Основы векторной графики. Базовые принципы работы в CorelDRAW

Графика растровая и векторная. Плюсы и минусы векторной графики

Форматов для хранения изображений на компьютере два: растровый и векторный. В векторном формате изображение описывается как совокупность отдельных объектов, заданных математически (формулами), а в растровом - по точкам (как мозаика). Например, чтобы описать отрезок прямой в векторном формате необходимо задать координаты начала и конца прямой, ее цвет и толщину. Для описания той же прямой в растровом формате задаются координаты каждой ее точки и цвет точек.

Для эффективного применения векторной графики в творческой работе необходимо представлять себе ее достоинства и недостатки.

Векторный формат более компактный, но он не пригоден для хранения реалистичных изображений, например фотографий. В этом формате задавать их математически сложно и громоздко, а поэтому - нерационально. А вот рисунки и чертежи удобно и целесообразно создавать и хранить именно в векторном виде.

Достоинствами векторных изображений является следующее:

• увеличение масштаба происходит без потери качества изображений;
• небольшой размер файла по сравнению с растровыми изображениями;
• прекрасное качество вывода векторных изображений на печать;
• возможность редактирования каждого элемента изображения в отдельности;
• векторным программам свойственна высокая точность рисования (до сотой доли микрона);
• векторная графика экономна в плане объемов дискового пространства, необходимого для хранения изображений. Это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные (математическая формула объекта), используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново.

Недостатки векторного формата:

• сложность преобразования (трассировки) из растрового формата в векторный;
• векторная графика ограничена в чисто живописных средствах и не позволяет получать фотореалистичные изображения с тем же качеством, что и растровая. Причина в том, что здесь, в отличие от растровой графики, минимальной областью, закрашиваемой однородным цветом, является не один пиксел, а один объект. А размеры объекта по определению больше;
• невозможно применение обширной библиотеки эффектов (фильтров), используемых при работе с растровыми изображениями;
• сложность для понимания окружающего нас мира в виде векторов начинающими пользователями. Попробуйте описать, например, утро в осеннем лесу математическими формулами;
• аппаратные средства для работы с векторными рисунками (каттеры, плоттеры) более сложны и дороги, чем "железо" в растровой графике (мониторы, сканеры).

Что же такое "вектор"?

Для понимания термина "вектор" стоит вспомнить школьный курс физики. Там, было понятия понятие точки и приложенной к ней силы. Точка - это то место, куда сила прикладывается. А приложенная в точке сила характеризуется ее величиной и направлением. В компьютерной графике две связанные между собой точки, к каждой из которых приложена какая-либо сила в каком-либо направлении, могут сформировать некую линию, которая по своей форме будет соответствовать исходным параметрам каждой из этих точек. Сказанное нами графически можно изобразить так, как показано на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Две силы разной величины и направления приложены в двух разных точках

Объектов и явлений, которые можно описать с помощью векторных величин, чрезвычайно много и не только в курсе физики, но и в нашей повседневной жизни. А что касайтся цифровой графики, то здесь любую сложную кривую можно разбить на маленькие отрезки, форму которых можно определить всего парой точек и дугой между ними.

Изображение, созданное в векторных программах, основывается на математических формулах, а не на координатах пикселов. Поэтому векторные файлы содержат наборы инструкций для построения геометрических объектов - линий, эллипсов, прямоугольников, многоугольников и дуг. В соответствии с этим основу векторных изображений составляют разнообразные линии или кривые, называемые векторами или, по-другому, контурами. Каждый контур представляет собой независимый объект, который можно редактировать: перемещать, масштабировать, изменять. В соответствии с этим векторную графику часто называют также объектно-ориентированной графикой.

А вот таким образом выглядят векторы в рабочем пространстве программы CorelDRAW ( рис. 2.2).

