Gráficos vectoriales
Los gráficos vectoriales , como una forma de gráficos por computadora , son el conjunto de mecanismos para crear imágenes visuales directamente a partir de formas geométricas definidas en un plano cartesiano , como puntos , líneas , curvas y polígonos . Estos mecanismos pueden incluir vectores de presentación e impresión de hardware , vector de modelos de datos y formatos de archivo, y el software (sobre todo en base a estos modelos de datos de software de diseño gráfico , diseño asistido por ordenador y los sistemas de información geográfica ). Los gráficos vectoriales son una alternativa agráficos de trama , cada uno con ventajas y desventajas en general y en situaciones específicas. [1]
Si bien el hardware vectorial ha desaparecido en gran medida en favor de los monitores e impresoras basados en ráster, [2] los datos vectoriales y el software continúan utilizándose ampliamente, especialmente cuando se requiere un alto grado de precisión geométrica y cuando la información compleja se puede descomponer en formas geométricas simples. primitivas. Por lo tanto, es el modelo preferido para dominios como ingeniería , arquitectura , topografía , renderizado 3D y tipografía , pero es totalmente inapropiado para aplicaciones como fotografía y teledetección , donde el raster es más efectivo y eficiente. Algunos dominios de aplicación, como los sistemas de información geográfica.(GIS) y diseño gráfico , use gráficos vectoriales y rasterizados a veces, según el propósito.
Los gráficos vectoriales se basan en las matemáticas de la geometría analítica o de coordenadas , y no están relacionados con otros usos matemáticos del término vector , incluidos los campos vectoriales y el cálculo vectorial . Esto puede generar cierta confusión en las disciplinas en las que se utilizan ambos significados.
Modelo de datos
El modelo de datos lógicos de gráficos vectoriales se basa en las matemáticas de la geometría de coordenadas , en las que las formas se definen como un conjunto de puntos en un sistema de coordenadas cartesiano bidimensional o tridimensional , como p = ( x, y ) op = ( x, y, z ). Debido a que casi todas las formas constan de un número infinito de puntos, el modelo vectorial define un conjunto limitado de primitivas geométricas que se pueden especificar usando una muestra finita de puntos salientes llamados vértices . Por ejemplo, un cuadrado puede definirse sin ambigüedades por las ubicaciones de sus cuatro esquinas, desde las cuales el software puede interpolarlas líneas limítrofes de conexión y el espacio interior. Debido a que es una forma regular, un cuadrado también podría definirse por la ubicación de una esquina, un tamaño (ancho = alto) y un ángulo de rotación.
Las primitivas geométricas fundamentales son:
- Un solo puntos
- Un segmento de línea , definido por dos puntos finales, que permite una interpolación lineal simple de la línea intermedia.
- Una cadena poligonal o polilínea, un conjunto conectado de segmentos de línea, definido por una lista ordenada de puntos.
- Un polígono , que representa una región del espacio, definida por su límite, una polilínea con vértices iniciales y finales coincidentes.
Se puede admitir una variedad de formas más complejas:
- Curvas paramétricas, en las que las polilíneas o polígonos se aumentan con parámetros para definir una interpolación no lineal entre vértices, incluidos arcos circulares , splines cúbicos , splines Catmull-Rom , curvas Bézier y bezigons
- Formas paramétricas estándar en dos o tres dimensiones, como Círculos , elipses , cuadrados , superelipsis , esferas , tetraedros , superelipsoides , etc.
- Superficies y sólidos tridimensionales irregulares, generalmente definidos como un conjunto conectado de polígonos (por ejemplo, una malla poligonal ) o como superficies paramétricas (por ejemplo, NURBS )
- Fractales , a menudo definidos como un sistema de funciones iteradas
En muchos conjuntos de datos vectoriales, cada forma se puede combinar con un conjunto de propiedades. Las más comunes son las características visuales, como el color, el grosor de la línea o el patrón de trazos. En los sistemas en los que las formas representan características del mundo real, como GIS y BIM, se puede almacenar una variedad de atributos de cada característica representada, como el nombre, la edad, el tamaño, etc. [3]
En algunos datos vectoriales, especialmente en SIG, la información sobre las relaciones topológicas entre los objetos se puede representar en el modelo de datos, como el seguimiento de las conexiones entre los segmentos de la carretera en una red de transporte . [4]
Si un conjunto de datos almacenado en un formato de archivo vectorial se convierte a otro formato de archivo que admita todos los objetos primitivos usados en esa imagen en particular, entonces la conversión puede ser sin pérdidas.
