矢量圖

所謂矢量圖，就是使用直線和曲線來描述的圖形，構成這些圖形的元素是一些點、線、矩形、多邊形、圓和弧線等，它們都是通過數學公式計算獲得的，具有編輯後不失真的特點。例如一幅畫的矢量圖形實際上是由線段形成外框輪廓，由外框的顏色以及外框所封閉的顏色決定畫顯示出的顏色。

矢量圖也稱為面向對象的圖像或繪圖圖像，繁體版本上稱之為向量圖，是計算機圖形學中用點、直線或者多邊形等基於數學方程的幾何圖元表示圖像。矢量圖形最大的優點是無論放大、縮小或旋轉等不會失真；最大的缺點是難以表現色彩層次豐富的逼真圖像效果。

矢量圖以其輪廓清晰、色彩明快尤其是可任意縮放並保持圖像視覺質量等特性受到許多設計者的青睞。矢量圖是通過多個對象的組合生成的，對其中的每一個對象的紀錄方式，都是以數學函數來實現的。 ^[1]  既然每個對象都是一個自成一體的實體，就可以在維持它原有清晰度和彎曲度的同時，多次移動和改變它的屬性，而不會影響圖例中的其它對象。這意味着它們可以按最高分辨率顯示到輸出設備上。

矢量圖以幾何圖形居多，圖形可以無限放大，不變色、不模糊。常用於圖案、標誌、VI、文字等設計。常用軟件有：CorelDraw、Illustrator、Freehand、XARA、CAD等。

1.文件小，圖像中保存的是線條和圖塊的信息，所以矢量圖形文件與分辨率和圖像大小無關，只與圖像的複雜程度有關，圖像文件所佔的存儲空間較小。 ^[2] 

2.圖像可以無限級縮放，對圖形進行縮放，旋轉或變形操作時，圖形不會產生鋸齒效果。

3.可採取高分辨率印刷，矢量圖形文件可以在任何輸出設備打印機上以打印或印刷的最高分辨率進行打印輸出。

4.矢量圖與位圖的效果是天壤之別，矢量圖無限放大不模糊，大部分位圖都是由矢量導出來的，也可以説矢量圖就是位圖的源碼，源碼是可以編輯的。

Adobe公司的Illustrator

Corel公司的CorelDRAW

FlashMX

矢量圖可以在維持它原有清晰度和彎曲度的同時，多次移動和改變它的屬性，而不會影響圖例中的其它對象。這些特徵使基於矢量的程序特別適用於圖例和三維建模，因為它們通常要求能創建和操作單個對象。基於矢量的繪圖同分辨率無關。

矢量圖與位圖最大的區別是，它不受分辨率的影響。因此在印刷時，可以任意放大或縮小圖形而不會影響出圖的清晰度，可以按最高分辨率顯示到輸出設備上。

另外矢量圖最明顯的特徵：矢量圖的顏色邊緣和線條的邊緣是非常順滑的，比如一條弧度線，如果有凹凸不平的，那麼這種矢量圖是劣質的，一個色塊上面的顏色有很多小塊這種也是劣質，高品質矢量圖應該是，無論放大或者縮小，顏色的邊緣也是非常順滑，並且非常清楚的，線條之間是同比例的，並且是同樣粗細的，節點同樣是很少的，一般來講矢量圖都是由位圖仿圖繪製出來的，首先有一個圖，然後根據它仿圖繪製出來。

矢量圖形可以自由、方便地填充色彩。

它是包含各種像素信息的一種黑白圖形文件格式。

它是Illustrator中的一種圖形文件格式，也即Illustrator軟件生成的矢量文件格式，用Illustrator、CorelDraw、Photoshop均能打開、編輯、修改等等。

*.cdr(CorelDraw)

它是CorelDraw中的一種圖形文件格式，是所有CorelDraw應用程序中均能夠使用的一種圖形圖像文件格式。

它是由Autodesk Animator、Autodesk Animator Pro等程序創建的一種調色板文件格式，其中存儲的是調色板中各種項目的RGB值。

*.cgm(Computer Graphics Metafile)是電腦影像文件的英文縮寫。CGM是ISO委員會定義的一種圖形格式（International standard ISO/IEC 8632:1999）， 用來描述、存儲和傳輸與設備無關的矢量(向量)、標量以及兩者混合的影像。

