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Methoden der Vektorbildbearbeitung - Referat
Methoden der Vektorbildbearbeitung
Allgemeines zu Vektorbildern und Vektorgrafiken
Vektorbilddarstellung beruht auf Vektorgrafik → beruht auf Computergrafik
Computergrafik: Teilgebiet der Informatik, befasst sich mit der computergestützten Erzeugung und Bearbeitung von Bildern
Heute: Computergrafiken allgegenwärtig → Anwendungen reichen von grafischen Benutzeroberflächen über Druckerzeugnisse, Computerspiele und Filmtechnik bis hin zur Medizin
Begriff „Vektorgrafik“ hängt damit zusammen, dass die bis in die 1980er Jahre verbreiteten Vektorbildschirme Linien („Vektoren“) mit einem Kathodenstrahl anzeigten (Kathodenstrahl: Ausbreitung von Elektronen in ein meist gasförmiges Material)
Vektorgrafiken im heutigen Sinn: bestehen nicht nur aus Linien → können andere Grundformen zulassen.
Zur Anzeige auf heute üblichen Rasterbildschirmen: Vektorgrafiken gerastert
2D-Computergrafik: Rasterung = Umwandlung einer Vektorgrafik in Rastergrafik
Manche Arten von Bildern (Strichzeichnungen oder Diagramme): besser als Vektorgrafiken gespeichert → keine Pixel, sondern grafischen Grundobjekte , aus denen sich das Bild zusammensetzt gespeichert
Art der Repräsentation ist unabhängig von Bildauflösung und erlaubt verlustfreie Bearbeitung der Bildinhalte
Vektorgrafiken sind Computergrafiken, basieren nicht auf Pixelraster (anders als Rastergrafik → jedem Bildpunkt ein Farbwert zugeordnet) sondern auf Bildbeschreibung → Objekte, aus denen Bild aufgebaut ist exakt definiert
Bsp: Speicherung vom Bild eines Kreises → Vektorgrafik benötigt mindestens zwei Werte:
- Lage des Kreismittelpunkts
- Kreisdurchmesser
- Neben Form und Position der graphischen Grundformen werden eventuell auch Farbe, Strichstärke, diverse Füllmuster und weitere, das Aussehen bestimmende Daten angegeben → nur diese Parameter gespeichert.
Im Vergleich zu Rastergrafiken: Speicherung der Vektorgrafiken mit weniger Platzbedarf lassen sich Vektorgrafiken daher oft mit deutlich geringerem Platzbedarf speichern.
wesentliches Merkmal und Vorteil gegenüber Rastergrafik: stufenlose und verlustfreie Skalierbarkeit (Skalierung = Größenänderung eines digitalen Bildes)
Vektorgrafikskalierung: vor Rasterung Streckung der graphischen Primitiven, aus denen sich die Vektorgrafik zusammensetzt, durch geometrische Umformung
grafisches Primitiv: bezeichnet elementare ein-, zwei- oder dreidimensionale geometrische Formen, sind Bestandteil von Austauschformaten → Synonyme: Grundobjekt, grafische Grundform oder Raumbezugsgrundform
Zugehörigkeit zu grafischen Grundformen: Abhängigkeit vom verwendetem Programm oder Beschreibungssprache
- 2D-Computergrafik: Punkte, Strecken, Polygone (Vielecke), Kreise und Ellipsen gebräuchlich
- 3D-Computergrafik: Dreiecke oder Polygone gebräuchlichsten Primitive (Formen)
Aus diesen einfachen Primitiven: Zusammensetzung komplizierterer Formen
Im Gegensatz zur verlustfreien Skalierung von Vektorgrafiken: Skalierung von Rastergrafiken in der Regel mit sichtbaren Qualitätsverlust verbunden
Vektorgrafiken meist Darstellungen, deren Primitiven sich 2D in der Ebene beschreiben lassen → Bildbeschreibung, die sich auf 3D Primitiven stützt eher 3D-Modell oder Szene
Technische Zeichnungen (z.B..Konstruktions-, Bau- und Vermessungspläne, Karten) enthalten neben Objektgeometrie zusätzlich Symbole, Maßangaben und erläuternde Texteinträge → Zeichnungen basieren auf reiner Vektorgrafik → leicht zu beeinflussen.
