ベクターグラフィック
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ベクターグラフィックとラスターグラフィックを拡大して比較した例

ベクターグラフィックスは、点、直線、曲線、多角形など、直交平面上に定義された幾何学的形状から直接視覚画像を作成するコンピュータグラフィックスの一種です。関連するメカニズムには、ベクターディスプレイおよび印刷ハードウェア、ベクターデータモデルおよびファイル形式、そしてこれらのデータモデルに基づくソフトウェア（特にグラフィックデザインソフトウェア、コンピュータ支援設計、地理情報システム）が含まれます。ベクターグラフィックスはラスターグラフィックスやビットマップグラフィックスの代替手段であり、それぞれ特定の状況において長所と短所があります。[ 1 ]

ベクターハードウェアはラスターベースのモニターやプリンターに取って代わられて大部分が姿を消しましたが、[ 2 ]ベクターデータとソフトウェアは、特に高度な幾何学的精度が求められる場合や、複雑な情報を単純な幾何学的プリミティブに分解できる場合に、引き続き広く使用されています。 そのため、エンジニアリング、建築、測量、3Dレンダリング、タイポグラフィなどの分野では好ましいモデルですが、ラスターの方が効果的で効率的である写真やリモートセンシングなどのアプリケーションには全く不適切です[ 3 ]。 地理情報システム (GIS) やグラフィックデザインなどの一部のアプリケーション分野では、目的に応じてベクターグラフィックスとラスターグラフィックスの両方を使用することがあります。

ベクターグラフィックスは解析幾何学または座標幾何学の数学に基づいており、「ベクター」という用語の他の数学的用法とは関連がありません。そのため、両方の意味が使用される分野では混乱が生じる可能性があります。

データモデル

ベクター グラフィックスの論理データ モデルは、座標幾何学の数学に基づいています。座標幾何学では、図形は 2 次元または 3 次元の直交座標系における点の集合として、p = ( x, y ) またはp = ( x, y, z ) として定義されます。ほとんどすべての図形は無限の数の点で構成されるため、ベクター モデルは、頂点と呼ばれる突出した点の有限のサンプルを使用して指定できる、限られた幾何学的プリミティブのセットを定義します。たとえば、正方形は、4 つの角のうち 3 つの位置によって明確に定義でき、ソフトウェアはそこから接続境界線と内部空間を補間できます。正方形は正規の図形であるため、1 つの角の位置、サイズ (幅 = 高さ)、および回転角度によって定義することもできます。

基本的な幾何学プリミティブは次のとおりです。

  • 一つの点。
  • 2 つの端点によって定義され、介在する線の単純な線形補間を可能にする線分。
  • 多角形のチェーンまたはポリライン。点の順序付きリストによって定義される、接続された線分の集合です。
  • 境界によって定義される空間領域を表すポリゴン。開始頂点と終了頂点が一致するポリライン。

より複雑なさまざまな形状がサポートされる可能性があります。

多くのベクターデータセットでは、各図形に複数のプロパティを組み合わせることができます。最も一般的なものは、色、線の太さ、破線パターンといった視覚特性です。GISやBIMなど、図形が現実世界の地物を表すシステムでは、表現された地物の名前、年齢、サイズなど、様々な属性を保存できます。[ 4 ]

一部のベクターデータ、特にGISでは、交通ネットワーク内の道路区間間の接続を追跡するなど、オブジェクト間の位相的な関係に関する情報がデータモデルで表現されることがあります。[ 5 ]

あるベクター ファイル形式で保存されたデータセットを、その特定の画像で使用されるすべてのプリミティブ オブジェクトをサポートする別のファイル形式に変換すると、変換はロスレスで実行できます。

ベクトル表示ハードウェア

ベクターモニターでプレイできるフリーソフトウェアのAsteroids風ビデオゲーム

ベクトルCRTやペンプロッタなどのベクトルベースのデバイスは、描画機構を直接制御して幾何学的形状を生成します。ベクトル表示装置は、わずか2点（つまり、線の各端の座標）を扱うだけで線を定義できるため、画像を点のペアとして整理することで、処理しなければならないデータの総量を削減できます。[ 6 ]

