UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

“INGENIERIA INFORMATICA”

COMPUTACIÓN GRÁFICA

GRÁFICOS VECTORIALES Y GRÁFICOS RASTER

Sánchez Muñoz, Jean CarlosMera Huamán, Melvin AndersonCabanillas Crisologo,Said Efrain

INTRO

La computación gráfica comenzó a principios de los años sesenta y hoy en día está completamente establecida y es una de las áreas más importantes en Ciencias de la Computación. “Una imagen dice más que mil palabras”; ésta es una frase estándar que motiva al trabajo en el área gráfica.La creación gráfica realizada con ordenador está presente en todas las realidades del mundo actual. La importancia de la imagen pública de las empresas se basa en la utilización de colores corporativos, de tipografías adecuadas y de mensajes gráficos que se mantengan en la retina y en la memoria de los posibles clientes y consumidores. El presente trabajo busca contrastar los dos métodos mas importantes de obtención de imágenes, vale decir, el método de gráficos vectoriales y el de gráficos rasterizados o más comúnmente conocido como mapa de bits. En el transcurso de este iremos conociendo específicamente en que consisten cada uno de estos métodos, y cuales son las ventajas y desventajas que presentan al contrastarlos uno con respecto del otro

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RESUMEN

Una imagen vectorial es una imagen digital formada por objetos geométricos independientes (segmentos, polígonos, arcos, etc.), cada uno de ellos definido por distintos atributos matemáticos de forma, de posición, de color, etc.Este formato de imagen es completamente distinto al formato de los gráficos rasterizados, también llamados imágenes matriciales, los cuales están formados, en su minima escala, por píxeles. El interés principal de los gráficos vectoriales es poder ampliar ilimitadamente el tamaño de una imagen a voluntad sin que éstos sufran el efecto de escalado y por lo tanto pérdida de calidad visual, principal punto en contra de los gráficos rasterizados. Asimismo, los gráficos vectoriales permiten mover, estirar y retorcer imágenes de manera relativamente sencilla. Su uso también está muy extendido en la generación de imágenes en tres dimensiones tanto dinámicas como estáticas.

La contraparte de los gráficos vectoriales es que hacen uso del procesador de la maquina en mucha mayor medida que los gráficos rasterizados, por tal motivo, estos últimos son mas fáciles de realizar en cualquier aplicación y sin necesidad de contar con un potente CPU que realice las operaciones matemáticas a la que nos obliga el trabajo con gráficos vectoriales.

Vale destacar que todos los ordenadores actuales traducen los gráficos vectoriales a gráficos rasterizados para poder representarlos en pantalla al estar ésta constituida físicamente por píxeles.

Palabras clave

Ráster, pixel, renderización, resolución,

I. TIPOS DE IMÁGENES

Clasificar las imágenes es una tarea que puede realizarse basándose en múltiples criterios, en el caso que nos ocupa nos interesa exclusivamente la forma en que esta imagen se encuentra descrita en el ordenador.En base a esta premisa, podemos distinguir dos grandes grupos de imágenes digitalizadas: aquellas que están descritas en base a fórmulas matemáticas que definen su relleno y contorno, llamadas vectoriales y las que se encuentran descompuestas en píxeles, es decir, pequeños cuadraditos de color que, al observarse todos en conjunto proporcionan la representación total de la imagen. Éstas se denominan imágenes en mapa de bits.La naturaleza y características particulares de cada uno de estos dos tipos son profundamente diferentes y están concebidas para destinos totalmente distintos,

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por eso es muy importante conocerlas y comprender la esencia de cada una de ellas para poder utilizarlas adecuadamente.

Tenemos que aclarar que, cuando observamos una imagen en la pantalla del ordenador, ésta siempre se nos representa en mapa de bits independientemente del tipo de imagen que se trate, pues el monitor muestra todos los contenidos mediante píxeles, sin embargo, las diferencias resultarán decisivas cuando recuperemos la imagen en cualquier otro medio de reproducción.

II. GRAFICOS VECTORIALES

Las graficos vectoriales se construyen a partir de vectores. Los vectores son objetos formados matemáticamente. Un vector se define por una serie de puntos que tienen unas manecillas con las que se puede controlar la forma de la línea que crean al estar unidos entre sí. Los principales elementos de un vector son las curvas Béizer (curvas representadas matemáticamente).

Estas líneas o curvas béizer son muy manejables ya que permiten muchas posibilidades por su plasticidad. Estas características las convierten en la manera ideal de trabajar cuando se trata de diseño gráfico, (como creación de logotipos o dibujos). La versatilidad de las mismas las convierten en una manera muy útil para trabajar también con textos ya que se pueden

modificar y deformar sin límite, a cada letra se le pueden asignar contornos editables además de poder descomponer la misma en varios objetos.

