Лекція з курсу «Комп’ютерна графіка»

Лекція з курсу «Комп’ютерна графіка»
Автор: доцент кафедри інноваційних та інформаційних технологій в освіті Бойчук В.М.
Лекція: «Основні поняття векторної графіки»
Технічне й програмне забезпечення лекції:

• 
  персональний комп’ютер;
  
• 
  операційна система Windows XP;
  
• 
  мультимедійний проектор;
  
• 
  інтерактивна дошка;
  
• 
  плакати із зображенням кольорового круга, діаграми кольоровості та колірних моделей.
  

Література:

1. 
   Артамонов И.Д. Иллюзии зрения. – М., 1964. – 104 с.
   
2. 
   Глушаков С.В., Кнабе Г.А. Компьютерная графика: Учебный курс / Шеф-ред. С. В. Глушаков; Худож.-оформ. А.С. Юхтман. – Харьков: Фолио; М.: ООО «Издательство АСТ», 2001. – 500с.
   
3. 
   Горобець С.М. Основи комп’ютерної графіки: Навч. пос. для студ. вищих навч. закл. / За ред. М.В. Левківського. – К.: Центр навчальної літератури, 2006. – 232 с.
   
4. 
   Інженерна та комп’ютерна графіка: Підручник / В.Є. Михайленко, В.М. Найдиш та ін. За ред. В.Є. Михайленка. – 2 вид., перероб. – К.: Вища школа, 2001. – 350 с.
   
5. 
   Порев В.Н. Компьютерная графика. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 432 с.: ил.
   
6. 
   Комп’ютерний журнал «Компьютеры+программы»
   
7. 
   Комп’ютерний журнал «Мой компьютер»
   

Векторна графіка ■-■ не спосіб представлення графічної інформації, який базується на геометрії кривих. В якості ос­новних елементів обрані криві Безьс — параметричні криві третього порядку (рис. (Ї8). Ці криві розроблені французі.ким математиком Пером Бсзьє і використовувались у 60-х рр. (фірмою "Реігсг для розрахунку форм корпусів автомобілів.

Усі зображення описуються у вигляді математичних об'єкт ів -■ контурів, кожен з яких можна вільно трансформу­вати. Векторні зображення складаються з контурів. Контури складаються з одного чи декількох суміжних сегментів, обме­жених вузлами (рис. 69).

Сегменти можуть мати прямолінійну або криволінійну форму. Форма сегменту обумовлюється тином вузлів, що його обмежують. Вони можуть бути опуклими чи кутовими. В опуклому вузлі контур утворює плавний перегни, в кутовому -■■ злам. Якщо сегмент хоча б з одного боку буде обмежений опуклим вузлом, він буде криволінійним. Для того, щоб сег­мент' був прямолінійним, він повинен бутті обмежений по обидва боки тільки кутовими вузлами. Для зручного уп-

С.М. Горобець ОСНОВИ КОМП'ЮТЕРНОЇ ГРАФІКИ

равління кривизною сегментів вузли мають керуючі лінії. Змінюючи їхнє розташування і довжину, можна дати сегмен­там довільний вигин, а значить — усьому зображенню бажану форму (рис. 70).



Рис. 70. Зміна форми сегментів за допомогою керуючих ліній





Рис. 71. Види заливки



Замкнені контури (наприклад, багатокутні, еліптичні і т.ін.) можуть мати заливку, тобто їхній внутрішній простір мо­же бу™ заповнений довільним кольором Програми ілюстру­вання здатні підтримувати не тільки суцільні, а й більш складні типи заливки — градієнтні (плавний перехід від одно­го кольору до іншого) або візерункові (заливка повторюваним малюнком) (рис. 71). Деякі програми дозволяють створювати текстурні заливки, тобто заливання малюнками, схожими на будь-які матеріали.

Будь-які контури можуть мати обведення. Контур — по­няття математичне і товщини він не має. Щоб зробити контур видимим, йому додають обведення — лінію заданої товщини і кольору, проведену чітко по контуру (рис. 72). Якщо не вказа­но іншого, то всім новозбудованим лініям задається однакова товщина, але за бажанням обведення можна змінити — створи­ти пунктирну, градієнтну чи художню лінію.