ベクターグラフィックディスプレイは、1958年に米国のSAGE防空システムで初めて使用されました。[ 7 ]ベクターグラフィックシステムは、1999年に米国の航空管制システムから退役しました。ベクターグラフィックは、1963年にマサチューセッツ工科大学リンカーン研究所のTX-2で、コンピュータグラフィックスのパイオニアであるイヴァン・サザーランドが自身のプログラム「スケッチパッド」を実行するために使用しました。 [ 8 ]

その後のベクターグラフィックスシステムには、ほとんどが動的に変更可能な描画命令のリストを反復処理したもので、IBM 2250、Imlac PDS-1、DEC GT40などがある。ベクターグラフィックスを使用するビデオゲームコンソールにはVectrexがあり、 Asteroids、Space Wars、Tempestなどのさまざまなアーケードゲームや、 Rip Off、Tail Gunnerなどの多くのシネマトロニクスタイトルもベクターモニターを使用していた。[ 9 ] Tektronix 4014などのストレージスコープディスプレイはベクター画像を表示できたが、最初に表示を消去しないと変更できなかった。しかし、これらはテレビで使用されていたラスターベースのスキャンディスプレイほど広く使用されることはなく、1980年代半ばまでに特殊な用途を除いてほとんど姿を消した。

製図で使用されるプロッタは、ペンを紙の2次元空間上で指示通りに動かすことで、今でもベクトルデータを紙に直接描画します。しかし、モニターと同様に、プロッタはラスター画像（ベクトルデータからレンダリングされる場合もあります）を印刷する ワイドフォーマットプリンタに大きく置き換えられています。

ソフトウェア

このモデルは様々なアプリケーション分野で有用であるため、ベクターグラフィックスの描画、操作、視覚化のための様々なソフトウェアプログラムが開発されてきました。これらはすべて同じ基本的なベクターデータモデルに基づいていますが、ファイル形式が大きく異なるため、図形の解釈や構造化の仕方はそれぞれ大きく異なります。

ファイル形式

ベクター グラフィックは現在、 SVG、WMF、EPS、PDF、CDR、AIタイプのグラフィック ファイル形式でよく見られ、 JPEG、 PNG、APNG、GIF、WebP、 BMP、MPEG4などのより一般的なラスター グラフィック ファイル形式とは本質的に異なります。

ワールド・ワイド・ウェブ・コンソーシアム（W3C）によるベクターグラフィックスの標準規格は、スケーラブル・ベクター・グラフィックス（SVG）です。この標準規格は複雑であり、少なくとも商業的な利益のために、その確立には比較的時間がかかりました。現在では多くのウェブブラウザがSVGデータのレンダリングをある程度サポートしていますが、この標準規格を完全に実装したものは依然として比較的稀です。

近年、SVGは、レンダリングデバイス（通常はプリンターやディスプレイモニター）の解像度に全く依存しない重要なフォーマットとなっています。SVGファイルは、直線と曲線の両方のパスやその他の属性を記述した、印刷可能なテキストファイルです。Wikipediaでは、写真やその他の連続階調画像とは異なり、シンプルな地図、線画、紋章、旗などの画像にSVGが推奨されています。SVGをレンダリングするには、現在のタスクに適した解像度のラスター形式に変換する必要があります。SVGは、アニメーショングラフィック用のフォーマットでもあります。

携帯電話向けのSVGバージョンとして、SVGT（SVG Tinyバージョン）があります。これらの画像はリンクをカウントしたり、アンチエイリアシングを利用したりできます。また、壁紙として表示することもできます。