Hardware de pantalla vectorial
Los dispositivos basados en vectores, como el vector CRT y el trazador de plumillas , controlan directamente un mecanismo de dibujo para producir formas geométricas. Dado que los dispositivos de visualización de vectores pueden definir una línea tratando solo con dos puntos (es decir, las coordenadas de cada extremo de la línea), el dispositivo puede reducir la cantidad total de datos que debe manejar organizando la imagen en términos de pares de puntos. [5]
Las pantallas de gráficos vectoriales se utilizaron por primera vez en 1958 por el sistema de defensa aérea SAGE de EE. UU . [6] Los sistemas de gráficos vectoriales se retiraron de los EE. UU. En el control del tráfico aéreo en ruta en 1999. [ cita requerida ] Los gráficos vectoriales también se utilizaron en el TX-2 en el Laboratorio Lincoln del MIT por el pionero de los gráficos por computadora Ivan Sutherland para ejecutar su programa Sketchpad en 1963. [7]
Los sistemas de gráficos vectoriales posteriores, la mayoría de los cuales iteraron a través de listas de instrucciones de dibujo almacenadas y modificables dinámicamente, incluyen IBM 2250 , Imlac PDS-1 y DEC GT40 . Hubo una consola de videojuegos que los gráficos vectoriales usados llamados Vectrex , así como varios juegos de arcade como Asteroids , Space Wars , y muchos títulos Cinematronics como Rip-Off , y artillero de cola usando monitores vectoriales . [8] Pantallas de alcance de almacenamiento, como Tektronix 4014, podría mostrar imágenes vectoriales pero no modificarlas sin borrar primero la pantalla. Sin embargo, estos nunca se utilizaron tan ampliamente como las pantallas de exploración basadas en tramas utilizadas para la televisión, y habían desaparecido en gran medida a mediados de la década de 1980, excepto para las aplicaciones especializadas.
Los trazadores utilizados en el dibujo técnico aún dibujan vectores directamente en el papel moviendo un bolígrafo como se indica a través del espacio bidimensional del papel. Sin embargo, al igual que con los monitores, estos han sido reemplazados en gran medida por la impresora de formato ancho que imprime una imagen rasterizada (que puede ser renderizada a partir de datos vectoriales).
Software
Debido a que este modelo es útil en una variedad de dominios de aplicaciones, se han creado muchos programas de software diferentes para dibujar, manipular y visualizar gráficos vectoriales. Si bien todos se basan en el mismo modelo básico de datos vectoriales, pueden interpretar y estructurar formas de manera muy diferente, utilizando formatos de archivo muy diferentes.
- Diseño gráfico e ilustración, utilizando un editor de gráficos vectoriales o un software de artes gráficas como Adobe Illustrator . Consulte Comparación de editores de gráficos vectoriales para conocer las capacidades.
- Sistemas de información geográfica (SIG), que pueden representar una característica geográfica mediante una combinación de una forma vectorial y un conjunto de atributos. [9] El SIG incluye la edición de vectores, el mapeo y las capacidades de análisis espacial de vectores .
- Diseño asistido por computadora (CAD), utilizado en ingeniería, arquitectura y topografía. Los modelos de modelado de información de construcción (BIM) agregan atributos a cada forma, similar a un SIG.
- Software de gráficos por computadora en 3D , incluida la animación por computadora .
Formatos de archivo
Los gráficos vectoriales se encuentran comúnmente hoy en día en los tipos de formatos de archivos gráficos SVG , WMF , EPS , PDF , CDR o AI , y son intrínsecamente diferentes de los formatos de archivo de gráficos de trama más comunes como JPEG , PNG , APNG , GIF , WebP , BMP y MPEG4 .
