Векторная графика

Что такое векторное изображение?

Теперь давайте познакомимся с понятием векторного изображения. Чтобы продемонстрировать наглядный пример, в Adobe Photoshop я попробую создать новый документ. Перейдем в меню «Файл» —> «Создать«. Давайте выберем инструмент, с помощью которого можно будет создавать векторную графику. К примеру, я возьму инструмент «Перо» (2). Обязательно нужно, чтобы стояла настройка «Слой-фигура» (3). После этого я расставляю точки в нужных местах (4). В результате получается определенная фигура. Вы ее можете сделать по своему усмотрению.

После того, как мы соединили все точки, образуется фигура и к слою прикрепляется миниатюрная векторная маска (5). Это свидетельствует о том, что это векторная фигура, а не растровая. Ее можно увеличивать и уменьшать много раз и при этом качество никак не пострадает. Естественно к данному слою можно применять различные эффекты свечения, обводки и так далее.

Что такое вектор

Вы навер­ня­ка помни­те век­тор из школь­ной про­грам­мы — это такая стре­лоч­ка. Она направ­ле­на в про­стран­ство и изме­ря­ет­ся дву­мя пара­мет­ра­ми: дли­ной и направ­ле­ни­ем. Пока дли­на и направ­ле­ние не меня­ют­ся, век­тор может пере­ме­щать­ся в пространстве.

Физи­че­ское пред­став­ле­ние век­то­ра: есть дли­на, направ­ле­ние и нет началь­ной точ­ки отсчё­та. Такой век­тор мож­но как угод­но дви­гать в пространстве 

У ана­ли­ти­ков век­тор пред­став­ля­ет­ся в виде упо­ря­до­чен­но­го спис­ка чисел: это может быть любая инфор­ма­ция, кото­рую мож­но изме­рить и после­до­ва­тель­но запи­сать. Для при­ме­ра возь­мём рынок недви­жи­мо­сти, кото­рый нуж­но про­ана­ли­зи­ро­вать по пло­ща­ди и цене домов — полу­ча­ем век­тор, где пер­вая циф­ра отве­ча­ет за пло­щадь, а вто­рая — за цену. Ана­ло­гич­но мож­но сор­ти­ро­вать любые данные.

Ана­ли­ти­че­ское пред­став­ле­ние век­то­ра: дан­ные мож­но пере­ве­сти в числа 

Мате­ма­ти­ки обоб­ща­ют оба под­хо­да и счи­та­ют век­тор одно­вре­мен­но стрел­кой и чис­лом — это свя­зан­ные поня­тия, пере­те­ка­ю­щие друг в дру­га в зави­си­мо­сти от зада­чи. В одних слу­ча­ях удоб­ней счи­тать, а в дру­гих — пока­зать всё гра­фи­че­ски. В обо­их слу­ча­ях перед нами вектор.

Мате­ма­ти­че­ское пред­став­ле­ние век­то­ра: дан­ные мож­но пере­ве­сти в чис­ла или график 

В дата-сайенс исполь­зу­ет­ся мате­ма­ти­че­ское пред­став­ле­ние век­то­ра — про­грам­мист может обра­бо­тать дан­ные и визу­а­ли­зи­ро­вать резуль­тат. В отли­чие от физи­че­ско­го пред­став­ле­ния, стрел­ки век­то­ров в мате­ма­ти­ке при­вя­за­ны к систе­ме коор­ди­нат Х и У — они не блуж­да­ют в про­стран­стве, а исхо­дят из нуле­вой точки.

Век­тор­ная систе­ма коор­ди­нат с базо­вы­ми ося­ми Х и Y. Место их пере­се­че­ния — нача­ло коор­ди­нат и корень любо­го век­то­ра. Засеч­ки на осях — это отрез­ки одной дли­ны, кото­рые мы будем исполь­зо­вать для опре­де­ле­ния век­тор­ных координат 

Полу­ча­ет­ся, век­тор – это такой спо­соб запи­сы­вать, хра­нить и обра­ба­ты­вать не одно чис­ло, а какое-то орга­ни­зо­ван­ное мно­же­ство чисел. Бла­го­да­ря век­то­рам мы можем пред­ста­вить это мно­же­ство как еди­ный объ­ект и изу­чать его вза­и­мо­дей­ствие с дру­ги­ми объектами. 

