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벡터 그래픽스

Vector graphics
이 기사는 컴퓨터 일러스트레이션에 관한 것이다.다른 용도는 벡터 그래픽(동음이의)을 참조하십시오.
확대 시 벡터 그래픽과 래스터 그래픽의 비교 표시 예제

벡터 그래픽은 컴퓨터 그래픽의 한 형태로서 점, 선, 곡선, 다각형 등 데카르트 평면에 정의된 기하학적 형상에서 직접 시각적 영상을 생성하기 위한 메커니즘의 집합이다.이러한 메커니즘에는 벡터 디스플레이와 인쇄 하드웨어, 벡터 데이터 모델과 파일 형식, 그리고 이러한 데이터 모델(특히 그래픽 디자인 소프트웨어, 컴퓨터 지원 설계 및 지리 정보 시스템)에 기반한 소프트웨어 등이 포함될 수 있다.벡터 그래픽은 래스터 그래픽의 대안으로, 각각 일반과 특정 상황에서 장단점을 가진다.[1]

벡터 하드웨어는 래스터 기반 모니터와 프린터를 선호하여 크게 사라졌지만,[2] 벡터 데이터와 소프트웨어는 특히 높은 수준의 기하학적 정밀도가 요구되는 경우와 복잡한 정보가 단순한 기하학적 원시성으로 분해될 수 있는 경우 널리 계속 사용되고 있다.따라서 엔지니어링, 아키텍처, 측량, 3D 렌더링, 타이포그래피와 같은 영역에서는 선호되는 모델이지만 래스터가 더 효과적이고 효율적인 사진, 원격 감지 등의 애플리케이션에는 전혀 적합하지 않다.지리적 정보 시스템(GIS)과 그래픽 설계와 같은 일부 애플리케이션 도메인은 목적에 따라 벡터 그래픽과 래스터 그래픽을 동시에 사용한다.

벡터 그래픽은 분석적 기하학이나 좌표 기하학의 수학에 기초하고 있으며 벡터장, 벡터 미적분학 등 벡터 용어의 다른 수학적 용도와는 관련이 없다.이는 두 가지 의미를 모두 사용하는 규범에 약간의 혼란을 초래할 수 있다.

데이터 모델

참고 항목:기하학적 원시

벡터 그래픽의 논리적 데이터 모델은 좌표 지오메트리의 수학에 기초하는데, 이 수학에서는 도형이 p = (x, y) 또는 p = (x, y, z)로 2차원 또는 3차원 데카르트 좌표계의 점 집합으로 정의된다.거의 모든 형상이 점의 무한수로 구성되기 때문에 벡터 모델은 정점이라고 불리는 점의 유한 표본을 사용하여 지정할 수 있는 기하학적 원시성의 제한된 집합을 정의한다.예를 들어, 사각형은 네 모서리의 세 개 위치에 의해 모호하지 않게 정의될 수 있으며, 이 위치에서 소프트웨어는 연결 경계선과 내부 공간을 보간할 수 있다.정사각형은 일정한 모양이기 때문에 하나의 모서리 위치, 크기(폭=높이), 회전 각도로도 정의할 수 있다.

기본 기하학적 원형은 다음과 같다.

  • 단일점
  • 간섭선의 단순한 선형 보간이 가능하도록 두 끝점에 의해 정의되는 선 세그먼트.
  • 폴리곤 체인 또는 폴리선(Polygonal Chain)으로, 연결된 선 세그먼트의 집합으로, 순서가 지정된 점 리스트에 의해 정의됨
  • 공간의 영역을 나타내는 폴리곤은 그 경계로 정의되며, 시작 정점과 끝 정점이 일치하는 폴리선이다.

다음과 같은 다양한 복잡한 형상이 지원될 수 있다.

많은 벡터 데이터 집합에서 각 모양은 속성 집합과 결합될 수 있다.가장 흔한 것은 색상, 선 두께 또는 대시 패턴과 같은 시각적 특성이다.GIS나 BIM과 같이 모양이 실제 특징을 나타내는 시스템에서는 이름, 나이, 크기 등 각각의 표현된 특징의 다양한 속성을 저장할 수 있다.[3]

일부 벡터 데이터, 특히 GIS에서 객체 간 위상학적 관계에 대한 정보는 전송 네트워크에서 도로 세그먼트 사이의 연결을 추적하는 것과 같은 데이터 모델에 표현될 수 있다.[4]

하나의 벡터 파일 형식으로 저장된 데이터 집합을 특정 이미지에 사용되는 모든 원시 개체를 지원하는 다른 파일 형식으로 변환하는 경우 변환은 무손실일 수 있다.