Контури, заливання й обведення — основа побудови век­торного зображення. Всі компоненти векторного зображення описуються математично, а значить — абсолютно точно. Чим більша кількість контурів міститься в зображенні, тим воно виглядає більш живим і деталізованим. Однак з іншого боку, чим більше контурів, тим більше обчислень необхідно зроби­ти для побудови зображення, тому що після кожної внесеної зміни все зображення цілком перераховується.

Векторні зображення, як правило, будуються вручну, од­нак у деяких випадках вони можуть бути отримані з растрових за допомогою програм трасування.

Векторні зображення не в змозі забезпечити близьку до оригіналу реалістичність, але вони компактні і, оскільки скла­даються з "математичних моделей", то допускають вільне мас-штабування без втрати якості. Перевагою векторних зобра­жень є також простота редагування.

Слід зазначити, що всім відомі шрифти Truc Туре — при­клад векторних зображень. Саме тому вони не втрачають своєї якості при будь-якому масштабуванні (рис. 73).

....... Векторні зображення

виводяться на дисплей чи принтер, які є растровими пристроями, тому в кожно­му випадку таке зображен­ня раструється, тобто роз­раховується його растрова

Рис. 73. Контури літер в шрифтах True Туре КОПІЯ 3 потрібною роздІЛЬ-

настільки якісно, наскільки якісно конкретний пристрій змо­же його відобразити чи надрукувати.

Файли векторного формату містять опис зображення у ви­гляді набору команд для побудови графічних об'єктів (ліній, прямокутників, еліпсів і т.ін.), але різні векторні формати відрізняються набором команд і спотам їхнього кодування.

Наприклад, для побудови зображення кола використову­ються такі векторні команди:

коло X, У, <�радіус>, <�товщина>, <�тип> — намалювати ко­ло, де (X, У) — екранні координати центру, <�радіус> — радіус у пікселях, <�товщина> — товщина контуру в пікселях, <�тип> — тип контуру (суцільний чи пунктир).

Колір малювання <�колір> — установити поточний колір малювання <�колір>.

Колір зафарбовування <�колір> — установити поточний колір зафарбовування <�колір>.

Наприклад, роздільна здатність дисплея — 640x480. Коорди­нати малюнка задаються в декартовій прямокутній системі коор­динат, початок якої знаходиться в лівому верхньому куті екрана.

Рішення:

коло: 400, 200, 250, 3, суцільний контур; колір малювання: чорний; колір фарбування: білий.


Переваги та недоліки векторної графіки

При кодуванні зображень, які можна представити у ви­гляді простих елементів (ліній, прямокутників, гладких кри­вих) векторна форма значно компактніша, ніж растрова. Це відбувається за рахунок того, що при кодуванні векторного зо­браження зберігається не саме зображення об'єкта, а його ма­тематична модель. При цьому у файл заносяться записи лише про вид математичних функцій та їх коефіцієнти.

Оскільки в файлі зберігається інформація про форму об'єкта, то будь-яка трансформація цього об'єкту не призво­дить до викривлення його форми. Ця властивість векторного виду представлення інформації є незамінною в інженерній графіці при побудові креслень.

Недоліком векторної графіки є програмна залежність. Кожна програма кодує графічні образи за своїми правилами та алгоритмами. Наприклад, повшрений серед користувачів формат *.cdr програми Corel Draw не описаний і не є стандарт­ним, тому інші програми можуть розшифровувати його код по-різному. Іноді виникає необхідність конвертування файлів

Є" 81

з одного формату в інший для того, щоб програми могли пра­вильно відтворити зображення.

Векторна графіка обмежена в суто художніх засобах, тому створити фотореалістичне зображення її інструментами прак­тично неможливо. Наприклад, дуже важко фотореалістично описати математичними функціями мільони волосинок на портреті пухнастого котика Мурчика і практично неможливо описати об'єкти без чітко визначених границь такі як туман, пара, вогонь.

Крім того, векторний принцип опису зображення не доз­воляє елементарно автоматизувати введення графічної інфор­мації, як це робить сканер для растрової графіки.
Найбільш поширені редактори векторної графіки

Коротко охарактеризуємо найбільш поширені редактори, які можна застосовувати для обробки векторних графічних зо­бражень.