Напри­мер, мож­но взять мно­го век­то­ров с цена­ми на недви­жи­мость, как-то их про­ана­ли­зи­ро­вать, усред­нить и обу­чить на них алго­ритм. Без век­то­ров это были бы про­сто «рас­сы­пан­ные» дан­ные, а с век­то­ра­ми — порядок. 

Проверьте свои знания, просматривая изображения в стоках и окружающий мир

Я не шучу, когда говорю, что вижу в векторе. Когда я иду на прогулку, то визуально разбиваю новые для себя объекты на простые фигуры и думаю, как их можно передать. Итак, посмотрим на некоторые стоковые фото и применим нашу теорию на практике. Начну с простого… посмотрите на это изображение и решите, как его передать.

Помните, что может быть несколько разных подходов, и мой выбор может отличаться от выбора другого человека. Учитывая это, я бы так справилась с этой задачей:

• Базовые цвета, не усложняем: Я бы разбила это изображение на базовые фигуры для зеленой травы и голубого неба. Я бы показала небольшой холм на линии горизонта, но нет необходимости передавать каждый бугорок, достаточно показать органическую поверхность.
• Повторяющиеся элементы: Деревья можно расценивать, как повторяющиеся элементы — они небольшие в контексте иллюстрации, и нет необходимости воссоздавать каждое индивидуально. Я, скорее всего, передала бы 2-3 вида листвы, добавила небольшие мазки кисти каждой копии, чтобы придать ей уникальный вид.
• Текстуры: Трава — очевидная текстура, и всегда напоминает мне об этом замечательном уроке о том, как передавать траву. Однако я бы использовала узорную заливку, применила к ней перспективу, и затем нарисовала бы отдельные травинки на переднем плане, чтобы иллюстрация меньше походила на готовый узор.
• Стили графики: Мяч можно создать с помощью стилей графики, используя градиенты для создания глубины, а затем можно применить узор, чтобы создать эффект выемок.
• А как насчет облаков? Что же, я бы использовала комбинацию размытого фона (не в фокусе) и мягких мазков кисти из палитры Щетинных Кистей, чтобы создать мягкую текстуру.

А теперь попробуем передать другое изображение, более сложное. Конечно, можно до бесконечности говорить, как работать с ним, но в рамках этого упражнения, давайте выберем ключевые объекты и поверхности. Как бы вы подошли к работе над изображением внизу, где представлена группа людей с видом сверху?

Пора поделить его на части:

• Базовые фигуры и убираем лишнее: Базовые фигуры можно создать почти для всех объектов за исключением одной чашки кофе. Нужно ли нам 8 человек за столом, или для иллюстрации достаточно и 6? Не до конца уверены, что из себя представляет белый треугольник? Может быть, это салфетка или что-то другое? Я не знаю, что это, поэтому исключаю его из базовых фигур. По большей части эти фигуры — геометрические фигуры: ноутбук, стол, стаканы, чашки, и даже цветочный горшок.
• Текстуры и узоры: Очевидной текстурой здесь будет поверхность стола. Мне не нужно передавать всю текстуру, достаточно показать, что деревянные панели использованы на крышке стола. Возможно, некоторые эффекты зернистости можно использовать в одежде, чтобы создать впечатление текстуры. Я бы однозначно не стала детально передавать клетчатую рубашку внизу (в центре) или детали джинсовой рубашки в центре вверху, потому что это может перегрузить иллюстрацию.
• Повторяющиеся элементы: самый повторяющийся элемент здесь — это чашка кофе. Их можно передать с помощью Стилей Графики, а затем, возможно, с помощью пары фигур (друг на друге), чтобы каждая выглядела уникально. То же самое относится и к стаканам с водой.
• Кисти: Там есть нечто, похожее на базилик, по центру стола. Возможно, у меня получится создать художественную кисть в виде листка базилика и с ее помощью прорисовать листья, то есть, для начала мне понадобится только передать один лист, и потом создать кисть.
• Креативные решения: Такие элементы, как клавиатуру и газету, можно передать с помощью Трассировки, и тем самым избежать индивидуальной  прорисовки этих фигур, но вы все равно сможете создать впечатление присутствия этих объектов.

