第二节　印刷基本元素及其基本特征

一、印刷基本元素的类别

按照基本元素所占据的空间维数，可分为二维平面元素和三维立体元素。

按照元素所实现的功能，可分为信息元素和造型元素两类。

其中，印刷的信息元素有三种，即文字、图形和图像。这三种信息元素主要以二维平面形式出现在信息及包装类印刷产品上，如纸质的书籍、刊物、报纸、广告，多种不同材质的包装品等；但信息元素也可以按三维立体形式出现在印刷产品上，如具有明显凸凹造型的图文，三维文字、图形造型的包装品等。

印刷所涉及的基本造型元素有多种，它们可以具有不同的三维立体形状，如空间曲线、空间平面、曲面、立方体、球体、多面体等。由这些基本的造型元素可以构建出复杂的三维造型。

二、图文信息元素的定义与特征

1.图文信息元素

一般而言，信息可有文字、图形、图像、声音、气味、触觉等不同形式。

在人类接收的信息总量中，文字、图形和图像信息所占的比例不低于70%。对最终受众而言，文字、图形和图像信息都可通过人眼视觉系统获取，故称为“视觉信息”。“百闻不如一见”的说法很好地表明视觉系统在信息获取方面的关键作用，体现了视觉信息的重要性。

对图文信息的印刷复制而言，它是建立在成像物质向承印物载体转移机制上的过程和技术。

静态的文字、图形和图像信息是印刷复制的基本信息对象。除常规印刷品外，印刷品也可以附带气味信息以及可以形成触觉的信息，“香味印刷品”和盲文印刷品就是其实例。

比较而言，印刷以外的数字媒体具备实时刷新能力，可以传播动态的文字、图形、图像、声音等信息，而这种特性是印刷难以达到的。

印刷的平面图文信息一般按页面进行组织，故图文信息元素常被称为“页面元素”，是构成出版物页面、印刷版面等的基本信息元素。

2.文字信息及其特征

文字是具有语义的特定图形符号的集合。单个符号或符号组合可以具有某种或某些特定的含义，即具有语义信息。对同一事物，不同语种所对应的符号或符号组合是不同的。如图1-7所示。

文字具有一些固有的基础特征，如所属语种和字符集、字符或单词的语音、字符或单词的语义、字符骨架结构等。

文字也有一些在页面中表现出来的特征，如字体、字号（尺寸）、附加符号（下划线、着重号、上/下标等）、文字附加装饰（阴影、衬底、加框等）、文字的排列方向、字间距、行距、对齐方式、内部填充特性、轮廓填充特性。如图1-8所示。

对于三维立体文字而言，其特征还应包括文字的凸起高度或凹陷深度、立体朝向、材质特性（颜色/纹理/光泽等）、轮廓倒角等特征。如图1-9所示。

对于数字化的文字信息处理而言，需要两个基础条件，即文字编码和文字的字形描述。

3.图形信息及其特征

图形是由人工及计算机等工具构造的、具有形体特征的二维及三维信息体。

图形本身携带信息。通过视觉观察，人们可以从图形上获得信息。同时，图形的生成也需要信息的支持。

图形具有造型特征，如常见的平面直线及曲线、矩形及正方形、椭圆及圆形、三维空间内的空间直线及曲线、平面及曲面、多面体等。人们通过计算机辅助系统设计的汽车、飞机等造型，都具有某种特有的形体特征。

图形的形体特征可以用二维平面或三维空间点、直线/曲线、平面/曲面等数学函数加上相关的参数进行描述。基于人类的知识并结合数学描述获得某种实体模型，可以用于图形的描述、生成、存储和处理。

图形可以由人工徒手绘制而成，一些造型设计图和艺术绘画作品是由工程设计人员、造型艺术家、艺术家乃至儿童手工绘制出来的，手绘图像具备图形的基本特征。

现今，大量图形是在计算机系统和辅助下制作成的。其中，既有以计算机作为辅助手段人工绘制的图形，也有完全依赖计算机程序自动生成的图形。

此外，通过扫描及拍摄得到的二维平面图像，经分析处理，可以得到二维平面图形（图1-10），此过程称为“图像矢量化”。

类似地，通过三维扫描采集技术，可以获取物体在立体空间中的造型信息，即物体形体在三维空间的坐标点数据，所获取的大量坐标点数据称为“点云（point cloud）”。经过三维点云数据的处理和分析，可以构建出三维物体造型，如图1-11所示（来源于德国FH-Coburg学院IPM研究所/www.hs-coburg.de）。

数字化图形的生成与图形信息的数学描述密不可分。在计算机系统上，利用数学模型、参数、算法和程序生成图形，是计算机图形的重要特征之一。这些模型和算法来源于对形体的分析、归纳、抽象和数学描述。

总之，面向印刷复制的平面图形，其页面特征主要有图形造型的几何特征、轮廓内填充的颜色/图案/纹理、轮廓自身的颜色/图案等（图1-12）。

对于印刷复制及造型所涉及的三维立体图形，其特征包括立体特征（点/曲线/曲面/球体/立方体/多面体等）、造型参数（结点及控制点坐标/造型函数参数）、立体表面纹理及光学特征、照明条件、环境条件等（图1-13）。

