Текст книги "Компьютерная графика в дизайне"

Широкое распространение получили несколько вариантов реализации информационной модели векторного изображения. Они разрабатывались различными фирмами и предназначались для разных целей, так что говорить об их совместимости можно только с существенными оговорками. То же самое можно сказать и о форматах графических файлов с векторными изображениями.

Все форматы векторных графических файлов условно можно разделить на две категории: графические документы программ векторной графики и форматы для обмена векторными изображениями. Далее даются краткие характеристики наиболее известных форматов.

Основное назначение интегрированного пакета программ CorelDRAW – работа с векторными графическими документами, хотя в их составе могут присутствовать и пиксельные изображения (в виде импортированных объектов). Изображение строится как совокупность графических примитивов (прямоугольников, кривых, текстов, эллипсов и дуг), а также созданных на их основе составных объектов. Изображение сильно структурировано, графический документ может включать несколько страниц, каждая из которых – произвольное число слоев. Формат файлов с расширением cdr достаточно компактен, многие редакционно-издательские программы и графические редакторы позволяют импортировать изображения, представленные в этом формате.

В качестве цветовых моделей приняты RGB, CMYK, Lab, HSB, HLS и системы цветосовмещения.

Примечание

Вариант формата CDR – CMX, также является собственностью фирмы Corel и предназначен для переноса векторных изображений в другие программы этой фирмы (например, в программу для разработки онлайновых презентаций).

Назначение векторного графического редактора Adobe Illustrator, входящего в состав разработанного фирмой Adobe Systems интегрированного пакета Creative Suite, – работа со сложными векторными изображениями. Формат графического файла AI разрабатывался как основной формат векторных графических документов этого пакета отдельно для платформ Macintosh и Windows. Первоначально предназначенный только для работы с векторной графикой, в современных версиях этот формат допускает хранение пиксельных изображений как импортированных объектов. Может считываться самым известным редактором пиксельной графики Adobe Photoshop и адекватно импортируется в систему трехмерного моделирования 3D Studio Max.

В качестве цветовых моделей приняты RGB, CMYK, Lab, HSB, HLS и системы цветосовмещения.

Основное назначение системы AutoCAD – автоматизация проектирования и предоставление пользователям и разработчикам инструментальной платформы для построения специализированных систем автоматизации проектирования и технологической подготовки производства. В ее составе имеется мощная подсистема векторного графического моделирования, обеспечивающая подготовку и выпуск конструкторской графической документации. Для этой подсистемы были разработаны форматы графических файлов DWG и DXF. Подсистема графического моделирования, совершенствовавшаяся на протяжении десятилетий, оказалась настолько удобной и мощной, что сегодня часто служит для решения задач компьютерной графики, не связанных с автоматизацией проектирования.

Формат файлов DWG (Drawing Database) предназначен для хранения всей векторной информационной модели изображения. Это один из основных форматов системы AutoCAD. Формат DXF (Drawing Interchange Format) представляет собой средство обмена графическими моделями. Графический файл в этом формате содержит в себе описания всех графических объектов изображения в символьной форме. Этот формат стал де-факто стандартом для обмена чертежами в системах автоматизации проектирования.

Форматы AutoCAD включают в себя сложную иерархию графических объектов, многостраничные документы многослойной структуры. Но, поскольку их основное назначение связано с автоматизацией проектирования, для задания цвета в них используется только индексированная цветовая модель.

Язык PostScript был разработан фирмой Aldus для описания расположения графических материалов и текстов на печатных полосах. Впоследствии он развивался и стал основой многих пакетов графического моделирования и редакционно-издательских систем. Довольно много моделей современных печатающих устройств обеспечивают аппаратную интерпретацию графических файлов на языке PostScript (расширение файла ps). Современная спецификация языка PostScript Level 3 соответствует сложной и совершенной модели многостраничного векторного документа с широкой номенклатурой простых и составных графических объектов.

