Векторная графика: линии и фигуры

Векторную графику часто называют объектно-ориентированной или компьютерной чертежной графикой.

Свое название этот вид компьютерной графики, по-видимому, получил по имени способа, использующегося в классической технике выполнения рисунка. Способ, называемый художниками методом векторов, основывается на замене в процессе рисования отдельных криволинейных отрезков прямыми линиями, которые временно превращают кривые линии в ломаные (рис.6.4). Правильно найденные направления и размеры всех отрезков ломаной в конечном итоге и позволяют точно определить опорные точки кривой. По ним и по отрезкам ломаной линии художником устанавливается степень кривизны всей линии в целом.

 

Рис. 6.4 Построение кривой линии методом векторов

Метод векторов - прототип построения линий в векторной графике. С его помощью создаются так называемые кривые Безье, получившие свое название по имени французского математика, впервые описавшего способ их построения. При электронном способе создания кривой образуются три ее составных элемента: точки привязки, отрезки прямых и криволинейные сегменты. С их помощью на экране компьютера можно не только рисовать любые линии, но и изменять их произвольным образом,

В отличие от растровой графики, в которой для создания изображений используются большие массивы отдельных точек, в графике векторного типа изображение строится с помощью их математического описания. Хотя на первый взгляд этот способ может показаться более сложным, чем выполнение растровых рисунков, для некоторых видов изображений он является самым подходящим.

Ключевым моментом векторной графики является то, что она использует комбинацию компьютерных команд и математических формул для описания отдельных составных элементов Изображения. Такая особенность обеспечивает ей ряд важных преимуществ по сравнению с графикой растрового типа, но в то же время является причиной некоторых недостатков.

В векторной графике даже самые сложные изображения могут образовываться за счет комбинации простых объектов, вычерчиваемых на экране. Поэтому она характеризуется некоторой условностью, схематичностью, для создания объектов используются формализованные описания на каком-либо языке программирования, Если их записать по-русски, то они могли бы выглядеть так: «Задать три точки с определенными координатами», «Соединить их двумя отрезками», «Разделить отрезки на равное число одинаковых частей» и т.д.

На рис. 6.5 показан орнамент-розет, являющийся результатом выполнения компьютерной программы машинной графики. Распечатки подобных изображений часто встречаются в книгах, журналах, в рекламных объявлениях, бланках, дипломах, используются в качестве основного мотива рисунков, наносимых на ткань, обои, посуду и т.п.

Известны случаи, когда специалисты в области компьютерного программирования организовывали выставки художественной машинной графики,

Присмотревшись к рисунку, можно увидеть, что он составлен из одного повторяющегося в разных направлениях и размерах изобразительного мотива - «угла, заштрихованного отрезками». При вычерчивании каждого угла программа выполняется всякий раз с различными параметрами, что и позволяет компьютеру в итоге нарисовать полное изображение на экране.

Рис. 6.5 т Орнамент, выполненный средствами векторной графики

Главный элемент изображения, показанного на рис. 6.5, вычерчивался в результате выполнения следующей программы, написанной на алгоритмическом языке РОКТКАМ.

Одним из достоинств векторной графики является то, что описание изображения, с точки зрения алгоритмического программирования, очень компактно и занимает мало места в памяти компьютера. Для построения этого рисунка средствами растровой графики пришлось бы запомнить каждую отдельную точку, участвующую в его создании, что потребовало бы гораздо больше компьютерной памяти.

Другое достоинство векторной графики заключается в том, что она использует все преимущества высокой разрешающей способности устройств отображения информации. Это позволяет при редактировании изменять размеры векторного рисунка без потери его качества, поскольку компьютерные команды просто сообщают устройству вывода, что необходимо нарисовать объект заданного размера и формы, используя столько точек, сколько возможно. Другими словами, чем выше разрешающая способность устройства вывода, тем лучше будет выглядеть векторный рисунок.