벡터 디스플레이 하드웨어

주요 기사:벡터 모니터
벡터 모니터에서 하는 무료 소프트웨어 소행성 같은 비디오 게임

벡터 CRT와 펜 플로터와 같은 벡터 기반 장치는 도면의 메커니즘을 직접 제어하여 기하학적 모양을 만든다.벡터 디스플레이 장치는 두 점(즉, 선의 각 끝의 좌표)만 처리하면 선을 정의할 수 있기 때문에, 이 장치는 점 쌍의 관점에서 이미지를 정리함으로써 처리해야 할 총 데이터 양을 줄일 수 있다.[5]

벡터 그래픽 디스플레이는 1958년 미국의 SAGE 방공 시스템에 의해 처음 사용되었다.[6]벡터 그래픽 시스템은 1999년 항공 교통 관제 과정에서 미국에서 퇴출되었다.[citation needed]벡터 그래픽은 컴퓨터 그래픽의 선구자인 이반 서덜랜드가 1963년 그의 프로그램 스케치패드를 실행하기 위해 MIT 링컨 연구소의 TX-2에서도 사용되었다.[7]

후속 벡터 그래픽 시스템은 대부분 동적으로 수정 가능한 도면 지침 목록을 통해 반복되며 IBM 2250, Imlac PDS-1 및 DEC GT40을 포함한다.벡터 그래픽스라는 벡터 그래픽을 사용한 비디오 게임기와 아스테로이드, 스페이스 워즈 같은 다양한 아케이드 게임, 그리고 벡터 모니터를 이용한 립오프, 테일 건너 같은 많은 영화관 게임도 있었다.[8]Tektronix 4014와 같은 저장 범위 디스플레이는 벡터 이미지를 표시할 수 있지만 디스플레이를 먼저 지우지 않으면 수정할 수 없다.그러나 이것들은 텔레비전에 사용되는 래스터 기반의 스캐닝 디스플레이만큼 널리 사용되지 않았고, 1980년대 중반에는 전문화된 응용 프로그램을 제외하고는 대부분 사라졌다.

기술 도면에 사용되는 플롯터는 여전히 종이의 2차원 공간을 통해 지시된 대로 펜을 움직여 벡터를 종이에 직접 그린다.그러나 모니터와 마찬가지로 래스터 이미지를 인쇄하는 와이드 포맷 프린터(벡터 데이터에서 렌더링할 수 있음)로 대체되었다.

소프트웨어

이 모델은 다양한 어플리케이션 도메인에서 유용하기 때문에 벡터 그래픽을 그리고, 조작하고, 시각화하기 위해 많은 다른 소프트웨어 프로그램들이 만들어졌다.이것들은 모두 동일한 기본 벡터 데이터 모델에 기초하지만, 그들은 매우 다른 파일 형식을 사용하여 매우 다르게 모양을 해석하고 구조할 수 있다.

파일 형식

라운드 4색 스월(원형 4색 스월)의 이 벡터 기반(SVG 형식) 이미지는 벡터 그래픽 대 래스터 그래픽의 몇 가지 독특한 특징을 보여준다: 둥근 모서리를 따라 앨리어싱이 없으며(래스터 그래픽에서 디지털 아티팩트가 발생할 수 있음), 컬러 그라데이션이 모두 매끄러우며, 사용자는 qua를 잃지 않고 이미지를 무한대로 조정할 수 있다.온정

벡터 그래픽은 오늘날 그래픽 파일 형식의 SVG, WMF, EPS, PDF, CDR 또는 AI 형식에서 흔히 볼 수 있으며, 본질적으로 JPEG, PNG, APNG, GIF, WebP, BMP, MPEG4와 같은 보다 일반적인 래스터 그래픽 파일 형식과는 다르다.

벡터 그래픽을 위한 W3C(World Wide Web Consortium) 표준은 SVG(Scalable Vector Graphics)이다.그 표준은 복잡하고 부분적으로나마 상업적 이익 때문에 제정되는 것이 상대적으로 느렸다.현재 많은 웹 브라우저가 SVG 데이터 렌더링을 일부 지원하지만 표준의 완전한 구현은 여전히 비교적 드물다.