Существует модификация формата PostScript, предназначенная специально для вывода на печать. В графических файлах этого формата (расширение prn) номенклатура графических объектов сужена, но их можно печатать на менее сложных принтерах без помощи специальной графической программы.

Графические файлы формата EPS также используют язык PostScript, но предназначены специально для вставки векторных изображений в документы различных программных средств в виде встроенных объектов. В отличие от других форматов PostScript, допускающих описание многостраничных документов, файл в формате EPS всегда соответствует одной странице графического документа.

Как правило, в состав графического файла формата EPS включается пиксельное изображение невысокого разрешения, позволяющее визуально судить о содержимом этого файла без помощи интерпретатора языка PostScript.

В отличие от большинства рассмотренных в этом разделе форматов векторной графики, формат CGM (Computer Graphics Metafile) был разработан не отдельной фирмой, а международным комитетом в рамках работы над стандартом компьютерной графики. Он представляет собой формат метафайла с открытым описанием, независимый от платформы. Спецификация этого формата позволяет представлять в нем как двумерные векторные, так и пиксельные изображения, но, как правило, эти две информационные модели хранятся в различных файлах. Основное назначение формата – представление графических изображений для передачи между различными программными средствами. Ориентирован на цветовую модель RGB. Расширение файла cgm.

Интересная особенность этого формата – возможность представить информационную модель изображения в двух вариантах: двоичном, позволяющем получать компактный графический файл, и текстовом, который можно читать.

Формат SVG (Scalable Vector Graphics) был разработан Консорциумом World Wide Web (W3C) для векторных графических изображений на страницах WWW. Это открытый стандартный формат представления векторных графических объектов средствами языка гипертекстовой разметки XML. Расширение файла svg.

Графические файлы в формате SVG – это совокупность тегов XML, хранящихся и передающихся по сети в виде текста. Векторные изображения загружаются значительно быстрее пиксельных. Стандарт предусматривает возможность дополнительного сжатия графического файла SVG, такие файлы имеют расширение svgz.

Для просмотра изображений в составе страницы Web-обозреватель должен располагать специальным подключаемым модулем (плагином).

Этот формат файлов с расширением wmf разработан фирмой Microsoft и предназначен для хранения информационных моделей как векторного, так и пиксельного изображений. Первоначально создавался как внутренний формат представления графических изображений в операционной системе Microsoft Windows 3. В этом формате принята цветовая модель RGB с глубиной цвета 24 бита на элемент изображения. Данные, представленные в этом формате, могут обрабатываться большинством программ, работающих на платформе Windows.

• Интегрированность

• Объектная ориентированность

• Класс графических объектов

• Экземпляр класса

• Атрибут (свойство) класса

• Вариативность атрибута класса

• Единичность атрибута класса

• Релевантность атрибута класса

1. В чем состоят преимущества интегрированных программных пакетов векторной графики?

2. В чем выражается объектная ориентированность современных программных средств векторной графики?

3. Что объединяет графические объекты в один класс?

4. Что включает в себя описание класса графических объектов?

5. В чем состоят сходство и различие экземпляров графических объектов одного класса?

6. Какие типы данных относятся к стандартным?

7. Каким образом формируются исходные значения атрибутов графического объекта при его создании?

8. Как можно изменить состояние графического объекта?

9. Что представляют собой методы класса графических объектов?

10. Для какой цели в состав пакетов векторной графики вводят объектно-ориентированный алгоритмический язык?

2.2. Параметрические примитивы

К параметрическим примитивам принято относить классы графических объектов, не являющихся составными. Второе свойство примитивов – невозможность разделить их на более мелкие объекты, относящиеся к тому же классу. В этой главе рассматривается суть процедуры параметризации, некоторые из способов ее использования и несколько важных классов параметрических примитивов.

