[Bases] Vecteur et Raster : quelle différence ?

Données géographiques : mode vecteur et mode raster

« Vectruc et rastquoi ? »

Toutes les données géographiques ont un point commun : elles ont une localisation dans l‘espace. On peut donc les représenter et les visualiser sur une carte. Pour représenter – de façon numérique – des données géographiques, il y a deux modes fondamentaux : le mode vecteur et le mode raster (à prononcer respectivement [vék-teur] et [rass-teur]).

Vecteur et raster sont les deux modèles de base à toute représentation numérique de données spatialisées. Voyons donc à quoi ils correspondent !

Qu’est-ce qu’un raster ?

Une image constituée de pixels

Dans sa forme la plus simple, un raster, c’est une image. C’est même exactement ce qu’on imagine en pensant à une image numérique : des pixels.

Un raster, c’est une grille, aussi appelée matrice, composée de cellules organisées en lignes et en colonnes (comme un tableau). Chaque cellule de cette grille est un pixel unique. Chaque pixel a des valeurs (valeurs pour définir sa couleur par exemple). C’est l’association de tous les pixels, chacun à une certaine place dans l’espace de la grille, qui crée une image.

Un raster est une matrice de pixels

Un raster étant une image constituée de pixels, si on agrandit le raster (si on zoom sur l’image) la netteté de l’image se dégrade. À fort grossissement, on voit les pixels. Du coup, visuellement, les détails que l’on pouvait voir sur l’image à sa taille d’origine deviennent  plus difficiles à distinguer.

Zoom sur l’ananas en mode raster : on voit les pixels

La résolution dépend du nombre de pixels

La résolution d’un raster (d’une image donc) dépend du nombre de pixels qu’il contient. Plus il y a de pixels dans une image, meilleure est sa résolution et sa qualité visuelle. C’est pour cela que plus la résolution du raster est grande, plus le fichier raster est lourd. Et ceci en raison du plus grand nombre de pixels, car chaque pixel supplémentaire est un élément supplémentaire à stocker pour votre ordinateur.

Les rasters dans l’information géographique

Format. Il y a des extensions spécifiques qui peuvent être utilisées pour les rasters avec une composante spatiale (des rasters géolocalisés), par exemple le GEOTIFF, qui est un standard ajoutant des informations de géoréférencement à une image TIFF.

Type de données. Les rasters permettent de représenter des données continues et des données discrètes (= discontinues, distinctes).

Au format raster, les données continues peuvent être des données d’altitude par exemple (chaque pixel a dans ce cas une valeur d’élévation/d’altitude). Les données continues peuvent aussi être des données spectrales (du spectre d’ondes, pas les spectres d’Halloween). Par exemple, des données du spectre de la lumière visible nous donneront… une photographie !

Exemple de données continues en mode raster : une photographie aérienne

Les données discrètes sont des données thématiques. Cela peut, par exemple, être un fichier présentant des données d’occupation du sol… au format raster. Chaque pixel ayant alors une valeur correspondant à une certaine donnée au sol (par exemple, un pixel avec la valeur 1 représente du sable, un pixel avec la valeur 2 représente de l’eau, etc.).

Schéma de données discrètes en mode raster

Exemple de données. Les données en mode raster pour l’information géographique peuvent être des plans scannés, des photographies aériennes, des modèles d’élévation de terrain ou encore des images satellitaires.

Données raster continues (images aériennes) de la BD ORTHO® 5 m – IGN

Données raster discrètes (altitude de l’île de Basse-Terre, Guadeloupe) de la BD ALTI® – IGN

Données raster continues (SCAN numérisé des Côtes d’Armor) du SCAN Littoral® – IGN

Qu’est-ce qu’un vecteur ?

Un objet géométrique

Les vecteurs ne sont pas composés de pixels. Les vecteurs sont des « dessins mathématiques ». On parle également de dessins vectoriels ou d’images vectorielles.

Un vecteur a deux composantes : une composante attributaire (les informations qui lui sont associées) et une composante graphique (sa forme, sa géométrie).

La composante attributaire d’un vecteur est descriptive. Un vecteur est lié a des informations qui lui sont propre. Par exemple, pour un vecteur représentant une forêt, on pourrait retrouver des informations telles que le nom du propriétaire de la forêt, l’âge de la forêt, la date de plantation ou encore le type d’essence d’arbres majoritaire.

