计算机图形学概念/输出空间/向量

二次贝塞尔曲线

在二维图形中，图形设计领域，主要的图像和形状传输方式是向量和像素。将向量想象成轮廓。想象一个形状，比如一个瓶子。如果你要创建一个看起来像一个简化的、单色图标，它看起来像一个瓶子形状的表示，你将通过绘制轮廓，即从你所看到的角度看到的瓶子的外边缘来实现这一点。为了用向量绘制它，你在那个边缘周围创建点。仅仅绘制点和线会创建一个锯齿状的形式，看起来有点像用剪刀从纸上剪下来的剪纸。为了创建曲线而不创建大量的点和线，使用“离曲线点”，它们的作用是在线上产生张力，将线拉向轨迹的一部分的方向。相比之下，始终位于线上的基本点称为“曲线点”。最常见的向量格式是三次贝塞尔曲线，它可以被识别为从每个曲线点出来的两个离曲线点。“三次”描述了用于制作一条曲线线的点数，一个立方体有四个角。

向量图形最简单的表示形式是在二维场（例如一张纸）上两点之间的直线。

向量曲线通常被称为“路径”，因为它需要从某处开始并在某处结束，线将沿着该路径移动。

向量形状可以是几何图元，例如圆形、正方形或三角形，也可以是通过曲线点和角点构建的复杂形状。

这样的直线可以无限缩放，因为曲线始终是曲线。但数字曲线的每个表示形式在从计算设备（笔记本电脑、智能手机、游戏机或其他）的数学内部进入我们可以看到的形式时，都会变成一个正方形或一个立方体。在屏幕上，它们由构成屏幕的方形像素表示。在印刷时，会发生类似的过程，但通常印刷得非常精细，以至于我们看不到像素，因为它们通常会消失在纸张的纹理中。

像素如何缩放的演示。上面的图片显示了数字缩放，下面的图片显示了计算机屏幕。屏幕以不同强度混合红、绿、蓝光来显示光谱中的每种颜色。

像素是一个正方形，它在一个马赛克中代表一种颜色或阴影。较大的马赛克图像称为位图。位图。位图图像最简单的形式，一个未压缩的双色黑白马赛克，可以作为计算机代码中的一系列零和一进行传输，其中唯一需要额外提供的原始数据是每行像素的长度。如果你将一个在屏幕上表示为 2000 x 2000 个正方形的马赛克的大图像缩小到 3 x 3 个正方形，你将得到九个彩色正方形。其他所有内容都会丢失，如果你再次放大它，你将只有九个正方形，大小不同。

对于图形设计师来说，在处理艺术品，尤其是 logo 时，你通常会谈论向量。向量可以无限缩放，而像素表示则像马赛克。在不同大小和位置重复使用的图像，例如图标、logo 和字母形状（通常在字体文件中），最好以向量形式传输，因为放大（或缩小）不会像位图图像那样引起问题。从网站标题中获取的小位图 logo 打印在房子大小的横幅上不会很好看。

字体几乎完全是基于向量的，但除了少数例外，在查看之前会被转换为位图。最常见的例外是绘图仪，这是一种印刷或切割设备，最常用于切割许多路标和其他标识上的字母，因为它们可以斜着移动，而打印机则不能。

大多数图形输出设备，如屏幕和打印机，的工作方式与打字机非常相似。线条从右到左绘制，向下移动到页面或屏幕。旧的大型 CRT 屏幕实际上会以这种方式扫描屏幕上的线条，通常每秒 24-30 次，速度足够快，让眼睛看到图像而不是惊人的快速点及其光线轨迹。

体素

在三维图形空间中，这些概念基本成立，但得到了扩展。3D 打印通常涉及使用体素构建形状，体素是像素的三维对应物，立方体对应正方形。基本的 3D 打印机只是逐层添加材料来构建一个物体，以与计算机打印机相同的方式扫描线条，但构建到空中。

多边形网格是最古老、最简单的三维矢量物体形式。

NURBS 是一种流行的方法，可以以简单的方式使用很少的数据空间来绘制弯曲的三维形状。

计算机游戏中常见的三维图形和视频特效都是数学形状，非常类似于向量，但构建这些形状的方法种类更多。虽然 logo 或插图中贝塞尔曲线的（主要是）手动制作的曲线点满足了二维图像的所有目的，但三维形状可以是简单或复杂的，因此存在许多不同的方法来创建它们，主要的三维建模软件提供了各种这些输入方法。

矢量图形与栅格图形的比较。矢量图形在处理地理图元时具有几个优点。

在 20 世纪 70 年代，基于向量的计算机图形通常用于在 CRT 上显示线条、文本和符号。尽管终端大多已经不再使用，但基于向量的显示的概念在大多数计算机图形API中固有地存在，例如 DirectX、AutoCad dwg 和 PostScript。这个想法是，设计者指定要在输出空间[屏幕]中绘制的线段，这使他或她能够思考绘制基本几何图元，并将向量转换为栅格图像的任务交给了 API。

对这个想法的进一步扩展是考虑空间和时间中的 3D 部分，以及特征历史和细节级别。3D 部分在空间中定向，其相应的 2D 投影被计算为 2D 向量的集合。这导致了 CAD/CAM 的基本理念。常见的 CAD/CAM 交换标准是IGES 和STEP。