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Proseminar Computergrafik - Universität Ulm

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Proseminar Computergrafik Vektor- / Pixelorientierte Grafik Volker Braun 24.06.2002

Proseminar Computergrafik

Vektor- / Pixelorientierte Grafik

Volker Braun

Universität Ulm

SS 2002

1


Proseminar Computergrafik Vektor- / Pixelorientierte Grafik Volker Braun 24.06.2002

1. Historische Entwicklung der Computergrafik

Wenn man sich die historische Entwicklung der Computergrafik vor Augen führt,

muss man bedenken, dass man sowohl die Geschichte der Hardware als auch

die der Software betrachten sollte. Dabei lässt sich die Geschichte der Hardware

leichter zurückverfolgen, da die Evolution der Hardware einen größeren Einfluss

auf die weitere Entwicklung der Computergrafik hatte.

Abb. 1 – Kathodenstrahlröhre

Ausgabegeräte wie

Fernschreiber und

Zeilendrucker ermöglichten

bereits in den Anfangstagen

des Computers eine grobe

Grafikdarstellung.

Als weiteres Ausgabegerät

wurde bereits im Jahre 1950

eine computergesteuerte

Kathodenstrahlröhre

(Cathode Ray Tube, CRT)

verwendet.

Der erste Rechner, der dieses Sichtsystem als Ausgabegerät verwendete, war

der am Massachussetts Institut of Technology (MIT) entwickelte Whirlwind-

Computer, der zur Untersuchung der Stabilität von Flugzeugen diente. Die

Kathodenstrahlröhre diente damals sowohl der Anzeige für den Bediener, als

auch zum Erstellen von Bildschirmfotos mit Hilfe einer Kamera.

Abb. 2 – Whirlwind-Computer

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Proseminar Computergrafik Vektor- / Pixelorientierte Grafik Volker Braun 24.06.2002

Die Computergrafik hat also ihren Ursprung im Einsatz von Kathodenstrahlröhren

zum Zeichnen einfacher Liniengebilde. Durch die Vektorgrafik der ersten Geräte

wurden einfache Strich- und Kurvenzeichnungen möglich.

So wurden räumliche Objekte durch Linienelemente dargestellt.

Diese Epoche der Computergrafik wird meist als Analog-Zeitalter der

Computergrafik bezeichnet.

Da die Ein- und Ausgabe am Computer zu dieser Zeit meist in Stapelverarbeitung

mit Lochkarten erfolgte, wurden große Hoffnungen auf einen Durchbruch in der

interaktiven Kommunikation zwischen Mensch und Computer gesetzt.

Die Ursprünge der modernen interaktiven Grafik finden sich dann Anfang der

sechziger Jahre in Ivan Sutherlands ideenreicher Doktorarbeit über das

Linienzeichensystem Sketchpad (Sketchpad – A Man Machine Graphical

Communication System, 1963). Mit Sketchpad war es erstmals möglich, interaktiv

am Bildschirm Linienzeichnungen zu erzeugen.

Abb. 3 – Ivan Sutherland am Sketchpad Abb. 4 – Sketchpad

Als Eingabegeräte für Auswahl-, Zeige- und Zeichenmethoden dienten dabei

Tastatur und Lichtgriffel (ein in der Hand gehaltenes Zeigegerät, das das von

Objekten auf dem Bildschirm ausgestrahlte Licht misst).

Im Jahre 1965 wurde dieser Lichtgriffel durch die 1963 von Douglas Engelbart

erfundene Maus ersetzt.

Abb. 5 / 6 – Douglas Engelbart mit Maus Abb. 7 – Erste Maus

Etwa zur selben Zeit begann die Entwicklung von CAD- und CAM-Systemen

(Computer Aided Design, CAD – Computer Aided Manufacturing, CAM), d.h. von

Systemen für computerunterstützten Entwurf und computerunterstützte

Herstellung.

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Proseminar Computergrafik Vektor- / Pixelorientierte Grafik Volker Braun 24.06.2002

Abb. 8 – CAD-Beispiel von 1983

So fanden bereits Mitte der

sechziger Jahre erste

Pionierprogramme für den

Automobilentwurf ihre Anwendung

(General Motors, 1964), ehe Anfang

der achtziger Jahre die Anwendung

solcher Systeme immer verbreiteter

wurde.

Die 1965 von der Firma IBM erstmalig in Serie gefertigten vektorkalligrafischen

Sichtsysteme (Vektorbildschirm, Vektor-Display) fanden aufgrund des hohen

Preises von 100.000 $ nur geringe Verbreitung.

Abb. 9 – Funktionsprinzip eines Vektorbildschirms Abb. 10 – Vektorbildschirme

Die Ergebnisse im Bereich der interaktiven Computergrafik waren bis Anfang der

achtziger Jahre nicht sehr bedeutend und zudem nur für technologisch sehr

anspruchsvolle Organisationen erschwinglich.

So blieb die Computergrafik bis in die frühen achtziger Jahre ein kleines

Spezialgebiet, da die notwendige Hardware teuer und grafische

Anwendungsprogramme rar waren.

Mitte der siebziger Jahre wurden die Vektor-Displays von Sichtsystemen

abgelöst, die nach dem sogenannten Raster-Scan-Prinzip arbeiteten und hierzu

mit einem Bildwiederholspeicher ausgestattet waren.

Abb. 11 – Raster-Scan-Prinzip Abb. 12 - Funktionsweise

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Proseminar Computergrafik Vektor- / Pixelorientierte Grafik Volker Braun 24.06.2002

Eine Voraussetzung für die interaktive Computergrafik war also die

Abspeicherung grafischer Primitiven in einem Bildwiederholspeicher. Dadurch

hatte der Benutzer die Möglichkeit, ohne größeren Zeitverlust grafische Daten

interaktiv zu ändern oder zu bewegen. Bei den sogenannten Skelett- oder

Drahtmodellen der Vektorgrafik lagen aber keine Informationen über Flächen-

oder Volumeneigenschaften vor, so dass Operationen wie Schnittbildung oder

Evaluierung verdeckter Kanten nicht direkt möglich waren.

Ein wesentlicher Nachteil der rastergrafischen Sichtsysteme waren jedoch ihre

langen Bildaufbauzeiten, so dass die Darstellung von dynamischen Bildfolgen in

Echtzeit bis in die achtziger Jahre eine Domäne der vektorkalligrafischen

Sichtsysteme blieb.

Erst mit der Revolution der Computer-Kultur Anfang der achtziger Jahre wurde

der Einsatz von Bitmap-Grafik für die Interaktion zwischen Benutzer und

Computer populär.

Abb. 13 – Apple Abb. 14 – IBM PC

Dies begann mit der Einführung von

Personal Computern wie dem Apple

Macintosh oder dem IBM PC und

den dazu kompatiblen Geräten mit

eingebauten Rastergrafik-

Bildschirmen im Jahre 1980.

Sobald die Bitmap-Grafik erschwinglich wurde, entstand eine Vielzahl von billigen

und leicht zu bedienenden grafischen Anwendungsprogrammen, wie z.B.

