Основы векторной графики

 

 Есть у вектора и важные  практические преимущества: небольшой объем файлов (в сравнении с сопоставимыми растровыми изображениями) и независимость от разрешения устройства вывода. Эти два фактора сделали векторную графику вероятным кандидатом на роль одной из ключевых технологий Интернета. Если до сих пор векторные изображения встречаются на веб-страницах довольно редко, то объяснить это можно, лишь обилием конкурирующих технологий и нежеланием их владельцев открывать доступ к техническим спецификациям своих форматов, – что является одним из обязательных условий их стандартизации Консорциумом W3.

Сегодня, чтобы  не  затеряться  на  просторах Internet и привлечь к себе внимание  пользователей,  никак  нельзя  обойтись без графического оформления  Web-страниц  и  узлов.  Однако  здесь  на  пути разработчиков  возникает  проблема:  графические  технологии  для   Web   не поспевают в своем развитии за другими технологиями, и возможности  в  данной области остаются весьма ограниченными.

В самом деле, два наиболее популярных в  настоящее  время  графических формата Internet -- GIF и JPEG -- являются уже  довольно  старыми.  Конечно, неудачными назвать их никак нельзя,  ведь  сам  факт  столь  длительного  их существования  (например,  версия  GIF89a  используется  с   1989   г.)   -свидетельство этому. Но, с другой стороны, вряд ли можно  поспорить  с  тем, что возможности  данных  форматов  не  отвечают  современным  требованиям  в области графики. Так, формат GIF поддерживает только 256-битовый цвет,  а  в случае применения  формата  JPEG  при  большой степени  сжатия  существенно снижается качество изображения.  Кроме  того,  еще  в  1995  г.  возможность свободного использования GIF оказалась под вопросом, когда компании  Unisys,

которой принадлежит реализованный в этом  формате  алгоритм  сжатия  LZW,  и CompuServe,  разработавшей  сам  формат,  собрались   взимать   лицензионные отчисления с каждой программы, использующей его5.

В  сложившейся  ситуации  группа  независимых  разработчиков  Internet приняла решение о разработке формата, который  соответствовал  бы  или  даже превосходил по своим возможностям GIF, но был при этом простым в создании  и полностью  мобильным.  Новый  формат  получил  название   Portable   Network Graphics (PNG) и был одобрен консорциумом W3C в 1996 г. В  декабре  прошлого года появилась его обновленная версия -- PNG 1.1. Формат PNG поддерживает 48-битовые цветные  и  16-битовые  черно-белые изображения и обеспечивает более быструю их загрузку,  чем  формат  GIF.  Он также включает в себя немало дополнительных  возможностей,  например  альфа- каналы (alpha channel), позволяющие устанавливать уровень  прозрачности  для каждого пиксела,  и  гамма-коррекцию.  Механизм  сжатия  изображения  в  PNG

реализован  на  базе  фильтров,  позволяющих  оптимизировать  данные   перед сжатием, и алгоритма LZ77, применяемого в ZIP-архиваторах.

Однако несмотря на ряд преимуществ PNG пока не удалось стать  реальной альтернативой GIF и JPEG. Виной тому было отсутствие  поддержки  со  стороны разработчиков броузеров. Правда, к сегодняшнему  дню  в  данном  направлении произошли существенные сдвиги: начиная с Internet Explorer  4.0  и  Netscape Navigator 4.04 поддержка PNG реализована  непосредственно  в  броузерах;  до этого она обеспечивалась за счет встраиваемых компонентов.  По  мнению  ряда специалистов, вскоре можно ожидать широкого распространения  нового  формата (после массового  перехода  пользователей  на  последние  версии  популярных броузеров).

У дизайнеров популярен формат Shockwave Flash фирмы Macromedia, замечательный своими богатыми интерактивными и анимационными возможностями (один из предков Flash – профессиональный пакет компьютерной анимации Macromedia Director). Приспособленный специально для Интернета, формат этот поддерживает гипертекстовые ссылки, а в дополнение к своей врожденной векторной нетребовательности пользуется сжатием информации на манер утилит-архиваторов. Для просмотра этого формата в браузере нужен подключаемый модуль (plug-in), бесплатно распространяемый фирмой Macromedia. Для отдельных анимированных вставок использовать Flash вряд ли целесообразно, однако существуют сайты, целиком построенные на этой технологии (например, www.oiympic).

