Векторная графика. 5

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГРОЗНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. акад. М.Д.Миллионщикова

 

 

Кафедра «Информационные технологии»

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: « Информационные технологии»

на тему: «Векторная графика»

 

 

Выполнил студент

группы ВИСТ-12

Гайрбеков Зелимхан А.

Руководитель: Бисултанова А.А.

 

 

 

Допущен к защите                        «___»___________2014 г.                 Зав. кафедрой ИТ___________/                            Моисеенко Н.А.

«___»______________2014 г. ____________________ оценка ____________________ подпись

 

 

 

 

Грозный 2014 г.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГРОЗНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им.акад. М.Д.Миллионщикова

 

Кафедра «Информационные технологии»

ЗАДАНИЕ:

На курсовую работу по дисциплине: «Информационные технологии»

студенту: Гайрбекову Зелимхану.

на тему: «Компьютерная графика»

Содержание

Введение         

Глава 1. Векторная графика

          1.1 Достоинства и недостатки векторной графики

          1.2 Применение векторной графики

          1.3 Основной принцип построения графических объектов

Глава 2. Программы и форматы векторной графики   

          1.1 Основные редакторы векторной графики:

          1.2 Основные форматы векторной графики:

Заключение

Литература:

1. Божко, А. Компьютерная графика. [Текст]/ А. Божко, Д.М. Жук, В.Б. Маничев.- Издательство «МГТУ им. Баумана», 2007. – 392 с.

2. Демин, А.Ю. Основы компьютерной графики. [Текст]: Учебник/ Ю.А Демин.- Издательство: «Томск», 2011.- 240 c.

3. Залогова, Л.А. Компьютерная графика. [Текст] : Учебник/.- Л.А. Залогова. Издательство «Бином», 2005.-232с.

 

Руководитель курсового работы: ______________/_____________

подпись  Ф.И.О.

Задание выдано «___» _____________2013 г.

Задание сдано на кафедру «___»________________2013 г.

 

Грозный 2014

 

 

 

 

 

 

Содержание:

 

 

 

 

Введение………………………………………………………………….….….4

Глава 1. Векторная графика………………………………………..…...…...6

1.1 Достоинства  и недостатки векторной графики…………………………..8

1.2 Применение  векторной графики…………………………………………10

1.3 Основной  принцип построения графических  объектов………………..13

Глава 2. Программы и форматы векторной графики   …16

1.1 Основные  редакторы векторной графики:………………………….…..18

1.2 Основные  форматы векторной графики:…………………………….….21

Заключение…………………………………………………………………….24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Векторная графика (другое название — геометрическое моделирование) — это использование геометрических примитивов, таких как точки, линии, сплайны и полигоны, для представления изображений в компьютерной графике. Термин используется в противоположность к растровой графике, которая представляет изображения как матрицу пикселей (точек).

Изначально человеческий глаз воспринимает изображение подобно растровому образу. Картинка проецируется на сетчатку, состоящую из отдельных, реагирующих на свет клеток. Далее система глаз-мозг распознаёт в изображении отдельные объекты, геометрические фигуры, которые уже легче обрабатывать и запоминать.

Растровые изображения плохо масштабируются, тогда как векторные изображения могут быть неограниченно увеличены без потери качества.

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.

С развитием компьютерной техники и технологий  появилось множество способов постройки графических объектов. Но для начала, определимся с термином "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).

Векторный графический объект включает два элемента: контур и его внутреннюю область, которая может быть пустой или иметь заливку в виде цвета, цветового перехода (градиента). Контур может быть как замкнутым, так и разомкнутым. В векторном объекте он выполняет двойную функцию. Во-первых, с помощью контура можно менять форму объекта. Во-вторых, контур векторного объекта можно оформлять (тогда он будет играть роль обводки), предварительно задав его цвет, толщину и стиль линии.

            В настоящее время векторная  графика применяется в компьютерной  полиграфии, для верстки изданий, при разработке дизайна, рекламы, анимации, декоративных композиций  создания логотипов. Как правило, логотипы не требуют сложных  полутонов, зато при создании  важно, чтобы не терялось качество  изображения. Логотип должен выглядеть  хорошо как на визитной карточек, так и плакате, поэтому векторная  графика в этом случае идеальный  вариант. Кроме того этот тип  графики используется для построения  чертежей, а также в программах  построения трехмерных графических  объектов и т.д.