Параметризация – операция непосредственного задания значения того или иного атрибута графического объекта без применения к нему операций преобразования (например, вводом числового значения с клавиатуры). При этом у класса графических объектов должны иметься атрибуты, которые можно изменить таким образом. В пакетах векторной графики во всех классах графических объектов к таким атрибутам относятся:

• координаты точки привязки;

• угол разворота вокруг точки привязки;

• коэффициенты масштабного преобразования.

Точкой привязки называется точка начала локальных координат графического объекта. Местоположение этой точки, представленное парой чисел в системе координат страницы графического документа, определяет, где на странице будет располагаться графический объект. На рис. 2.2.1 показано соотношение локальных координат и координат страницы.

Рис. 2.2.1. Система координат страницы графического документа и локальных координат графического объекта

Примечание

Координаты точки привязки принято считать координатами графического объекта. Они выражаются в системе координат страницы графического документа.

Примечание

При создании графического объекта начало его локальных координат помещается на пересечении диагоналей габаритного прямоугольника.

Углом разворота называется угол, образованный одноименными осями координат локальной системы графического объекта и системы координат страницы. Чаще всего, разворот графического объекта выполняется вокруг точки его привязки, но возможно выполнение этой операции и относительно произвольно выбранной точки (рис. 2.2.2).

Рис. 2.2.2. Разворот графического объекта вокруг точек привязки и начала координат страницы

Примечание

На рис. 2.2.2 пунктирной линией показаны исходные положения графических объектов до начала их разворота на 15° каждого относительно различных точек. Обратите внимание, что углы, образованные одноименными осями систем координат объекта и страницы, и в том, и в другом случае равны 15°.

Масштабным преобразованием называется изменение габаритных размеров графического объекта, записанных в его дескрипторе, в процессе рендеринга. Степень увеличения или уменьшения размеров отображения графического элемента зависит от коэффициента масштабного преобразования, который, как правило, задают отдельно по каждой из осей локальных координат графического объекта. Пример использования масштабного преобразования с различными значениями коэффициентов представлен на рис. 2.2.3.

Рис. 2.2.3. Масштабное преобразование графического объекта: а – исходный объект; б – масштабирование с коэффициентами (0,7; 0,7); в – масштабирование с коэффициентами (-0,7; -0,7)

Отрицательный коэффициент масштабного преобразования приводит к изменению направления соответствующей оси локальной системы координат на противоположное. Так можно выполнять операцию зеркального отражения, но в большинстве программ векторной графики для этого предусмотрены специальные операции (как, впрочем, для смещения и для масштабирования).

Простейшие параметрические примитивы в программах компьютерной графики – прямоугольники. Геометрически прямоугольник представляет собой выпуклую фигуру, образованную четырьмя попарно равными и параллельными отрезками прямых, пересекающимися под прямыми углами. Но в компьютерной графике данные объекты не всегда являются прямоугольниками в геометрическом смысле. Это происходит по двум причинам:

• в класс прямоугольников оказалось удобным включить и производные от них фигуры, полученные закруглением углов;

• некоторые преобразования (например, скос, см. разд. 2.6.9) могут влиять на отображение объекта, не выводя его за пределы исходного класса.

На рис. 2.2.4 представлено несколько экземпляров объектов, относящихся к классу прямоугольников.

Рис. 2.2.4. Экземпляры объектов класса «прямоугольники»

Фигура на рис. 2.2.4, а представляет собой прямоугольник в том виде, в каком обычно создаются экземпляры объектов этого класса. Примитив на рис. 2.2.4, б в результате параметризации был повернут на некоторый угол. К объекту на рис. 2.2.4, в были применены методы, в результате которых два угла оказались закругленными. Объект, изображенный на рис. 2.2.4, г после закругления одного из углов был скошен на некоторый угол. Примитив на рис. 2.2.4, д, не имея ни одного незакругленного угла, тем не менее, является прямоугольником.