Tabellenkalkulations-, Textverarbeitungs- und Zeichenprogramme.

Durch die Verwendung grafischer Benutzerschnittstellen konnten Millionen neuer

Anwender diese einfachen und billigen Applikationen bedienen. Dies ist sicherlich

auch ein Verdienst, der bis heute verwendeten Desktop-Metapher und der

Fenstertechnik.

Im Zeitalter der digitalen Medien haben Rastergrafikgeräte (z.B. CRT-Bildschirm)

die früher üblichen Vektorgrafikgeräte (z.B. Vektorbildschirm) nahezu vollständig

abgelöst.

Abb. 15 – Rastergrafikbildschirm Abb. 16 – Aufbau des Bildschirms

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Proseminar Computergrafik Vektor- / Pixelorientierte Grafik Volker Braun 24.06.2002

Dadurch entstanden neue Methoden und Möglichkeiten der Bildsynthese und

Verarbeitung, die in der Computergrafik von größter Bedeutung sind. Durch die

enorme Entwicklung bei der Gerätetechnik, sowie auch die Verbreitung digitaler

Anwendungen und deren Anforderungen an Echtzeitverhalten und Realismus, ist

die uns heute bekannte Computergrafik ermöglicht worden (z.B. 3D-

Computerspiele).

Abb. 17 / 18 – Fifa 2002 – Die Fußballweltmeisterschaft in Japan / Südkorea

Abb. 19 – Counterstrike Condition Zero

Abb. 20 / 21 / 22 – Star Wars – Jedi Knight II – Jedi Outcast

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Die folgende Tabelle gibt einen kurzen Überblick über die Entwicklung der

Computergrafik und Computergeometrie, sowie über die jeweils wichtigsten

technischen Anwendungen.

Grafik Geometrie Technische Anwendungen

1950 – 1960

Vektor- bzw. Liniengrafik

1960 – 1970

Interaktive Computergrafik,

Algorithmen für verdeckte

Kanten und Flächen

1970 – 1980

Rastergrafik,

Standardvorschläge,

Computeranimation,

Computerspiele

1980 – 1990

Kognitive Computergrafik,

Bewegung,

Computervision,

realistische Bildsynthese

1990 – 2000

Echtzeit-Computergrafik,

3D-Grafikhardware,

mobile Grafikgeräte

Einfache geometrische

Algorithmen,

3D-Drahtmodelle

Approximationsmethoden für

Kurven und Flächen,

Entwicklung geometrischer

Programmiersprachen

Eindeutige Darstellung

räumlicher Objekte,

Komplexitätsbetrachtungen

geometrischer Algorithmen

Geometrische Daten- und

Methodenbanken,

logische Systeme,

Standards

Parametrische und Constraintbasierte

Modelle,

grafische 3D-Interaktion

7

Numerische Steuerung,

Fräsprogramme

Entwurfssysteme zum

Zeichnen,

Simulation,

Bildverarbeitung

Entwurfssysteme für

mechanische Teile,

integrierte Schaltungen,

Industrieroboter,

geographische Systeme

Grafische Benutzeroberfläche,

integrierte CAD-/CAM-

Systeme,

wissensbasierte Systeme für

Produktionsplanung und

Fertigung

Visualisierung,

Virtual Reality,

Augmented Reality,

Multimedia im Web,

3D-Computerspiele


Proseminar Computergrafik Vektor- / Pixelorientierte Grafik Volker Braun 24.06.2002

2. Vektororientierte Grafik

Bezeichnungen

Als Synonym für die Vektororientierte Grafik wird häufig einfach die Kurzform

Vektorgrafik verwendet. Gebräuchlich sind zudem auch die Begriffe Liniengrafik

oder Objektorientierte Grafik.

Im folgenden wird überwiegend der Begriff Vektorgrafik verwendet, da dieser am

verbreitetsten ist.

Grundlegendes

Die Vektorgrafik ist die früheste Form der Repräsentation geometrischer Objekte

am Computer. Dabei liegt ihr das Vektor- bzw. Linienmodell zu Grunde, bei dem

jedes Bild aus Strichen mit den Attributen Linientyp, Koordinaten, Farbe und

Dicke aufgebaut ist. Bei der Vektorgrafik wird der Bildinhalt also durch mehr oder

weniger einfache Vektorformen und mathematische Kurven beschrieben. Dabei

weiß der Computer explizit, um welche Form es sich jeweils handelt.

Abb. 23 – Geometrische Grundformen Abb. 24 – Grundformen

Die wichtigsten geometrischen Objekte aus denen die meisten Vektorgrafiken

aufgebaut sind, sind beispielsweise Linien und Rechtecke, sowie Kreise, Ellipsen

und Polygone.

Abb. 25 – Geometrische Grundformen

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Stärken

Zu den Stärken der Vektorgrafik ist zu sagen, dass sie sehr nah am

mathematischen / geometrischen Modell orientiert ist und sich daher

programmtechnisch leicht umsetzen lässt.

Vektorgrafiken stellen Objekte dar, die ganz leicht angepasst und transformiert

werden können. So existieren verdeckte Flächen von Objekten, obwohl diese gar

nicht sichtbar sind. Bei einer Verschiebung von Objekten ist dies sehr nützlich, da

die Informationen über den Hintergrund vorhanden sind und dieser dargestellt

werden kann.

Ein offensichtlicher Vorteil der Vektorgrafik ist, dass sich jede Vektorgrafik ohne

Qualitätsverlust nach Belieben vergrößern lässt (Zoom). Man kann also die

Vektorgrafik in beliebigen Zoomstufen betrachten, ohne dass sie an Qualität

verliert.

Abb. 26 – Porsche Abb. 27 – Porsche stark vergrößert

Deshalb ist die Darstellung einer Vektorgrafik auch unabhängig von der

verwendeten Auflösung immer gleich gut.

Zudem sind Vektorgrafikdateien im Vergleich zu Bitmapdateien kleiner, d.h.

Vektorgrafiken verbrauchen viel weniger Speicherplatz als Pixelgrafiken, da nur

die Objektbeschreibung gespeichert werden muss.

Abb. 28 – Beispiel Vektorgrafik

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Proseminar Computergrafik Vektor- / Pixelorientierte Grafik Volker Braun 24.06.2002

Schwächen

Ein Nachteil der Vektorgrafik ist aber, dass die resultierenden Bilder im

Allgemeinen nur beschränkt komplex sein können.

Für die Darstellung von natürlichen Bildern wie Fotos sind Vektorgrafiken nur

schlecht geeignet.

Das Erstellen von exakten und guten Vektorgrafiken erfordert einen hohen

Zeitaufwand.

Vektorgrafiken können derzeit noch nicht direkt auf Websites dargestellt werden.

Sie müssen zuerst ins Pixelformat konvertiert werden, um im Internet präsentiert

werden zu können.

Zudem sind heutzutage nahezu alle Bildschirme pixelorientiert, was einen

entscheidenden Nachteil darstellt. Denn die Ausgabequalität ist nur bei

vektororientierten Ausgabegeräten wie z.B. einem Plotter optimal.