CADソフトウェアは独自のベクターデータ形式を使用します。これらの形式は通常、AutodeskのDWGなどのソフトウェアベンダーが独自に作成した形式や、 DXFなどのパブリック交換形式です。GIS データ用には、Esriファイルジオデータベースなどの独自形式、 ShapefileやオリジナルのKMLなどの独自形式だがパブリックな形式、GeoJSONなどのオープンソース形式、そしてOpen Geospatial ConsortiumのSimple FeaturesやGMLなどの標準化団体が作成した形式など、これまでに数百種類の異なるベクターファイル形式が作成されてきました。

変換

ベクトル化前の元の参考写真
ベクター アートに詳細を追加したり、削除したりできます。

ラスターへ

現代のディスプレイやプリンターはラスターデバイスです。ベクター形式は、レンダリング（表示または印刷）する前に、ラスター形式（ビットマップ – ピクセル配列）に変換する必要があります。[ 11 ]変換によって生成されるビットマップ/ラスター形式ファイルのサイズは必要な解像度によって異なりますが、ビットマップ/ラスターファイルを生成するベクターファイルのサイズは常に同じです。したがって、ベクターファイルからさまざまなビットマップ/ラスターファイル形式に変換することは簡単ですが、逆の方向に変換することは、特にベクター画像を後で編集する必要がある場合、はるかに困難です。ベクターソースファイルから作成された画像をビットマップ/ラスター形式で保存すると、利点がある場合があります。これは、システムによってベクター形式が異なり（互換性がなく）、ベクターグラフィックスをまったくサポートしていないシステムもあるためです。ただし、ファイルをベクター形式から変換すると、サイズが大きくなる可能性があり、解像度を失わずにスケーラビリティを活用できるという利点が失われます。また、画像の個々の部分を個別のオブジェクトとして編集することもできなくなります。ベクター グラフィック イメージのファイル サイズは、含まれるグラフィック要素の数によって決まります。これは説明のリストです。

ラスターから

印刷

ベクターアートは一連の数学的な曲線で作られているため、印刷に最適です。サイズを変更しても非常に鮮明に印刷されます。 [ 12 ]例えば、ベクターロゴを小さなコピー用紙に印刷し、同じベクターロゴを看板サイズに拡大しても、同じ鮮明な品質を保つことができます。低解像度のラスターグラフィックは、名刺サイズから看板サイズに拡大すると、ぼやけたり、ピクセル化が過度に進んだりします。（高品質の結果を得るために必要なラスターグラフィックの正確な解像度は、見る距離に依存します。例えば、見る距離が十分に離れていれば、看板は低解像度でも高品質に見えることがあります。）[ 13 ]

活字体の文字を画像とみなすと、グラフィックスの場合と同じ考慮事項が、印刷用テキストの組版（タイプセッティング）にも当てはまります。昔の文字セットはビットマップとして保存されていました。そのため、最高の印刷品質を得るには、特定の解像度でのみ使用する必要がありました。これらのフォント形式は非スケーラブルであると言われています。今日の高品質な活字体は、通常ベクターグラフィックとして保存される文字描画（フォント）に基づいており、任意のサイズにスケーラブルです。このような文字のベクター形式の例としては、PostScriptフォントやTrueTypeフォントが挙げられます。

手術

ラスター グラフィックスに対するこの描画スタイルの利点:

  • ベクター画像は直線や曲線を挟んだ座標で構成されるため、表現サイズはオブジェクトの寸法に依存しません。この最小限の情報量により、ピクセル単位で定義される大きなラスター画像と比較して、ファイルサイズがはるかに小さくなります[ 14 ] 。ただし、ファイルサイズの小さいベクター画像は、現実世界の写真と比較すると詳細が不足していると言われることがよくあります。
  • 同様に、例えば円弧を無限に拡大しても滑らかなままです。一方、曲線を表す多角形は、実際には曲がっていないことが明らかになります。
  • ズームインしても、直線や曲線は必ずしも比例して太くなる必要はありません。多くの場合、幅は増加しないか、比例幅よりも小さくなります。一方、単純な幾何学的図形で表現される不規則な曲線は、ズームイン時に比例して太くなることがあります。これは、幾何学的図形のように見えず、滑らかに見えるようにするためです。
  • オブジェクトのパラメータは保存され、後で変更できます。つまり、移動、拡大縮小、回転、塗りつぶしなどを行っても描画品質は低下しません。さらに、通常はデバイスに依存しない単位で寸法を指定するため、ラスターデバイス上で最適なラスタライズ結果が得られます。
  • 3Dの観点から見ると、ベクターグラフィックスでは影のレンダリングもはるかにリアルになります。影は光線として抽象化できるため、フォトリアリスティックな画像やレンダリングが可能になります。

