[科普中国]-矢量数据

矢量数据主要是指城市大比例尺地形图。此系统中图层主要分为底图层、道路层、单位层，合理的分层便于进行叠加分析、图形的无逢拼接以实现系统图形的大范围漫游。矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间位置表现的准确无误，显示的图形一般分为矢量图和位图。矢量数据是利用欧几里德几何学中点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。 矢量数据结构分为：简单数据结构（最典型的是面条数据结构）、拓扑数据结构（弧段是数据组织的基本对象，最重要的技术特征和贡献是拓扑编辑功能P39）、曲面数据结构。1

定义在计算机中表示空间数据的两种基本形式之一.由于空间数据具有属性特征（表示实际物体或目标、现象的性质）和空间特征（表示物体或目标的空间位置），所以在计算机中可用一对或一组坐标加上属性码（或称特征码）来表示空间数据，称该数据为矢量数据。11

按照矢量数据结构，地图上基本图形要素可以概括为点、线、面三种元素及它们的组合，其表示方式示于下面的图和表中。利用全站型仪器野外测量、解析和数字摄影测量及地图数字化，可以直接获得这种矢量数据。2

简介矢量数据（VectorData）是在直角坐标系中，用X、Y坐标表示地图图形或地理实体的位置的数据。矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间位置表现的准确无误。3

点实体：在二维空间中，点实体可以用一对坐标X，Y来确定位置；3

线实体：线实体可以认为是由连续的直线段组成的曲线，用坐标串的集合（X1，Y1，X2，Y2……Xn，Yn）来记录；3

面实体：在记录面实体时，通常通过记录面状地物的边界来表现，因而有时也称为多边形数据。2

矢量数据是计算机中以矢量结构存贮的内部数据。是跟踪式数字化仪的直接产物。在矢量数据结构中，点数据可直接用坐标值描述；线数据可用均匀或不均匀间隔的顺序坐标链来描述；面状数据（或多边形数据）可用边界线来描述。1矢量数据的组织形式较为复杂，以弧段为基本逻辑单元，而每一弧段以两个或两个以上相交结点所限制，并为两个相邻多边形属性所描述。在计算机中，使用矢量数据具有存储量小，数据项之间拓扑关系可从点坐标链中提取某些特征而获得的优点。主要缺点是数据编辑、更新和处理软件较复杂。2

矢量数据是利用欧几里德几何学中点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。1

矢量数据结构分为：简单数据结构（最典型的是面条数据结构）、拓扑数据结构（弧段是数据组织的基本对象，最重要的技术特征和贡献是拓扑编辑功能P39）、曲面数据结构。2

矢量又称“向量”。既有大小又有方向的量。如力、速度和加速度等。可用一条按选定比例尺画出的带有箭头的线段来表示，箭头的指向表示方向，线段的长度表示大小。矢量之间的运算不遵循代数运算法则。矢量加法，又称“矢量合成”，可用平行四边形法则、三角形法则、多边形法则及正交分解法则等进行。矢量减法即矢量加法的逆运算。矢量乘法分三种：2

(1)矢量和标量的乘积仍为矢量。如冲量、动量等的计算；1

(2)矢量和矢量的标积构成标量，又称点乘、数量积、内积等。如功、功率等的计算；2

(3)矢量和矢量的矢积构成矢量，又称叉乘、矢量积、向量积。如力矩、安培力等的计算。2

矢量概念及其运算法则在热工技术中有其重要应用。2

应用——矢量图矢量数据是制造出矢量图形的一种记录坐标，它在计算机中显示的图形一般可以分为两大类——矢量图和位图。3

矢量图使用直线和曲线来描述图形，这些图形的元素是一些点、线、矩形、多边形、圆和弧线等等，它们都是通过数学公式计算获得的。例如一幅花的矢量图形实际上是由线段形成外框轮廓，由外框的颜色以及外框所封闭的颜色决定花显示出的颜色。1由于矢量图形可通过公式计算获得，所以矢量图形文件体积一般较小。 矢量图形最大的优点是无论放大、缩小或旋转等不会失真。Adobe公司的Freehand、Illustrator、Corel公司的CorelDRAW是众多矢量图形设计软件中的佼佼者。大名鼎鼎的FlashMX制作的动画也是矢量图形动画。2

矢量图与位图最大的区别是，它不受分辨率的影响。因此在印刷时，可以任意放大或缩小图形而不会影响出图的清晰度。1

矢量图是根据几何特性来绘制图形，矢量可以是一个点或一条线，矢量图只能靠软件生成，文件占用内在空间较小，因为这种类型的图像文件包含独立的分离图像，可以自由无限制的重新组合。它的特点是放大后图像不会失真，和分辨率无关，文件占用空间较小，适用于图形设计、文字设计和一些标志设计、版式设计等。2