Следующим по популярности растровым форматом  для  Web  можно  назвать FlashPix, разработанный группой компаний: Kodak, Hewlett-Packard,  Microsoft и Live Picture. Он базируется на принципах JPEG-компрессии, но содержит  ряд усовершенствований,   которые   позволяют   уменьшить   степень    искажения изображений.  Основное  преимущество  данного  формата – многоуровневая организация  файла.  В  начале загружается  изображение  с   самым   низким разрешением  и  впоследствии,  по  мере  надобности,   подкачивается   более качественная версия. Microsoft избрала модификацию этого формата в  качестве основы для своего растрового редактора PhotoDraw 2000, так что  в  недалеком будущем следует ожидать поддержки его броузером Internet  Explorer,  а  пока просмотр можно осуществлять с  помощью  бесплатных  плагинов,  доступных  на сайте           компании           LivePicture           по           адресу www.livepicture.com/download/clients/lpviewer_win.html. Интересной разработкой обладает  компания  Iterated  Systems,  которая создала свой формат на основе фрактальной компрессии (Fractal Image  Format, FIF), а также выпустила программу преобразования основных форматов в  FIF  и плагины  для  просмотра  сжатых  по  фрактальному  алгоритму  изображений  в основных броузерах. Для статических текстовых документов популярен формат PDF (Portable Document Format, «Переносимый формат документов») фирмы Adobe, разработанный на основе PostScript со сжатием данных, обязательным инкапсулированием растровой графики и шрифтов и с возможностью использования гипертекстовых ссылок и интерактивных форм. Хотя графические возможности PDF ничуть не богаче, чем у PostScript, формат этот удобен для выкладывания в Интернете рекламных брошюр, проспектов, журнальных статей и прочих материалов, либо существовавших ранее в виде бумажных копий, либо предназначенных для распечатывания пользователем6. Особенно удобно то, что формат PDF не привязан к какой-то одной графической программе и системе верстки: печатать на PostScript-принтерах и, следовательно, давать на выходе Postscript умеют все программы без исключения, а конвертация из PostScript в PDF – процедура полностью автоматическая. Программа для чтения этого формата под названием Acrobat Reader распространяется бесплатно и существует как в виде подключаемого модуля для браузера, так и в виде самостоятельного приложения. Консорциум W3 готовит стандарт «языка векторной разметки» VML (Vector Markup Language), использующего синтаксис XML и семантику CSS2 для описания векторных объектов. Относительная примитивность этого языка искупается тем, что для реализации его в современных браузерах не потребуется много усилий, так как VML максимально использует набор свойств элементов разметки и механизм абсолютного позиционирования CSS2. Поэтому вполне можно надеяться на то, что язык этот сможет найти свою нишу в современном Интернете.

Особую разновидность векторной графики представляют трехмерные форматы, из которых самый известный и чаще всего встречающийся в Интернете – язык VRML (Virtual Reality Modelling Language, «Язык моделирования виртуальной реальности»). Описываемые трехмерным форматом сцены состоят, как и векторные изображения, из математически описанных объектов, – с той только разницей, что все их точки имеют по три пространственных координаты (а в форматах с поддержкой анимации – еще и четвертую, временную координату). Кроме обычных объектов, сцены могут содержать разноцветные и произвольно размещаемые источники освещения, а программа-интерпретатор покажет вам сцену с любой точки и даже позволит зайти внутрь и «побродить» между объектами7. Интерактивная трехмерная графика как метод представления информации грозилась одно время занять место в арсенале приемов профессионального веб-дизайна, однако ничего подобного так и не произошло – трехмерность остается любимой игрушкой непрофессионалов, но для создания в этом жанре вещей, интересных с художественной точки зрения, время, по-видимому, еще не пришло.

 

Векторная графика основана на командах рисования  линий  и  заполнения  форм.  Используется  она  уже довольно давно, но в отличие от традиционных  замкнутых  форматов векторные форматы для Web построены  на  базе  открытых  стандартов,  главным  образом языков маркировки, в  которых  для  определения  тегов  и  других  элементов применяется  обычный  текст,  что   значительно   упрощает   манипулирование свойствами изображений. Преимуществами векторной графики  на  основе  языков маркировки  являются  также  возможности  выбора,  индексирования  и  поиска элементов изображения и привязки ее к другим элементам8.

Однако говорить о массовом внедрении векторной графики в Web пока  еще рано, в первую очередь из-за отсутствия единого формата.

1.6 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   автоматизированного проектирования, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской или технологической документации. 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 самолетов9.

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 практике10.

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 приложений11. 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 некоторым оценкам (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 видео12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Итак, в процессе изучения графики, было выяснено, что она бывает двух типов - векторная и растровая.

Можно сказать, что векторная графика - это рисунок, сделанный цветными карандашами, в то же время растровую графику можно сопоставить с фотографическим изображением.

Основное отличие - в принципе хранения изображения. 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).