Die Stärke von Vektorgrafiken allgemein: Auflösungsunabhängigkeit → sind für eine Wiedergabe (Bildschirm, Drucken) in beliebiger Auflösung geeignet
- erfordert jedoch immer aufwändige Rasterung des Vektorformats in Rasterformat
- Nachteil von Vektorgrafiken gegenüber Rastergrafiken: unbekannter, inhaltsabhängiger Wiedergabeaufwand (in Rechenzeit und Arbeitsspeicher) → Rastergrafiken Vorteil: Wiedergabeaufwand konstant und inhaltsunabhängig
weiterer Vorteil von Vektorgrafiken: bei Darstellungen, die als Zusammenstellung von grafischen Primitiven beschrieben werden können (zum Beispiel Diagramme oder Firmenlogos) → nicht geeignet für gescannte Bilder und Digitalfotos, die naturgemäß als Rastergrafik erfasst werden und nicht verlustfrei umgewandelt werden können
Methoden der Vektorbildbearbeitung
Clipping
Oft: Begrenzung der Rasterung einer Vektorgrafik auf bestimmten Bereich (z.B. rechteckiges Fenster)
am einfachsten: Grundobjekte vollständig gerastert, aber nur Pixel eingefärbt, die innerhalb des gewünschten Bildausschnitts sind
Entwicklung effizienterer Methoden → Grundobjekt vor Rasterung auf Bildausschnitt zugeschnitten → Clipping-Algorythmen bei 2D- und 3D-Computergrafik
Clipping / Abschneiden (englisch to clip = „abschneiden“, „kappen“) = Abschneiden von Grundobjekten am Rand eines gewünschten Bildschirmausschnittes / Fensters → Fenster beliebiges Vieleck
Rasterung
Rasterung (Rendern oder Scankonvertierung) in 2D Computergrafik: Umwandlung von Vektor- in Rastergrafik
bekanntes Problem: Treppeneffekt
Treppeneffekt=„treppenartige“ Erscheinungsbild an Kanten von gerasterter Figuren → wird durch endliche Bildauflösung des Grafikgerätes verursacht
Es gibt Vielzahl von Algorithmen zur Rasterung von grafischen Primitiven
Rasterung von Linien
Bei Linienrasterung: Linie wird auf Punktraster einer Rastergrafik oder eines Raster-Grafikgeräts gezeichnet (gerastert)
Dazu werden diejenigen Punkte oder Pixel eingefärbt, die ideale Strecke möglichst gut annähern
Grundlegende Algorythmen: Linienrasterung nur einfarbig
- bei einfarbigen Rasterung: Linien werden mit einzigen Vordergrundfarbe auf einen Hintergrund gezeichnet (z.B. beim Laserdrucker)
bessere Darstellung mit mehreren Farbabstufungen ergibt sich bei fortgeschrittenen Verfahren → unterstützen Kantenglättung
in Computergrafik auch komplexere geometrische Figuren (Vielecke und beliebige Kurven) häufig aus Liniensegmenten zusammengesetzt → Rastern von Linien bildet gleichzeitig Ausgangsbasis für deren Rasterung.