                   Основное преимущество векторной  графики состоит в том, что  при изменении масштаба изображения  оно не теряет своего качества. Отсюда следует и другой вывод - при изменении размеров изображения  не изменяется размер файла. Ведь  формулы, описывающие изображение, остаются те же, меняется только  коэффициент пропорциональности. С  другой стороны, такой способ  хранения информации имеет и  свои недостатки. Например, если  делать очень сложную геометрическую  фигуру (особенно если их много), то размер "векторного" файла  может быть гораздо больше, чем  его "растровый" аналог из-за  сложности формул, описывающих такое  изображение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Глава 1. Векторная графика   

              Векторная графика описывает  изображения с использованием  прямых и изогнутых линий, называемых  векторами, а также параметров, описывающих  цвета и расположение. Например, изображение древесного листа  описывается точками, через которые  проходит линия, создавая тем  самым контур листа. Цвет листа  задается цветом контура и  области внутри этого контура.

Принцип кодирования графической информации в векторной графике принципиально отличается от растровой. В векторной графике все изображения описываются в виде математических объектов - контуров. Каждый контур представляет собой независимый объект, который можно перемещать, масштабировать, изменять множество раз. Все линии определяются начальными точками и формулами, описывающими сами линии. Поэтому при изменении размера рисунка пропорции и очертания всегда точно выдерживаются. Векторную графику часто называют также объектно-ориентированной графикой, так как изображение состоит из отдельных объектов - прямых и кривых линий, замкнутых и разомкнутых фигур, прямоугольников, эллипсов и т.п., каждый из которых имеет свои характеристики цвета, толщины контура, стиля линии и т.д 

              При редактировании элементов  векторной графики Вы изменяете  параметры прямых и изогнутых  линий, описывающих форму этих  элементов. Вы можете переносить  элементы, менять их размер, форму  и цвет, но это не отразится  на качестве их визуального  представления. Векторная графика  не зависит от разрешения, т.е. может быть показана в разнообразных  выходных устройствах с различным  разрешением без потери качества.

          Векторная графика описывает  изображение с помощью математических  формул. По своей сути любое  изображение можно разложить  на множество простых объектов, как то - контуры, графические примитивы  и т.д. Любой такой простой объект  состоит из контура (на рисунке  изображен красным цветом) и заливки (синий цвет).

Векторное представление заключается в описании элементов изображения математическими кривыми с указанием их цветов и заполняемости (вспомните, круг и окружность - разные фигуры). Красный эллипс на белом фоне будет описан всего двумя математическими формулами - прямоугольника и эллипса соответствующих цветов, размеров и местоположения. Очевидно, такое описание займет значительно меньше места, чем в первом случае. Еще одно преимущество - качественное масштабирование в любую сторону. Увеличение или уменьшение объектов производится увеличением или уменьшением соответствующих коэффициентов в математических формулах. К сожалению 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. Кроме того, перевод изображения из растрового в векторный формат (например, программой Adobe Strime Line или Corel OCR-TRACE) приводит к наследованию последним невозможности корректного масштабирования в большую сторону. От увеличения линейных размеров количество деталей или оттенков на единицу площади больше не становится. Это ограничение накладывается разрешением вводных устройств (сканеров, цифровых фотокамер и др.).

Векторное изображение

           Векторное изображение представляет  собой совокупность отрезков  кривых линий, которые описывают  математическими выражениями, и  цветных заливок. Иначе говоря, чтобы  компьютер нарисовал прямую линию, нужны координаты двух точек, которые соединяются по кратчайшему  пути; для дуги задаются координаты  центра окружности и радиус, и  т. д. Таким образом, векторная иллюстрация  — это набор геометрических  примитивов (простейших объектов, таких, как линии, окружности, многогранники  и т. п.) — сплайнов, используемых для создания более сложных изображений. Отсюда и основное достоинство векторных форматов — компактность получаемых файлов и высокое качество изображений, причем независимо от разрешающей способности устройства отображения. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 Достоинства и недостатки векторной графики

Достоинства.

            К достоинствам векторной графики, относится то, что 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, используя которые, программа всякий раз воссоздает  изображение заново.  Кроме того, описание цветовых характеристик  почти не увеличивает размера файла. Объекты векторной графики легко трансформируются, причем практически без ущерба для качества изображения.

          Векторные изображения, не содержащие  растровых объектов, занимают относительно небольшой объем памяти компьютера. Даже векторные рисунки, состоящие из тысяч примитивов, требуют память, объем которой не превышает нескольких сотен килобайтов. Для аналогичного растрового рисунка необходима в 10-1000 раз большая память. 
Векторные объекты задаются с помощью описаний. Поэтому, чтобы изменить размер векторного рисунка, нужно исправить его описание. Например, для увеличения или уменьшения эллипса достаточно изменить координаты левого верхнего и правого нижнего углов прямоугольника, ограничивающего этот эллипс. И снова для рисования объекта будет использоваться максимально возможное число элементов (видеопикселей или точек). Следовательно, векторные изображения могут быть легко масштабированы без потери качества.

