єкти на малюнку можуть перекриватися без усякого впливу один на одного.

- графічні файли, в яких зберігаються векторні зображення, мають суттєво менший, порівняно із растровими, об’єм (порядку декількох кілобайт).

Недоліки векторної графіки: основними компонентами векторних малюнків є прямі лінії, яких природа уникає, і векторна графіка не в стані забезпечити близьку до оригіналу реалістичність.

Сфери застування векторної графіки дуже великі. В поліграфії – від створення яскравих ілюстрацій до роботи із шрифтами. Все, що ми називаємо машиною графікою, 3D-графикою, графічними засобами комп’ютерного моделювання та САПР – все це сфери пріоритету векторної графіки.

Як видно, векторним можна назвати тільки спосіб опису зображення, а саме зображення для нашого ока завжди растрове. Отже, задачами векторного графічного редактора є растрова прорисовка графічних примітивів та надання користувачу сервісу по зміні параметрів цих примітивів. Усе зображення являє собою базу даних примітивів і параметрів макета (розміри холста, одиниці виміру і т.д.). Намалювати зображення – означає виконати послідовно процедури прорисовки усіх його деталей.

Для наочності різниці між растровою та векторною графікою наведемо простий приклад. Ви вирішили відсканувати Вашу фотографію розміром 10х15 см з подальшою обробкою та друком на кольоровому принтері. Для отримання прийнятної якості друку необхідна роздільна здатність не менш 300 dpi. Вважаємо:

10 см = 3,9 дюйма; 15 см = 5,9 дюймів.

По вертикали: 3,9 х 300 = 1170 точок.

По горизонталі: 5,9 х 300 = 1770 точок.

Отже, кількість пікселів растрової матриці 1170х1770 = 2 070 900.

Тепер вирішимо, скільки кольорів ми хочемо використати. Для чорно-білого зображення використовують зазвичай 256 градацій сірого кольору для кожного піксела, або 1 байт. Отримуємо, що для збереження нашого зображення потрібно 2 070 900 байт або 1,97 Мб.

Для отримання якісного кольорового зображення потрібно не менш 256 відтінків для кожного базового кольору. В моделі RGB відповідно їх 3: червоний, зелений та синій. отримаємо загальну кількість байт – 3 на кожний піксел. Відповідно, розмір зображення, що зберігається зросте в три рази та складає 5,92 Мб.

Для створення макета для поліграфії фотографії сканують з роздільною здатністю 600 dpi, отже, розмір файлу виростає ще чотири рази.

З іншої сторони, якщо зображення складається з простих об’єктів, то для його збереження в у векторному виді необхідно не більше декількох кілобайт.

Фрактальна графіка.

Є ще один різновид графіки – фрактальна, як і векторна, - обчислювальна, але відрізняється тим, що ніякі об’єкти в памяті не зберігаються. Зображення будується по рівнянню або системі рівнянь, тому нічого, крім формули, зберігати не требо. Змінивши коефіцієнти, можна отримати зовсім іншу картинку.

Фрактальними властивостями володіють багато об’єктів живої та неживої при роди (сніжинка, ялинка, хмарка).

Здатність фрактальної графіки моделювати образи обчислювальним шляхом часто використовують для автоматичної генерації незвичайних ілюстрацій.

Цей вид графіки практично не застосовуються в реальних графічних редакторах та форматах файлів. В деяких додатках є можливості для створення фрактальних візерунків, і у підсумку вони виявляються в растровому файлі.

7. Порівняння типів цифрових зображень:

Растрові зображення	Векторні зображення
Отримуються з фотографічних оригіналів автоматично за допомогою сканерів. Існують пристрої їх отримання безпосередньо в цифровій формі (цифрові камери) та перекодування з аналогової форми (плати відеозахвату).	Потребують ручного введення (побудови або малювання). В простих випадках можуть бути отримані з растрових за допомогою програм трасирування. Трасирування дає можливість задовільного результату тільки в простих випадках, да і отримані зображення все рівно потребують ручної «доводки».
Забезпечує максимальну реалістичність, оскільки в цифрову форму переводиться кожний мілкий фрагмент оригіналу.	Передають крупні фрагменти оригіналу за допомогою об’єктів (контурів з обводками та заливками). Вони не в стані забезпечити близьку до оригіналу реалістичність.
Мають великій розмір, так як зберігають інформацію про колір кожного фрагменту оригіналу.	Зображення компактні, оскільки зберігають тільки математичний опис об’єктів.
Якість зображень залежить тільки від розміру. Вони не допускають вільного масштабування без спотворень або втрат якості.	Якість не залежить від розміру.
Точні зображення, які складаються з множини пік селів складно редагувати.	Зображення легко редагувати, так як вони містять відносно невелику кількість зручно організованих об’єктів.

Порівняння показує, що існування двох типів цифрових зображень цілком виправдане. Там де потрібна точність та чіткість ліній, використовують векторну графіку, а там де потрібна реалістичність фотографії – растрову.