Как легко и быстро создать векторный логотип онлайн?

Если вам необходим векторный лого, получить его можно несколькими способами: сделать самому в графическом редакторе (потребуются знания и навыки) или заказать у профессионального дизайнера (может стоить недешево). Однако существует гораздо более удобное и простое решение, доступное для всех пользователей онлайн сервиса Логастер.

После регистрации на сайте вы получите широкий набор эффективных инструментов для создания качественных логотипов. Оплатив созданный вами векторный логотип, вы сможете за считанные секунды скачать его в одном из самых распространенных форматов (PDF и SVG) непосредственно на свой компьютер или бесплатно, но в небольшом размере.

Руководитель отдела маркетинга и главный генератор идей компании Logaster. Автор книги «Как создать фирменный стиль и не разориться». Ценит экспертный подход, но в то же время использует простой язык для объяснения сложных идей.

И зачем нам это всё

Век­тор — это «кир­пи­чик», из кото­ро­го стро­ит­ся дата-сайенс и машин­ное обу­че­ние. Например: 

• На осно­ва­нии век­то­ров полу­ча­ют­ся мат­ри­цы. Если век­тор — это как бы линия, то мат­ри­ца — это как бы плос­кость или таблица. 
• Машин­ное обу­че­ние в сво­ей осно­ве — это пере­мно­же­ние мат­риц. У тебя есть мат­ри­ца с дан­ны­ми, кото­рые маши­на зна­ет сей­час; и тебе нуж­но эту мат­ри­цу «дообу­чить». Ты умно­жа­ешь суще­ству­ю­щую мат­ри­цу на какую-то дру­гую мат­ри­цу и полу­ча­ешь новую мат­ри­цу. Дела­ешь так мно­го раз по опре­де­лён­ным зако­нам, и у тебя обу­чен­ная модель, кото­рую на быто­вом язы­ке назы­ва­ют искус­ствен­ным интеллектом. 

Кро­ме того, век­то­ры исполь­зу­ют­ся в ком­пью­тер­ной гра­фи­ке, рабо­те со зву­ком, инже­нер­ном и про­сто любом вычис­ли­тель­ном софте. 

И давай­те пом­нить, что век­тор — это не какая-то слож­ная абстракт­ная шту­ка, а про­сто сум­ка, в кото­рой лежат чис­ла в опре­де­лён­ном поряд­ке. То, что мы назы­ва­ем это век­то­ром, — про­сто нюанс терминологии.

Чем векторная графика отличается от растровой?

В отличие от растрового, векторный формат не содержит пикселей, что обеспечивает ему значительный ряд преимуществ. Вместо них, мельчайшей деталью такой графики считаются опорные точки, которые соединяются между собой прямыми и изогнутыми линиями, формируя необходимый объект. Чтобы создать изображение, дизайнеру нужно лишь наметить его контур при помощи точек, а затем без каких-либо сложностей провести между ними линии-векторы, используя широкие возможности современных программ.

Картинка из сайта Jouwgrafischemaatje.nl

Наиболее популярными среди них являются графические редакторы Adobe Illustrator и Corel Draw.

Для чего нужен векторный логотип (эмблема)?

Данный формат имеет весьма широкую сферу применения, особенно часто его используют при разработке логотипов, иконок, иллюстраций, эмблем. Значительным успехом пользуются векторные логотипы, которые отличаются высоким качеством, четкостью и яркостью цветов в любом масштабе. Кроме того, такую графику активно применяют при изготовлении полиграфической печатной продукции разных типов и видов (визитки, буклеты, каталоги, листовки, календари и т.д.). Популярность и распространенность векторного формата объясняется рядом преимуществ:

— Векторные логотипы и другая графика очень легко редактируется, как все изображение в целом, так и отдельные его части. Есть возможность без труда разложить картинку на составляющие – простейшие географические объекты (примитивы), чтобы внести изменения в какой-либо из них без ухудшения изначальных характеристик;

— Прекрасно поддается масштабированию, даже при многократном увеличении графика практически не теряет качества. В том числе, в ходе разнообразных манипуляций – вытягивании, вращении, сжатии и т.д.;

— Изображения в векторе занимают совсем немного дискового пространства, так как объем их данных никак не связан с фактической величиной объекта – в файл записываются не все его детали, а только лишь основные точки координат;

— Современные редакторы позволяют гармонично интегрировать графику и текст, придавая объекту цельную, завершенную структуру. Такое преимущество является весьма актуальным при разработке векторных логотипов или полиграфии;

Этот формат способен идеально подстраиваться под разрешение экрана или печатного устройства, поэтому логотип будет иметь настолько высокое качество, насколько это возможно.