 

Недостатки.

Прямые линии, окружности,эллипсы и дуги являются основными компонентами векторных рисунков. Поэтому до недавнего времени векторная графика использовалась для построения чертежей, диаграмм, графиков, а также для создания технических иллюстраций. С развитием компьютерных технологий ситуация несколько изменилась: сегодняшние векторные изображения по качеству приближаются к реалистическим. Однако векторная графика не позволяет получать изображения фотографического качества. Дело в том, что фотография — мозаика с очень сложным распределением цветов и яркостей пикселей и представление такой мозаики в виде совокупности векторных примитивов — достаточно сложная задача. 
             Векторные изображения описываются десятками, а иногда и тысячами команд. В процессе печати эти команды передаются устройству вывода (например, лазерному принтеру). При этом может случиться так, что на бумаге изображение будет выглядеть совсем иначе, чем хотелось пользователю, или вообще не распечатается. Дело в том, что принтеры содержат свои собственные процессоры, которые интерпретируют переданные им команды. Поэтому сначала нужно проверить, понимает ли принтер векторные команды данного стандарта, напечатав какой-нибудь простой векторный рисунок. После успешного завершения его печати можно уже печатать сложное изображение. Если же принтер не может распознать какой-либо примитив, то следует заменить его другим — похожим, понятным принтеру. Таким образом, векторные изображения иногда не печатаются или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы.

 

 

1.2 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. Несомненно, что применение компьютеризации для этих целей – дело не далекого будущего, а уже настоящего времени. Последнее, конечно, в большой мере зависит от количества денежных средств, вкладываемых с этой целью.

Наука и инженерия

Системы CAD/CAM используются сегодня в различных областях инженерной конструкторской деятельности от проектирования микросхем до создания самолетов. Ведущие инженерные и производственные компании, такие как Boeing, в конечном счете двигаются к полностью цифровому представлению конструкции самолетов.

Архитектура является другой важной областью применения для CAD/CAM и совсем недавно созданных систем класса walkthrough (прогулки вокруг проектируемого объекта с целью его изучения и оценки). Такие фирмы, как McDonald's, уже с 1987 года используют машинную графику для архитектурного дизайна, размещения посадочных мест, планирования помещений и проектирования кухонного оборудования. Есть ряд эффектных применений векторной графики в области проектирования стадионов и дизайна спортивного инвентаря, новый парк в Балтиморе (Baltimore Orioles'Camden Yards Park).

Медицина стала весьма привлекательной сферой применения компьютерной графики, например: автоматизированное проектирование инплантантов, особенно для костей и суставов, позволяет минимизировать необходимость внесения изменений в течение операции, что сокращает время пребывания на операционном столе (очень желательный результат как для пациента, так и врача). Анатомические векторные модели также используются в медицинских исследованиях и в хирургической практике.

Научные лаборатории продолжают генерировать новые идеи в области визуализации. Задача сообщества компьютерной графики состоит в создании удобных инструментов и эффективных технологий, позволяющих пользователям продолжать научные изыскания за границей возможного и безопасного эксперимента. Например ,проект виртуального туннеля NASA Ames Research Center переносит аэродинамические данные в мир виртуальной реальности, интерес к которой значительно вырос в девяностые годы. NASA Ames было одним из пионеров в использовании и развитии технологий погружения людей в мнимую реальность. Специалисты NASA занимались разработкой специальных шлемов и дисплеев, трехмерных аудиоустройств, уникальных устройств ввода для оператора и созданием соответствующего программного обеспечения. Возник ряд компаний, занимающихся виртуальной реальностью, например: Fakespace, Cristal River Engineering и Telepresence Research.

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

Искусство, развлечения и бизнес

Согласно проведенным мною исследованиям, вплоть до начала девяностых годов доходы от использования векторной графики в научно-инженерных приложениях были значительно выше, чем доходы в области бизнеса и других областях, непосредственно не связанных с наукой. Однако в 1991 году доходы были поделены в равной степени, а баланс теперь устойчиво сдвигается в сторону нетехнических приложений. Я считаю, что к 1998 году около двух третей всех доходов от компьютерной графики поступит именно из нетехнических областей применения. Некоторые из этих применений получили настолько широкое распространение, что возникли споры, насколько они действительно являются машинной графикой. Например, мультимедиа воспринимают отдельно от машинной графики, что, однако, не так, вследствие явного доминирования графических изображений.

