Программы работы с векторной графикой

     Содержание
     Введение	3
     1. Понятие векторной графики	5
     2. Программы работы с векторной графикой	8
     3. Основной принцип построения графических объектов в векторной графике	10
     Заключение	12
     Список использованной литературы	14


     Введение
     Компьютерная графика можно сказать появилась почти с того момента, когда появились первые ЭВМ, и в настоящее время – это неотделимая часть мировых технологий. Самое первое представление данных на мониторе компьютера в виде графики впервые было осуществлено в середине 50-х гг. Такое представление данных было реализовано на больших ЭВМ, которые были использованы в научных и военных исследовательских работах. Изначально это была всего только векторная графика, в которой изображение строилось в виде так называемых «векторов», то есть функций, позволявшие подсчитать, где расположена точка на экране или на бумаге. Совокупность таких «векторов» и составляют векторное изображение.
     Но наука не стоит на месте и компьютерная технология постоянно развивается. При этом появляется немалое количество приемов построения графических объектов. Графическим объектом можно назвать само графическое изображение или часть такого изображения. Под данным термином могут пониматься различные объекты, это зависит от того какой вид компьютерной графики. Это могут быть как пиксели или спрайты (понятие в растровой графике), так и векторные объекты (круг, квадрат, линия, кривая, эллипс и т.д.)
     Графический способ представления данных в настоящее время стал неотъемлемой особенностью или частью огромного количества компьютерных систем, особенно касаясь персональных компьютеров. На сегодняшний день пользовательский графический интерфейс является стандартным элементом компьютерной системы. Компьютерная графика охватывает полностью все виды и формы представления изображений, которые может воспринимать человек, будь то на мониторе компьютера, или в виде копии на внешних носителях (бумага, ткань и т.д.).
     В зависимости от того, как формируется изображение компьютерная графика бывает следующих видов: растровая, векторная и фрактальная.
     В нашей работе будет рассмотрена одна из видов компьютерной графики – векторная графика.
     Целью написания работы является изучение принципов построения векторных изображений.
     В связи с целью в работе будут решаться следующие задачи:
     - дать понятие векторной графики;
     - рассмотреть программы работы с векторной графикой;
     - рассмотреть основной принцип построения графических объектов.

     1. Понятие векторной графики
     Векторная графика — способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на математическом описании элементарных геометрических объектов, обычно называемых примитивами, таких как: точки, линии, сплайны, кривые Безье, круги и окружности, многоугольники.
     Объекты векторной графики являются графическими изображениями математических объектов.
     Применение векторной графики довольно таки популярно в любой сфере деятельности человека. Это начиная от подготовки документов и дизайна печатных изданий заканчивая проектированиями самых масштабных и сложных объектов (например, кузовов автомобилей). Отметим, что основные элементы векторной графики – это кривые Безье – были разработаны как раз таки для проектирования автомобильных кузовов инженером Пьером Безье, работавшим в автомобилестроительной компании Renault. 
     В векторной графике, как было уже отмечено выше, изображения представляются в виде геометрических примитивов (точки, прямые, кривые, круги, прямоугольники, ломаные и т.д.). Например, изображение листа дерева имеет описание в виде точек, через которые проходит линия, тем самым очерчивая контур такого листа. Элементы, которые составляют векторное изображение, являются его объектами. Формы, размеры, положение и другие свойства объекта (например, контур фигуры) описываются математическими формулами. Такие формулы по своему составу довольно таки сложные, но обычный пользователь с ними не может столкнуться. Пользователь просто создает какой-либо объект, а нужную математическую формулу для описания объекта формирует сама программа, которая и будет храниться в итоговом файле. 
     Когда элементы векторной графики редактируются, параметры прямых и кривых линий, которые описывают форму данных элементов, изменяются. Элементы можно переносить, поменять их размеры, форму и цвет, и при этом на качестве их визуального представления это никак не отразится. В отличие от растровой графики, векторная не зависит от разрешения, то есть она может быть представлена в различных выводных устройствах с любым разрешением, при этом не теряя своего качества.
     Если говорить о достоинстве векторной графики, сюда можно отнести ее экономность в объемах дискового пространства, которое необходимо для хранения графических объектов. В первую очередь это связано с тем, что в памяти компьютера сохраняется не само изображение, а всего лишь некоторые основные данные этого изображения, при использовании которых программа каждый раз воссоздает объект заново. Кроме того, при описании графического объекта цветовыми характеристиками, размер файла практически не увеличивается. Объекты векторной графики легко поддаются трансформированию, при этом качество изображения не ухудшается.
     Недостатком же векторной графики является то, что она не позволяет получить изображения фотографического качества. Это связано с тем, что фотография – это мозаика с достаточно сложной цветовой гаммой, то есть она представлена в виде пикселей, заполненных различными цветами. И представить такую мозаику в векторной графики с помощью её примитивов очень сложная задача. Векторное изображение описывается десятками, а то и тысячами команд. И в процессе печати такие команды передаются устройству вывода (например, струйному принтеру). Но здесь может случиться такое, что изображение, выводимое на бумагу, будет смотреться иначе, или вообще может не распечататься. 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.
     