El estándar del World Wide Web Consortium (W3C) para gráficos vectoriales es Scalable Vector Graphics (SVG). El estándar es complejo y ha sido relativamente lento en establecerse, al menos en parte debido a intereses comerciales. Muchos navegadores web ahora tienen cierto soporte para renderizar datos SVG, pero las implementaciones completas del estándar aún son comparativamente raras.
En los últimos años, SVG se ha convertido en un formato importante que es completamente independiente de la resolución del dispositivo de renderizado, normalmente una impresora o un monitor de visualización. Los archivos SVG son esencialmente texto imprimible que describe rutas rectas y curvas, así como otros atributos. Wikipedia prefiere SVG para imágenes como mapas simples, ilustraciones de líneas, escudos de armas y banderas, que generalmente no son como fotografías u otras imágenes de tono continuo. La representación de SVG requiere la conversión a un formato ráster con una resolución adecuada para la tarea actual. SVG también es un formato para gráficos animados.
También existe una versión de SVG para teléfonos móviles. En particular, el formato específico para teléfonos móviles se llama SVGT (versión SVG Tiny). Estas imágenes pueden contar enlaces y también aprovechar el suavizado. También se pueden mostrar como fondo de pantalla.
El software CAD utiliza sus propios formatos de datos vectoriales, generalmente formatos propietarios creados por los proveedores de software, como el DWG de Autodesk y formatos de intercambio público como DXF . Se han creado cientos de formatos de archivos vectoriales distintos para datos SIG a lo largo de su historia, incluidos formatos propietarios como la geodatabase de archivos Esri , formatos propietarios pero públicos como Shapefile y el KML original , formatos de código abierto como GeoJSON y formatos creados por organismos de estándares como Características simples y GML del Consorcio Geoespacial Abierto .
Conversión
- La lista de formatos de archivo de imagen cubre formatos vectoriales públicos y propietarios .
A la trama
Las pantallas e impresoras modernas son dispositivos de trama ; Los formatos vectoriales deben convertirse a un formato ráster (mapas de bits - matrices de píxeles) antes de que puedan renderizarse (mostrarse o imprimirse). [10] El tamaño del archivo de mapa de bits / formato de mapa de bits generado por la conversión dependerá de la resolución requerida, pero el tamaño del archivo vectorial que genera el mapa de bits / archivo de mapa de bits siempre será el mismo. Por lo tanto, es fácil convertir de un archivo vectorial a una variedad de formatos de archivo de mapa de bits / ráster .pero es mucho más difícil ir en la dirección opuesta, especialmente si se requiere una edición posterior de la imagen vectorial. Puede ser una ventaja guardar una imagen creada a partir de un archivo de origen vectorial como un formato de mapa de bits / ráster, porque los diferentes sistemas tienen formatos vectoriales diferentes (e incompatibles) y algunos pueden no admitir gráficos vectoriales en absoluto. Sin embargo, una vez que un archivo se convierte del formato vectorial, es probable que sea más grande y pierde la ventaja de escalabilidad sin pérdida de resolución. Tampoco será posible editar partes individuales de la imagen como objetos discretos. El tamaño de archivo de una imagen de gráfico vectorial depende de la cantidad de elementos gráficos que contiene; es una lista de descripciones.