"Классическая" векторная графика до сих пор  используется в различных приложениях  бизнеса, включая разработку концепции, тестирование и создание новых  продуктов, но бизнес также стал  лидирующим потребителем систем  мультимедиа, например, в обучении  или маркетинговых презентациях. Графика все шире проникает  в бизнес - сегодня фактически  нет документов, созданных без  использования какого-либо графического  элемента. Соответствующее программное  обеспечение специально разработано, чтобы позволить пользователям  сконцентрироваться больше на  содержании, а не на графическом  исполнении.

Грядет всплеск использования графики в анимации, особенно в области индустрии развлечений. Кинофильм Стивена Спилберга "Парк Юрского периода" установил в 1993 году новый стандарт фотореализма в графике. Этот фильм не единичный случай применения 3D графики в кино, и Голливуд расширяет сферу использования специальных эффектов машинной графики, только в 1994 году выпустив несколько высокохудожественных фильмов: "The Lion King", "The Mask", "True Lies" и "Forrest Gump".

Виртуальная реальность находит свою нишу в индустрии развлечений и видеоиграх. Число виртуальных галерей и развлекательных парков быстро растет. По моим оценкам 30% (то есть 144 млрд. долл.) всего дохода от использования систем виртуальной реальности было получено в прошлом году именно от разного рода игр, и доходы от этих применений будут расти.

Лаборатория Media Lab МТИ является уникальным исследовательским центром разработки совершенных систем взаимодействия "человек-компьютер". Например, система News в проекте Future использует последние достижения в области графики, реконструкции звука и изображений, а также моделировании различных объектов для представления новых результатов исследований и их презентации в виде соответствующих текстов, графики, аудио и видео.

 

 

 

1.3 Основной принцип построения  графических объектов

 

Этот принцип основывается на том, что изначально структуру изображения составляет именно векторное очертание. Это в равной степени относится как к 2D, так и к 3D изображениям. То есть, не возникает совершенно никаких проблем при необходимости вывести на распечатке маленькое или большое по разрешению изображение. Растровое изображение этим похвастать не может. Хорошо, когда у Вас растр достаточно емкий. Но если это мизерное изображение сосканированной с журнала фотографии (что убивает качество наповал), то это уже проблема. Хотя существуют программы, обеспечивающие трассировку растра в вектор, но корректно, скажем, перевести полноцветную фотографию человеческого лица в векторное изображение они не могут. В любом случае полученный вектор не сможет передать всю тонкость и глубину красок полноцвета растрового изображения. Даже если при переводе в вектор установить настройки, наиболее точно передающие мелкие детали и градации цвета, все равно при необъятном размере векторного файла итог будет одинаково не идеальным. Положение круто меняется, когда вектор экспортируется в растровое изображение. Здесь почти нет пределов для величины разрешения растра, и при этом он остается одинаково качественным.

Т.е. векторное изображение строится на примитивных графических объектах, построенных из векторов: линия, прямоугольник, круг, дуга, замкнутая линия и т.д. Например, основой для большинства сложнейших 3D-фигур является треугольник, из множества которого состоит вся объемная фигура. Группа примитивов и есть векторный рисунок.

В наше время очень распространена трехмерная графика (3D). На базе трехмерных векторных редакторов строятся сложнейшие сцены. Эту область несомненно нельзя заменить ни чем другим. Как бы талантливы и усидчивы вы не были, нарисовать кистью растрового редактора изображение трехмерного объекта невозможно. Есть немало людей которые пытаются это опровергать, но это не тема для разговора. Просто нужно ценить и понимать что разные технологии компьютерной графики специализированы в разных направлениях и безвкусно смешивать их, или заменять одну другой - глупое упрямство. А вот грамотно комбинировать их можно и нужно. В эпоху современных технологий широко используются возможности компьютерной графики. Это знаменитые кинофильмы (часто отмеченные премией "Оскар"), диснеевские мультфильмы, компьютерные игры и многое другое. Кроме того, компьютерная графика положительно зарекомендовала себя на страницах различных газет и журналов. В настоящее время невозможно представить себе полиграфию без компьютерной графики. Само формирование компьютерных объектов, регулировка цветового баланса, создание любых цветовых и объемных эффектов делают изображение ярким и неповторимым.