Formate

Hier wird nun ein Auszug einiger bekannter Dateiformate von Vektorgrafiken

vorgestellt. Diese Liste ist dabei keinesfalls vollständig und soll nur die wichtigsten

Formate erwähnen.

DXF (Drawing eXchange Format)

EPS (Encapsulated PostScript)

PDF (Portable Document Format)

SVG (Scalable Vector Graphics)

CDR (Corel DRaw)

Abb. 29 – Beispiel Vektorgrafik

Das Dateiformat DXF findet vor allem Anwendung in den Bereichen des CAD, da

es im Gegensatz zu vielen anderen Vektorformaten auch dreidimensionale

Grafiken abspeichern kann.

Das Dateiformat EPS steht für Encapsulated PostScript File, was in etwa soviel

wie verkapselte PostScript-Datei bedeutet. Tatsächlich ist EPS eine

Weiterentwicklung der Seitenbeschreibungssprache PostScript. PostScript

beschreibt den Aufbau einer Druck- bzw. Bildseite, d.h. Text, Vektorgrafik und

eingefügte Pixelgrafiken. Der einzige Unterschied von EPS im Vergleich mit PS

liegt nur in ein paar Kommentarzeilen, die dem PS-Code beigefügt werden. Diese

wenigen Kommentarzeilen gewährleisten dann, dass das PS-Format zwischen

verschiedenen Programmen ausgetauscht werden kann.

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Programme zur Bearbeitung

Zum Erstellen und Bearbeiten von Vektorgrafiken werden sogenannte

Vektororientierte Grafikprogramme oder einfach kurz Grafikprogramme

verwendet (Drawing Programs). Einige bekannte Beispiele sind dabei sicherlich

Corel Draw, Adobe Illustrator und Macromedia Freehand. Doch auch im Bereich

des CAD gibt es spezielle Anwendungsprogramme um technische Zeichnungen

zu erstellen, wie z.B. AutoCAD.

Abb. 30 – Corel Draw 10

Grafikprogramme eignen sich besonders zum Erstellen von exakten Zeichnungen

oder Logos und werden überall dort eingesetzt, wo es um Exaktheit geht. Die

meisten Grafikprogramme bieten neben dem einfachen Erstellen und Bearbeiten

von Vektorgrafiken auch Layoutfunktionen zum Erstellen von Broschüren, Heften

oder Bannern. Alle Grafikprogramme sind in der Lage, die wichtigsten

Vektordateiformate wie DXF, EPS, PDF oder SVG zu lesen und auch in diesen

Formaten zu speichern.

Interessanterweise ist es aber auch möglich, mit einem Vektorgrafikprogramm

Pixelbilder zu bearbeiten. Aber nur die wenigsten Programme sind dabei in der

Lage mit den Funktionen und Fähigkeiten von Bildbearbeitungsprogrammen zu

konkurrieren, wenn es um die Bearbeitung von Fotos geht.

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Anwendungsbereiche

Ideale Einsatzgebiete der Vektorgrafik sind Logos, und Illustrationen.

Abb. 31 – Logo Abb. 32 – CAD-Modell eines Gamepad

So wird das Vektormodell in interaktiven Anwendungen wie Zeichenprogrammen

und CAD-Programmen zum Erstellen von exakten technischen Zeichnungen

eingesetzt.

Abb. 33 – Schriftzug

Üblicherweise wird es auch für Schriftzüge

verwendet und ist auch in Grafikpaketen von

Programmiersprachen wie JAVA enthalten.

Darüber hinaus wird die Vektorgrafik auch in Modellierungssprachen verwendet,

wie beispielsweise bei der Grafiksprache OpenGL oder der Druckersprache

PostScript.

Abb. 34 – Beispiel Vektorgrafik

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Ursprüngliche Ausgabetechnik

Die Ausgabegeräte, die Mitte der sechziger Jahre entwickelt wurden und bis zur

Mitte der achtziger Jahre im allgemeinen Gebrauch waren, heißen Vektor-,

Stroke-, Linien- oder vektorkalligrafische Displays.

Ein typisches Vektorsystem besteht aus einem Display-Prozessor, der als

peripheres Ein-/Ausgabegerät mit dem Zentralprozessor (Central Processing Unit,

CPU) verbunden ist, einem Pufferspeicher für die Anzeige und einer

Kathodenstrahlröhre. Bei einem solchen Vektorsystem wird der Elektronenstrahl,

der die Phosphorschicht der Kathodenstrahlröhre (Cathode Ray Tube, CRT)

beschreibt, zwischen den beiden Endpunkten durch eine beliebige Reihe von

Bildschirmanweisungen abgelenkt. Diese Technik heißt vektororientiert. Um ein

Flackern des Bildschirms zu vermeiden, muss der Display-Prozessor die

Abarbeitung der Display-Liste mindestens fünfzigmal pro Sekunde (50 Hz)

wiederholen.

Abb. 35 – Aufbau eines Vektorbildschirms Abb. 36 – Ausgabebeispiel

Heute erfolgt die Ausgabe meist auf den standardmäßigen Rasterbildschirmen,

wobei die durch Linienzüge und andere mathematische Beschreibungen

repräsentierten Objekte jeweils auf eine bestimmte Anzahl von Punkten des

Rastersystems abgebildet werden.

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3. Pixelorientierte Grafik

Bezeichnungen

Ebenso wie bei der Vektorgrafik gibt es auch für die Pixelorientierte Grafik

mehrere Bezeichnungen. Als Synonym für die Pixelorientierte Grafik wird

ebenfalls die Kurzform Pixelgrafik gebraucht. Aber auch Begriffe wie

Rastergrafik, Bitmap oder Bitmapgrafik werden oftmals verwendet.

Im folgenden wird nun überwiegend die Bezeichnung Pixelgrafik verwendet.

Grundlegendes

Anschaulich kann eine Pixelgrafik mit einem Mosaik verglichen werden, wobei

natürlich einige Unterschiede vorliegen.

Abb. 37 – Mosaik Abb. 38 - Pixelraster

Der Pixelgrafik liegt das sogenannte Pixelmodell zugrunde. Das Pixelmodell sieht

vor, dass jedes Bild aus einzelnen Bildpunkten, den sogenannten Pixeln besteht.

Pixel ist dabei die Kurzform von Picture Element. Diese Pixel sind meist kleine

Quadrate, die in Form eines Gittermusters nebeneinander angeordnet und alle

gleich groß sind.

Jedem Pixel wird das Attribut Pixelwert zugeordnet und der Pixelwert kann je

nach Farbmodell folgende Eigenschaften besitzen:

Ein / Aus Schwarz / Weiß

Grauwert

Farbwert

Farb- / Grauwert und Wert des Alphakanals (Transparenz)

Die Schlüsselmaße einer Pixelgrafik sind dabei die räumliche Auflösung in X- und

Y-Richtung (z.B. 1024 x 768), sowie die Bildtiefe. Diese gibt an, wie viele Bit pro

Pixel zur Grauwert- bzw. Farbwertkodierung zur Verfügung stehen.