De ráster
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Impresión
El arte vectorial es ideal para imprimir ya que el arte está hecho a partir de una serie de curvas matemáticas; se imprimirá con mucha nitidez incluso cuando se cambie de tamaño. [11] Por ejemplo, uno puede imprimir un logotipo vectorial en una pequeña hoja de papel de copia y luego agrandar el mismo logotipo vectorial al tamaño de una valla publicitaria y mantener la misma calidad nítida. Un gráfico de trama de baja resolución se difuminaría o pixelaría excesivamente si se ampliara del tamaño de una tarjeta de visita al tamaño de una valla publicitaria. (La resolución precisa de un gráfico de trama necesaria para obtener resultados de alta calidad depende de la distancia de visualización; por ejemplo, una valla publicitaria puede parecer de alta calidad incluso a baja resolución si la distancia de visualización es lo suficientemente grande). [12]
Si consideramos los caracteres tipográficos como imágenes, las mismas consideraciones que hemos hecho para los gráficos se aplican incluso a la composición del texto escrito para imprimir ( composición tipográfica ). Los conjuntos de caracteres más antiguos se almacenaban como mapas de bits. Por lo tanto, para lograr la máxima calidad de impresión, solo tenían que usarse con una resolución determinada; Se dice que estos formatos de fuente no son escalables. La tipografía de alta calidad se basa hoy en día en dibujos de caracteres ( fuentes ) que normalmente se almacenan como gráficos vectoriales y, como tales, son escalables a cualquier tamaño. Ejemplos de estos formatos vectoriales para caracteres son las fuentes Postscript y las fuentes TrueType .
Operación
Ventajas de este estilo de dibujo sobre gráficos rasterizados :
- Debido a que los gráficos vectoriales consisten en coordenadas con líneas / curvas entre ellas, el tamaño de la representación no depende de las dimensiones del objeto. Esta cantidad mínima de información se traduce en un tamaño de archivo [ cita requerida ] mucho más pequeño en comparación con las imágenes rasterizadas grandes que se definen píxel a píxel. Dicho esto, a menudo se dice que un gráfico vectorial con un tamaño de archivo pequeño carece de detalles en comparación con una foto del mundo real.
- En consecuencia, uno puede ampliar infinitamente, por ejemplo, un arco de círculo, y permanece suave. Por otro lado, un polígono que representa una curva revelará que no es realmente curvo.
- Al hacer zoom, las líneas y curvas no necesitan ensancharse proporcionalmente. A menudo, el ancho no aumenta o es menos que proporcional. Por otro lado, las curvas irregulares representadas por formas geométricas simples se pueden hacer proporcionalmente más anchas al hacer zoom, para que se vean suaves y no como estas formas geométricas.
- Los parámetros de los objetos se almacenan y pueden modificarse posteriormente. Esto significa que mover , escalar , rotar , rellenar , etc. no degrada la calidad de un dibujo. Además, es habitual especificar las dimensiones en unidades independientes del dispositivo, lo que da como resultado la mejor rasterización posible en los dispositivos ráster .
- Desde una perspectiva 3-D, renderizar sombras también es mucho más realista con gráficos vectoriales, ya que las sombras se pueden abstraer en los rayos de luz a partir de los cuales se forman. Esto permite imágenes y representaciones fotorrealistas.
Por ejemplo, considere un círculo de radio r . [13] Las principales piezas de información que necesita un programa para dibujar este círculo son
- una indicación de que lo que se va a dibujar es un círculo
- el radio r
- la ubicación del punto central del círculo
- estilo y color de la línea de trazo (posiblemente transparente)
- relleno de estilo y color (posiblemente transparente)
Los formatos vectoriales no siempre son apropiados en el trabajo gráfico y también tienen numerosas desventajas. [14] Por ejemplo, dispositivos como cámaras y escáneres producen esencialmente gráficos de trama de tono continuo que no son prácticos para convertir en vectores, por lo que para este tipo de trabajo, un editor de imágenes operará en los píxeles en lugar de en los objetos de dibujo definidos por Expresiones matemáticas. Las herramientas gráficas integrales combinarán imágenes de fuentes vectoriales y ráster, y pueden proporcionar herramientas de edición para ambos, ya que algunas partes de una imagen podrían provenir de una fuente de cámara y otras podrían haber sido dibujadas usando herramientas vectoriales.
