第一章數(shù)字圖形基礎(chǔ)知識(shí)

1、第一章 數(shù)字圖形基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖形是數(shù)字化的圖形，它與傳統(tǒng)圖形的最大區(qū)別是構(gòu)成它的元素不同。當(dāng)代最重要的未來(lái)學(xué)家尼葛洛龐帝在他20世紀(jì)末的巨著數(shù)字化生存第一部“比特的時(shí)代”中寫道：“要了解數(shù)字化生存價(jià)值和影響，最好的辦法就是思考比特和原子的差異 ”。他把“比特”（bit）稱作“信息的DNA”，認(rèn)為它正在迅速取代原子而成為人類生活中的基本交換物。傳統(tǒng)視覺圖形與數(shù)字圖形的存在方式，也完全適用這樣的劃分：傳統(tǒng)圖形是原子的，它用物理的線條和色彩描述；數(shù)字圖形是比特（bit）的，它用虛擬的線條和色彩描述。圖形的存在方式造就了它的個(gè)性，也構(gòu)成了不同圖形之間的差異和特點(diǎn)。根據(jù)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像的處理原理以及

2、應(yīng)用的軟件和使用環(huán)境的不同，數(shù)字圖形可以分為矢量圖形和點(diǎn)陣圖形兩大類型。 1.1 以矢量圖存在的數(shù)字圖形 矢量圖也叫向量圖，也稱“面向?qū)ο驁D形”，矢量圖形是用數(shù)字方程描述的圖，它由矢量定義的直線、曲線和色彩組成，根據(jù)輪廓的幾何特性進(jìn)行描述?；谑噶坷L圖的程序如CorelDRAW，Adobe I11ustrator，F(xiàn)reehand等。 1.1.1 物件（圖元） “圖元”（Primitives）是矢量圖中可用來(lái)構(gòu)成更復(fù)雜物體的基本元素或部件。最常見的矢量圖圖元有直線、折線、曲線、螺旋線、矩形、圓形、多邊形、不規(guī)則形等。一張復(fù)雜的矢量圖是由很多個(gè)不同大小和形狀的“圖元”構(gòu)成的。矢量圖的數(shù)量越多、圖

3、形就越復(fù)雜、圖形文件就越大。 圖1-1 矢量圖圖元181.1.2 矢量圖的組成 矢量圖是數(shù)字圖形兩大類別中的一類。它本身沒有構(gòu)成圖形的“像素”，只是當(dāng)圖形在計(jì)算機(jī)的顯示器或打印機(jī)上輸出時(shí)，矢量圖才被硬件賦予虛擬點(diǎn)的方式呈現(xiàn)出來(lái)。 矢量圖的組成方式與點(diǎn)陣圖不同，它不是由像素矩陣式排列，而是計(jì)算機(jī)按矢量的數(shù)字模式描述的結(jié)果。因此，它不受像素的制約，可以放大很多級(jí)數(shù)，很適合表現(xiàn)無(wú)標(biāo)度的分形圖形的層層勘套和無(wú)窮的細(xì)部。1.1.3 矢量圖的優(yōu)、缺點(diǎn)（一） 優(yōu) 點(diǎn)由于矢量圖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它沒有構(gòu)成圖形的最小單位：像素，而是一種矢量描述的圖形。因此，矢量圖無(wú)論在顯示屏或打印機(jī)上放大多少倍。它的邊緣看上去都是光

4、滑的，不會(huì)出現(xiàn)鋸齒狀。這是矢量圖的最明顯的優(yōu)點(diǎn)之一。圖1-2 矢量圖的優(yōu)點(diǎn) A。 矢量圖b、c、d ，是a的各個(gè)局部。圖1-3 矢量圖的優(yōu)點(diǎn) B。把矢量圖b、c、d各個(gè)局部放大，讓它成與a同樣大小，曲線都是圓滑的。矢量圖是由計(jì)算機(jī)按矢量的數(shù)字模式描繪的，因此它的文件大小對(duì)圖形的尺寸不敏感，不會(huì)因圖形尺寸的大小而占據(jù)較大的存儲(chǔ)空間。這是矢量圖的最明顯的優(yōu)點(diǎn)之二。一個(gè)3 mm直徑的圓形與一個(gè)30000 mm直徑的圓形在corel DRAW 12 里，它們的文件大小都是12.5KB，所占用的空間是完全一樣大的。不含有點(diǎn)陣圖的純矢量圖占據(jù)的存儲(chǔ)器空間很小，一幅由上百個(gè)物件組成的復(fù)雜的矢量圖，圖形文件可