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Pixelgrafiken beschreiben also Rasterdaten, wie sie zum Beispiel beim Scannen

von Bildern entstehen. Die Rasterdaten können neben Skizzen und Zeichnungen

auch textuelle Informationen enthalten.

Abb. 39 – Funktionsweise Pixelgrafik

Grundlegende Typen von Pixelbildern

Im folgenden werden einige grundlegende Typen von Pixelbildern betrachtet, die

für die einzelnen Entwicklungsstufen der Pixelgrafik stehen.

Zum einen gibt es das eigentliche Bitmap, bei dem 1 Bit pro Pixel (Schwarz /

Weiß) für die Farbdarstellung verwendet werden kann. Hierbei gilt, dass das

Speichervolumen eines solchen Bitmap gleich der räumlichen Auflösung ist

(Einheit: bit). Graudarstellungen werden dabei durch SW-Muster mit Hilfe des

Halbtonverfahrens (Dithering) erzielt.

Dann gibt es noch das sogenannte Pixmap, bei dem nicht nur ein Bit pro Pixel für

die Farbkodierung zur Verfügung steht, sondern mehrere Bit pro Pixel. So lassen

sich beispielsweise mit 8 Bit pro Pixel bereits 256 Graustufen oder Farben

kodieren.

Beim Typ Truecolor stehen 24 Bit zur Verfügung, was je 1 Byte pro Farbkanal

(rot, grün, blau) entspricht. Möglich sind auch 32 Bit, wobei dann das zusätzliche

Byte für den Alphakanal (Transparenz) verwendet wird. So lassen sich alle vom

Menschen wahrnehmbaren Farben realistisch darstellen.

Eine weitere Möglichkeit stellt die Verwendung von Farbtabellen dar. Hier ist die

Bildtiefe üblicherweise 1 Byte pro Pixel, wobei aber nicht der Farbwert selbst

gespeichert wird. Stattdessen wird nur der Index der Farbe in der Farbtabelle

gespeichert.

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Dithering

Wie bereits bei den grundlegenden Typen von Pixelgrafiken erwähnt, werden

Graudarstellungen bei einem Bitmap (Schwarz / Weiß) durch SW-Muster mit Hilfe

eines Halbtonverfahrens erzielt, das auch Dithering genannt wird.

Folgende Grafik soll die Funktionsweise dieses Verfahrens deutlich machen.

Abb. 40 - Dithering

Bei einer hohen Auflösung lassen sich mit Hilfe dieses Verfahrens sehr gute

Graudarstellungen erzielen. Dithering wird unter anderem auch von Druckern zum

Darstellen von Grauwerten verwendet.

Aliasing / Antialiasing

Bei der Pixelgrafik erfolgt die Darstellung geometrischer Objekte durch

Berechnung der Pixel aufgrund geometrischer Vorgaben. Dabei werden die

geometrischen Formen aber nur angenähert. Die Darstellung geometrischer

Objekte durch Annäherung wird als Aliasing-Effekt bezeichnet.

Abb. 41 – Aliasing / Antialiasing

16

Da bei der angenäherten

Darstellung die Bilder oft

scharfe und zackige Kanten,

d.h. starke Treppeneffekte bei

schrägen, gekrümmten oder

runden Kanten, aufweisen,

versucht man diese zu glätten.

Den Glättungseffekt, der durch

das Einfügen farblich

abgeschwächter Pixel erzielt

wird, nennt man Antialiasing.


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Moirée-Effekt

Wenn sich in einem Bild mehrere Streifenmuster überlagern, so entstehen bei der

Betrachtung des Bildes zusätzliche Muster, die sogenannten Interferenz- oder

Überlagerungsmuster. Dieser Effekt trägt den Namen Moirée-Effekt.

Im folgenden Beispiel tritt ein Moirée-Effekt auf. Dieser kommt durch die

Interferenz der schwarzen und roten horizontalen Streifen mit den von rechts

ausgehenden schwarzen Strahlen zustande.

Abb. 42 – Moirée-Effekt Abb. 43 – Erklärung des Moirée-Effekt

Interpolation

Bei der Interpolation werden zur besseren Bilddarstellung eigentlich nicht

vorhandene Pixel hinzugefügt und ihr Farbwert aus den vorhandenen Pixeln

errechnet. Dabei gibt es natürlich unterschiedliche Methoden zur Berechnung der

Pixelfarbwerte.

Bei der bikubischen Interpolation bekommt ein neuer Bildpunkt die

durchschnittliche Farbe von allen umgebenden Bildpunkten. Dabei wird dann so

vorgegangen, dass intensive Kanten betont werden, um die subjektive

Bildschärfe möglichst gut zu erhalten. Die bikubische Interpolation ist die

rechenaufwändigste Methode unter den verbreiteten Interpolationsmethoden,

führt allerdings im Allgemeinen auch zu den besten Ergebnissen.

Downsampling

Beim Verkleinern einer Pixelgrafik müssen einzelne Pixel des Bildes einfach

weggelassen werden. Dieser Vorgang wird als Downsampling bezeichnet. Dabei

gibt es natürlich unterschiedliche Methoden, um festzulegen, welche Pixel

weggelassen werden sollen und welche nicht. Die wahrnehmbare Qualität des

verkleinerten Bildes hängt auch hier ganz entscheidend vom gewählten

Downsampling-Algorithmus ab. Ein positiver Effekt des Downsampling ist, dass

solche Bilder oft als besser wahrgenommen werden, als die die gleich in der

richtigen Auflösung produziert wurden.

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Pixelmanipulation / Filter

Mit Hilfe von Bildbearbeitungsprogrammen können Pixelgrafiken verändert,

aufbereitet oder in der Qualität verbessert werden. Hierfür bieten die gängigen

Anwendungsprogramme grundsätzlich zwei Lösungen an. Zum einen die direkte

Pixelmanipulation bzw. Pixelbearbeitung und zum anderen die Verwendung von

Filtern.

Bei der Pixelmanipulation kann jeder einzelne Pixel unabhängig von den anderen

Pixeln bearbeitet werden. Angewendet wird diese Methode beispielsweise bei der

Helligkeits-, Kontrast- und Tonwertveränderung.

Bei der Verwendung von Filtern wird eine Gruppe von benachbarten Pixeln

betrachtet, die um den zu ändernden Pixel angeordnet sind. Diese Gruppe

bestimmt dann den neuen Farbwert des Pixels. Eingesetzt wird diese

Vorgehensweise z.B. beim Weich- und Scharfzeichnen.

Abb. 44 – Original Abb. 45 – Weichzeichner Abb. 46 – Scharfzeichner

Kompression

Um bei zunehmender Bildgröße und Auflösung die effektive Speicherung und

Übertragung von pixelorientierten Daten gewährleisten zu können, ist eine

Kompression der vorliegenden Pixelgrafiken notwendig.

Das Grundprinzip der Kompression ist, dass alle Daten Redundanz enthalten.

Unter Redundanz versteht man wiederholt vorkommende Elemente in einem

Datenstrom. Durch Unterdrückung der Redundanz erhöht sich die

Informationsrate und man erreicht einen geringeren Speicherbedarf.

Grundsätzlich unterscheidet man zwei Kompressionsarten.