Рис. 2.2. Часть векторного рисунка в программе CorelDRAW

На этом фрагменте изображения легко увидеть отдельные точки (которые на языке этой программы называются "узлами") и линии, образованные векторами. Обратите внимание: на панели инструментов активизирован инструмент программы, предназначенный для работы с узлами и векторами. Называется он Shape Tool (Форма)^{1Здесь мы еще раз отметим, почему мы выбрали для изучения именно английскую, а не русскоязычную версию CorelDRAW. В оригинальной версии все инструменты названы однозначно. В локализованной версии один и тот же инструмент называется по-разному. Так, инструмент Shape Tool переводится как Фигуры, Произвольная фигура, Редактирование объекта и так далее.} .

Итак, как видим, в векторном редакторе любой контур состоит из отдельных узлов и линий между ними. Умение работать с узлами является залогом успешного рисования объектов в CorelDRAW.

Узлы (Опорные точки)

Наряду с линией, другим основным элементом векторной графики является узел (опорная точка). Линии и узлы используются для построения контуров (векторов), которые могут быть представлены в виде прямой, кривой или формы. Каждый контур имеет несколько узлов. В векторных редакторах форму контура изменяют путем манипуляции узлами. Это можно сделать одним из следующих способов:

• перемещением узлов;
• изменением свойств узлов (атрибутов связанных с ними касательных линий и управляющих точек);
• добавлением или удалением узлов.

Таким образом, в основе всех процедур, связанных с редактированием (отчасти и созданием) любого типа контуров, лежит работа с узлами.

Касательные линии и управляющие точки на кривых Безье

Математик Пьер Безье (Pierre Bezier) открыл, что произвольную кривую можно задать с помощью двух векторов, находящихся в начале и конце кривой. Это положение легло в основу описания кривых Безье в CorelDRAW. Из множества кривых Безье можно составить любую кривую. Кроме положения начальной и конечной точки (то есть узлов кривой), внешний вид кривой определяется кривизной, то есть ее изогнутостью между двумя узлами. Кривизна определяется двумя параметрами кривой в каждом узле, которые графически представлены с помощью отрезков, выходящих из узлов. Эти отрезки называются манипуляторами кривизны. Степень кривизны определяется длиной манипулятора кривизны. Если манипуляторы кривизны с обеих сторон сегмента имеют нулевую длину, то сегмент будет прямым. Увеличение длины манипулятора кривизны превратит сегмент в кривую.

Итак, координаты узлов, наклон и длина манипуляторов кривизны определяют внешний вид кривой Безье. При выделении узловой точки криволинейного сегмента у нее появляются одна или две управляющие точки, соединенные с узловой точкой касательными линиями. Управляющие точки изображаются наконечниками стрелок. Расположение касательных линий и управляющих точек определяет длину и форму (кривизну) криволинейного сегмента, а их перемещение приводит к изменению формы контура ( рис. 2.3).

Рис. 2.3. Термины, связанные с редактированием узлов на кривых Безье

Типы узловых точек

Вид касательных линий и соответственно методы управления кривизной сегмента в точке привязки определяются типом узловой точки. Различают три типа узловых точек:

• гладкий узел (smooth node) - рис. 2.4;
• симметричный узел (symmetrical node) - рис. 2.5;
• острый узел (cusp node).

Рис. 2.4. Гладкий узел (smooth node)

У гладкой узловой точки касательные линии лежат на одной прямой, но имеют разную длину. Это говорит о том, что кривизна криволинейных участков, прилегающих к этой опорной точке, различна с разных ее сторон.

Рис. 2.5. Симметричный узел (symmetrical node)

У симметричного узла оба отрезка касательных по обе стороны точки привязки имеют одинаковую длину и лежат на одной прямой, которая показывает направление касательной к контуру в данной узловой точке. Это означает, что кривизна сегментов с обеих сторон точки привязки одинакова. Этот тип узлов является частным случаем гладких узлов.

Рис. 2.6. Острый узел (cusp node)

У острого узла касательные линии с разных сторон этой точки не лежат на одной прямой. Поэтому два криволинейных сегмента, прилегающих к опорной точке, имеют различную кривизну с разных сторон узловой точки и контур в этой точке образует резкий излом. В частности, один из отрезков касательных может быть равен нулю. В этом случае форма сегмента кривой будет регулироваться только одним отрезком касательной.