5、能只有幾百K字節(jié)大小，而把它轉(zhuǎn)換成相同尺寸、相同分辨率的點(diǎn)陣圖后，文件可能會(huì)增大到這個(gè)矢量圖的幾十倍甚至幾百倍。（二）缺 點(diǎn)矢量圖的文件兼容性不大好，不同的軟件有不同的文件格式，并且很多是不能通用的。如：*.cdr 是corel DRAW! 的文件格式，*.dwg是auto CAD的文件格式，*.ai 是Illustrator的文件格式，*.max是 3DS MAX 的文件格式，還有各種不同軟件產(chǎn)生的三維矢量圖的文件格式。矢量圖的文件對(duì)軟件的版本有嚴(yán)格的級(jí)別要求，一般高版本可以兼容低版本，但低版不能兼容本高版本。有時(shí)即使是同一軟件的同一版本，中文版和英文版也不能兼容。 如corel DRAW!

6、 就是典型的例子。矢量圖的文件對(duì)文本字體也非常敏感，要求有相應(yīng)的字庫(kù)與之匹配，如果你在自己家里畫了一個(gè)矢量圖，其中包含有“方正舒體”的字體，當(dāng)你把這個(gè)文件拷貝到學(xué)校機(jī)房的計(jì)算機(jī)里打開時(shí)，若是那里的計(jì)算機(jī)沒有安裝有“方正舒體”字庫(kù)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)提示你將用一種其他的字體替代。因此，我們?cè)诳截愇募臅r(shí)候，要把矢量圖中的字體轉(zhuǎn)為“曲線”方式，以避免在其他計(jì)算機(jī)上打開它時(shí)出現(xiàn)字體不匹配的情況。這樣做也存在一種不足，就是轉(zhuǎn)為“曲線”方式的字體不能再重新編輯。我們往往在拷貝文件的時(shí)候，要多拷貝一份沒有轉(zhuǎn)為“曲線”方式的，最好是把這種字庫(kù)一起拷貝帶走。矢量圖的缺點(diǎn)是看上去不“真實(shí)”，有明顯的人工繪制的痕跡，顯

7、得有些呆板。復(fù)雜的矢量圖，在某種場(chǎng)合下可能會(huì)出現(xiàn)打印和顯示問(wèn)題，有時(shí)打印出的是亂碼，有時(shí)只能打印出其中的一部分而漏掉另一部分。1.2 以點(diǎn)陣圖存在的數(shù)字圖形 點(diǎn)陣圖由稱為像素的細(xì)小方塊形成的網(wǎng)格組成，也叫位圖、像素圖或柵格圖像，是諸如Adobe Photoshop 、Corel PHOT-PAINT 等繪圖程序產(chǎn)生的圖 形，也可以通過(guò)掃描、數(shù)字相機(jī)或者一張 PhotoCD 中獲得。與矢量圖形相比位圖圖像更容易模擬照片式的真實(shí)效果。 1.2. 1 像素 我們所見到的數(shù)字圖形，根據(jù)它們?cè)谟?jì)算機(jī)里生成的結(jié)構(gòu)和不同方式，可分為“點(diǎn)陣圖”和“失量圖”兩大類。要弄清“點(diǎn)陣圖”的秘密必須首先了解構(gòu)成點(diǎn)陣圖的