Dies ist einerseits die Verlustfreie Kompression (Lossless Compression), bei

der das Original vollständig wiedergewonnen werden kann.

Andererseits gibt es auch die Verlustbehaftete Kompression (Lossy

Compression), bei der ein Unterschied zwischen dem Original und dem

dekodierten Objekt besteht. Dabei werden physiologische und

wahrnehmungspsychologische Eigenschaften des Auges ausgenutzt, um den

Verlust gering zu halten.

Der Vollständigkeit halber werden hier noch einige wichtige

Kompressionsverfahren genannt, auf deren Funktionsweise aber nicht genauer

eingegangen wird.

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Proseminar Computergrafik Vektor- / Pixelorientierte Grafik Volker Braun 24.06.2002

Verlustfreie Kompressionsverfahren sind unter anderem die Lauflängenkodierung

(Run-Length Encoding, RLE), die Huffman-Kodierung und das Lempel-Ziv-Welch-

Verfahren (LZW, Wörterbuch-basierte Kodierung).

Zu den Verlustbehafteten Kompressionsverfahren gehören beispielsweise die

JPEG-Kompression (Joint Photographic Experts Group) und das PNG-Format

(Portable Network Graphics).

Abb. 47 – JPEG Faktor 12 Abb. 48 – JPEG Faktor 7 Abb. 49 – JPEG Faktor 1

In diesem Beispiel wird das verlustbehaftete Verfahren der JPEG-Kompression

demonstriert. Der Faktor 12 entspricht dabei einer hohen, der Faktor 7 einer

mittleren und der Faktor 1 einer niedrigen Qualitätsstufe. Die Unterschiede

werden aber erst sichtbar, wenn man die unterschiedlichen Bilder vergrößert

betrachtet.

Abb. 50 – JPEG 12 – 500 % Abb. 51 – JPEG 7 – 500 % Abb. 52 – JPEG 1 – 500 %

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Stärken

Pixelgrafiken sind für fotorealistische und natürliche Darstellungen bestens

geeignet. Sie werden deshalb besonders für Fotos und natürliche Zeichnungen

mit vielen Farben und weichen Farbverläufen verwendet.

Abb. 53 – Foto vom Reichstag in Berlin

Im Internet ist es bisher nur möglich, Pixelgrafiken zu präsentieren. Dies verleiht

der Verbreitung von Pixelgrafiken einen entscheidenden Vorteil.

Pixelgrafiken sind sehr leicht zu erstellen oder auch durch einen Scanner zu

erhalten, da dieser die gescannten Bilder als Pixelgrafik liefert.

Jeder Pixel kann sehr einfach einzeln oder auch in Gruppen nachbearbeitet bzw.

manipuliert werden. So können kleine Details ganz gezielt herausgearbeitet

werden.

Da die meisten Bildschirme heute pixelorientiert sind, können Pixelgrafiken

optimal für dieses Ausgabegerät erstellt werden.

Zudem liegt der Pixelgrafik das einfache Pixelmodell zu Grunde.

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Schwächen

Ein großer Nachteil der Pixelgrafik ist allerdings, dass sich Pixelgrafiken nur sehr

schlecht skalieren, d.h. vergrößern oder verkleinern lassen.

So müssen beim Vergrößern eines Bildes durch Interpolation bisher nicht

vorhandene Pixel hinzugefügt werden. Dies führt je nach Interpolationsmethode

zu einem Qualitätsverlust, der sich in verpixelten bis unsauberen Bildern zeigt.

Beim Verkleinern von Bildern müssen dagegen einzelne Pixel des Bildes einfach

weggelassen werden (Downsampling). Solche Bilder werden zwar meist als

besser wahrgenommen als die gleich in der richtigen Auflösung erstellten Bilder,

jedoch ist durch das Downsampling eine anschließende Vergrößerung mit

Qualitätsverlust verbunden.

Es ist also im Unterschied zu Vektorgrafiken nicht möglich, eine Pixelgrafik ohne

Qualitätsverlust beliebig oft zu Skalieren.

Es ist auch nicht möglich eine Pixelgrafik ohne Qualitätsverlust in beliebig großen

Zoomstufen zu betrachten. Der Ausdruck Qualitätsverlust ist hier nicht unbedingt

angemessen, da prinzipiell nicht die Qualität verloren geht, sondern nur nie

vorhanden war.

Abb. 54 – Original Abb. 55 – Zoom 500 % Abb. 56 – Zoom 1000%

Folglich sind Pixelgrafiken nicht auflösungsunabhängig. Ihre Darstellung ist also

je nach Auflösung von unterschiedlicher Qualität und es können bei zu geringen

Auflösungen Moirée-Effekte auftreten.

Da bei der Pixelgrafik nur einzelne Pixel bzw. Gruppen von Pixeln bearbeitet

werden können und keine Objekte vorliegen, ist die Editierbarkeit von

Pixelgrafiken meist recht mühsam. Da Pixelgrafiken keine Objekte kennen und

nur aus Pixeln aufgebaut sind, besitzen sie keine Information über den Inhalt.

Verdeckte Flächen im Bild existieren in der Regel nicht im Rechner, jedoch kann

mit der Ebenentechnik vieler Bildbearbeitungsprogramme (z.B. Adobe

Photoshop) dieser Nachteil aufgehoben werden.

Im Vergleich zu Vektorgrafikdateien sind die Dateien von Pixelgrafiken größer,

d.h. Pixelgrafiken benötigen mehr Speicherplatz als Vektorgrafiken. Dies macht

Kompressionsverfahren zum Verkleinern von Pixelgrafiken notwendig.

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Proseminar Computergrafik Vektor- / Pixelorientierte Grafik Volker Braun 24.06.2002

Formate

Hier wird nun ein Auszug einiger bekannter Dateiformate von Pixelgrafiken

vorgestellt. Diese Liste ist dabei keinesfalls vollständig und soll nur die wichtigsten

Formate erwähnen.

BMP (Microsoft Windows BitMaP)

JPEG (Joint Photographic Experts Group)

GIF (Graphics Interchange Format)

TIFF (Tagged Image File Format)

PNG (Portable Network Graphic)

In der nachfolgenden Tabelle werden diese Formate genauer betrachtet und es

wird auf die jeweilige Besonderheit hingewiesen.

Alternative

Bezeichnungen

Farben

Kompression

Maximale Größe

[Pixel]

Besonderheit

BMP JPEG GIF TIFF PNG

DIB JPG

JFIF

JFI

--- TIF ---

1-Bit -> SW

4-Bit -> 16

8-Bit -> 256

24-Bit -> 16,7 Mio

1-Bit bis 32-Bit 1-Bit bis 8-Bit 1-Bit bis 32-Bit 1-Bit bis 24-Bit

- Keine (meistens)

- RLE

JPEG LZW - Keine

- RLE

- LZW

- JPEG

65536 x 65536 65536 x 65536 65536 x 65536 Ca. 4 Milliarden

Bildzeilen

Geräteunabhängig Weite Verbreitung

durch Einsatz im

Internet

Verwendung Jedes Bildmaterial Fotorealistische

Motive

Programme zur Bearbeitung

- Mehrere Bilder

in einer Datei

möglich

- Animierte GIFs

Bilder mit Flächen

gleicher

Farbwerte

Mehrere Bilder in

einer Datei

möglich

LZW +

Huffman

???

