图形图像技术

第1章图形图像技术

图形图像技术与应用是工业造型、视觉传达、平面设计、室内设计、建筑设计和多媒体技术等专业的一项基本技能。图形、图像是一种人类视觉所感受到的具象化的信息，一幅图片可以形象、生动和直观地表达大量的信息，具有文字和声音无可比拟的优点。图形、图像包含了比文字描述更为丰富、多样，因而也更为完备的信息量。人类对于图形、图像信息具有一目了然的快速吸收能力。18世纪，瑞士著名数学家欧拉从数学的实践中总结出“千言万语不如一张图”这句至理名言。欧拉这句名言对于我们学习图像制作的指导意义在于，图像制作不应该仅仅是对言语的诠释，而应该突破言语的樊笼，创造视觉形象的全新境界。总之，文字媒体引导人们通过逻辑思维给人以直观的切身感受。20世纪下半叶又进入了视觉形象的时代，这是人类历史螺旋发展的一个新台阶。

图形图像技术是一门集图形、图像、动画、视频等信息处理的技术，它可以通过外部设备接收外部的图形和图像等信息，经过计算机加工处理后，以图形或图像等多种形式输出，实现输入和输出方式的多元化，改变了计算机早期只能处理文字、数据的局限，是人们的工作和生活更加丰富多彩。对于计算机来说，图形和图像是两种很不相同的媒体，图形学和图像处理技术在计算机发展初期是两门相对独立的学科。然而，图形与图像在很多场合下又是很难区分的。随着多媒体技术的飞速发展，图形与图像的结合日益紧密。图像软件往往包含图形绘制功能，而图形软件又常常具备图像处理功能。本书将介绍一些常用的图形和图像软件。

在本章，要建立图形和图像的基本概念，了解将要介绍的软件的基本用途和功能，重点介绍各种常用的图形和图像文件的文件格式。

1.1图形和图形文件格式

1.1.1图形

图形与图像从各自不同的角度来表现物体的特性。图形是对物体形象的几何抽象，反映了物体的几何特性，是客观物体的模型化；而图像则是对物体形象的影像描绘，反映了物体的光影与色彩的特性，是客观物体的视觉再现。

例如一台计算机，用点、线、面等元素画出来就是图形；而用照相机把它拍成照片就是图像。尽管这种区分比较肤浅，但是相当直观。对于计算机来说，图形与图像的区分与我们的主观感受较少关联，而主要取决于构成及处理的算法。

图形是面向几何学的。在计算机中，图形（Graphics）与对象（Object）密切相关。图形是以面向对象的形式创建和存储的。图形与屏幕分辨率无关，任意放大不会产生锯齿效

图形图像技术与应用

2 应。这是由于图形的显示是一个动态生成过程，在确定尺寸和分辨率之后再经栅格化转换送屏幕显示。

图形与图像可以相互转换。利用渲染技术可以把图形转换成图像，而边缘检测技术则可以从图像中提取几何数据，把图像转换成图形。

1.1.2图形文件格式

图形是以怎样的格式保存为一个文件的呢？下面以一个简单的圆形为例来说明图形文件的一般格式。

绘制一个半径为r，圆心位于坐标（a，b）的圆形，如

图1.1所示，然后保存，就可以得到一个图形文件。

定义一个文件格式。设圆形生成算法序号为n，数据精度

为2个字节，数据序列为r、x、y，则得到图形文件为：（n，r，

a，b）。

从上述例子可知，图形文件是相当紧凑的，一个圆形的图

形文件只占用了8个字节，不管这个圆形有多大。

上面这个例子中定义的图形文件格式是一个很极端的特

例，忽略了很多细节，这样有助于对于图形文件本质的理解。实际的图形文件要考虑的问题还有很多。事实上，图形文件软件的优劣，在很大程度上取决于图形生成算法以及曲线曲面构成的观念。图形软件从基于向量面向模块到贝塞尔化面向对象的发展，突破了曲线构成的传统观念，创立了多媒体时代图形软件的新纪元。