8、最小單位 像素。像素是構(gòu)成點(diǎn)陣圖的基本單位。一個(gè)點(diǎn)陣圖是由許多個(gè)大小相同的像素沿水平方向和垂直方向按統(tǒng)一的矩陣整齊排列而成的。就像我們用不同顏色的地磚一塊塊在房間里鋪設(shè)地板圖案一樣。像素的英文名稱是Pixel，它是一個(gè)復(fù)合詞，由Picture和Element復(fù)合而成。像素本身是沒有實(shí)際尺寸的，它依賴于輸出（呈現(xiàn)）它的硬件設(shè)備。只有當(dāng)像素向指定的設(shè)備（如顯示器、打印機(jī) ）輸出時(shí)，才具有物理量的長(zhǎng)、寬、面積等。 圖1-4 花，像素（100% 原圖）如果我們把一張100的點(diǎn)陣圖分別放大200、400、800、1200，可清楚看到構(gòu)成這張圖的像素（小方格）越來(lái)約明顯。 圖1-5 花，像素（200）圖1

9、-6 花，像素（400）圖1-7 花，像素（800）圖1-8 花，像素（1200）1.2.2 點(diǎn)陣圖的組織 點(diǎn)陣圖是由一定數(shù)目的像素組合而成的，像素是構(gòu)成點(diǎn)陣圖的最小單位，點(diǎn)陣圖的大小與精致，取決于組成這幅圖的像素?cái)?shù)目的多少。由于像素的分布是沿水平和垂直兩個(gè)方向矩陣式排列的，任何一個(gè)點(diǎn)陣圖總是有一定數(shù)目的水平像素和垂直像素。我們通常用“水平像素?cái)?shù)垂直像素?cái)?shù)”表示一幅點(diǎn)陣圖的大小。如一幅像素是800600 Pixel 的點(diǎn)陣圖，它的像素?cái)?shù)是480,000 Pixel。我們鑒別一個(gè)點(diǎn)陣圖的精致與否，應(yīng)該看它有多少像素，而不是看它有多少長(zhǎng)寬尺寸（點(diǎn)陣圖的長(zhǎng)寬尺寸與顯示分辨率有關(guān)），或有多少字節(jié)（通常

10、說(shuō)有多少兆），只有像素才是決定一個(gè)點(diǎn)陣圖精致與粗糙的決定因素。在相同的圖形文件格式和相同的位深度的情況下，一個(gè)點(diǎn)陣圖包含的像素越多，它的圖形文件就越大，所要占據(jù)的存儲(chǔ)器空間也越大。 影響點(diǎn)陣圖大小的還有兩個(gè)因素：“位深度”和儲(chǔ)存圖形的“文件格式”。 “位深度”是計(jì)算機(jī)用來(lái)記錄每個(gè)像素顏色豐富與單調(diào)的一種量度。位深度的數(shù)值越大，點(diǎn)陣圖的顏色就越豐富，圖形所需占用的空間也越大。儲(chǔ)存點(diǎn)陣圖的“文件格式”不同，直接影響到文件的大小，在其他條件相同的情況下，采用TIFF格式儲(chǔ)存點(diǎn)陣圖，比采用EPS格式儲(chǔ)存時(shí)的文件要小，但比采用JPEG格式儲(chǔ)存時(shí)的文件要大。點(diǎn)陣圖也稱“位圖”、“光柵圖”。它多借助掃描儀、

11、數(shù)碼照相機(jī)等輸入設(shè)備來(lái)獲取素材。1.2.3 點(diǎn)陣圖的特征 優(yōu)、缺點(diǎn)（一） 優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)陣圖的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠較“真實(shí)”地再現(xiàn)人眼觀察到的世界，效果類似于照片，它比用失量圖畫出來(lái)的圖形要“逼真”得多。在顯示器再現(xiàn)允許的范圍里，點(diǎn)陣圖的“位深度”越大，它表現(xiàn)的顏色就越豐富；點(diǎn)陣圖的分辨率越高，它的圖形就越精細(xì)，色彩變化就越細(xì)膩。相對(duì)矢量圖來(lái)說(shuō)，點(diǎn)陣圖不大受到文件格式的局限，兼容性較好；*.JPG、 *.TI F、*.BMP 等都是很常用和很好用的點(diǎn)陣圖文件格式。（二） 缺 點(diǎn) 點(diǎn)陣圖的主要缺點(diǎn)是當(dāng)點(diǎn)陣圖尺寸較大或用高分辨率掃描圖片時(shí)，需要消耗大量的存儲(chǔ)器空間存儲(chǔ)它們，另外還需要較好的硬件設(shè)備進(jìn)行處理。這