Neues Format

speziell fürs

Internet

Jedes Bildmaterial Jedes Bildmaterial

Zum Erstellen und Bearbeiten von Pixelgrafiken werden sogenannte

Pixelorientierte Grafikprogramme oder Bildbearbeitungsprogramme

verwendet (Painting Programs). Bekannte Vertreter dieser Applikationen sind

beispielsweise Adobe Photoshop und Corel Photo Paint, sowie Macromedia

Fireworks.

Bildbearbeitungsprogramme eignen sich besonders gut für die Bearbeitung von

Fotos und fotorealistischen Abbildungen. Zudem bieten sie auch die Möglichkeit

der Verwendung als Malprogramme, in dem mit ihrer Hilfe natürliche

Maltechniken nachgeahmt werden können. Hierfür gibt es spezielle Funktionen

oder wenigstens die Möglichkeit zur Erweiterung des Programms durch Plugins.

Alle Bildbearbeitungsprogramme sind in der Lage die wichtigsten

Pixelgrafikformate wie BMP, JPEG, GIF und TIFF zu lesen und auch in diesen

Formaten zu speichern.

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Proseminar Computergrafik Vektor- / Pixelorientierte Grafik Volker Braun 24.06.2002

Abb. 57 – Adobe Photoshop 5.5

Aber im Gegensatz zu den Vektorgrafikprogrammen, die auch in der Lage sind

Pixelgrafiken zu editieren, ist es mit den genannten Bildbearbeitungsprogrammen

nicht möglich, Vektorgrafiken zu bearbeiten.

Anwendungsbereiche

Wenn genügend Pixel auf einer Fläche eng nebeneinander liegen, ergibt das eine

sehr gute Möglichkeit, Bilder mit feinen Farbabstufungen und Details darzustellen.

Pixelgrafiken eignen sich daher besonders gut für Fotos.

Pixelgrafiken sind aber nur bedingt geeignet, um den Inhalt von CAD-

Zeichnungen abzubilden. Denn dabei können starke Treppeneffekte bei

schrägen, gekrümmten oder runden Kanten auftreten. Werden diese

Treppeneffekte dann durch Antialiasing-Maßnahmen aufgelöst, so können feine

Strukturen verloren gehen.

Die Pixelgrafik erfreut sich auch im Internet großer Beliebtheit und wird dort zur

Darstellung von Bildern und Grafiken verwendet. Die Pixelgrafikformate GIF und

JPEG werden standardmäßig von allen bekannten Web-Browsern unterstützt.

Aber auch andere Formate wie PNG und TIFF können mit Hilfe von Plugins in

Browsern dargestellt werden.

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Ursprüngliche Ausgabetechnik

Die Entwicklung billiger Rastergrafik auf der Basis der Fernsehtechnik in den

frühen siebziger Jahren trug mehr zum Aufblühen dieses Bereichs bei als jede

andere Technik. Ein Rasterbildschirm speichert die Display-Primitiven (z.B.

Linien, Buchstaben, flächige oder mit Mustern gefüllte Gebiete) in einem

Wiederholspeicher (Refresh Buffer) als Pixel, die die Primitiven beschreiben. Ein

Display-Controller (Hardware / Software) empfängt Folgen von

Ausgabeanweisungen und interpretiert diese Anweisungen. Der

Bildwiederholspeicher ist einfach ein Teil des Hauptspeichers der CPU, der von

dem Teilsystem zur Bildausgabe ausgelesen werden kann. Dieses Teilsystem

wird oft Video-Controller genannt und erzeugt das eigentliche Bild auf dem

Bildschirm. Das vollständige Bild auf einem Raster-Display wird durch das Raster

gebildet. Das ist eine Anzahl horizontaler Rasterzeilen (Scan Lines), die

wiederum jeweils aus einer Reihe einzelner Pixel bestehen. Das Raster wird

daher als Matrix von Pixeln gespeichert, die den gesamten Bildschirmbereich

darstellen. Das gesamte Bild wird regelmäßig vom Video-Controller gelesen. Er

liest dabei von oben nach unten Rasterzeile für Rasterzeile und beginnt dann

wieder oben. Die Intensität des Kathodenstrahls entspricht dem Wert der

einzelnen Pixel. Bei Farbsystemen werden drei Elektronenstrahlen – je einer für

die Primärfarben rot, grün und blau – so gesteuert, wie es die drei

Farbkomponenten jedes Pixels angeben.

Abb. 58 – Funktionsprinzip Abb. 59 – Delta-Röhre

Abb. 60 – Bildschirmausgabe Abb. 61 – Kathodenstrahlröhre

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4. Vergleich Vektor- / Pixelorientierte Grafik

Übersicht - Direkter Vergleich

Kriterium Vektorgrafik Pixelgrafik

Grundprinzip Geometrische Beschreibung des Bild besteht aus Pixeln mit

Grafikbeispiel

Bildes anhand von Vektoren

Farbinformationen

Verwendung - Technische Zeichnungen (CAD) - Fotos

- Logos, Schriftzüge

- Internet

Formate - DXF

- BMP

- EPS

- JPEG

- PDF

- GIF

- SVG

- TIFF

- CDR

- PNG

Programme Grafikprogramme Bildbearbeitungsprogramme

Vorteile - Skalierbarkeit

- Fotorealistische Darstellung

- Nachbearbeitungsmöglichkeit - Natürliche Zeichnungen

- Geringer Speicherbedarf

- Bildschirme pixelorientiert

Nachteile - Schlecht für Fotos

- Schlechte Skalierbarkeit

- Zeitaufwand

- Hoher Speicherbedarf

- Nicht im Internet vertreten

- Auflösungsabhängig

Umwandlung Problemlos möglich mit guten Bedingt möglich mit stark

Anschaulicher

Vergleich:

Skalierbarkeit

Ergebnissen

unterschiedlichen Ergebnissen

Darstellung 1:1 – Gute Qualität Darstellung 1:1 – Gute Qualität

Anschaulicher

Vergleich:

Objekt - Pixel

Darstellung 4:1 – Gute Qualität Darstellung 4-1 – Schlechte Qualität

(Bogen ist sogar noch feiner)

(Einzelne Pixel deutlich erkennbar)

Information über Hintergrund (Objekte) Keine Information über Hintergrund

(keine Objekte sondern Pixel)

[Abb. 62 - 69 – Vergleich der beider Grafikformate]

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Darstellungsunterschiede

Die folgenden Abbildungen zeigen den Unterschied zwischen vektor- und

rasterorientierten Displays bei einer einfachen zweidimensionalen

Strichzeichnung. Die hellgrauen Rechtecke sollen dabei den weißen Hintergrund

darstellen, auf dem das Bild in schwarz gezeichnet wird.

Abb. 70 (a)

Abb. 70 (c)

In Abbildung 70 (a) ist die

ideale Stichzeichnung

dargestellt.