图形的生成算法以及曲线构成的理论等对于非专业用户来说过于复杂，没有必要细加研究。我们需要了解的是常用的图形文件有哪些格式，这些不同的格式分别对应哪些图形软件，相互之间如何转换等。要特别注意的是，图形文件总是与图形软件一一对应的，这是因为图形文件中存储的是生成图形的算法序号，而每一种图形软件的生成算法是完全不同的。

以下介绍3款常用图形软件的本位格式和转化格式，其中第3款软件本书将在后面的章节中展开介绍。

1．Adobe Illustrator(.ai)

Adobe公司的Illustrator图形软件是多媒体图形软件的先驱，该软件于1987年推出，率先在文件层面上实现了图形与图像的集成，从而开创了多媒体时代图形软件的新纪元。Adobe公司支持的.eps格式是一种跨平台的文件格式，与应用软件无关，与系统平台无关，甚至还与硬件无关。也就是说，在计算机中的.eps格式文件，可以直接送到印刷机输出，而无须作任何转换。

Illustrator除了处理.ai格式和.eps格式文件以外，还可以处理其他格式的图形文件格式，Illustrator的导入功能包含在打开命令中，在打开和导入文件格式列表中，文本、图形和图像等不同类型的文件都罗列其间，例如有Text、Word、MS RTF、Acrobat PDF、Photoshop 等软件可处理的文件格式。

2．Macromedia FreeHand(.fh7)

Macromedia公司的FreeHand图形软件则着重于图形与文本的集成，该软件在图形软

图1.1 一个简单的圆形

图形图像技术

3 第 1 章

件基本功能的基础上，最大限度地扩展了文本处理功能，真正做到了多媒体意义上的图文并茂。FreeHand 的本位格式文件的扩展名为.fhn ，这里n 是版本号，.fh7就是版本7的文件格式。

与Illustrator 一样，FreeHand 除了处理本位格式.fhn 文件以外，还可以通过导入的方式

来处理其他格式的文件。

3．CorelDRAW(.cdr)

加拿大软件公司Corel 公司的图形软件DRAW 于1989年推出，该软件在功能集成方面后来居上，在图形图像专业软件领域中遥遥领先。CorelDRAW 集成了图形、图像、文本以及排版等功能，为真正实现计算机图像制作的软件平台一体化迈出了坚实的一步。

CorelDRAW 的本位格式是.cdr ，跟所有的图形软件一样，也具备向下兼容的特性，目前已经升级到了版本9。CorelDRAW 除了处理.cdr 文件之外，还可以通过导入的方式来处理其他格式的各类文件。

1.2 图像和图像处理

通常图像的信息类型是模拟的，诸如照相、图片、电视、录像等，而计算机处理的图像则是数字的。模拟图像经过图像输入设备的采样和量化处理，就生成了数字图像。数字图像和模拟图像相比，主要有3个方面的优点：

1．再现性好

不会因存储、输出、复制等过程而产生图像质量的退化。

2．精度高

精度一般用分辨率来表示。从原理上来讲，可实现任意高的精度。

3．灵活性大

模拟的图像只能实现线性运算，而数字处理还可以实现非线性运算。凡可用数学公式或逻辑表达式来表达的一切运算都可以实现。

在本书各章节所提到的“图像”一词，在没有特别说明的情况下，一般指的都是“数字图像”。

1.2.1 图像

图像是面向矩阵论和色度学的。在计算机图像处理中，图像（Image ）与位图（Bitmap ）对应关联。图像是以光栅点阵的形式创建和存储的，因此，图像与分辨率密切相关，任意放大会产生锯齿效应。数字图像通常是通过扫描图片、数码相机

或视频抓取来生成的。当然，也可以通过图像软件用绘画或影像

处理的方法生成。图像扫描过程就是一个图像采样量化的过程。

现在仍然以一个简单的圆形为例，来说明图像文件的一般

格式，如图1.2所示。

因为图像是与分辨率密切相关的，所以首先要确定分辨率。

所谓图像分辨率简单地讲就是单位长度上采样的点数。在模拟图

像上打好网格，然后，在网格上逐格采样并量化，就得到一幅数 图1.2 一个简单的圆