*.dwg，它是AutoCAD中使用的一種圖形文件格式。

*.dxb(drawing interchange binary)，它是AutoCAD創建的一種圖形文件格式。

*.dxf(Autodesk Drawing Exchange Format)，它是AutoCAD中的圖形文件格式，以ASCII方式儲存圖形，在表現圖形的大小方面十分精確，可被CorelDraw、3DS等大型軟件調用編輯。

*.wmf是Microsoft Windows中常見的一種圖元文件格式，它具有文件短小、圖案造型化的特點，整個圖形常由各個獨立的組成部分拼接而成，但其圖形往往較粗糙，並且只能在Microsoft Office中調用編輯。

*.emf是由Microsoft公司開發的Windows 32位擴展圖元文件格式。其總體設計目標是要彌補在Microsoft Windows 3.1(Win16)中使用的*.wmf文件格式的不足，使得圖元文件更加易於使用。

*.eps(Encapsulated PostScript)

*.eps是用PostScript 語言描述的一種ASCII圖形文件格式，在PostScript圖形打印機上能打印出高品質的圖形圖像，最高能表示32位圖形圖像。該格式分為PhotoShop EPS格式（Adobe Illustrator Eps）和標準EPS格式，其中標準EPS格式又可分為圖形格式和圖像格式。值得注意的是，在PhotoShop中只能打開圖像格式的EPS文件。

*.eps格式包含兩個部分：第一部分是屏幕顯示的低解析度影像，方便影像處理時的預覽和定位；第二部分包含各個分色的單獨資料。*.eps文件以D CS/CMYK形式存儲，文件中包含CMYK四種顏色的單獨資料，可以直接輸出四色網片。但是，除了在PostScript打印機上比較可靠之外，

*.eps格式還有許多缺陷：首先，*.eps格式存儲圖像效率特別低；其次，*.eps格式的壓縮方案也較差，一般同樣的圖像經*.tiff的LZW壓縮後，要比* .eps的圖像小3到4倍。

filmstrip即幻燈片，它是Premiere中的一種輸出文件格式。Premiere將動畫輸出成一個長的豎條，豎條由獨立方格組成。每一格即為一幀。每幀的左下角為時間編碼，右下角為幀的編號。可以在PhotoShop中調入該格式的文件，然後應用PhotoShop特有的處理功能對其進行處理。但是，千萬不可改變filmstrip文件的大小，如果改變了，則這幅圖片就不能再存回f ilmstrip格式了，也就不能再返回Premiere了。

*.ico(Icon file)，它是Windows的圖標文件格式。

*.iff(Image File Format)，是Amiga等超級圖形處理平台上使用的一種圖形文件格式，好萊塢的特技大片多采用該格式進行處理，可逼真再現原景。當然，該格式耗用的內存、外存等計算機資源也十分巨大。

*.lbm，是Deluxe Paint中使用的一種圖形文件格式，其編碼方式類似於*.iff。

*.mag，是日本人常用的一種圖形文件格式。

*.mac(Macintosh)，是Macintosh中使用的一種灰度圖形文件格式，在Macintosh paintbrush中使用，其分辨率只能是720×567。

*.mpt(Macintosh Paintbrush)，是Macintosh中使用的一種圖形文件格式。

*.msk(Mask Data File)，是Animator Pro中的一種圖形文件格式，其中包含一個位圖圖形。

*.opt(Optics Menu Settings File)*.twe(Tween Data File) 是Animator Pro創建的圖形文件格式。

*.ply(Polygon File)，是Animator Pro創建的一種圖形文件格式，其中包含用來描述多邊形的一系列點的信息。

*.pbm/*.pgm/*.ppm，(Portable Pixmap) 圖形文件格式。

*.pcd(Kodak PhotoCD)，是一種Photo CD文件格式，由Kodak公司開發，其他軟件系統只能對其進行讀取。該格式主要用於存儲CD-ROM上的彩色掃描圖像，它使用YCC色彩模式定義圖像中的色彩。