Corel Draw — продукт Corel Corporation, який по-праву можна вважати одним з найкращих редакторів векторної графіки. Цей редактор здатний виконувати всі операції, не­обхідні при роботі з векторними об'єктами. Має великий арсе­нал різноманітних ефектів, широкі можливості для роботи з текстом, при потребі може навіть провести первинну корекцію растрових зображень. Повністю сумісний з продуктами Microsoft Office. Серед останніх нововведень можна виділити "Розумний інструмент малювання" (Smart Drawing tool), який автоматично розпізнає форми, зглажує криві та інтерпретує малюнки, виконані від руки. Безперечною перевагою даного редактора є простота та інтуїтивна зрозумілість інтерфейсу програми (рис. 75).

Серед інших професійних редакторів векторної графіки можна назвати FreeHand (продукт компанії Macromedia Inc.),

Adobe Illustrator (продукт компанії Adobe Systems Inc.) та Xara X (продукт Xara Group Ltd). За своїми можливостями ці програми подібні до Corel Draw, але кожна з них має свої особ­ливості. Наприклад, FrceHand може підключати додаткові мо­дулі ефектів для векторних об'єктів, що значно розширює можливості програми. Adobe Illustrator має інтерфейс, подібний до Adobe Photoshop, що прискорює оволодіння на­вичками роботи з програмою тим, хто добре знайомий з Photoshop. Але істотним недоліком Adobe Illustrator є заве­ликі вимоги до швидкодії комп'ютера.

Особливо слід відзначити графічний редактор Xara X. За функціональними можливостями він практично не посту­пається іншим професійним програмам (рис. 76). Крім цього, після інсталяції Xara X займає лише 32 Мб дискового просто­ру, що в порівнянні з іншими редакторами в 5-10 разів менше


(наприклад, Corel Draw займає біля 250 Мб). Також треба за­значити невибагливість редактора до швидкодії системи, що дозволяє використовувати його навіть на комп'ютерах з 32 Мб оперативної пам'яті.

Унікальною особливістю програми є можливість створен­ня анімації. А таких чудових інтерактивних інструментів за­ливки, прозорості та тіні досі не має жодна з програм-конкурентів.

Основні інструменти роботи з растровою графікою

Розглянемо деякі інструменти, необхідні при роботі з век­торними зображеннями. Для прикладу обрані графічні редак­тори Corel Draw та Xara X. Чому саме вони? Тому, що Corel

84

Draw — багатофункціональних редактор, який широко засто­совується професійними дизайнерами, a Xara X — мініатюрна, але не менш могутня альтернатива, яка мало чим поступається визнаному гранду. У обох редакторів є всі необхідні інстру­менти для векторного малювання та для простого редагування растрових зображень. Вони мають розвинені засоби керування файлами, дозволяють малювати від руки, підтримують спец­ефекти, в тому числі тривимірні, пропонують розширені мож­ливості по роботі з текстом.

Всі основні робочі інструменти цих редакторів зібрані на окремій панелі — панелі інструментів (рис. 77). З рисунка вид­на подібність умовних позначень однакових інструментів в обох редакторах.


Оскільки графічні редактори векторної графіки працюють з конкретними об'єктами чи групами об'єктів, то основним інструментом є інструмент вибору об'єкта (селектор). Обра­ний об'єкт можна цим же інструментом переміщувати, оберта­ти, нахиляти, масштабувати (рис. 78).

Для створення та редагування векторних об'єктів викори­стовується широка гама інструментів, основні з яких наведені в табл. 4.

Таблиця 4

Основні інструменти створення та редагування векторних об'єктів в графічних редакторах Corel Draw та Xara X

Запитання для самоконтролю

1. 
   За якими принципами кодуються зображення у векторній формі?
   
2. 
   Назвати основні об'єкти-примітиви, якими оперує векторна графіка, та їх властивості.
   
3. 
   Що відбувається при масштабуванні векторних та растрових зображень?
   

4. Які переваги та недоліки векторної графіки?

5. 
   Назвіть основні пакети прикладних програм для роботи з век­торною графікою.
   
6. 
   Основні інструменти та принципи роботи з векторними зоб­раженнями.
   
7. 
   Які основні наслідки процесу переведення растрових зобра­жень в векторні?