Los gráficos vectoriales se almacenan como ecuaciones matemáticas en lugar de matrices de pixels, las cuales necesitan normalmente más bytes de datos. Debido a su naturaleza matemática, al escalar un gráfico vectorial, su calidad (resolución) no se ve afectada por el motivo que las ecuaciones que lo describen son

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recalculadas automáticamente para luego mostrarlo en pantalla, sin embargo necesitan mayor potencia de CPU para ser renderizados.

III. VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LOS GRÁFICOS VECTORIALES

Las principales ventajas que ofrecen los gráficos vectoriales, derivadas de su naturaleza matemática, son:

Almacenan las imágenes en archivos muy compactos, ya que sólo se requiere la información (fórmulas matemáticas) necesaria para generar cada uno de los vectores.

Permiten modificar el tamaño de las imágenes y de sus objetos componentes sin que se produzca pérdida de información, pues se actualizan de forma matemática todas las nuevas relaciones y posiciones de los elementos geométricos que las componen.

Al utilizar los formatos vectoriales coordenadas matemáticas para formar imágenes concretas, la resolución de las mismas es infinita, es decir, toda imagen vectorial se puede escalar ampliando o reduciendo sin que la visibilidad de la misma se vea afectada, ni en pantalla ni a la hora de imprimir

Cada objeto viene definido por sus propias fórmulas matemáticas y se maneja independientemente del resto, pudiendo escalarse, distorsionarse y cambiarse de forma o de posición sin afectar para nada los otros elementos del dibujo.

Es posible un control independiente del color, tanto del contorno como del relleno, admitiendo la aplicación de texturas, degradados, transparencias, etc.

Se puede controlar con gran precisión la forma, orientación y ordenación de los elementos.

Cualquier efecto que se aplique a los objetos puede rectificarse en cualquier momento, ya que el dibujo es siempre editable. Esto no ocurre en las imágenes de mapas de bits, en las que una vez pintado un elemento ya no es posible modificarlo.

Es fácil reutilizar un dibujo o una parte del mismo en otros proyectos. Basta copiarlo y pegarlo en un nuevo fichero o en uno ya existente.

Los objetos del gráfico pueden fusionarse fácilmente entre sí, creando una serie de formas intermedias. Por ejemplo, se puede pasar de un cuadrado a un triángulo en cinco formas interpoladas.

Permiten un manejo de textos muy avanzado, ya que admiten fuentes TrueType, que también son objetos vectoriales. Además, las letras se pueden convertir en contornos editables, descomponiendo un texto en los objetos

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vectoriales que lo constituyen. Una vez convertidas las letras en objetos, ya no hará falta tener instalada la fuente para seguir editando los contornos, porque ya no serán letras, sino objetos dentro del gráfico vectorial, pudiendo ser modificadas como tales.

El principal inconveniente de las imágenes vectoriales es que su aspecto es más frío que los gráficos de mapa de bits, su contorno demasiado perfecto los hace a veces poco naturales, aunque siempre es posible crear premeditadamente contornos un poco irregulares, para que se parezca algo más al dibujo natural.

Otros inconvenientes de este tipo de gráficos son su falta de eficacia para representar imágenes de tipo fotográfico, la dificultad que presenta para tratar algunas efectos (sombras, luces, etc...) y que cuando son muy grandes o muy complejas pueden volverse extremadamente difíciles de manejar por los programas gráficos y por los medios de impresión

IV. GRÁFICOS DE MAPA DE BIT o GRÁFICOS RASTERIZADOS

Los bitmaps o mapas de bits están formados por matrices que contienen información sobre cada uno de los pixels por los que está formado el gráfico, y que se corresponde aproximadamente con la percepción que nosotros vemos de ellos en nuestra pantalla.

A simple vista no apreciamos los pixels debido a su pequeño tamaño, pero si ampliamos mucho un Bitmap los podemos observar como pequeños cuadrados de color. La información que almacenan estas matrices son las características de cada pixel, esto es, sus coordenadas dentro del gráfico y su color.