Сцена 3D-моделей строится на пакетах трехмерного моделирования и в последующем может визуализироваться с любых точек просмотра в 2D-изображение. При этом есть возможность любых изменений освещения, форм объектов, перспективных деформаций, регулировки параметров материалов и атмосферных эффектов компьютерной трехмерной сцены.

Можно создать не только трехмерные стандартные объекты – куб, рюмка и т.д., но и более сложные объекты, скажем, зверюшек, а также различных персонажей и т.д. и т.п..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Программы и форматы векторной графики

 

В настоящее время создано множество пакетов иллюстративной графики, которые содержат простые в применении, развитые и мощные инструментальные средства векторной графики, предназначенной как для подготовки материалов к печати, так и для создания страниц в интернете.

Для создания графического объекта потребуется программа иллюстративной векторной графики. Качество и полезность средств векторной графики определяются главным образом возможностями масштабирования.

Пакеты векторной или иллюстративной графики всегда основывались на объектно-ориентированном подходе, позволяющем рисовать контуры объектов, а затем закрашивать их или заполнять узорами. Вы можете очень точно воспроизводить эти контуры, задавая любой размер, поскольку они формируются при помощи математической модели из точек и кривых, а не как растровые изображения - в виде сетки, заполненной прямоугольными пикселями.

К числу новых возможностей, обнаруженных нами в этой категории изделий, относится многоцветная градиентная закраска. Такие примитивы, как многоугольники, звезды и спирали, стали обычными атрибутами подобных пакетов. Связанные цвета позволяют заменить красный цвет розы на желтый, изменив только базовый цвет; все связанные оттенки изменятся автоматически. Многослойные интерактивные цветные "диапозитивы" обеспечивают ранее недостижимую глубину и вы можете преобразовывать векторные изображения в растровые в рамках векторного графического файла. Если вчерашние пакеты векторной графики позволяли только помещать растровое изображение в ваш файл, то с помощью современных программ можно встраивать представленные в растровой форме изображения, изменять их размеры и даже накладывать специальные эффекты и маски. Это облегчает процесс получения окончательного изображения средствами многослойной графики - объединением векторных и растровых файлов необходимым, для создания логотипов, печатных рекламных объявлений и картинок для Web.

Из всех новшеств наибольший интерес представляют фирменные внешние модули Web, обогащающие Сеть средствами векторной графики и навигации. Файл векторной графики неизмеримо меньше растрового файла для такого же изображения и это позволяет увеличивать масштаб фрагментов изображения до 25 тыс. процентов. Теперь появилась возможность назначать URL (унифицированный указатель ресурса) любому объекту.

Принципы, лежащие в основе последних пакетов, полностью меняют представления о векторной графике. CorelXara 1.5 реализует качественно новый подход к визуализации, располагает потрясающими средствами создания выходных файлов .GIF и JPEG и феноменально быстрым внешним модулем браузера для работы с векторной графикой. Пакет Expression 1.0 фирмы Fractal Design позволяет строить контуры из других сложных векторных графических изображений, предоставляя в распоряжение пользователя бесконечное разнообразие визуальных возможностей, недостижимое с помощью других программ.

В отличие от предназначенного для начинающих пользователей программного обеспечения настольных издательских систем или программ редактирования фотоизображений, где, как правило, содержатся наиболее часто используемые средства редактирования, графические пакеты для новичков обычно ориентированы на решение конкретных задач, например построение диаграмм или техническое черчение. Приобрести навыки свободного рисования кривых Безье трудно даже для профессионала; не менее сложно освоить и основные принципы машинного черчения, например изображение разрезов и сечений. Кроме того, многие начинающие пользователи не ощущают различий между растровой и векторной графикой и могут не знать, в каких случаях какими пакетами пользоваться. По этим причинам начинающие должны соизмерять свои задачи с возможностями программы и переходить к полнофункциональному пакету рисования, только когда будут готовы к этому.

В большинстве случаев для создания простых иллюстраций начинающим достаточно уметь работать с теми программными средствами, которые, возможно, у них уже имеются. Комплекты программ Microsoft, Corel и Lotus содержат инструменты рисования в своих модулях текстового процессора и презентационной графики, а также библиотеки клипартов. В Microsoft Office 97 предусмотрена новая линейка заданий, содержащая множество вариантов выбора для создани рисунков, логотипов и текста при работе с разными приложениями. Кроме того, с помощью функций AutoShape можно создавать большое число стандартную форм и даже символов для построения диаграмм (которые могут отбрасывать тени или даже получаться с помощью "экструзии" и благодаря этому приобретать объемность), а галерея WordArt предоставляет интересные и цветные стили текста, которыми можно пользоваться для заголовков или ярлыков.