例えば、半径rの円を考えてみましょう。[ 15 ]この円を描くためにプログラムが必要とする 主な情報は、

  1. 描くべきものが円であることを示す
  2. 半径r
  3. 円の中心点の位置
  4. 線のスタイルと色（透明の可能性あり）
  5. 塗りつぶしのスタイルと色（透明の可能性あり）

ベクター形式はグラフィック作業には必ずしも適しておらず、多くの欠点もあります。[ 16 ]例えば、カメラやスキャナなどのデバイスは、本質的に連続階調のラスターグラフィックを生成するため、ベクターに変換するのは現実的ではありません。そのため、この種の作業では、画像エディタは数式で定義された描画オブジェクトではなく、ピクセルを操作します。包括的なグラフィックツールは、ベクターソースとラスターソースの画像を組み合わせ、画像の一部はカメラソースから取得され、他の部分はベクターツールを使用して描画されている可能性があるため、両方の編集ツールを提供する場合があります。

一部の著者は、ベクターグラフィックスという用語は混乱を招くと批判している。[ 17 ] [ 18 ]特に、ベクターグラフィックスは、単にユークリッドベクトルで記述されたグラフィックスを指すのではない。[ 19 ]一部の著者は、代わりにオブジェクト指向グラフィックスを使用することを提案している。[ 17 ] [ 20 ] [ 21 ]しかし、この用語は、オブジェクト指向プログラミングを使用して実装されたあらゆる種類のグラフィックスとして解釈できるため、混乱を招く可能性がある。[ 17 ]

ベクトル演算

ベクターグラフィックエディタでは、通常、平行移動、回転、ミラーリング、伸縮、傾斜、アフィン変換、Zオーダーの変更（大まかに言うと、何が何の前にあるか）、プリミティブを組み合わせてより複雑なオブジェクトを作成することができます。[ 17 ]より高度な変換には、閉じた図形に対する集合演算（和、差、積など）が含まれます。 [ 22 ] SVGでは、合成演算はアルファ合成に基づいています。[ 23 ]

ベクターグラフィックスは、デバイスに依存しない単純な描画や複合的な描画、あるいは[ 24 ]写真のようなリアルさを必要としない描画に最適です。例えば、PostScriptやPDFのページ記述言語はベクターグラフィックスモデルを採用しています。

ベクター画像リポジトリ

多くのストックフォトウェブサイトは、ホストされている画像のベクトル化されたバージョンを提供していますが、グラフィックデザイナーの間で人気が高まっていることから、特定のリポジトリはベクトル画像に特化しています。[ 25 ]

ベクター画像リポジトリの一覧[ 26 ]
レポ/会社 ライセンス
ベクセル独自の
ベクターストック独自の
ベクティージーフリーミアム
フリーピック独自の
エンバトエレメンツ独自の
Depositphotos独自の

