Vektorgrafiken: Beherrschung von Vektorgrafiken in Computer Vision

Von Fouad Sabry

Was ist Vektorgrafiken

Vektorgrafiken sind eine Form der Computergrafik, bei der visuelle Bilder direkt aus geometrischen Formen erstellt werden, die auf einer kartesischen Ebene definiert sind, z. B. Punkte oder Linien , Kurven und Polygone. Zu den zugehörigen Mechanismen können Vektoranzeige- und Druckhardware, Vektordatenmodelle und Dateiformate sowie die auf diesen Datenmodellen basierende Software gehören. Vektorgrafiken sind eine Alternative zu Raster- oder Bitmap-Grafiken, wobei jede in bestimmten Situationen Vor- und Nachteile hat.

Wie Sie davon profitieren

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Vektorgrafiken

Kapitel 2: Rastergrafiken

Kapitel 3: SVG

Kapitel 4: Rastergrafik-Editor

Kapitel 5: Vektorgrafik-Editor

Kapitel 6: Rasterisierung

Kapitel 7: Vergleich von Vektorgrafik-Editoren

Kapitel 8: Bilddateiformat

Kapitel 9: Bildverfolgung

Kapitel 10: Boxy SVG

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zu Vektorgrafiken .

(III) Beispiele aus der Praxis für die Verwendung von Vektorgrafiken in vielen Bereichen.

Für wen dieses Buch gedacht ist

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Hobbyisten und diejenigen, die über grundlegende Kenntnisse oder Informationen für jede Art von Vektorgrafiken hinausgehen möchten.

 

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 13. Mai 2024

Buchvorschau

Kapitel 1: Vektorgrafiken

Vektorgrafiken sind eine Art von Computergrafik, bei der Bilder direkt aus Punkten, Linien, Kurven und Polygonen gebildet werden, die auf einer kartesischen Ebene definiert sind. Hardware für die Darstellung und den Druck von Vektoren, Vektordatenmodelle und Dateiformate sowie Software, die auf diesen Datenmodellen basiert, können zu den verknüpften Mechanismen gehören (insbesondere Grafikdesign-Software, computergestütztes Design und geografische Informationssysteme). Vektorgrafiken sind eine Alternative zu Raster- und Bitmap-Grafiken, von denen jede besondere Vorzüge und Einschränkungen hat.

Vektorhardware wurde größtenteils durch rasterbasierte Displays und Drucker ersetzt, aber Vektordaten und -software werden immer noch häufig verwendet, insbesondere wenn ein hohes Maß an geometrischer Präzision erforderlich ist und komplizierte Informationen in einfache geometrische Primitive zerlegt werden können. Daher ist es das bevorzugte Modell für Bereiche wie Ingenieurwesen, Architektur, Vermessung, 3D-Rendering und Typografie, aber es ist völlig ungeeignet für Fotografie- und Fernerkundungsanwendungen, bei denen Raster effektiver und effizienter sind. Einige Anwendungsbereiche, wie geografische Informationssysteme (GIS) und Grafikdesign, verwenden je nach Verwendungszweck sowohl Vektor- als auch Rastergrafiken.

Vektorgrafiken basieren auf der Mathematik der analytischen oder Koordinatengeometrie und haben nichts mit anderen mathematischen Anwendungen des Namens Vektor zu tun. Dies kann zu Verwirrung in Bereichen führen, die beide Bedeutungen verwenden.

Das logische Datenformat von Vektorgrafiken basiert auf der Mathematik der Koordinatengeometrie, in der Formen als eine Menge von Punkten in einem zwei- oder dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem als p = (x, y) oder p = (x, y, z) (x, y, z) beschrieben werden. Da fast alle Formen aus einer unbegrenzten Anzahl von Punkten bestehen, bietet das Vektormodell eine begrenzte Anzahl geometrischer Primitive, die mit einer endlichen Stichprobe auffälliger Punkte, den sogenannten Scheitelpunkten, definiert werden können. Anhand der Koordinaten von drei der vier Ecken eines Quadrats kann die Software beispielsweise die verbindenden Begrenzungslinien und den Innenraum interpolieren. Da es sich um eine regelmäßige Form handelt, kann ein Quadrat auch durch die Position einer seiner Ecken, seine Größe (Breite gleich Höhe) und seinen Drehwinkel charakterisiert werden.

Die grundlegenden geometrischen Primitive sind:

Ein einsamer Punkt.

Ein Liniensegment, das durch zwei Endpunkte definiert ist und eine lineare Interpolation der dazwischen liegenden Linie ermöglicht.

Eine geordnete Liste von Punkten, die eine polygonale Kette oder Polylinie definieren, eine Sammlung verbundener Liniensegmente.

Ein Raumbereich, der durch ein Polygon dargestellt wird, dessen Umfang eine Polylinie mit lagegleichen Anfangs- und Endscheitelpunkten ist.