In Abbildung 70 (b) ist die

vektororientierte Darstellung

des Motivs zu sehen. Die

Vektorbögen werden durch

Pfeilspitzen dargestellt, die

die Ablenkung des Strahls

zeigen. Die gestrichelten

Linien symbolisieren die

Ablenkung des

ausgeschalteten Strahls,

d.h. es wird kein Vektor

gezeichnet.

Abbildung 70 (c) zeigt das

ungefüllte Haus, dargestellt

durch Rechtecke, Polygone

und Bögen, während

Abbildung 70 (d) eine

gefüllte Version enthält.

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Abb. 70 (b)

Abb. 70 (d)


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5. Formatkonvertierung

Konvertierung von Pixelgrafik zu Vektorgrafik

Grundsätzlich ist es möglich, Pixelorientierte Bilder in Vektororientierte Grafiken

zu konvertieren, d.h. umzuwandeln. Viele Vektorgrafikprogramme (z.B. Corel

Draw) bieten daher Funktionen für die Umwandlung von Pixelgrafiken in

Vektorgrafiken an. Es gibt aber auch spezielle Tracing-Programme wie Corel

Trace oder Adobe Streamline. Dabei sind die Ergebnisse jedoch stark vom

Ausgangsmaterial und auch von der gewählten Konvertierungsart abhängig.

Abb. 71 - Formatkonvertierung

In nebenstehendem Beispiel ist

das Ergebnis einer

Formatkonvertierung von einer

Pixel- in eine Vektorgrafik

dargestellt. Dabei ist die linke

Gesichtshälfte unverändert als

Pixelgrafik zu sehen, die rechte

Gesichtshälfte dagegen als

konvertierte Vektorgrafik. Das

Ergebnis der Umwandlung

weißt dabei einen

offensichtlichen Qualitätsverlust

vor.

Anhand dieses Beispiels wird also schnell klar, dass die Konvertierung einer

Pixelgrafik zu einer Vektorgrafik nur mit Einschränkungen möglich ist. Man kann

zwar eingescannte Logos mittlerweile relativ gut in Vektoren umwandeln.

Trotzdem erfordert dies meist eine weitgehende Nachbearbeitung der

resultierenden Vektorformen, da die Formen der resultierenden Vektorgrafik

oftmals deformiert dargestellt werden.

Abb. 72 – Eisberg als Pixelgrafik Abb. 73 – Eisberg nach Umrisskonvertierung

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Außerdem ist derzeit noch kein Programm in der Lage, Objektüberschneidungen

als solche zu erkennen und dementsprechend automatisch das Bild aus

übereinander liegenden einfachen Formen aufzubauen.

Die sonst so vorteilhafte Editierbarkeit einer Vektorgrafik fehlt hier also und es ist

eine sehr aufwendige Nachbearbeitung notwendig.

Folglich ist die Konvertierung eines Fotos ins Vektorformat nicht zu empfehlen.

Abb. 74 – SW-Pixelbild Abb. 75 – Bild nach Umrisskonvertierung

Im folgenden werden die Ergebnisse von drei verschiedenen Konvertierungsarten

präsentiert. Wie bereits erwähnt weisen die Resultate der mit unterschiedlichen

Methoden konvertierten Bilder große und deutlich erkennbare Unterschiede auf.

Abb. 76 – Original: Rose als Pixelgrafik Abb. 77 – Rose nach Umrisskonvertierung

Abb. 78 – Rose nach Mosaikkonvertierung Abb. 79 – Rose nach 3D-Mosaikkonvertierung

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Konvertierung von Vektorgrafik zu Pixelgrafik

Im Gegensatz zur Konvertierung eines Pixelbildes in eine Vektorgrafik ist es aber

ohne Probleme möglich, eine Vektorgrafik in eine Pixelgrafik umzuwandeln.

Denn jedes Vektorgrafikprogramm unterstützt wenigstens ein

Pixelgrafikdateiformat, in das die Vektorgrafik dann konvertiert wird. Die

resultierende Pixelgrafik ist dabei von sehr ansprechender Qualität, so dass

praktisch keine Nachbearbeitung nötig ist.

Abb. 80 – Tornado als Vektorgrafik Abb. 81 – Tornado als Pixelgrafik

Der Vorteil einer Konvertierung ist meist der vereinfachte Dateiaustausch unter

Programmen und über das Internet, sowie die bei Pixelbildern vorhandene

Möglichkeit der künstlerischen Aufbereitung der scharfkantigen

Vektorzeichnungen durch Weichzeichner und Ähnliches.

Abb. 82 – Cindy Crawford als Vektorgrafik Abb. 83 – Cindy Crawford als Pixelgrafik

Durch die Umwandlung einer Vektorgrafik in Pixel gehen allerdings sämtliche

Vorteile einer Vektorgrafik verloren. Die einzelnen Objekte verlieren dabei

weitgehend ihre Editierbarkeit und es ist nicht mehr möglich, die Grafik später

ohne Qualitätsverlust zu vergrößern. Es empfiehlt sich daher, eine Vektorgrafik

bei der Umwandlung entweder gleich direkt in der gewünschten Größe als

Pixelgrafik abzuspeichern oder erst einmal in einer etwas größeren Darstellung,

um die Pixelgrafik später noch zu verkleinern. Letzteres hat den Vorteil, dass man

sich nicht schon bei der Umwandlung Gedanken über die spätere

Verwendungsgröße machen muss (Downsampling).

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Vor der Umwandlung der Vektorgrafik ins Pixelformat kann man daher festlegen,

welche Auflösung das resultierende Bild haben soll. Die dabei auftretenden

Unterschiede sollen durch die folgenden Bilder veranschaulicht werden.

Abb. 84 – Vektorgrafik Abb. 85 – Ausschnitt stark vergrößert

Abb. 86 – Pixelgrafik / 300 ppi Abb. 87 – Ausschnitt stark vergrößert

Abb. 88 – Pixelgrafik / 72 ppi Abb. 89 – Ausschnitt stark vergrößert

Die obigen Darstellungen zeigen nochmals deutlich, dass die Vektorgrafik ohne

Qualitätsverlust vergrößert werden kann, während bei den Pixelgrafiken je nach

Auflösung unterschiedlich starke Qualitätseinbußen auftreten.

Abb. 90 – F15 als Vektorgrafik Abb. 91 – F15 nach der Konvertierung

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6. Metagrafik

Grundlegendes

Abschließend bleibt noch zu Erwähnen, dass die Vektororientierte Grafik mit der

Pixelorientierten Grafik kombiniert werden kann. Diese Kombination von vektor-

und pixelorientierten Daten in Bilddateien nennt man auch Metagrafik oder

Metafile. Eine andere Bezeichnung für die Metagrafik ist auch Hybride Grafik.