     2. Программы работы с векторной графикой
     На сегодняшний день существует различное количество пакетов иллюстративной графики, в содержании которых имеются простые к использованию развитых и мощных инструментов векторной графики, предназначенных исключительно не только для подготовки материалов к печати, а также и для создания страниц интернет-сайтов.
     Для того, чтобы создать графический объект, пользователю понадобятся программы иллюстративной векторной графики. 
     Основа пакетов векторной графики лежит на объектно-ориентированном подходе, который позволяет представлять контуры объектов, а после чего заливать их или наполнять различными узорами. Контуры можно нарисовать очень точно, при этом задавать любой размер, так как они формируются за счет математических моделей из точек и кривых.
     Принципы, которые лежат в основе последних графических пакетов, в совершенстве модифицируют представления о векторной графике. Например, в графическом пакете CorelXara реализуется качественный подход к визуализации, также есть потрясающие средства создания выходных файлов расширения типа .gif и .jpeg и кроме того эта программа отличается быстрым внешним модулем браузера работы с векторной графикой. В другом графическом пакете Expression фирмы Fractal Design контуры возможно строить из других более сложных векторных графических изображений, при этом пользователь может располагать всеми разнообразными визуальными возможностями, которые в других пакетах невозможно достичь.
      Графические пакеты отличаются от программного обеспечения настольных издательских систем или программ редактирования фотоизображений, в которых обычно присутствуют многократно применяемые средства редактирования, тем, что для новичков в них обычно решаются конкретные задачи. Например, построение диаграмм или инженерное черчение. Даже для профессионала является трудным рисовать свободно кривые Безье, также не менее сложным является и освоение основных принципов машинного черчения, например изображение разрезов, сечений и т.д. Очень многие начинающие пользователи разницы между векторной и растровой графикой не ощущают и не знают, в каком случае нужно применять тот или иной пакет.
     Начинающему пользователю бывает достаточно уметь работать с программами, которые у них имеются, чтобы создать простые иллюстрации. В программных комплектах Microsoft, Corel и Lotus имеются средства рисования, достаточных для создания графических изображений, кроме того в них есть и библиотека клипартов. К примеру в Microsoft Office есть линия задач, содержащая огромное количество вариантов выбора для создания изображений, логотипов и текста при работе с различными приложениями. Кроме всего этого, существующая функция AutoShape помогает создать огромное количество стандартных форм и символов для построения диаграмм. А в галерее WordArt имеются интересные и цветные стили текста, которые пользователь может использовать для создания заголовков или ярлыков.
     Для реализации технических задач можно порекомендовать такие графические пакеты для создания диаграмм как FlowCharter фирмы Micrografx или Visio Professional фирмы Visio Corp. Если начинать работу в системе автоматизированных проектов (САПР), то здесь существуют пакеты, которые вполне доступны по цене и по своим возможностям. К ним можно отнести AutoCAD фирмы Autodesk или Design CAD фирмы ViaGrafx. 
     При подготовке чертежей для небольших проектов в строительстве, например реконструкции этажа дома или модернизации кухни можно использовать такие графические пакеты как и Draftix фирмы SoftDesk, Visual Home фирмы Books That Work или 3D Home Architect, Edition фирмы Broderbund Software.


     3. Основной принцип построения графических объектов в векторной графике
     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.

     Заключение
     В данной работе была рассмотрена одна из видов компьютерной графики – векторная графика, были рассмотрены основные принципы построения графических объектов в векторной графике и были достигнуты задачи, которые были поставлены в начале работы.
     Таким образом, можно сделать такие выводы:
     Векторная графика — способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на математическом описании элементарных геометрических объектов, обычно называемых примитивами, таких как: точки, линии, сплайны, кривые Безье, круги и окружности, многоугольники
     Применение векторной графики довольно таки популярно в любой сфере деятельности человека. Это начиная от подготовки документов и дизайна печатных изданий заканчивая проектированиями самых масштабных и сложных объектов (например, кузовов автомобилей). Отметим, что основные элементы векторной графики – это кривые Безье – были разработаны как раз таки для проектирования автомобильных кузовов инженером Пьером Безье, работавшим в автомобилестроительной компании Renault. 
     К достоинствам векторной графики можно отнести ее экономность в объемах дискового пространства, которое необходимо для хранения графических объектов. 
     Недостатком же векторной графики является то, что она не позволяет получить изображения фотографического качества. Это связано с тем, что фотография – это мозаика с достаточно сложной цветовой гаммой, то есть она представлена в виде пикселей, заполненных различными цветами.
     Векторное изображение состоит из объектов – геометрических форм, составленных из прямых, дуг окружности и кривых Безье. Во всех векторных форматах объекты могут варьировать толщину и цвет контура, а замкнутые объекты – еще и цвет заливки. Объекты могут накладываться, частично или полностью заслоняя друг друга. В качестве отдельных объектов могут включаться растровые изображения и строки или абзацы текста (буквы которых могут также храниться в виде геометрических форм, но допускают и более высокий уровень абстракции – разделение на собственно текст, который можно редактировать, и параметры его оформления). Именно такой базовый набор возможностей предусмотрен в языке PostScript – одном из первых векторных форматов.
     

     Список использованной литературы
     1. Анцыпа, В.А. Растровые и векторные графические изображения / В.А. Анцыпа // Информатика и образование. – 2013. - №7. С. 56-63
     2. Залогова, Л.А. Компьютерная графика: учебное пособие / Л.А. Залогова. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015 г. – 458 с.
     3. Иванов, Д.В. Алгоритмические основы растровой машинной графики / Д.В. Иванов, А.С. Карпов, Е.П. Кузьмин и др. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2010 г. – 456 с.
     4. Порев, В.Н. Компьютерная графика / В.Н. Порев. СПб.: БХВ-Петербург, 2012 г. – 432 с.
     5. Симонович, С.В. Специальная информатика: учебное пособие / С.В. Симонович, Г.А. Евсеев, А.Г. Алексеев. М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2014 г. – 480 с.
     6. Угринович, Н.Д. Информатика и информационные технологии: учебник для 10-11 классов. М.: БИНОМ, 2013 г. – 512 с.
     
     
     
2


.......................