Короче говоря, главное достоинство векторной графики в том, что независимо от размеров векторный рисунок всегда будет выглядеть настолько хорошо,

насколько хорошо его сможет распечатать принтер. Напомним, что растровая структура файла жестко определяет, сколько необходимо создать пикселов для изображения, и это количество не зависит от разрешающей способности устройства вывода. Таким образом, в растровой графике, в отличие от векторной, происходит одно из двух: либо при увеличении разрешающей способности размер рисунка уменьшается (так как уменьшается размер точек, составляющих пиксел), либо размер рисунка остается прежним, но принтеры с высокой разрешающей способностью используют больше точек для распечатки каждого пиксела. В связи с этим в растровом рисунке, отпечатанном в увеличенных размерах, наклонные линии часто становятся «пилообразными».

К недостаткам векторной графики можно отнести то, что для описания объектов изображения с помощью какого-либо алгоритмического языка необходимо иметь специальные знания в области программирования. Кроме того, иногда изображение даже несложной формы требует написания громоздкой программы, содержащей большое количество команд.

Сегодня подготовка изображений векторной графики с помощью алгоритмических языков уходит в прошлое и уступает место современным компьютерным технологиям, позволяющим создавать визуальные сообщения разной сложности даже тем пользователям, которые совсем не знакомы с программированием. Надежным помощником таких специалистов являются графические программы векторного типа. С их помощью компьютер запоминает созданное изображение в виде компьютерных команд, похожих на показанные выше. Как это делается, дизайнер не видит. Всю черновую работу за него делает компьютер, давая возможность сосредоточиться лишь на творческой стороне дела.

В векторных графических редакторах, также как и в растровых, специалист работает с помощью экранных панелей и электронных инструментов, прототипом которых являются обычные карандаши, рейсфедеры, линейки, лекала, циркули и т.п. При этом то или иное применение электронного инструмента, используемого для создания рисунка, компьютер автоматически переводит на язык формализованного описания графических объектов.

Плоская графика? - Нет, объемная!

Трехмерная графика - новое направление компьютерного дизайна. С ее помощью дизайнер создает модель, которая передает художественно-проектную идею в виде объемного изображения.

Трехмерная графика (сокращенно - ЗD-графика) появилась на свет благодаря бурному развитию компьютерных дизайн-технологий. Сегодня методы ЗD-графики применяются при художественном конструировании промышленной продукции, в дизайне интерьера, компьютерном моделировании произведений декоративно-прикладного искусства и пр. ЗD-графика позволяет представить создаваемый объект в виде виртуальной объемной модели, которую можно рассматривать с разных сторон, в разных ракурсах, в условиях различного освещения и т.п.

Трехмерная компьютерная графика - полностью экранная технология, постепенно вытесняющая традиционный метод объемного макетирования. Более того, ее потенциальные возможности таковы, что она успешно вписывается в круг методой проектирования информационной среды человека. Сегодня ЗD-графика нашла свое место в кинематографе, телевидении, компьютерной технике, информационном обеспечении современных электронных средств визуальной коммуникации. Строго говоря, термин «ЗD-графика» на самом деле не соответствует истине. Она вообще не трехмерна, поскольку, как и любая другая картинка, размещается на плоскости компьютерного монитора или воспроизводится на обычной двумерной поверхности средств отображения информации, При создании печатной продукции 3D-трафика способна лишь имитировать трехмерную среду. Ее «трехмерность» скорее символизирует процесс компьютерного творчества, связанный с методами создания объектов в виртуальном ЗВ-пространстве, их рассмотрением под определенным углом зрения и, возможно, анимированием. Поэтому часто образцы трехмерной компьютерной графики, распечатанные с помощью принтера, по выразительности и реалистичности уступают традиционным методам иллюстрирования печатной продукции, в которых мастерство художника является определяющим. В некоторых случаях применение сложных ЗВ-изображений сводится лишь к декоративному оформлению печатной продукции, которое может быть достигнуто и традиционными художественными средствами.

Технология создания трехмерных изображений во многом отличается от привычных методов, используемых в «плоской» компьютерной графике. Поэтому, не ставя цель детального рассмотрения всех тонкостей построения объемных иллюстраций, кратко проанализируем общую схему их создания.

