Типы компьютерной графики

Существует три типа компьютерной графики: векторная, растровая и фрактальная. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

Векторная графика — это использование геометрических примитивов, таких как точки, линии, сплайны и многоугольники, для представления изображений в компьютерной графике. Важнейшая особенность векторной графики состоит в том, что для каждого объекта определяются управляющие параметры, конкретизирующие его внешний вид. Например, для окружности такими управляющими параметрами являются диаметр, цвет, тип и толщина линии, а также цвет внутренней области. Представление векторного изображения в памяти компьютера сложнее, чем пиксельного (хотя, как правило, при этом оно намного компактнее).

Преимущества этого способа описания графики над растровой графикой: минимальное количество информации передаётся намного меньшему размеру файла (размер не зависит от величины объекта); соответственно, можно бесконечно увеличить, например, дугу окружности, и она останется гладкой, с другой стороны, если кривая представлена в виде ломаной линии, увеличение покажет, что она на самом деле не кривая; при увеличении или уменьшении объектов толщина линий может быть постоянной; параметры объектов хранятся и могут быть изменены, это означает, что перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т.д. не ухудшат качества рисунка.

У векторной графики есть два фундаментальных недостатка: не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде, кроме того, количество памяти и времени на отображение зависит от числа объектов и их сложности; перевод векторной графики в растр достаточно прост, но обратного пути, как правило, нет — трассировка растра обычно не обеспечивает высокого качества векторного рисунка[7].

Растровая графика — это прямоугольная матрица, состоящая из множества очень мелких неделимых точек (пикселей).

Достоинства растровой графики: позволяет создать практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому; растровая графика очень распространена; преобладает высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование; растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода/вывода графической информации, таких как монитор, принтер, цифровой фотоаппарат, сканер и др.

Недостатки растровой графики: большой размер файлов с простыми изображениями; невозможность идеального масштабирования.

Фрактальная графика, как и векторная — вычисляемая, но отличается от неё тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению, поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину.

Все изображения, с которыми работают программы машинной графики, разделяются на два класса: пиксельные и векторные.

Все пиксельные изображения представляют собой мозаику из очень мелких элементов — пикселов, характеризующихся положением в так называемой битовой карте (матрице) и цветовыми характеристиками. Каждый пиксел, как камешек в мозаике, независим друг от друга. Отдельные пикселы изображения, составляющие мозаичное изображение, не видны — глаз зрителя воспринимает изображение как единое целое. Это явление называется визуальным смыканием и играет огромную роль в полиграфии, компьютерной графике. Изображение на экране любого компьютерного монитора — пиксельное. Большинство принтеров воспроизводят на бумаге именно пиксельные изображения.

Основными достоинством представляются техническая реализуемость автоматизации ввода (оцифровки с помощью сканера, видеокамеры, цифровой фотокамеры) изобразительной информации; возможность создавать и обрабатывать фотореалистические изображения; можно получать живописные эффекты [8].

Основные недостатки пиксельного изображения. Это фиксированный размер пикселов. Из-за этого при увеличении или уменьшении возникают крайне нежелательные эффекты. При увеличении изображения между плотно «прижатыми» друг к другу пикселами появляется свободное место. Заполнить его, строго говоря, нечем, разве что размещая на свободных местах копии находящихся рядом пикселов. Это эквивалентно увеличению размера пиксела при увеличении изображения. Однако сильно увеличивать размер пиксела нельзя — слишком крупные пикселы перестанут сливаться в глазу зрителя в однородное изображение, видимость смыкания разрушится. При уменьшении пиксельного изображения с сохранением прежнего размера пикселов неизбежно приходится выбрасывать некоторые пикселы, что приводит к потере части содержащейся в изображении информации. Не спасает положения и уменьшение размеров пиксела, поскольку устройства отображения информации (дисплеи, полиграфические машины и принтеры) все равно не могут воспроизводить слишком маленькие пикселы — в результате детали изображения становятся плохо различимыми. Второй, не менее существенный, недостаток пиксельных изображений состоит в отсутствии внутренней структуры, соответствующей структуре изображенных объектов. Если при работе над изображением необходимо удалить объект, то после этого придется еще как-то заполнять образовавшуюся после удаления пикселов значка «дыру» в изображении — фактически, дорисовывать его. Еще больше мороки возникает при необходимости слегка поправить изображение. Третий недостаток пиксельных изображений — большой объем памяти, требующейся для их хранения. При работе с точечными изображениями высокой четкости и сравнительно большого размера нередки случаи, когда размеры соответствующих им файлов составляют сотни мегабайтов.

Векторное изображение представляет собой совокупность геометрических примитивов с определенными параметрами, конкретизирующими внешний вид изображения.

Векторное изображение существенно более гибко в работе. Чтобы увеличить или уменьшить его, требуется всего лишь изменить один управляющий параметр изображения в целом — масштаб. При этом размер файла с векторным изображением не увеличится ни на один байт. Внесенные изменения будут учтены при рендеринге, и четкость изображения не пострадает. В отличие от пиксельного изображения степень структуризации векторного изображения может быть произвольной. Она определяется создающим его художником. Составляя изображение, можно объединить эти объекты в группу и даже дать ему имя, чтобы потом было легче найти эти объекты [8].

Представление векторного изображения в памяти компьютера сложнее, чем пиксельного (хотя, как правило, при этом оно намного компактнее). Почти всегда векторное изображение перед выводом на печать преобразуется в точечное — в компьютерной графике этот процесс называется рендерингом.