矢量图像也称为面向对象的图像或绘图图像，在数学上定义为一系列由线连接的点。矢量文件中的图形元素称为对象。每个对象都是一个自成一体的实体，它具有颜色、形状、轮廓、大小和屏幕位置等属性。既然每个对象都是一个自成一体的实体，就可以在维持它原有清晰度和弯曲度的同时，多次移动和改变它的属性，而不会影响图例中的其它对象。这些特征使基于矢量的程序特别适用于图例和三维建模，因为它们通常要求能创建和操作单个对象。基于矢量的绘图同分辨率无关。这意味着它们可以按最高分辨率显示到输出设备上。3

格式顾名思义，矢量数据是制作出矢量图片的一种点与线的坐标图，将每个自成一体的实体对象图像元素汇合成一个矢量文件。1

常用的矢量数据格式如下：1

mac(Macintosh)*.mac是Macintosh中使用的一种灰度图形文件格式，在Macintoshpaintbrush中使用，其分辨率只能是720×567。1

mpt(MacintoshPaintbrush)*.mpt是Macintosh中使用的一种图形文件格式。2

msk(MaskDataFile)*.msk是AnimatorPro中的一种图形文件格式，其中包含一个位图图形。2

ply(PolygonFile)*.ply是AnimatorPro创建的一种图形文件格式，其中包含用来描述多边形的一系列点的信息。1

pcd(KodakPhotoCD)*.pcd是一种PhotoCD文件格式，由Kodak公司开发，其他软件系统只能对其进行读取。该格式主要用于存储CD-ROM上的彩色扫描图像，它使用YCC色彩模式定义图像中的色彩。YCC色彩模式是CIE色彩模式的一个变种。CIE色彩空间是定义所有人眼能观察到的颜色的国际标准。3YCC和CIE色彩空间包含比显示器和打印设备的RGB色和CMYK色多得多的色彩。PhotoCD图像大多具有非常高的质量，将一卷胶卷扫描为PhotoCD文件的成本并不高，但扫描的质量还要依赖于所用胶卷的种类和扫描仪使用者的操作水平。2

pcx(PCPaintbrush)/pccpcx最早是由Zsoft公司的PCPaintbrush图形软件所支持的一种经过压缩的PC位图文件格式。后来，Microsoft将PCPaintbrush移植到Windows环境中，*.pcx图像格式也就得到了更多的图形图像处理软件的支持。该格式支持的颜色数从最早的16色发展到1677万色。它采用行程编码方案进行压缩，带有一个128字节的文件头。3

pict/pict2/pnt*.pict文件格式主要应用于Mac机上，也可在安装了QuickTime的PC机上使用。该格式的文件不适用于打印（若在PostScript打印机上打印*.pict格式的文件，则会造成PostSlipt错误），而经常用于多媒体项目。*.pict也是Mac应用软件用于图像显示的格式之一。1

psd(AdobePhotoShopDocument)/*.pdd*.psd是PhotoShop中使用的一种标准图形文件格式，可以存储成RGB或CMYK模式，还能够自定义颜色数并加以存储。*.psd文件能够将不同的物件以层（Layer）的方式来分离保存，便于修改和制作各种特殊效果。2

*.pdd和*.psd一样，都是PhotoShop软件中专用的一种图形文件格式，能够保存图像数据的每一个细小部分，包括层、附加的蒙版通道以及其他内容，而这些内容在转存成其他格式时将会丢失。另外，因为这两种格式是PhotoShop支持的自身格式文件，所以PhotoShop能以比其他格式更快的速度打开和存储它们。唯一的遗憾是，尽管PhotoShop在计算过程中应用了压缩技术，但用这两种格式存储的图像文件仍然特别大。不过，用这两种格式存储图像不会造成任何的数据流失，所以当你在编辑过程中时，最好还是选择这两种格式存盘，以后再转换成占用磁盘空间较小、存储质量较好的其他文件格式。1

pxr(PiXaR)也许只有PIXAR工作站用户才比较了解*.pxr这种文件格式，该格式支持灰度图像和RGB彩色图像。可在PhotoShop中打开一幅由PIXAR工作站创建的*.pxr图像，也可以用*.pxr格式来存储图像文件，以便输送到工作站上。2

tga(TaggedGraphic)*.tga是TrueVision公司为其显示卡开发的一种图像文件格式，创建时间较早，最高色彩数可达32位，其中包括8位Alpha通道用于显示实况电视。2该格式已经被广泛应用于PC机的各个领域，而且该格式文件使得Windows与3DS相互交换图像文件成为可能。你可以先在3DS中生成色彩丰富的*.tga文件，然后在Windows中利用PhotoShop、Freeherd、Painter等应用软件来进行修改和渲染。3

xbm(XBitMap)*.xbm是一种图形文件格式。1

本词条内容贡献者为:

尚轶伦 - 副教授 - 同济大学数学科学学院