Algunos autores han criticado el término gráficos vectoriales por ser confuso. [15] [16] En particular, los gráficos vectoriales no se refieren simplemente a los gráficos descritos por los vectores euclidianos . [17] Algunos autores han propuesto utilizar gráficos orientados a objetos en su lugar. [15] [18] [19] Sin embargo, este término también puede ser confuso, ya que puede leerse como cualquier tipo de gráfico implementado mediante programación orientada a objetos . [15]
Operaciones vectoriales
Los editores de gráficos vectoriales generalmente permiten la traducción, rotación, duplicación, estiramiento, sesgo, transformaciones afines , cambio de orden z (libremente, lo que está delante de qué) y la combinación de primitivas en objetos más complejos. [ cita requerida ] Las transformaciones más sofisticadas incluyen operaciones de conjuntos en formas cerradas ( unión , diferencia , intersección , etc.). [20]
Los gráficos vectoriales son ideales para dibujos simples o compuestos que necesitan ser independientes del dispositivo, [21] o no necesitan lograr fotorrealismo . Por ejemplo, los lenguajes de descripción de páginas PostScript y PDF utilizan un modelo de gráficos vectoriales.
Ver también
- Animación
- Geometría anti-grano
- El Cairo (gráficos)
- Comparación de editores de gráficos vectoriales
- Comparación de formatos de archivos gráficos
- Diseño asistido por ordenador
- Direct2D
- Ilustración
- Biblioteca de gráficos Javascript
- De trama a vector
- Gráficos de trama
- Independencia de resolución
- Gráficos de tortugas
- Juego de vectores
- Formatos de archivo de gráficos vectoriales
- Monitor de vector
- Paquetes de vectores
- Vexel
- Modelo de estructura de alambre
- modelado 3D
Notas
- ^ Nigel Chapman; Jenny Chapman (2002) [2000]. Multimedia digital . Wiley. pag. 86 . ISBN 0-471-98386-1.
- ^ Arie Kaufman (1993). Hardware de renderizado, visualización y rasterización . Springer Science & Business Media. págs. 86-87. ISBN 978-3-540-56787-5.
- ^ Modelos de datos vectoriales , fundamentos de los sistemas de información geográfica , Saylor Academy, 2012
- ^ Bolstad, Paul (2008). Fundamentos de SIG: Un primer texto sobre sistemas de información geográfica (3ª ed.). Eider Press. pag. 37.
- ^ Murray 2002 , págs. 81–83.
- ^ Holzer, Derek (abril de 2019). Síntesis de vectores: una investigación arqueológica de los medios sobre la luz modulada por sonido (PDF) (Tesis). Universidad de Aalto . urna: NBN: fi: aalto-201905193156 . Consultado el 31 de julio de 2020 .
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- ^ Rex van der Spuy (2010). Diseño de juegos avanzado con Flash . Presione. pag. 306. ISBN 978-1-4302-2739-7.
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- ^ Amy Arntson (2011). Conceptos básicos del diseño gráfico (6ª ed.). Aprendizaje Cengage. pag. 194. ISBN 978-1-133-41950-1.
- ^ Barr 1984 , p. 21.
- ^ Qin, Zheng (27 de enero de 2009). Gráficos vectoriales para renderizado 3D en tiempo real (PDF) (Tesis). Universidad de Waterloo . pag. 1. hdl : 10012/4262 . Consultado el 28 de julio de 2020 .
Referencias
- Barr, Alan H. (julio de 1984). "Deformaciones globales y locales de primitivos sólidos" (PDF) . SIGGRAPH . 18 (3): 21–30. CiteSeerX 10.1.1.67.6046 . doi : 10.1145 / 800031.808573 . ISBN 0897911385. S2CID 16162806 . Consultado el 31 de julio de 2020 .
- Gharachorloo, Nader; Gupta, Satish; Sproull, Robert F .; Sutherland, Ivan E. (julio de 1989). "Una caracterización de diez técnicas de rasterización" (PDF) . SIGGRAPH . 23 (3): 355–368. CiteSeerX 10.1.1.105.461 . doi : 10.1145 / 74333.74370 . ISBN 0201504340. S2CID 8253227 . Consultado el 28 de julio de 2020 .
- Murray, Stephen (2002). "Dispositivos gráficos". En Roger R. Flynn (ed.). Ciencias de la Computación, Vol 2: Software y hardware, Macmillan Reference USA . Libros electrónicos de Gale . Consultado el 3 de agosto de 2020 .
enlaces externos
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Medios relacionados con gráficos vectoriales en Wikimedia Commons
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- Formatos de archivo de gráficos
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