Nuestro PC procesa esa información, y genera la imagen en el monitor u otro dispositivo de salida, indicando qué color se debe poner en cada coordenada de la imagen. A las imágenes rasterizadas se las suele caracterizar por su altura y anchura (en pixels) y por su profundidad de color (en bits por pixel), que determina el número de colores distintos que se pueden almacenar en cada pixel, y por lo tanto, en gran medida, la calidad del color de la imagen.Los gráficos rasterizados se distinguen de los gráficos vectoriales en que estos últimos representan una imagen a través del uso de objetos geométricos, no del simple almacenamiento del color de cada pixel. El formato de imagen matricial está ampliamente extendido y se emplea para tomar fotografías digitales y

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realizar capturas de vídeo. Para su obtención se usan dispositivos de conversión analógica-digital, tales como escáneres y cámaras digitales.

La gran ventaja de trabajar con gráficos de mapa de bits, en contraste con los gráficos vectoriales, es que no necesitan demasiada potencia de CPU para ser dibujados en pantalla.

V. GRAFICOS VECTORIALES vs BITMAPS

Las imágenes vectoriales, difieren significativamente con los mapas de bits en dos aspectos fundamentales.

El primero de ellos es su composición:  Una imagen vectorial, como su nombre indica, se compone  de vectores, es decir, de líneas. En realidad hablar de líneas sería bastante reduccionista, en su lugar diremos que a base de líneas, curvas y otros elementos geométricos planos, se consiguen construir las imágenes complejas.  Estos elementos constituyentes tienen la particularidad, a diferencia de los puntos o píxeles de las imágenes de mapas de bits, que se pueden seleccionar de forma independiente, así como modificar sus dimensiones sin pérdida alguna de su calidad y propiedades, ya que se trata de vectores, con una posición definida en el espacio; y que si la modificamos sólo cambiaríamos referencias de la nueva posición, no al vector en sí.  

La segunda diferencia destacable es el tamaño de las imágenes: Los mapas de bits ocupan más espacio que los gráficos vectoriales pues, los primeros, al componerse de puntos, precisan de una información específica para cada uno de ellos, fundamentalmente, posición relativa y características de color (tono, brillo, saturación, luminosidad,...). En función de las dimensiones y resolución de la imagen, ese tamaño variará y crecerá si aumentan dichas referencias.  Por el contrario una imagen vectorial sólo precisa de la información relativa a cada uno de los vectores u objetos que la forman. Estos objetos tienen identidad independiente, se definen de forma matemática y contienen la información de su color, forma, contorno y tamaño.  A pesar de esas propiedades, su configuración matemática logra que el tamaño final sea mucho menor al de los mapas de bits, esto debido a una simple razón; el número de puntos que forma una imagen de mapa de bits y, por tanto, el número de referencias a considerar, es mucho mayor que el número de objetos que forman un gráfico vectorial.

Podemos considerar también las siguientes comparaciones entre estos dos grandes y necesarios métodos de obtención de gráficos:

Para generar un gráfico de mapa de bits, nuestro PC tiene que almacenar y trabajar con una gran cantidad de información por la necesidad de mantener los datos de cada pixel. Sin embargo, para representar una imagen vectorial se considera que el gráfico está formado por un conjunto de vectores o líneas.

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Esto es una gran ventaja, ya que una línea, que en el caso de un bitmap estaría compuesta por muchos pixeles, en una imagen vectorial solo se necesita almacenar información sobre su principio, su final, su dirección y su longitud. Esto es así con las líneas y con cualquier figura más compleja. Por ejemplo, podríamos representar un círculo simplemente guardando la información de su centro y su radio, además de indicar el color de contorno y el de fondo.

Una imagen rasterizada no se puede ampliar a cualquier resolución sin que la pérdida de calidad sea notoria. Esta desventaja contrasta con las posibilidades que ofrecen los gráficos vectoriales, que pueden adaptar su resolución fácilmente a la resolución máxima de nuestra pantalla u otro dispositivo de visualización.

Las imágenes rasterizadas son más prácticas para tomar fotografías o filmar escenas, mientras que los gráficos vectoriales se utilizan sobre todo para el diseño gráfico o la generación de documentos escritos.

VI. RASTERIZACION

La rasterización es el proceso por el cual una imagen descrita en un formato gráfico vectorial se convierte en un conjunto de píxeles o puntos para ser desplegados en un medio de salida digital, como una pantalla de computadora, una impresora electrónica o una imagen de mapa de bits (bitmap).Este procedimiento se suele usar en momentos muy concretos:

Cuando se trabaja con imágenes de una gran complejidad (con muchos objetos independientes, muchos rellenos degradados, muchas capas, etc.) puesto que al crear un mapa de bits se elimina toda información de los objetos vectoriales, debe tenerse en cuenta la posibilidad de efectuar copias de seguridad del archivo vectorial antes de ser rasterizado, o bien esperar a que la parte de la imagen que se va a rasterizar sea ya definitiva.