⇡#Vector Paint — векторный редактор в Chrome, который может работать и без браузера

Vector Paint содержит достаточно большую коллекцию различных предустановленных форм, которые можно использовать в проектах: тут и часы, и тучки, и стрелочки, и животные, и нотки, и многое другое. Формы можно создавать и вручную, используя прямые и ломаные линии, инструмент для рисования произвольных форм, прямоугольник, эллипс. Для каждого элемента есть возможность выбрать цвет, толщину и тип обводки, а также цвет заливки, сделать его частично прозрачным, добавить один из множества эффектов (искажения, тени, текстуры, псевдо-3D и прочее). Предусмотрены и инструменты для управления элементами в проекте: их можно перемещать на передний план или переносить назад. Для более точной расстановки элементов имеются многочисленные средства для выравнивания, также можно включить отображение линейки.

По умолчанию работа ведется на одном слое, но при необходимости можно добавить возможность работы с несколькими слоями. Эта возможность реализована в виде дополнения. Для его установки не нужно ничего скачивать, достаточно просто выбрать плагин в одноименном меню. Работа со слоями включает возможности объединения выбранных слоев, скрытия некоторых из них, переноса выбранных элементов на отдельный слой.

В Vector Paint предусмотрены и другие дополнения, которые могут быть с легкостью добавлены в приложение. Это расширенные возможности для работы с текстом (дополнительные шрифты, настройки интервалов, отдельных элементов надписей), добавление маркеров, использование изображений для создания повторяющихся рисунков на формах. Из меню Plugins также включаются дополнительные параметры обводки и заливки.

Готовые проекты сохраняются в формате SVG, а также могут быть экспортированы в PNG и JPEG.

Фундаментальные недостатки векторной графики

• Не каждая графическая сцена может быть легко изображена в векторном виде — для подобного оригинальному изображению может потребоваться описание очень большого количества примитивов с высокой сложностью, что негативно влияет на количество памяти, занимаемой изображением и на время необходимое для преобразования его в растровый формат для графического вывода (отрисовки или растеризации).
• Перевод векторной графики в растровое изображение достаточно прост. Но обратный путь, как правило, сложен — этот процесс называют трассировкой растра, и зачастую требует значительных вычислительных мощностей и процессорного времени, и не всегда обеспечивает высокое качество полученного векторного рисунка.
• При этом спецификации векторных форматов (и, соответственно, рендереры векторной графики) намного сложнее таковых для растровой графики.
• Преимущество векторной картинки — масштабируемость — пропадает, когда векторный формат отображается в растровое разрешение с особо малыми разрешениями графики (например, иконки 32×32 или 16×16). Чтобы не было «грязи», картинку под такие разрешения приходится подгонять вручную. В векторных шрифтах TrueType есть довольно сложные коды хинтинга, позволяющие избавиться от пропущенных (и, наоборот, излишне толстых) линий.

Растровая графика

Растровое изображение представляет картину, состоящую из массива точек на экране, имеющих такие атрибуты как координаты и цвет.

Пиксель – наименьший элемент изображения на экране компьютера. Размер экранного пикселя приблизительно 0,0018 дюйма.

Растровый рисунок похож на мозаику, в которой каждый элемент (пиксель) закрашен определенным цветом. Этот цвет закрепляется за определенным местом экрана. Перемещение фрагмента изображения «снимает» краску с электронного холста и разрушает рисунок.

Информация о текущем состоянии экрана хранится в памяти видеокарты. Информация может храниться и в памяти компьютера — в графическом файле данных.

Самыми близкими аналогами растровой графики является живопись, фотография.

Растровые изображения

Растровые изображения это основной и самый популярный вид графики. Львиная часть изображений, которые вы встречаете в интернете, это именно растр. Ваш фотоаппарат, смартфон и любой другой гаджет или прибор делают снимки, которые уже относятся к растру. Это технически самый простой и доступный способ отрисовки графики.