최근 몇 년 동안 SVG는 렌더링 장치(일반적으로 프린터 또는 디스플레이 모니터)의 해상도와 완전히 독립된 중요한 형식이 되었다.SVG 파일은 본질적으로 인쇄 가능한 텍스트로, 다른 속성뿐만 아니라 직선 경로와 곡선 경로를 모두 설명한다.위키피디아는 단순한 지도, 선 삽화, 팔의 코트, 깃발과 같은 이미지에 대해 SVG를 선호하는데, 일반적으로 사진이나 다른 연속 톤의 이미지와는 다르다.SVG를 렌더링하려면 현재 작업에 적합한 해상도의 래스터 형식으로 변환해야 한다.SVG는 애니메이션 그래픽의 형식이기도 하다.

휴대전화용 SVG 버전도 있다.특히 휴대전화의 구체적인 포맷을 SVGT(SVG Tiny version)라고 한다.이러한 이미지들은 링크를 셀 수 있고 안티앨리어싱을 이용할 수도 있다.그것들은 벽지로도 전시될 수 있다.

CAD 소프트웨어는 고유의 벡터 데이터 형식, 즉 오토데스크의 DWG와 같은 소프트웨어 벤더가 만든 독점 형식과 DXF와 같은 공개 교환 형식을 사용한다.ESRI 파일 Geodatabase와 같은 독점적 형식, Shapefile과 원본 KML과 같은 독점적이지만 공개적인 형식, GeoJSON과 같은 오픈 소스 형식, Open Geospat의 Simple Features와 GML과 같은 표준 기구에 의해 생성된 형식 등 수백 개의 고유한 벡터 파일 형식이 그 역사에 걸쳐 GIS 데이터용으로 생성되었다.일알 컨소시엄.

전환

이미지 파일 형식 목록은 독점적 및 공용 벡터 형식을 포함한다.
벡터화 전 원본 참조 사진
세부 사항은 벡터 아트에 추가하거나 벡터 아트에서 제거할 수 있다.

토 래스터

주요 기사: 래스터화, 래스터 이미지 프로세서 및 렌더 출력 장치

현대의 디스플레이와 프린터는 래스터 장치로서, 벡터 포맷을 래스터 포맷(비트맵 - 픽셀 배열)으로 변환해야 렌더링(표시 또는 인쇄)할 수 있다.[10]변환에 의해 생성된 비트맵/래스터 형식 파일의 크기는 필요한 해상도에 따라 다르지만 비트맵/래스터 파일을 생성하는 벡터 파일의 크기는 항상 동일하게 유지된다.따라서 벡터 파일에서 비트맵/래스터 파일 형식의 범위로 변환하기는 쉽지만, 특히 벡터 그림의 후속 편집이 필요한 경우에는 반대 방향으로 가는 것이 훨씬 어렵다.시스템마다 벡터 형식이 다르고 호환되지 않는 벡터 형식을 가지고 있으며, 벡터 그래픽을 전혀 지원하지 않을 수도 있기 때문에 벡터 소스 파일에서 생성된 이미지를 비트맵/래스터 형식으로 저장하는 것이 이점이 될 수 있다.그러나 일단 벡터 포맷에서 파일을 변환하면 더 커질 가능성이 높고, 해상도 손실 없이 확장성의 이점을 잃게 된다.또한 이미지의 개별 부분을 이산형 객체로 더 이상 편집할 수 없게 된다.벡터 그래픽 이미지의 파일 크기는 포함된 그래픽 요소의 수에 따라 달라진다. 그것은 설명의 목록이다.

시작 래스터

주요 기사:벡터화(이미지 추적) 및 래스터-벡터 변환 소프트웨어 비교

인쇄

벡터 아트는 일련의 수학적 곡선으로 만들어졌기 때문에 인쇄에 이상적이다; 그것은 크기가 조정되어도 매우 바삭하게 인쇄될 것이다.[11]예를 들어, 작은 복사 용지에 벡터 로고를 인쇄한 다음, 동일한 벡터 로고를 빌보드 사이즈로 확대하여 같은 바삭바삭한 품질을 유지할 수 있다.저해상도 래스터 그래픽이 명함 크기에서 빌보드 크기로 확대되면 흐릿해지거나 픽셀화 될 수 있다.(높은 품질의 결과에 필요한 래스터 그래픽의 정확한 해상도는 보기 거리에 따라 달라진다. 예를 들어, 시청 거리가 충분히 크더라도 낮은 해상도로도 광고판이 여전히 높은 품질로 나타날 수 있다.[12]