12、就要求經(jīng)常編輯較大點(diǎn)陣圖和高分辨率圖片的設(shè)計(jì)師們，必須準(zhǔn)備充裕的存儲(chǔ)器和配置較高的計(jì)算機(jī)硬件。點(diǎn)陣圖的另一個(gè)缺陷是它不能象矢量圖那樣無(wú)限放大，因此它很難表現(xiàn)非常精細(xì)的圖形。當(dāng)一張點(diǎn)陣圖被放大到一定的倍數(shù)之后，邊緣就會(huì)出現(xiàn)鋸齒狀，影響圖形邊緣的圓滑和更精細(xì)的表達(dá)。圖1-9 田少煦，點(diǎn)陣圖的缺點(diǎn) A。在相同分辨率的情況下，整體與局部的大小關(guān)系。 a b c d圖1-10 田少煦，點(diǎn)陣圖的缺點(diǎn) B。點(diǎn)陣圖隨著放大倍數(shù)的提高，邊緣會(huì)出現(xiàn)鋸齒狀。1.3 分辨率（解析度） “分辨率”在有關(guān)圖形圖像、文字等描述中，是一個(gè)被誤解、混用得最多的概念。這是因?yàn)檫@個(gè)詞能使用于各種不同的場(chǎng)合，而每個(gè)場(chǎng)合都有各自固定的

13、含義。 “分辨率”的簡(jiǎn)單定義，是指“在指定單位上的單位數(shù)目”。1.3.1 點(diǎn)陣圖的分辨率 點(diǎn)陣圖的分辨率，是指每個(gè)英寸長(zhǎng)度單位內(nèi)的像素?cái)?shù)值。用通俗的語(yǔ)言表達(dá)，就是指每英寸長(zhǎng)度單位內(nèi)能夠容納多少個(gè)像素。它用“像素/英寸”（Pixels inch） 即ppi表示。如果一個(gè)72 72 Pixel和點(diǎn)陣圖，圖的尺寸是2.54 2.54cm （ 1英寸 1英寸 ），分辨率就是72 ppi, 這個(gè)點(diǎn)陣圖剛好是1平方英寸大小。圖1-11 田少煦，植物，100原大圖形，一平方英寸。圖1-12 田少煦，植物，200原大圖形，二平方英寸 圖1-13 田少煦，植物，400原大圖形，四平方英寸。圖1-14 田少煦，孺

14、子牛，100原大圖形，一平方英寸。 圖1-15 田少煦，孺子牛，200原大圖形，二平方英寸。 圖1-16 田少煦， 孺子牛，400原大圖形，四平方英寸。由此，我們得出結(jié)論：A. 點(diǎn)陣圖的像素，隨著圖形分辨率的增大而增加，它與分辨率成正比；圖形文件的大小也與分辨率成正比。 B. 點(diǎn)陣圖的尺寸隨著圖形分辨率的增大而縮小。尺寸與分辨率成反比。 分辨率 = 像素 / 圖的尺寸 根據(jù)上述結(jié)論，我們用同一個(gè)固定像素的點(diǎn)陣圖，分別在不同分辨率的視窗中打開，或在不同分辨率的打印機(jī)上打印，會(huì)得到尺寸大小不一樣的結(jié)果。我們打開名為“儺公儺母”的圖，系統(tǒng)缺?。?也叫默認(rèn) ）它的分辨率為72 ppi, 它的相關(guān)數(shù)據(jù)如

15、下： 像素：寬886， 高625 （像素） 尺寸：寬31.26， 高22.05 （厘米） 圖1-17 田少煦，儺公儺母，72ppi. 在不改變這個(gè)點(diǎn)陣圖像素的情況下，把它另存為分辨率是36 ppi的一幅圖，則可得到以下的變化：36 ppi：像素：寬886， 高625 （像素）尺寸：寬62.51 高44.13 （厘米）； 圖1-18 田少煦，儺公儺母，36ppi . 在不改變這個(gè)點(diǎn)陣圖像素的情況下，把它另存為分辨率是144 ppi 的一幅圖，則可得到以下的變化：144 ppi：像素：寬886， 高625 （像素）尺寸：寬15.63 高11.02 （厘米）圖1-19 田少煦，儺公儺母，144ppi