Как любой живой организм состоит из мельчайших частиц — клеток, так растровое изображение состоит из пикселей.

Пиксели — это крошечные элементы, квадратной формы, которые содержат в себе информацию о цвете, яркости и прозрачности. Подробнее о пикселях читайте здесь.

Программа фотошоп была создана для работы именно с растровыми изображениями. Все возможности, инструменты и механизмы программы разработаны для редактирования пикселей изображения.

Почему этот вид графики такой популярный?

Дело в том, что в силу своей структуры, растровые изображения могут отображать плавные переходы цвета, градиенты. Края объектов на фотографиях могут быть плавными. Цвет передается четко, близким к реальному, а это именно то, что нужно, чтобы передать наш реальный мир в виде фотографии.

Растровые изображения обычно хранятся в сжатом виде. В зависимости от типа сжатия может быть возможно или невозможно восстановить изображение в точности таким, каким оно было до сжатия (сжатие без потерь или сжатие с потерями). Так же в графическом файле может храниться дополнительная информация: об авторе файла, фотокамере и её настройках, количестве точек на дюйм при печати и др.

Несмотря на преимущества, у растра есть серьезные недостатки:

1. В связи с тем, что каждый пиксель содержит в себе достаточно много информации, то когда мы говорим о миллионах пикселей в одном изображении, становится ясно, какой объем информации будет закодирован в памяти. Это приводит к увеличению размеров файла. Поэтому, чем больше пикселей в фотографии, тем больше она весит.

2. Сложности масштабирования изображения. При увеличении появляется зернистость и пропадает детализация. При уменьшении фотографии, в результате сложных преобразовательных процессов, происходит потеря пикселей. При этом детализация изображения пострадает не так сильно, как при увеличении, но этот процесс уже необратимый, то есть, если потребуется вновь увеличить изображение, оно сильно потеряет в качестве.

Характеристика векторной графики

Основные достоинства векторной графики:

1. Удобство ее использования для изображений, состоящих из элементов, которые могут быть разложены на простейшие геометрические объекты (линии, окружности, многоугольники, текст и т.п.).
2. Векторные данные легко масштабируются и поддаются различного рода манипуляциям (в том числе вращению, вытягиванию, сжатию и т.п.).
3. Векторные изображения легко адаптируются к различным устройствам вывода и принципиально могут быть преобразованы в другой векторный формат, но в этом случае могут появиться проблемы, связанные с использованием программами разных алгоритмов и математики при построении одних и тех же объектов.
4. 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, в частности, координаты опорных и управляющих точек, используя которые программа всякий раз заново воссоздает изображение. Кроме того, описание цветовых характеристик не сильно увеличивает размер файла, поскольку данные о цвете идентичны для всего объекта.
5. Объекты векторной графики легко трансформируются и ими легко манипулировать, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения ввиду того, что растеризация изображения (пространственная или линейная дискретизация элементов — это неизбежный этап) происходит в момент вывода на внешнее устройство (экран или печатающее устройство).
6. Векторная графика максимально использует возможности разрешающей способности любого выводного устройства (изображение всегда будет выглядеть настолько качественно, насколько позволяет данное устройство).
7. Важным преимуществом программ векторной графики является развитая интеграция векторных изображений и текста, единый подход к ним, и как следствие, — возможность создания конечного продукта (в отличие от программ точечной графики). Поэтому редакторы векторной графики незаменимы в области дизайна, технического рисования, для чертежнографических и оформительских работ.

Основные недостатки векторной графики:

1. Проблематичность ее использования для передачи сложных изображений (например фотографий).
2. Визуализация векторных изображений может потребовать значительно больше времени, чем растрового файла такой же сложности, поскольку каждый элемент изображения должен быть воспроизведен отдельно и в определенной последовательности.
3. Программная зависимость, поскольку не существует принципиальной возможности создать единый стандартный формат, который бы позволял свободно открывать любой векторный документ в любой векторной программе.
4. Bекторный принцип описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер или цифровая фотокамера для точечной графики.

При редактировании векторной графики изменяется в первую очередь форма объекта, а цвет играет второстепенную роль. Векторные изображения используются для отображения объектов с четкой границей и ясными деталями, например, шрифтов, логотипов, графических знаков, орнаментов, декоративных композиций в рекламе и полиграфической продукции.