만약 우리가 타이포그래픽 문자를 이미지로 간주한다면, 우리가 그래픽에 대해 했던 것과 같은 고려사항이 인쇄를 위한 서면 텍스트의 구성에도 적용된다(타입 설정).오래된 문자 집합은 비트맵으로 저장되었다.따라서 최대 인쇄 품질을 얻기 위해서는 주어진 해상도로만 사용해야 했다. 이러한 글꼴 형식은 확장성이 없다고 한다.오늘날에는 벡터 그래픽으로 일반적으로 저장되는 문자 도면(폰트)을 기반으로 하여 고품질 타이포그래피가 어떠한 크기로도 확장 가능하다.문자에 대한 이러한 벡터 형식의 예로는 Postscript 글꼴과 TrueType 글꼴이 있다.

작전

래스터 그래픽에 비해 이 스타일의 그리기:

  • 벡터 그래픽은 그 사이에 선/곡선이 있는 좌표로 구성되기 때문에 표현 크기는 객체의 치수에 따라 달라지지 않는다.이 최소의 정보는 픽셀 단위로 정의된 라스터 이미지보다 훨씬 작은[citation needed] 파일 크기로 해석된다.이렇게 말한 것처럼 파일 크기가 작은 벡터 그래픽은 실제 사진보다 디테일이 부족한 경우가 많다.
  • 이에 따라 원호(circle arc)를 무한히 확대할 수 있으며, 원호(circle arc)는 매끄럽게 유지된다.반면에, 곡선을 나타내는 다각형은 실제로 곡선이 아니라는 것을 드러낼 것이다.
  • 확대하면 선과 곡선이 비례적으로 넓어질 필요가 없다.종종 폭은 증가하지 않거나 비례적이지 않다.반면에 단순한 기하학적 형상으로 대표되는 불규칙한 곡선은 확대 시 비례적으로 더 넓게 만들어, 이러한 기하학적 형상과는 다르게 매끄럽게 보이게 할 수 있다.
  • 객체의 매개변수는 저장되며 나중에 수정할 수 있다.이것은 이동, 스케일링, 회전, 충전 등이 도면의 품질을 저하시키지 않는다는 것을 의미한다.또한 래스터 장치에 가능한 최상의 래스터화를 초래하는 장치 독립 단위에 치수를 지정하는 것이 일반적이다.
  • 3-D 관점에서, 그림자를 렌더링하는 것 또한 벡터 그래픽으로 훨씬 더 현실적이다. 그림자들이 형성되는 빛의 광선으로 추상화될 수 있기 때문이다.이것은 사실적 이미지와 렌더링을 허용한다.

예를 들어, 반지름 r의 원을 고려하십시오.[13]이 원을 그리기 위해 프로그램이 필요로 하는 정보의 주요 부분은

  1. 그려야 할 것이 동그라미라는 표시
  2. 반경 r
  3. 원의 중심점 위치
  4. 스트로크 라인 스타일 및 색상(반투명)
  5. 스타일 및 색상 채우기(투명 투명)

벡터 형식은 그래픽 작업에서 항상 적절한 것은 아니며 많은 단점도 있다.[14]예를 들어 카메라나 스캐너와 같은 장치는 벡터로 변환하는 것이 비실용적인 연속 톤 래스터 그래픽을 생산하기 때문에 이러한 유형의 작업에 대해서는 수학적 표현으로 정의된 도면 객체가 아닌 픽셀에서 이미지 편집기가 작동하게 된다.종합적인 그래픽 도구는 벡터와 래스터 소스의 이미지를 결합할 것이며, 이미지의 어떤 부분은 카메라 소스에서 나올 수 있고, 다른 부분은 벡터 도구를 사용하여 그려졌을 수 있기 때문에 두 가지 모두에 대한 편집 도구를 제공할 수 있다.