Dans sa composante graphique, un vecteur est composé de nœuds (des points dans l’espace) et des formules mathématiques pour calculer les arcs (des lignes) qui relient ces nœuds entre eux et qui forment ainsi une géométrie.

On distingue trois grands types de géométries : point, ligne et polygone. Si un vecteur est composé d’un seul nœud, un seul point : le vecteur est un point. Si un vecteur est composé de plusieurs points reliés entre eux, mais ne formant pas de forme géométrique fermée : le vecteur est une ligne. Enfin, si un vecteur est composé de plusieurs points reliés entre eux, et formant une forme géométrique close : le vecteur est un polygone.

Les trois géométries de base : point, ligne et polygone

Une taille infinie pour un poids plume

La minute maths : vous souvenez-vous de comment calculer la surface d’un carré ? C’est côté du carré x côté du carré, soit C x C = C². Pour avoir un carré plus grand, on augmente la valeur du côté C. Il n’y a donc pas besoin de stocker des milliers de pixels supplémentaires, seulement la valeur numérique de C.

Conséquence : la taille d’un fichier vecteur ne varie quasiment pas selon sa taille, l’ordinateur a seulement besoin de garder en mémoire la valeur des nombres composant l’équation qui définit l’image vectorielle (ce qui prend relativement peu de place) et non pas des tonnes et des tonnes de pixels.

Un vecteur est un objet calculé, il est donc possible de zoomer et de dé-zoomer à l’infini sur l’image, sans altération de sa qualité visuelle. Une image vectorielle étant composée d’équations qui représentent des points reliés par des chemins, sa taille peut bien devenir gigantesque : vous ne verrez jamais un seul pixel, les bords d’un vecteur restent lisses.

Zoom sur l’ananas en mode vecteur : le dessin reste lisse

Les vecteurs dans l’information géographique

Format. Un format de fichier bien connu pour l‘information géographique est le « fichier de formes », mieux connu sous le nom de shapefile. Ce format permet de stocker des géométries (points, lignes, polygones…), leurs géolocalisations (leurs coordonnées dans l’espace) ainsi que les attributs textuels liés à chaque vecteur.

Type de données. Les vecteurs permettent de représenter des données discrètes (discontinues, distinctes), aussi appelées données thématiques. Cela peut par exemple être un fichier de formes présentant des données d’occupation du sol… au format vecteur. Chaque vecteur est alors un objet distinct (un plan d’eau, une plage…) ayant sa propre géométrie, sa propre géolocalisation et ses propres attributs (son identifiant, son nom, etc.).

Schéma de données discrètes en mode vecteur

Exemple de données. Pour l’information géographique, les données en mode vecteur permettent de représenter – et de stocker – des objets géolocalisés. Par exemple des routes, des cours d’eau, des forêts, des parcelles agricoles, des bâtiments…

Données en mode vecteur (occupation du sol) du Registre Parcellaire Graphique – IGN

Données en mode vecteur (réseau hydrographique de Martinique) de la BD TOPO® Hydrographie – IGN

En résumé, qu’elle différence entre raster et vecteur ?

Un raster est une image composée d’une matrice de pixels, chaque pixel ayant ses propres valeurs. Une image vectorielle a une composante graphique composée de points reliés par des arcs, le tout calculé par des équations, et d’une composante attributaire composée par les informations associées au vecteur.

Un raster représente une image ; un vecteur représente un objet. Un vecteur est calculé, il demande donc quelques traitements de la part de votre ordinateur pour être affiché, mais peu de mémoire pour être stocké. Un raster est surtout un gros amas de pixel, il nécessite moins de traitements mais plus de mémoire.

Un ananas en mode vecteur à gauche et en mode raster à droite

Les rasters, ces mal-aimés…

Pour finir, notez que la manipulation et l’analyse de données géographiques sont très différentes selon leur structure (raster ou vecteur). L’analyse des données vectorielles est moins complexe que l’analyse des données raster ; cette dernière nécessite des compétences et des outils spécialisés et fait notamment appel aux sciences et technologies de la Physique. Et c’est certainement ce qui vaut aux rasters de très souvent servir de fonds de plan, de support à des données vectorielles qui viennent se superposer par dessus…

Vecteur vs Raster : est-ce plus clair ?

Vous avez des informations à ajouter en complément ? Dîtes le en commentaires !