16、. 在“田少煦，儺公儺母，36ppi”中，由于分辨率比原圖縮小了1/2，圖的尺寸反而增大了2倍，由15.2414.04 cm增大到30.4828.08 cm。 在“田少煦，儺公儺母，144ppi”中，由于分辨率擴(kuò)大了2倍，圖的尺寸反而縮小了2倍，由15.2414.04 cm縮小到7.627.02 cm。如果用打印機(jī)來(lái)打印這三個(gè)圖，尺寸的變化規(guī)律也是一樣。 假設(shè)我們使用的是一臺(tái)300 dpi的激光打印機(jī)，打印一個(gè)300 ppi的點(diǎn)陣圖（圖甲），由于圖形的分辨率與打印機(jī)的分辨率相一致，打印機(jī)就用一個(gè)激光點(diǎn)來(lái)打印圖中的一個(gè)像素。我們把圖甲制作一個(gè)拷貝（image/duplicate）, 以150 p

17、pi另存為（圖乙） ，圖形的分辨率縮小了1/2，當(dāng)用同一部打印機(jī)打印時(shí)，打印機(jī)就會(huì)用4個(gè)激光點(diǎn)打印圖形的一個(gè)像素，結(jié)果是“圖乙”比“圖甲”邊長(zhǎng)放大了2倍。再以同樣的方法制作一個(gè)拷貝，另存為600 ppi的（圖丙），圖形的分辨率擴(kuò)大了2倍，打印機(jī)就會(huì)用1個(gè)激光點(diǎn)來(lái)打印4個(gè)像素，結(jié)果是圖丙比圖甲邊長(zhǎng)縮小了2倍。知道了“分辨率 = 像素 / 圖的尺寸”三者的關(guān)系，我們就能事先計(jì)算出打印一個(gè)規(guī)定尺寸的圖形，應(yīng)該把該圖的分辨率設(shè)置為多少ppi剛剛合適。圖1-20 田少煦，像素與打印點(diǎn)的關(guān)系。1.3.2 矢量圖的分辨率 矢量圖是用數(shù)學(xué)方式的描述建立的圖形，計(jì)算機(jī)對(duì)于一個(gè)圖形，不是按照長(zhǎng)寬矩陣對(duì)像素進(jìn)行點(diǎn)陣

18、排列，而是按特定的數(shù)學(xué)模式進(jìn)行矢量的描述。例如畫一個(gè)圓，簡(jiǎn)單的矢量描述是： MOVE TO 200,200 CIRCLE 40 因此，在矢量圖的物件中，沒有組成圖形的像素，它的圖形本身不存在分辨率的問(wèn)題。 應(yīng)該注意的是，我們使用的計(jì)算機(jī)顯示器，絕大多數(shù)都是CRT技術(shù)的光柵掃描形式的彩色顯示器，這種顯示器是按照水平垂直方向快速掃描的方式顯示圖形的，整個(gè)屏幕的視覺范圍由800600個(gè)（或640480，因顯示器而異）小光點(diǎn)（光柵）組成，無(wú)論是點(diǎn)陣圖或是矢量圖，顯示的方式都一樣。就象我們房間里的拼花地磚，一塊塊同樣大小而顏色、花紋不同的地磚，能鑲拼出一間房子優(yōu)美的地面圖案。 矢量圖雖然本身是一幅沒有小點(diǎn)（最小單位）的光滑的圖案，但它必須借助計(jì)算機(jī)的顯示器把圖形呈現(xiàn)給觀眾，因此就不得不接受顯示器的擺布，把它光滑的圖案拆分成800600（或12801024）個(gè)小點(diǎn)，均勻地投射到整個(gè)熒光屏上。我們?cè)陲@示器上看到的矢量圖，已經(jīng)