일부 저자들은 벡터 그래픽이라는 용어가 혼란스럽다고 비판해왔다.[15][16]특히 벡터 그래픽은 단순히 유클리드 벡터가 설명하는 그래픽을 지칭하는 것이 아니다.[17]일부 저자들은 객체 지향 그래픽을 대신 사용할 것을 제안했다.[15][18][19]그러나 이 용어는 또한 객체 지향 프로그래밍을 사용하여 구현된 모든 종류의 그래픽으로 읽힐 수 있기 때문에 혼동될 수 있다.[15]

벡터 연산

벡터 그래픽 편집기는 일반적으로 변환, 회전, 미러링, 스트레칭, 왜곡, 정렬, 정렬 변환, z 순서 변경(느리게, 앞에 무엇이 있는지) 및 원시성의 결합을 보다 복잡한 객체로 할 수 있다.[citation needed]보다 정교한 변환에는 닫힌 형상(조합, 차이, 교차점 등)에 대한 세트 연산이 포함된다.[20]

벡터 그래픽은 장치에 독립적이어야 하거나 [21]광현실주의를 달성할 필요가 없는 단순하거나 복합적인 도면에 이상적이다.예를 들어 PostScript 및 PDF 페이지 설명 언어는 벡터 그래픽 모델을 사용한다.

참고 항목

메모들

  1. ^ Nigel Chapman; Jenny Chapman (2002) [2000]. Digital Multimedia. Wiley. p. 86. ISBN 0-471-98386-1.
  2. ^ Arie Kaufman (1993). Rendering, Visualization and Rasterization Hardware. Springer Science & Business Media. pp. 86–87. ISBN 978-3-540-56787-5.
  3. ^ Vector Data Models, Essentials of Geographic Information Systems, Saylor Academy, 2012
  4. ^ Bolstad, Paul (2008). GIS Fundamentals: A First Text on Geographic Information Systems (3rd ed.). Eider Press. p. 37.
  5. ^ Murray 2002, 페이지 81–83.
  6. ^ Holzer, Derek (April 2019). Vector Synthesis: a Media-Archaeological Investigation into Sound-Modulated Light (PDF) (Thesis). Aalto University. urn:NBN:fi:aalto-201905193156. Retrieved July 31, 2020.
  7. ^ Kassem, Dalal (October 15, 2014). The Sketchpad Window (Thesis). Virginia Polytechnic Institute and State University. hdl:10919/63920. Retrieved September 18, 2020.
  8. ^ Wolf, Mark J. P. (2008). The Video Game Explosion: A History from PONG to Playstation and Beyond. ABC-CLIO. pp. 67–71. ISBN 978-0-313-33868-7. Retrieved July 31, 2020.
  9. ^ Peuquet, Donna J. (1984) 개념 체계와 공간 데이터 모델의 비교, Cartographica 21 (4) 66–113. doi:10.3138/D794-N214-221R-23R5.
  10. ^ 가라초루 외 1989, 페이지 355.
  11. ^ "Vector & Raster Graphics in Offset Printing – Olympus Press – Commercial Printing". Olypress.com. December 6, 2013. Retrieved June 16, 2014.
  12. ^ "Printing and Exporting (Graphics)". Unix.eng.ua.edu. June 18, 2002. Retrieved June 16, 2014.[영구적 데드링크]
  13. ^ "ASCIIsvg: Easy mathematical vector graphics". .chapman.edu. Retrieved June 16, 2014.
  14. ^ Andy Harris. "Vector Graphics". wally.cs.iupui.edu. Archived from the original on May 18, 2012. Retrieved June 16, 2014.
  15. ^ a b c Nigel Chapman; Jenny Chapman (2002) [2000]. Digital Multimedia. Wiley. p. 70. ISBN 0-471-98386-1.
  16. ^ CS 354 Vector Graphics & Path Rendering 2020년 4월 18일 웨이백 머신, 슬라이드 7, Mark Kilgard, 2012년 4월 10일, 텍사스 대학교 오스틴에 보관
  17. ^ Rex van der Spuy (2010). AdvancED Game Design with Flash. Apress. p. 306. ISBN 978-1-4302-2739-7.
  18. ^ Ted Landau (2000). Sad Macs, Bombs and Other Disasters (4th ed.). Peachpit Press. p. 409. ISBN 978-0-201-69963-0.
  19. ^ Amy Arntson (2011). Graphic Design Basics (6th ed.). Cengage Learning. p. 194. ISBN 978-1-133-41950-1.
  20. ^ 1984년, 페이지 21.
  21. ^ Qin, Zheng (January 27, 2009). Vector Graphics for Real-time 3D Rendering (PDF) (Thesis). University of Waterloo. p. 1. hdl:10012/4262. Retrieved July 28, 2020.

참조

외부 링크

Wikimedia Commons에서 벡터 그래픽과 관련된 미디어