Cuando se van a aplicar filtros a la imagen resultante, cosa que no se efectúa con los objetos iniciales.

El resultado de este método de trabajo híbrido es un fichero que presenta ciertas partes vectoriales y ciertas partes bitmap. El fichero puede guardarse sin mayor problema en el formato correspondiente al programa de ilustración (en algunos casos, se permite que el mapa de bits no forme parte del archivo, sino que se enlace externamente al fichero vectorial solamente).

VII. PROCESADOR DE IMÁGENES RASTERIZADAS

Un procesador de imágenes rasterizadas, o RIP, es un dispositivo que se usa en los sistemas de impresión para producir una imagen de mapa de bits. Posteriormente, el bitmap generado por el procesador se envía a un dispositivo de impresión. La entrada de datos en el RIP puede ser una página generada en un lenguaje de descripción de página de de alto nivel como puede ser PostScript, PDF (del acrónimo ínglés Portable Document Format) o XPS. También puede ser otro

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bitmap de un dispositivo cuya salida es enviada a la entrada del RIP. En última instancia, el dispositivo RIP aplica algoritmos de interpolación y suavizado sobre el bitmap de entrada para generar el bitmap de salida.La finalidad del procesamiento para el que se ha concebido un RIP es conseguir una imagen rasterizada de alta resolución a partir de una información digital vectorial. Inicialmente, los dispositivos RIPs eran una etapa de la electrónica del hardware que recibía la descripción de la página a través de una interfaz, (generalmente la RS232) y generaba una salida que posteriormente se usaba para habilitar o deshabilitar cada píxel en tiempo real del dispositivo de salida como pudiera ser el escáner de una filmadora de fotolitos.

Inclusive, un RIP se puede implementar en un componente software del sistema operativo o como un firmware ejecutado en un microprocesador del interior de la impresora. Ghostscript y GhostPCL son ejemplos de software RIPs. Cada impresora Postscript contiene un RIP en su firmware. Los RIPs más recientes guardan la compatibilidad hacia atrás con photosetters por eso son capaces de soportar lenguajes más antiguos.

Pasos de un RIP

Interpretación. Este es el paso donde el lenguaje de descripción de página soportado se transforma en una representación de una página particular. Muchos RIPs procesan páginas con tanta intensidad que el funcionamiento habitual de la máquina es solo para la página en curso, es decir, se procesa una sola página cada vez. Una vez que la página se ha generado se procesa la siguiente.

Renderizado. Proceso a través del cual la representación interna particular se transforma en un bitmap de tono continuo. Hay que hacer notar que, en la práctica, la interpretación y el renderizado se hacen juntos con bastante frecuencia. Los lenguajes simples (en su mayor parte los más antiguos) se diseñaron para trabajar con mínimos requerimientos de hardware, por eso tienden a ejecutar el renderizado directamente.

Proyección. Para que se imprima, un bitmap de tonos continuos primero se transforma en otro de tonos medios (patrones de puntos). Hay dos métodos o tipos para este paso. La proyección por modificación en la amplitud (AM o Amplitude Modification) y la proyección estocástica o por modulación en la frecuencia (FM o Frecuency Modulation). En la proyección AM, la variación del tamaño de los puntos depende de la densidad del objeto y sus valores tonales. Los puntos se colocan en una cuadrícula fija pero son mayores si corresponden a un área de la imagen de alta densidad. En la proyección FM, el tamaño de los puntos permanece siempre constante y se ubican en un orden aleatorio para crear áreas de imagen más claras u oscuras. El emplazamiento de los puntos, y la densidad de estos, se controla a partir de un sofisticado algoritmo matemático.

Los RIP se usan en las impresoras láser para comunicar las imágenes rasterizadas al láser de barrido de la impresora.

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CONCLUSIONES

Tras haber realizado nuestra investigación, y hacer el contraste, tal como lo planteamos en nuestros objetivos, entre estos dos tan importantes métodos de obtención de imágenes digitales, estamos en posición de concluir que:

Tanto los gráficos vectoriales como los rasterizados son de vital importancia en el ámbito, en particular, del diseño gráfico, y en general de todo aspecto de nuestro vida cotidiana, desde un simple letrero impreso de una humilde bodega hasta logotipos de empresas transnacionales, pasando por todos los puntos intermedios, como propagandas, gigantografías, boletines, fotografías y demás usos y abusos de los graficos. Por tal motivo estos dos métodos no son excluyentes, todo lo contrario, pues como ambos tienen sus propias características resulta muy ventajoso hacer uso de ambos para obtener una imagen de mayor calidad con menor coste de procesamiento.

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