Что такое графическое изображение?

Когда дети делают свои первые шаги в рисовании, буквально реализуя известный алгоритм «палка, палка, огуречик – получился человечек», они, сами того не зная, создают векторное графическое изображение. Этот вид картинок долгие века оставался наиболее распространенным. Рисование карикатур, создание инженерного чертежа, разработка логотипа – во всех этих случаях и сегодня применяется векторная графика. Во многих случаях это наиболее оптимальный способ получения изображений.

Графические примитивы

Используя линейку и циркуль, можно нарисовать на листе бумаги сколько угодно отрезков и окружностей. Их исчерпывающими характеристиками будут являться, соответственно, длина и радиус. Зная эти величины, можно нарисовать точно такие же окружности и отрезки в любом другом месте листа. Из них можно составить некую единую и более сложную картинку.

В векторной графике и отрезки, и окружности называются примитивами. Это своего рода атомы, из которых составлено изображение. При этом каждую из векторных картинок можно абсолютно точно воспроизвести на другом листе. Для этого нужно только знать координаты каждого примитива, например, центра окружности.

Перечень используемых графических примитивов довольно обширен. Это прямоугольники, квадраты, секторы, эллипсы, сегменты, дуги и так далее. Примитивом может стать любая геометрическая фигура, описываемая математическими формулами. Такое разнообразие позволяет создавать изображения любой сложности.

Альтернативный способ получения картинки

При всём своём могуществе векторная графика никогда не была полностью доминирующей. Был и другой метод формирования изображения – растровый. Основным примером таких картинок долгое время оставалась мозаика, но появление и развитие сначала телевизоров, а затем и компьютеров всё изменило.

Растровая картинка составлена из совершенно одинаковых по размеру элементов – пикселей. Общее их количество всегда неизменно. Пиксели образуют прямоугольную матрицу. Задав определенный цвет для каждого из элементов этой матрицы, можно получить любое изображение.

Какая графика лучше?

Нетрудно заметить, что растровый способ получения изображения идеально совпадает с принципом, по которому работают экраны телевизоров и компьютерных мониторов. Это не значит, однако, что векторная графика хуже или является неподходящей для цифровой техники. Ведь появление на экране картинки – это только самый последний этап работы с изображением.

Наиболее правильный подход – совмещать оба вида графики, используя каждый из методов в наиболее подходящей для него сфере. Например, попытка воссоздать цветную фотографию при помощи примитивов – не самая лучшая идея. А вот построение машиностроительного чертежа или прорисовка плана здания сразу же покажет все преимущества векторной графики. Кроме того, с её помощью нетрудно создать дизайн логотипа, сделать наброски к будущим иллюстрациям, провести изолинии на карте местности.

Основные преимущества и недостатки векторных изображений

Как плюсы, так и минусы векторной графики определяются самой её концепцией. Следует сразу же отметить, что некоторые её преимущества являются лишь относительными. Перечень наиболее очевидных плюсов выглядит следующим образом:

• Лаконичность. Для каждой картинки достаточно хранить информацию о координатах каждого графического примитива и о конкретном виде этого примитива. Не требуется запоминать состояние каждого пикселя.
• Легкость масштабирования. Каждое изображение можно и уменьшить, и увеличить – и оно при этом сохранит все свои элементы, чего не приходится ожидать при аналогичных операциях с растровой картинкой.
• Возможность поворотов на произвольный угол. Поскольку каждый графический примитив задан математическими формулами, такое преобразование не составит труда. Растровые картинки придется перерисовывать специальными методами, причем результат будет далёк от идеального.

К сожалению, при масштабировании в сторону уменьшения картинки векторный подход не всегда бывает так уж хорош. У маленького изображения будет слишком много наползающих друг на друга частей. С другой стороны, чрезмерное увеличение картинки сделает её чересчур грубой.

Главным недостатком векторной графики является её низкая способность к прорисовке изображений со сложной окраской. Обычно дело сводится к заливке контуров тем или иным цветом. Чтобы добиться плавности перехода от оттенка к оттенку, пришлось бы дробить картинку на множество мельчайших контуров. Гораздо проще в таких случаях воспользоваться растровой графикой.