Mehrere komplexe Formen können untergebracht werden:

Parametrische Kurven, die Polylinien oder Polygone mit Parametern erweitern, um eine nichtlineare Interpolation zwischen Scheitelpunkten zu definieren, die aus Kreisbögen, kubischen Splines, Catmull-Rom-Gurtband, Bézierkurven und Bezigons bestehen.

Zwei- oder dreidimensionale parametrische Standardfiguren wie Kreise, Ellipsen, Quadrate, Superellipsen, Kugeln, Tetraeder, Superellipsoide usw.

Unebene dreidimensionale Flächen und Volumenkörper, die in der Regel als verbundener Satz von Polygonen (z. B. ein Polygonnetz) oder parametrische Flächen (z. B. NURBS) definiert sind.

Fraktale werden häufig als iterierte Funktionssysteme beschrieben.

In zahlreichen Vektordatensätzen kann jede Form mit einer Sammlung von Merkmalen gepaart werden. Zu den am weitesten verbreiteten visuellen Eigenschaften gehören Farbe, Linienstärke und Strichmuster. In Systemen, in denen Shapes reale Features widerspiegeln, z. B. GIS und BIM, kann für jedes dargestellte Feature eine Reihe von Attributen wie Name, Alter und Größe beibehalten werden.

Wenn ein in einem Vektordateiformat gespeicherter Datensatz in ein anderes Dateiformat konvertiert wird, das alle primitiven Bildobjekte unterstützt, ist die Konvertierung verlustfrei.

Vektorbasierte Geräte wie die Vektor-CRT und der Stiftplotter steuern einen Zeichenmechanismus direkt, um geometrische Objekte zu erzeugen. Aufgrund der Tatsache, dass Vektoranzeigegeräte eine Linie mit nur zwei Punkten (den Koordinaten beider Enden der Linie) definieren können, kann das Gerät die Gesamtmenge der zu verarbeitenden Daten reduzieren, indem es das Bild in Punktpaaren strukturiert. Displays mit Speicherbereich, wie z. B. der Tektronix 4014, konnten Vektorbilder anzeigen, aber nicht bearbeitet werden, ohne zuerst das Display zu löschen. Diese waren jedoch nie so beliebt wie die Rasterscanning-Fernsehbildschirme, und Mitte der 1980er Jahre waren sie aus allen außer Spezialanwendungen verschwunden.

Technische Zeichenplotter zeichnen weiterhin Vektoren direkt auf Papier, indem sie einen Stift durch den zweidimensionalen Raum des Papiers bewegen. Wie bei Monitoren wurden diese jedoch größtenteils durch Großformatdrucker ersetzt, die Rasterbilder erzeugen (die aus Vektordaten gerendert werden können).

Zahlreiche Softwaretools zum Zeichnen, Bearbeiten und Anzeigen von Vektorgrafiken wurden aufgrund der Anwendbarkeit dieses Modells auf zahlreiche Anwendungsbereiche entwickelt. Obwohl sie alle auf demselben grundlegenden Vektordatenparadigma basieren, interpretieren und strukturieren sie Formen auf sehr unterschiedliche Weise und verwenden sehr unterschiedliche Dateiformate.

Verwendung eines Vektorgrafikeditors oder Grafikprogramms wie Adobe Illustrator für Grafikdesign und Illustration. Weitere Informationen finden Sie unter Vergleich der Funktionen des Vektorgrafik-Editors.

Geographische Informationssysteme (GIS), die ein geographisches Feature mithilfe einer Vektorform und einer Sammlung von Eigenschaften darstellen können. Zu den GIS-Funktionen gehören Vektormanipulation, Kartierung und räumliche Vektoranalyse.

Die Anwendung von Computer-Aided Design (CAD) in Ingenieurwesen, Architektur und Vermessung. Ähnlich wie ein GIS fügen BIM-Modelle (Building Information Modeling) jeder Form Attribute hinzu.

Software für 3D-Computergrafik, insbesondere Computeranimation.

Vektorgrafiken sind in der Regel in Grafikdateiformaten wie SVG, WMF, EPS, PDF, CDR oder AI zu finden und unterscheiden sich grundlegend von Rastergrafikdateiformaten wie JPEG, PNG, APNG, GIF, WebP, BMP und MPEG4.

Scalable Vector Graphics ist der Standard des World Wide Web Consortium (W3C) für Vektorgrafiken (SVG). Der Standard ist komplex und seine Etablierung erfolgte relativ schrittweise, zumindest teilweise aufgrund von Geschäftsinteressen. Zahlreiche Webbrowser bieten jetzt teilweise Funktionen zum Rendern von SVG-Daten, aber vollständige Implementierungen der Spezifikation sind nach wie vor ungewöhnlich.

In den letzten Jahren hat sich SVG zu einem umfangreichen Format entwickelt, das völlig unabhängig von der Auflösung des Rendering-Geräts ist, in der Regel ein Drucker oder ein Anzeigemonitor. SVG-Dateien sind im Wesentlichen Textdateien, die neben anderen Features sowohl gerade als auch gekrümmte Pfade angeben.