Representing graphics

欢迎来到数码影像的世界！

你有没有想过，只懂得处理 1 和 0 的计算机，究竟是如何显示出绚丽的日落画面或清晰的公司标志呢？在本章中，我们将深入探讨图像表示（Representing graphics）。我们将研究计算机存储视觉信息的两种主要方式：位图图形（Bitmapped graphics）和矢量图形（Vector graphics）。看完这些笔记后，你将能精准地计算文件大小，并为任何项目选择最合适的格式！

3.5.5.1 位图图形（Bitmapped Graphics）

你可以把位图想象成一幅巨大的马赛克画或一张方格纸。如果你将一张数码照片放大到极致，就会发现它是由许多细小的方格组成的。这些方格称为像素（pixels）（即“图像元素”picture elements 的缩写）。

位图的核心概念

• 像素（Pixel）： 图像中最小的单一点。
• 像素尺寸： 这就是图像的分辨率，计算方法为 \( \text{width} \times \text{height} \)。例如，屏幕分辨率为 \( 1920 \times 1080 \)，表示横向有 1920 个像素，纵向有 1080 个像素。
• 色彩深度（Colour Depth）： 这是用于表示单个像素颜色的位元（bits）数量。使用的位元越多，能显示的独特颜色就越多！

类比：想象一幅“数字油画”。如果你只有 1 bit，你只能使用 2 种颜色（黑或白）。如果你有 8 bits，你就可以从 256 种不同的颜色中进行选择！

计算存储需求

考试中最常见的任务之一就是计算位图所占用的空间。如果数学不是你的强项也别担心——这个公式非常简单直接！

公式（不包括元数据）：
\( \text{Storage requirements (in bits)} = (\text{width in pixels} \times \text{height in pixels}) \times \text{colour depth} \)

逐步示例：
计算一张宽 10 像素、高 10 像素、色彩深度为 8 bits 的图像，其文件大小（以 bits 为单位）。
1. 计算总像素数量：\( 10 \times 10 = 100 \text{ pixels} \)。
2. 乘以色彩深度：\( 100 \times 8 = 800 \text{ bits} \)。
3. 若要换算成字节（bytes），需除以 8：\( 800 / 8 = 100 \text{ bytes} \)。

什么是元数据（Metadata）？

位图文件不单是一串颜色列表；计算机还需要知道如何“组装”这些像素。这些额外的信息称为元数据（metadata）（即关于数据的数据）。没有元数据，计算机就不知道哪里是一行像素的结束，哪里是下一行的开始！

元数据的典型例子包括：
• 图像的宽度
• 图像的高度
• 色彩深度
• 拍摄照片的日期

快速回顾： 位图是由像素组成的。更多的像素或更高的色彩深度意味着画质更好，但文件大小也会大幅增加！

3.5.5.2 矢量图形（Vector Graphics）

矢量图形的运作方式截然不同。矢量影像存储的不是彩色像素网格，而是对象列表（list of objects）及其数学属性。这就像是给计算机一套绘图指令。

矢量对象的典型属性

当你在矢量绘图软件中画一个圆形或正方形时，计算机会记录以下内容：

• X 和 Y 坐标： 对象的确切位置（通常指左上角）。
• 对象轮廓颜色： 即“笔触”（stroke）颜色。
• 线条宽度： 轮廓的粗细。
• 对象填充颜色： 形状内部的颜色。
• 特定尺寸： 例如圆形的半径，或矩形的宽度/高度。

你知道吗？ 字体（就像你现在读的这些字）通常就是以矢量图形存储的。这就是为什么你可以将文字放大到很大，而不会变得“起角”或模糊！

核心要点： 矢量图不在乎像素，它们在乎的是几何（geometry）和数学（math）。

3.5.5.3 位图与矢量图形的比较

在位图与矢量图之间做选择，就像在照片与设计蓝图之间做选择，两者各有千秋！

1. 缩放（调整大小）

• 位图： 当你放大位图时，它会出现“像素化”（你会看到方格）并损失画质。
• 矢量图： 你可以将矢量图放大到摩天大楼般大，或缩小到邮票般小，它依然能保持清晰平滑。这是因为计算机只是为新的尺寸重新计算数学公式。

2. 文件大小

• 位图： 文件大小取决于尺寸和色彩深度。高画质的大型照片文件通常非常庞大。
• 矢量图： 通常比位图小得多，因为它们只需存储少量形状的指令，无论这些形状在屏幕上看起来有多大。

3. 真实感

• 位图： 非常适合处理色彩细节丰富的复杂图像，例如人物或自然景物的照片。
• 矢量图： 最适合用于简单形状、标志（logos）、图标和技术制图，在这些地方，精确的线条比逼真的阴影更重要。

摘要比较表

位图图形（Bitmapped Graphics）：
• 优点： 能很好地处理复杂细节/照片。
• 缺点： 文件较大；缩放时会损失画质。

矢量图形（Vector Graphics）：
• 优点： 文件较小；可无限缩放而不损失画质。
• 缺点： 无法有效呈现复杂的真实感摄影影像。

避开常见错误： 学生常误以为“更高分辨率”就等于“矢量图”。请记住，分辨率只适用于位图。矢量图在打印或显示于屏幕之前，是没有固定分辨率的！

最后鼓励： 如果计算过程让你觉得有点枯燥，别担心！只要记住核心概念：位图是方格网格，而矢量图是形状列表。只要记住这一点，剩下的细节就会很容易融会贯通！