Примечание

В общем случае, по внешнему виду нельзя определить, к какому классу относится графический объект. Но при работе это знать необходимо, поскольку методы, с помощью которых выполняется редактирование, у разных классов объектов различны. Поэтому в программах векторной графики класс выделенного объекта всегда отображается (обычно – в панели состояния).

К специфическим атрибутам прямоугольников относятся четыре значения, задающие степень закругления его углов. Эти относительные величины определяют радиус закругления и указываются в процентах. За 100 % принимают половину длины более короткой из двух сторон, примыкающих к закругляемому углу. На рис. 2.2.5 представлены примеры закругления углов прямоугольника.

Рис. 2.2.5. Закругление всех углов прямоугольника на одинаковую величину: а – 0 %; б – 25 %; в – 50 %; г – 75 %; д – 100%

Примечание

Квадрат (относящийся к классу прямоугольников) с закругленными на 100 % углами выглядит как окружность. Но от этого он не становится окружностью, и методы, которые можно применять к окружностям, к такому графическому объекту неприменимы.

К специфическим методам класса прямоугольников относится только построение и закругление углов. Первая операция выполняется с помощью интерактивного инструмента графического редактора, вторая чаще выполняется как параметризация (см. разд. 2.2.1).

В рамках курса компьютерной графики можно воспользоваться упрощенным геометрическим определением эллипса и считать его растянутой в направлении одного из диаметров окружностью. Аналогично прямоугольникам, класс «эллипсов» включает в себя объекты, при строгом геометрическом подходе эллипсами не являющиеся: эллиптические дуги и сектора. Размеры геометрического объекта класса «эллипс» определяются его габаритами – длинами сторон описывающего прямоугольника, параллельных осям координат страницы. На рис. 2.2.6 представлены различные экземпляры графических объектов класса «эллипс».

Рис. 2.2.6. Экземпляры графических объектов класса «эллипс» (габариты указаны пунктирной линией)

Фигура на рис. 2.2.6, а представляет собой эллипс в том виде, в каком обычно создаются экземпляры объектов этого класса. Примитив на рис. 2.2.6, б в результате параметризации был повернут на некоторый угол. К объекту, изображенному на рис. 2.2.6, в, были применены методы, в результате которых он стал отображаться в виде сектора эллипса. Примитив на рис. 2.2.6, г после применения методов стал отображаться в виде дуги эллипса.

К специфическим атрибутам эллипсов относятся:

• Тип отображения – величина, которая может принимать три значения, соответствующие отображению эллипса в виде замкнутой фигуры, сектора или дуги. Независимо от значения этого атрибута графический объект остается экземпляром класса «эллипс».

• Начальный угол – угол, под которым к оси X локальной системы координат наклонен радиус, соединяющий центр эллипса и точку начала дуги эллипса.

• Конечный угол – угол, под которым к оси X локальной системы координат наклонен радиус, соединяющий центр эллипса и точку окончания дуги эллипса.

• Направление дуги эллипса – величина, которая может принимать два значения, соответствующие направлению дуги (по часовой стрелке или против). Эта величина необходима, поскольку во многих случаях от направления дуги зависит ее внешний вид (см. разд. 2.3.3).

На рис. 2.2.7 показано влияние специфических атрибутов эллипса на его отображение при рендеринге.

Рис. 2.2.7. Влияние специфических атрибутов эллипса на его отображение

Вариант на рис. 2.2.7, а соответствует типу отображения «сектор», величина начального угла 0°, конечного – 270°, направление дуги против часовой стрелки. Вариант на рис. 2.2.7, б соответствует типу отображения «дуга», величина начального угла 180°, конечного – 360°, направление дуги против часовой стрелки. Точно такой же фигуре может соответствовать другое сочетание значений специфических атрибутов эллипса: величина начального угла 0°, конечного угла – 180°, направление дуги по часовой стрелке.

Примечание

По внешнему виду объекта в общем случае нельзя определить точное сочетание значений атрибутов этого объекта. Для этого служат специальные методы, встроенные в интерфейс графических редакторов.