Photo CD圖像大多具有非常高的質量，將一卷膠捲掃描為Photo CD文件的成本並不高，但掃描的質量還要依賴於所用膠捲的種類和掃描儀使用者的操作水平。

*.pcx(PC Paintbrush)/*.pcc，最早是由Zsoft公司的PC Paintbrush圖形軟件所支持的一種經過壓縮的PC位圖文件格式。後來，Microsoft將PC Paintbrush移植到Windows環境中，*.pcx圖像格式也就得到了更多的圖形圖像處理軟件的支持。該格式支持的顏色數從最早的16色發展到1677萬色。它採用行程編碼方案進行壓縮，帶有一個128字節的文件頭。

*.pic，是一種圖形文件格式，其中包含了未經壓縮的圖像信息。

*.pict文件格式主要應用於Mac機上，也可在安裝了Quick Time的PC機上使用。該格式的文件不適用於打印（若在PostScript打印機上打印*.pict格式的文件，則會造成PostSlipt錯誤），而經常用於多媒體項目。* .pict也是Mac應用軟件用於圖像顯示的格式之一。

*.pdd，和*.psd一樣，都是PhotoShop軟件中專用的一種圖形文件格式，能夠保存圖像數據的每一個細小部分，包括層、附加的蒙版通道以及其他內容，而這些內容在轉存成其他格式時將會丟失。另外，因為這兩種格式是PhotoShop支持的自身格式文件，所以PhotoShop能以比其他格式更快的速度打開和存儲它們。遺憾是，儘管PhotoShop在計算過程中應用了壓縮技術，但用這兩種格式存儲的圖像文件仍然特別大。不過，用這兩種格式存儲圖像不會造成任何的數據流失，所以在編輯過程中時，最好還是選擇這兩種格式存盤，以後再轉換成佔用磁盤空間較小、存儲質量較好的其他文件格式。

*.pxr(PiXaR)，也許只有PIXAR工作站用户才比較瞭解*.pxr這種文件格式，該格式支持灰度圖像和RGB彩色圖像。可在PhotoShop中打開一幅由PIXAR工作站創建的*.pxr圖像，也可以用*.pxr格式來存儲圖像文件，以便輸送到工作站上。

*.ras (Sun Raster files)/ *.raw(Raw GrayScale)圖形文件格式。

Scitex CT是在Scitex高檔印前工作站上創建的一種圖像文件格式，該工作站主要用於圖像的編輯和分色。Scitex CT圖像總是以CMYK模式打開，如果它們最終還要返回到Scitex系統，則請保持其CMYK模式。可利用PhotoShop來打開並編輯Scitex CT圖像。

*.svg 可縮放矢量圖形(Scalable Vector Graphics)

*.tga是True Vision公司為其顯示卡開發的一種圖像文件格式，創建時間較早，最高色彩數可達32位，其中包括8位Alpha通道用於顯示實況電視。該格式已經被廣泛應用於PC機的各個領域，而且該格式文件使得Windows與3DS相互交換圖像文件成為可能。可以先在3DS中生成色彩豐富的*.tga文件，然後在Win dows中利用Photoshop、Freeherd、Painter等應用軟件來進行修改和渲染。

*.win，是類似於*.tga的一種圖形文件格式。

*.xbm (X BitMap)，是一種圖形文件格式。

矢量圖是用一系列計算指令來表示的圖，因此矢量圖是用數學方法描述的圖，本質上是很多個數學表達式的編程語言表達。畫矢量圖的時候如果速度比較慢，可以看到繪圖的過程，可以理解為一個“形狀”，比如一個圓、一個拋物線等等，因此縮放不會失真。

位圖是像素集合，又稱光柵圖，一般用於照片品質的圖像處理，是由許多像小方塊一樣的像素組成的圖形。由像素的位置與顏色值表示，能表現出顏色陰影的變化。

簡單説，位圖就是以無數的色彩點組成的圖案，無限放大會看到一塊一塊的像素色塊，效果會失真。常用於圖片處理、影視婚紗效果圖等，像常用的照片，掃描，數碼照片等，常用的工具軟件PHOTOSHOP、PAINTER等。