参照

注記

  1. ^ナイジェル・チャップマン、ジェニー・チャップマン (2002) [2000].デジタルマルチメディア. ワイリー. p.  86. ISBN 0-471-98386-1。
  2. ^ Arie Kaufman (1993).レンダリング、可視化、ラスタライゼーションハードウェア. Springer Science & Business Media. pp.  86– 87. ISBN 978-3-540-56787-5。
  3. ^ 「ベクターアートファイル」 . pastorhome . 2025年3月1日閲覧。
  4. ^ Vector Data Models Archived April 11, 2022, at the Wayback Machine , Essentials of Geographic Information Systems , Saylor Academy, 2012
  5. ^ Bolstad, Paul (2008). 『GISの基礎：地理情報システム入門』（第3版）. Eider Press. p. 37.
  6. ^マレー 2002、81～83頁。
  7. ^ Holzer, Derek (2019年4月). Vector Synthesis: a Media-Archaeological Investigation into Sound-Modulated Light (PDF) (論文). Aalto University . urn : urn:NBN:fi:aalto-201905193156 . 2021年4月18日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2020年7月31日閲覧。
  8. ^ Kassem, Dalal (2014年10月15日). The Sketchpad Window (Thesis). Virginia Polytechnic Institute and State University . hdl : 10919/63920 . 2020年9月18日閲覧。
  9. ^ウルフ、マーク・JP ( 2008). 『ビデオゲームの爆発的発展：PONGからプレイステーション、そしてそれ以降の歴史』 ABC -CLIO 67–71頁.  ISBN 978-0-313-33868-7. 2020年7月31日閲覧。
  10. ^ Peuquet, Donna J. (1984), 「空間データモデルの概念的枠組みと比較」, Cartographica 21 (4): 66–113. doi : 10.3138/D794-N214-221R-23R5 .2021年10月24日アーカイブ, Wayback Machine .
  11. ^ガラチョルーら。 1989 年、p. 355.
  12. ^ 「オフセット印刷におけるベクター＆ラスターグラフィックス」オリンパスプレス、2013年12月6日。2014年2月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年6月16日閲覧。
  13. ^ 「印刷とエクスポート（グラフィックス）」 COE Unix Network. 2002年6月18日. 2014年2月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年6月16日閲覧。
  14. ^ 「PNGとSVGの違いは何ですか？」 Adobe . 2023年12月12日閲覧。
  15. ^ 「ASCIIsvg: 簡単な数学的ベクターグラフィックス」ピーター・ジプセン、チャップマン大学。2013年9月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年6月16日閲覧。
  16. ^ Andy Harris. 「ベクターグラフィックス」 . Welcome to wally!!! . 2012年5月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年6月16日閲覧。
  17. ^ a b c dナイジェル・チャップマン、ジェニー・チャップマン (2002) [2000].デジタルマルチメディア. Wiley. p.  70 . ISBN 0-471-98386-1。
  18. ^ CS 354 ベクターグラフィックスとパスレンダリング、 2020年4月18日アーカイブ、 Wayback Machine、スライド7、マーク・キルガード著、2012年4月10日、テキサス大学オースティン校
  19. ^ Rex van der Spuy (2010). 『AdvancED Game Design with Flash』 Apress. p. 306. ISBN 978-1-4302-2739-7。
  20. ^テッド・ランドー (2000). 『Sad Macs, Bombs and Other Disasters』（第4版）. ピーチピット・プレス. p.  409. ISBN 978-0-201-69963-0。
  21. ^エイミー・アーントソン (2011). 『グラフィックデザインの基礎（第6版）』 Cengage Learning. p. 194. ISBN 978-1-133-41950-1。
  22. ^バール 1984、21ページ。
  23. ^ SVGワーキンググループ (2011年3月15日). 「SVG合成仕様」 . w3 . 2022年8月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年8月8日閲覧。
  24. ^ Qin, Zheng (2009年1月27日). Vector Graphics for Real-time 3D Rendering (PDF) (論文). University of Waterloo . p. 1. hdl : 10012/4262 . 2020年7月28日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2020年7月28日閲覧。
  25. ^ 「ストックフォトウェブサイト市場レポート | 2023年から2032年までの世界予測」 datasetsearch.research.google.com 2023年4月2024年8月25日閲覧。
  26. ^ Says, Studyessay org (2022年3月21日). 「グラフィックデザイナーに最適なベクターサイト7選」 . Spoon Graphics . 2024年8月25日閲覧。

参考文献

ウィキバーシティにはベクター描画に関する学習リソースがあります
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