Stärken

Die Kombination der beiden Techniken bringt eigentlich nur Vorteile mit sich:

Das Ausgangsbild kann sich nicht durch unkoordinierte Bearbeitungsschritte

verschlechtern und die Bearbeitungsschritte sind auflösungsunabhängig. Dies

wird dadurch ermöglicht, dass die Grafik nur zu Beginn und nach Beendigung des

Bearbeitungsprozesses eine Pixelgrafik darstellt. Alle dazwischenliegenden

Operationen erfolgen auf einer Vektorgrafik. Zudem haben die Metafiles einen

kleinen Speicherverbrauch und sind auch nachträglich noch sehr gut editierbar.

Schwächen

Diese Hybriden sind derzeit leider meist noch etwas umständlich zu handhaben

und bei weitem nicht so leistungsfähig wie man es gern hätte.

Formate

Die Dateiformate CGM (Computer Graphics Metafile) und WMF (Windows Meta

File), sowie WPG (WordPerfect Graphics Metafile) und PICT (für Macintosh) sind

Vertreter der Metagrafik.

Das Format CGM ist dabei als das Standardformat für geräteunabhängige

2D-Grafik zu bezeichnen und ist eine Spezialentwicklung für das Internet.

In der nachfolgenden Tabelle werden diese Formate genauer betrachtet und es

wird auf die jeweilige Besonderheit hingewiesen.

CGM WMF WPG PICT

Alternative

Bezeichnungen

--- --- --- PCT

Farben Unbegrenzt 1-Bit bis 24-Bit 256 Farben 1-Bit bis 24-Bit

Kompression RLE - Keine

- RLE

- LZW

- JPEG

RLE JPEG

Maximale

Bildgröße

Keine Keine Keine Variabel

Besonderheit Mehre Bilder in einer Für MS Windows Mehre Bilder in einer Für Macintosh

Datei möglich

Datei möglich

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Beispiel

Abb. 92 – Taschenmesser als Vektorgrafik Abb. 93 – Taschenmesser als Metagrafik

Fazit

Die Metagrafik ist die Zukunft der traditionellen Computergrafik und

Bildbearbeitung.

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7. Anhang

Übersicht - Grafikmodelle

Vektorgrafik Pixelgrafik Metagrafik

Vektorgrafiken bestehen aus

sogenannten Primitiven /

Objekten (Linien, Rechtecke,

Polygone, Ellipsen,...), die mit

Attributen (Linienstärke,

Linienart,...) versehen werden.

Typische Bildformate sind

PDF, CDR, EPS, DXF, …

Übersicht - Farbtiefe

Pixelgrafiken bestehen aus

einer festgelegten Anzahl von

Zeilen mit einer festgelegten

Anzahl von gleich großen

Bildpunkten / Pixeln in einem

Raster.

Abb. 94 – Tabelle mit Farbtiefen

Typische Bildformate sind

BMP, GIF, JPEG, TIFF, …

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Metagrafiken bestehen aus

Vektor- und Pixelgrafiken, d.h.

sie enthalten sowohl

Vektorinformationen als auch

Rasterinformationen.

Typische Bildformate sind

CGM, WMF, WPG, PICT, …


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8. Quellenangaben

Bilderverzeichnis

Abb. Quelle Abb. Quelle

1 Angel – Computer Graphics (S.5) 37 Markus Braendle - Grafikformate

2 http://www.cedmagic.com/history/whirlwind-computer.html 38 Marc Balmer – Dynamische Informationsinhalte im Netz

3 - 4 http://www.cc.gatech.edu/classes/cs6751_97_fall/projects/ 39 Siehe 23

abowd_team/ivan/ivan.html 40 Siehe 24

5 http://www.superkids.com/aweb/pages/features/mouse/

41 Siehe 25

mouse.html 42 - 43 http://wanda.fh-aargau.ch/i/ia01benz/moiree.htm

6 - 7 http://www.bootstrap.org/engelbart/hist_pix/index.jsp 44 - 46 http://www.uni-koeln.de/themen/multimedia/

8 http://www.arch.columbia.edu/DDL/cad/A4535/SUM95/

grafikformate/vergleich.htm#Bildtyp%20Photo

gallerySUM95/l/lee.wei.layers.gif 47 - 52 www.uip.de

9 Jackèl – Grafik Computer (S.71) 53 vab

10 http://www.cedmagic.com/history/ 54 - 56 Siehe 47 - 52

11 Jackèl – Grafik Computer (S.70) 57 vab

12 Foley – Grundlagen der Computergrafik (S.9) 58 Foley – Grundlagen der Computergrafik (S.9)

13 http://www.theapplemuseum.com/history/history_1980.html 59 Foley – Grundlagen der Computergrafik (S.160)

14 http://www-1.ibm.com/ibm/history/history/decade_1980.html 60 Jackèl – Grafik Computer (S.69)

15 Siehe 10 61 Jackèl – Grafik Computer (S.27)

16 Foley – Grundlagen der Computergrafik (S.158)

62 - 67 www.techfak.uni-bielefeld.de/ags/pi/lehre/

17 - 22 www.pcgames.de

GMLSS98/1998-05-27/2dgrafik.html

23 http://computerkurs.khm.de/cgki2000/grundlagen/darstellung 68 - 69 Prof. Dr.-Ing. Thomas Zielke - Skript Vorlesung Informatik

24 Prof. Dr. Michael Weber – Skript Mediale Informatik

WS 2001/02

WS 2001/2002 70 Foley – Grundlagen der Computergrafik (S.10)

25 Konrad Froitzheim – Skript Multimedia I 71 Siehe 62 - 67

26 - 29 Corel Draw 6 Cliparts 72 - 75 MS Windows me Cliparts

30 vab 76 - 91 Siehe 26 - 29

31 - 34 Siehe 26 - 29 92 - 93 Siehe 23

35 - 36 Siehe 9 94 http://www.hs-anhalt.de/BBS/

Linkverzeichnis

http://computerkurs.khm.de/cgki2000/ [Kunsthochschule für Medien Köln]

http://www.mediaforum.ch/fachlexikon/fachbeitraege/gformate.html [Mediaforum Schweiz]

http://www.lrz-muenchen.de/services/software/grafik/grafikformate/#1. [LRZ München]

http://www.theparallax.org/wissen/grafik/pixel-faq/index.html [Parallax]

http://mlu.mw.tu-dresden.de/module/m001/kapitel3/index.htm [TU Dresden]

http://www.uni-karlsruhe.de/RZ/Dienste/GVM/2.verschiedenes.7.pixutil.shtml

[Universität Karlsruhe]

http://www.techfak.uni-bielefeld.de/ags/pi/lehre/GMLSS98/1998-05-27/2dgrafik.html

[Universität Bielefeld]

Literaturverzeichnis

Brüderlin, Meier – Computergrafik und Geometrisches Modellieren [Teubner, 2001]

Foley, van Dam, Feiner, Hughes, Phillips – Grundlagen der Computergrafik

[Addison-Wesley, 1994]

Jackèl – Grafik Computer [Springer-Verlag, 1992]

Angel – Computer Graphics [Addison-Wesley, 1990]

Prof. Dr. Michael Weber – Skript Mediale Informatik WS 2001/2002

Programmverzeichnis

Microsoft Word 2000

Microsoft PowerPoint 2000

Adobe Photoshop 5.5

Corel Draw 10

Corel Trace 6

34

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