На первом этапе «проектирования» объемной иллюстрации дизайнер строит так называемый каркас ЗD-объекта. При этом поверхность многих объектов представляется в виде набора стандартных фигур-примитивов, соединенных друг с другом общими сторонами. При конструировании каркаса примитивы по желанию дизайнера могут подвергаться всевозможным деформациям - масштабированию, изгибу и т.д.

Второй этап состоит в «натягивании» на каркас материала, образующего поверхность ЗD-объекта, Выбранный материал задает основные свойства поверхности - цвет, фактуру, прозрачность, рельеф, характеристики рассеивания света (блестящая или матовая) и др. В качестве материала можно использовать различные растровые картинки, «обволакивая» ими, например, предварительно созданный каркас автомобиля, который после этого превратится в полно-ценный ЗD-объект.

На третьем этапе необходимо позаботиться о размещении источников света и камер. Назначение первых вполне понятно - без освещения ЗВ-объект виден не будет, а камеры задают точку обзора создаваемого объекта. Можно выставить несколько камер и в процессе работы их переключать. Этот этап напоминает работу на съемочной площадке киностудии.

Далее следует этап, на котором дизайнер может задать фон съемки ЗВ-объекта, установить некоторые характеристики воздушной перспективы, например, создать иллюзию тумана. В целом набор 3D-объектов, источников света, камер, описание фона, атмосферы и других атрибутов называется ЗD-сценой,

И, наконец, следует процесс, который называется рендеринг. Он состоит в том, что компьютер, используя информацию о 3D-сцене, полученную на предыдущих этапах, и собственные знания из оптики, формирует окончательное изображение и выводит его на экран. В результате рендеринга двухмерное изображение переходит в новое, трехмерное, наполненное правильным содержанием по всем трем плоскостям.

При желании дизайнер может «оживить» объемную иллюстрацию, заставив какой-либо ее объект двигаться или изменять свои параметры. Для этого задается начальное, конечное и несколько промежуточных положений, после чего вновь выполняется рендеринг. Теперь результат рендеринга будет несколько другим - компьютер рассчитает все промежуточные положения объекта, построит по ним растровые изображения и запомнит их в виде ряда последовательных кадров. Эти кадры будут представлять собой анимацию ЗD-сцены.

Обычно большую часть времени у дизайнера отнимает построение каркаса модели. В зависимости от сложности этот этап может занимать и час, и несколько недель. Добавление таких деталей, как цвет и фактура сложных поверхностей, происходит за один или два дня. Рендеринг сцены с высоким разрешением может занять от нескольких минут до многих часов, в зависимости от производительности компьютера и сложности изображения.

Создать трехмерную модель достаточно трудно. Для разработки сцены, в которой единственным персонажем является объемный текст, начинающему дизайнеру может понадобиться менее часа. Выполнение более сложной модели, например, объемного изображения интерьера, может занять от двух дней до недели. Построение фантастического ландшафта отнимет гораздо больше времени. Создание трехмерного изображения с повышенными требованиями к реалистичности, например, растений, животных или людей, представляет наиболее сложную задачу, которая независимо от используемой программы или навыков дизайнера может потребовать нескольких недель напряженного труда.

Выполнение трехмерных изображений - от разработки объемных надписей на плакатах, вывесках, рекламах до создания реалистических и фантастических сцен, включая производство анимационных фильмов - представляет собой самостоятельное направление компьютерного дизайна. Но, несмотря на впечатляющие результаты трехмерной графики, дизайн ЗВ-сцен до сих пор остается, пожалуй, самой сложной областью компьютерного творчества.

Рис. 6.6 демонстрирует образцы ЗD-иллюстраций, выполненных мастерами компьютерного дизайна с использованием различных программ.

Рис. 6.6 т Иллюстрации, выполненные с использованием различных программ создания трехмерной графики

Сегодня в распоряжении специалистов имеется достаточно много различных программ создания трехмерной графики. Однако все они похожи в главном - с их помощью плоские картинки оживают, приобретая объемный вид.