4.图像信息及其特征

图像是自然界存在或由人工制作的、一般由大量二维“像素”或三维“体素”构成的视觉及非视觉信息。

自然界存在着极其丰富的影像，为人类提供了可采集的图像信息素材。白云漂浮的天空、花朵、建筑、儿童等都是常见的典型实例。如图1-14所示。

通常，自然界三维物体的影像是其外貌表现。

物体的外貌影像决定于物体对外来电磁辐射源的电磁波谱能量的吸收/反射/透射特性、外在电磁辐射源的电磁波谱能量分布、物体表面的形貌特征、物体的造型特征等。

借助二维平面图像采集技术，如数字及胶片照相机、数字摄像机和扫描仪等，可以获取自然界中三维物体成像面的影像，并形成二维/平面影像信息，其携带的细节、纹理、色彩等具有一定的真实感。

扩展而言，三维图像是在三维空间内，物体各部分所形成的影像。如果物体内部不可见，则三维图像是物体表面各部分所形成的影像；若物体表面具有某种透明度而内部可见，则三维图像是物体内部及表面共同形成的影像；若物体表面和内部的影像都部分或全部可见，则三维影像是两部分相互交叠作用的结果。

采用立体相机能够拍摄并获得立体影像。应注意的是：严格而论，立体相机所采集的影像并非前述三维图像，而是按照双目视觉的原理，以一定间距和不同角度同时分别采集到物体表面的两幅（或多幅）二维平面影像。一般，立体影像采集的目的在于其呈现，通常利用光栅对光线的选择，使左右眼分别观察到不同的影像，而使观察者对影像产生立体的感觉。

对三维物体，可将其拆分成大量空间微元素（微小的立方体或其他形状空间体），称为“体素”。每个体素具有其相应的空间坐标。

通常，物体表面体素的光线是可以被照相机直接采集到的，而物体内部的状况体素则需“透视”技术（X射线等）才能被采集。因此，借助非透视类的平面或立体图像采集设备，仅对物体表面的体素的影像进行采集；而应用于医疗、探测等的透视型图像采集设备，则可以采集到物体内部的体素信息。

数字图像是图像信息的主要存在形式之一。二维平面数字图像由离散化的像素组成，每个像素又以二进制数码的形式表示、存储和传输。

由于图像信息的丰富性和复杂性，用数学模型、算法和程序构造具有真实感的图像难度较高，是计算机图形和数字图像处理结合领域努力的目标。这一领域正在不断取得新进展。在一些数字化影片中，人们实现了计算机辅助构造的逼真图像。同样，利用采集到的图像信息素材，借助图像处理软件，可以制作出图像原稿中不存在的信息对象。

与印刷复制相关的图像基本特征有占据空间维数（平面或立体）、颜色模式、像素行/列数、分辨率等。图像的页面特征有尺寸、位置、方向、剪裁等。

三、文字、图形和图像的联系与区别

1.文字与图形的联系与区别

文字字形是一种具有语言含义的特殊图形。文字字形与一般图形的区别在于文字具有含义，与语言紧密相关；非文字的一般图形虽然也可能具有某种标示和象征意义，但通常与语义的联系不如文字直接和紧密。如图1-15所示。

不同的字符具有各异的形状；同一字符的造型也会因字体不同而有差异，表现了字体风格的多样性。

2.图形与图像的联系与区别

图形和图像的共同点是，图形和图像都是平面或立体的信息体，都携带信息，两者都具有图示性。通过视觉系统，人们可以获取信息、理解其含义。从两者都包含“图”字而言，其视觉信息传播的基本功能是显而易见的。

图形与图像的区别如下。

①图形依据形体特征进行构造、绘制和生成。根据形体特征的数学描述，按照图形描绘算法，利用计算机硬件和软件进行图形存储、生成和处理，成为矢量图形与图像的差异。计算机图形绘制和处理软件当中就是利用图形的这一特点进行工作的。人们可以进行造型设计，确定所需形体的特征描述，创造出自然界中尚不存在的形体，这一点对计算机辅助造型设计非常重要。

②图像则注重真实地再现景物和影像，追求逼真地反映之，而大多不是依据景物特征进行构造。因为景物的特征既繁多又复杂，构造难度较大。与图形相比，图像所表现的细节更丰富、更全面，图像的视觉展示作用强于其标示作用。

图形与图像的联系较为紧密。首先，图形经常以图像的方式来再现。图形绘制和构造完成后，通过“还原/渲染（rendering）”，其影像（图像）才可以为人们所观察和接收。计算机图形是以数学描述、算法和参数形式存在的，只有当其在图像显示设备或记录设备上形成影像形式的可视信息，才能被人们看到。

此外，部分图形来源于自然景象，人们通过对自然界中具有特征物体景象的观察、分析、提取其形体特征并升华到数学描述，再借助算法和程序形成图形。

图1-16（a）、（b）、（c）分别为自然图像、手工绘制的矢量图形、由计算机软件提取特征生成的图形。图1-16（b）及图1-16（c）下方所示的是多个子图形的边界轮廓。

从计算机图形学和数字图像处理的发展趋势上看，图形和图像的融合会带来十分丰硕的成果。在计算机图形学中，用特征描述、算法和程序构造具有真实感的景物影像一直是人们努力的目标。在数字图像处理当中加入图形元素，也会使图像信息更丰富。