Photoshop主要處理的是位圖圖像。處理位圖圖像時，可以優化微小細節，進行顯著改動，以及增強效果。位圖圖像，亦稱為點陣圖像或繪製圖像，是由稱作像素（圖片元素）的單個點組成的。這些點可以進行不同的排列和染色以構成圖樣。當放大位圖時，可以看見賴以構成整個圖像的無數單個方塊。擴大位圖尺寸的效果是增多單個像素，從而使線條和形狀顯得參差不齊。然而，如果從稍遠的位置觀看它，位圖圖像的顏色和形狀又顯得是連續的。由於每一個像素都是單獨染色的，可以通過以每次一個像素的頻率操作選擇區域而產生近似相片的逼真效果，諸如加深陰影和加重顏色。縮小位圖尺寸也會使原圖變形，因為此舉是通過減少像素來使整個圖像變小的，同樣，由於位圖圖像是以排列的像素集合體形式創建的，所以不能單獨操作（如移動）局部位圖。

處理位圖時，輸出圖像的質量決定於處理過程開始時設置的分辨率高低。分辨率是一個籠統的術語，它指一個圖像文件中包含的細節和信息的大小，以及輸入、輸出、或顯示設備能夠產生的細節程度。操作位圖時，分辨率既會影響最後輸出的質量也會影響文件的大小。處理位圖需要三思而後行，因為給圖像選擇的分辨率通常在整個過程中都伴隨着文件。無論是在一個300dpi的打印機還是在一個2570dpi的照排設備上印刷位圖文件，文件總是以創建圖像時所設的分辨率大小印刷，除非打印機的分辨率低於圖像的分辨率。如果希望最終輸出看起來和屏幕上顯示的一樣，那麼在開始工作前，就需要了解圖像的分辨率和不同設備分辨率之間的關係。顯然矢量圖就不必考慮這麼多。

柵格結構是以規則的陣列來表示空間地物或現象分佈的數據組織，組織中的每個數據表示地物或現象的非幾何屬性特徵。

柵格結構的顯著特點：屬性明顯，定位隱含，即數據直接記錄屬性的指針或數據本身，而所在位置則根據行列號轉換為相應的座標。

柵格數據的編碼方法：

1、直接柵格編碼，就是將柵格數據看作一個數據矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼；

2、壓縮編碼，包括鏈碼（弗里曼鏈碼）比較適合存儲圖形數據；

3、遊程長度編碼通過記錄行或列上相鄰若干屬性相同點的代碼來實現；

4、塊碼是有成長度編碼擴展到二維的情況，採用方形區域為記錄單元；

5、四叉樹編碼是最有效的柵格數據壓縮編碼方法之一，還能提高圖形操作效率，具有可變的分辨率。

矢量數據結構通過記錄座標的方式儘可能精確地表示點、線和多邊形等地理實體，座標空間設為連續，允許任意位置、長度和麪積的精確定義。

矢量結構的顯著特點：定位明顯，屬性隱含。

矢量數據的編碼方法：

1、對於點實體和線實體，直接記錄空間信息和屬性信息；

2、對於多邊形地物，有座標序列法、樹狀索引編碼法和拓撲結構編碼法。

注：

（1）座標序列法是由多邊形邊界的x、y座標對集合及説明信息組成，是最簡單的一種多邊形矢量編碼法，文件結構簡單，但多邊形邊界被存儲兩次產生數據冗餘，而且缺少鄰域信息；

（2）樹狀索引編碼法是將所有邊界點進行數字化，順序存儲座標對，由點索引與邊界線號相聯繫，以線索引與各多邊形相聯繫，形成樹狀索引結構，消除了相鄰多邊形邊界數據冗餘問題；