К специфическим методам класса эллипсов относятся:

• Создание – реализуется с помощью интерактивного инструмента (или нескольких инструментов) графического редактора.

• Изменение типа отображения – выполняется как параметризация.

• Изменение начального и конечного углов – выполняется как параметризация или с помощью интерактивного инструмента графического редактора.

• Изменение направления дуги – выполняется как параметризация.

Как правило, в составе информационной модели векторного изображения имеется класс многоугольников. В некоторых реализациях этой информационной модели добавлены еще классы звезд и сложных звезд.

Класс многоугольников обычно ограничивается правильными выпуклыми многоугольниками (неправильные многоугольники вводят в состав информационной модели как объекты другого класса – линии). Однако и правильность, и выпуклость не следует понимать в строгом геометрическом смысле слова, т. к. применение к многоугольнику методов этого класса может преобразовать его в очень сложную фигуру. На рис. 2.2.8 представлены трех-, пяти-, семи-, десяти– и пятнадцатиугольник – объекты класса "многоугольник" в том виде, в котором они создаются.

Рис. 2.2.8. Экземпляры класса графических объектов «многоугольник»

Для увеличения изобразительных возможностей многоугольников при создании экземпляра объекта этого класса он «снабжается» числом вершин, вдвое превышающим заданное число углов. Дополнительные вершины при создании многоугольника располагаются в серединах его сторон.

К специфическим атрибутам многоугольников относится число углов.

К специфическим методам многоугольников относятся изменение числа углов и смещение вершин. Первая операция обычно выполняется как параметризация, вторая – с помощью интерактивного инструмента графического редактора. При смещении любой из основных вершин относительно центра многоугольника согласованно меняется положение всех остальных основных вершин, при этом дополнительные вершины остаются на месте. При смещении любой из дополнительных вершин относительно центра многоугольника согласованно меняется положение всех остальных дополнительных вершин, при этом основные вершины остаются на месте. Примеры выполнения смещения вершин в десятиугольнике представлены на рис. 2.2.9.

Рис. 2.2.9. Смещение дополнительных вершин десятиугольника

Класс звезд не очень сильно отличается от многоугольников. В результате создания экземпляра класса «звезда» строится графический объект, совпадающий с многоугольником, у которого дополнительные вершины смещены по направлению к центру (см. рис. 2.2.9, левая фигура).

Но к специфическим атрибутам звезд кроме числа лучей (соответствующего числу узлов у многоугольника) относится также заострение лучей. Заострением лучей называется степень смещения дополнительных вершин звезды («пазух») в направлении центра. Этот атрибут может принимать значения от 1 до 99, показывающие, на какую часть радиуса (в процентах) выполняется смещение (рис. 2.2.10).

Рис. 2.2.10. Влияние атрибута заострения на форму звезды. Значения атрибута: а – 90; б – 50; в – 1

Специфические методы у класса «звезда» те же, что у многоугольников, плюс изменение заострения лучей способом параметризации или с помощью интерактивного инструмента.

Графические объекты класса "сложная звезда" представляют собой многоугольники, углы которых соединены сторонами не с соседними углами, а через один, два или более углов. Специфические атрибуты у сложных звезд те же, что и у простых, но смысл атрибута заострения иной. Это числовая величина, которая может принимать только натуральные значения, показывающие, сколько углов многоугольника пропускается при соединении двух соседних углов отрезком прямой при построении сложной звезды. Влияние этого атрибута на форму сложной звезды представлено на рис. 2.2.11.

Рис. 2.2.11. Влияние атрибута заострения на форму сложной звезды. Значения атрибута: а – 1; б – 2; в – 3

К специфическим методам сложных звезд относятся:

• Изменение числа лучей – выполняется способом параметризации.

• Изменение величины заострения лучей – выполняется способом параметризации.

• Смещение вершин – выполняется с помощью интерактивного инструмента графического редактора.