（3）拓撲結構編碼法是通過建立一個完整的拓撲關係結構，徹底解決鄰域和島狀信息處理問題的方法，但增加了算法的複雜性和數據庫的大小。

1、矢量數據的優缺點：

優點為數據結構緊湊、冗餘度低，有利於網絡和檢索分析，圖形顯示質量好、精度高；

缺點為數據結構複雜，多邊形疊加分析比較困難。

2、柵格數據的優缺點：

優點為數據結構簡單，便於空間分析和地表模擬，現勢性較強；

缺點為數據量大，投影轉換比較複雜。

3、兩者比較：

柵格數據操作總的來説容易實現，矢量數據操作則比較複雜；

柵格結構是矢量結構在某種程度上的一種近似，對於同一地物達到於矢量數據相同的精度需要更大量的數據；

在座標位置搜索、計算多邊形形狀面積等方面柵格結構更為有效，而且易於遙感相結合，易於信息共享；

矢量結構對於拓撲關係的搜索則更為高效，網絡信息只有用矢量才能完全描述，而且精度較高。對於地理信息系統軟件來説，兩者共存，各自發揮優勢是十分有效的。

在印刷方面，把低分辨率的光柵圖形放大為大型廣告牌時，圖形會變得非常模糊。因此矢量圖形是專業人士的首選。

1、矢量轉柵格：

（1）內部點擴散法，即由多邊形內部種子點向周圍鄰點擴散，直至到達各邊界為止；

矢量圖(20張)

（2）複數積分算法，即由待判別點對多邊形的封閉邊界計算複數積分，來判斷兩者關係；

（3）射線算法和掃描算法，即由圖外某點向待判點引射線，通過射線與多邊形邊界交點數來判斷內外關係；

（4）邊界代數算法，是一種基於積分思想的矢量轉柵格算法，適合於記錄拓撲關係的多邊形矢量數據轉換，方法是由多邊形邊界上某點開始，順時針搜索邊界線，上行時邊界左側具有相同行座標的柵格減去某值，下行時邊界左側所有柵格點加上該值，邊界搜索完畢之後即完成多邊形的轉換。

2、柵格轉矢量：即是提取具有相同編號的柵格集合表示的多邊形區域的邊界和邊界的拓撲關係，並表示成矢量格式邊界線的過程。步驟包括：

（1）多邊形邊界提取，即使用高通濾波將柵格圖像二值化；

（2）邊界線追蹤，即對每個弧段由一個節點向另一個節點搜索；

（3）拓撲關係生成和去處多餘點及曲線圓滑。

3、所有的現代計算機顯示器都要將矢量圖形轉換成柵格圖像的格式，包含屏幕上每個像素數值的柵格圖像保存在內存中。

從計算機發展的最初20世紀50年代一直到20世紀80年代，曾經使用過一種不同類型的矢量圖形系統顯示器。在這些系統中 CRT 顯示器的電子束直接逐段生成所需圖形，屏幕其它部分保持為黑的狀態。為了達到沒有閃爍或者接近沒有閃爍的效果，這個過程每秒要重複很多次。這種顯示系統可以生成分辨率非常高的藝術線條，並且不需要柵格系統生成同樣分辨率所需要的對於當時來説非常巨大的內存空間。這種基於矢量的顯示器稱為 X-Y顯示器。

矢量圖形顯示器的最初應用之一是US SAGE防空系統。矢量圖形系統只有在1999年美國的空管中出現過故障，依然在軍隊以及一些特殊系統中使用。另外，1963年計算機圖形學先驅Ivan Sutherland在MIT Lincoln Laboratory的TX-2上使用矢量系統運行他的Sketchpad程序。

後來的矢量圖形系統包括Digital的GT40。有一個名為Vectrex的家庭遊戲系統使用了矢量圖形，另外還有Asteroids以及Space Wars這樣的遊樂中心遊戲也使用了矢量圖形。另外值得一提的是Tektronix 4014，儘管它的顯示是靜態的。

如今矢量圖形這個術語主要用於二維計算機圖形學領域。它是藝術家能夠在柵格顯示器上生成圖像的幾種方式之一。另外幾種方式包括文本、多媒體以及三維渲染。實質上來説，所有當今的三維渲染都是二維矢量圖形技術的擴展。工程製圖領域的繪圖儀仍然直接在圖紙上繪製矢量圖形。