- weitere Anwendung, bei der oft besonders viele Linien gezeichnet werden müssen: Darstellung von Drahtgittermodellen
Drahtgittermodell = dreidimensionales geometrisches Modell → repräsentiert einen Körper lediglich durch seine Kanten
Rasterung von Polygonen
Rasterung von Polygonen und aneinandergereihten Liniensegmenten basiert auf der Linienrasterung → erfordert bei dicker Strichbreite zusätzlichen Aufwand
Rasterung von Kreisen
Rasterung von Kreisen = Zeichnen eines Kreises auf dem Punktraster einer Rastergrafik oder eines Raster-Grafikgeräts durch Einfärben entsprechender Pixel → Algorythmen zur einfarbigen Rasterung als auch zum Antialiasing
- Antialiasing (Kantenglättung) = Verminderung von unerwünschten Effekten, die bei Erzeugung einer Computergrafik durch begrenzt aufgelöste Pixelraster entstehen können
Rasterung dicker Primitiven
Bei Rasterung von Primitiven mit bestimmten Dicke: mehrere Möglichkeiten (sofern nicht bereits vom verwendeten Antialiasing-Algorithmus unterstützt)
- Pixelwiederholung: anstatt einem mehrere Pixel vertikal bzw. horizontal gezeichnet
- Pinsel: bestimmte Rastergrafik als „Pinsel“, (einfachsten Fall: Quadrat) mit gewünschter Kantenlänge, entlang der Kurve bewegt
- Füllen zwischen Rändern: andere Methode zur Rasterung einer dicken Kurve = beiden Ränder in einigem Abstand voneinander zu zeichnen und dazwischen liegenden Bereich auszufüllen
Anwendung von Vektorgrafiken
Plotter
Vektorgrafiken m.H. von Plottern (Linienschreibern) oder Laserbeschriftern ohne vorherige Rasterisierung direkt auf verschiedene Materialien ausgegeben
Plotter (von engl. plot = zeichnen; D: auch Kurvenschreiber) =Ausgabegerät, das technische Zeichnungen und andere Vektorgrafiken auf verschiedenen Materialien darstellt
gehören zu wenigen Geräten mit direkter Vektorgrafikwiedergabe ohne Umwandlung in Rastergrafik
Seit den 1990er Jahren: Plotter in meisten Bereichen durch Großformatdrucker ersetzt → heute noch meist als Plotter bezeichnet
3D-Modellierungswerkzeuge
Zur Erstellung von Illustrationen, insbesondere für Erstellung von Logos: Verwendung vektorbasierte Zeichenprogramme → von 3D-Modellierungswerkzeuge erzeugten 3D-Szenen können auch als Vektorgrafiken betrachtet werden
3D-Grafik-Software: Computerprogramme, die mit Hilfe der Computergrafik 3D Szenen zu erstellen (zu modellieren) und/oder zu rendern (=Berechnung einer Bild oder Computeranimation)
Seitenbeschreibungssprachen
Vektorgrafiken erlauben es, Dokumente unabhängig von der Auflösung des Ausgabegeräts zu beschreiben. Mit Hilfe einer vektorgrafikfähigen Seitenbeschreibungssprache wie PostScript oder dem daraus hervorgegangenen Portable Dokument Format (PDF) können Dokumente, im Gegensatz zu Rastergrafiken, mit der jeweils höchstmöglichen Auflösung auf Bildschirmen verlustfrei dargestellt oder gedruckt werden.
Eine Seitenbeschreibungssprache beschreibt den exakten Aufbau einer Seite, wie diese später in einem speziellen Ausgabeprogramm oder -gerät, wie einem Drucker, aussehen soll.
Man unterscheidet Seitenbeschreibungssprachen im Allgemeinen von Druckersprachenm, die in der Regel hardwarespezifischere Befehle zum Ansteuern von Druckerkomponenten enthalten.
Das Portable Document Format (PDF; deutsch: (trans)portables Dokumentenformat) ist ein plattformunabhängiges Dateiformat für Dokumente, das vom Unternehmen Adobe Systems entwickelt wurde.
Ziel war es, ein Dateiformat für elektronische Dokumente zu schaffen, das diese unabhängig vom ursprünglichen Anwendungsprogramm, vom Betriebssystem oder von der Hardwareplattform originalgetreu weitergeben kann.
Geoinformationssysteme
Bei Geoinformationssysteme (GIS) kann die Geometrie von Flurstücken und Landkarten in Form von Vektordaten gespeichert werden. Solche Vektorgrafiken lassen sich vergleichsweise einfach mit Sachdaten verknüpfen.
Computer Aided Design - CAD
Für technische Zeichnungen finden CAD-Programme Verwendung. Hier wird die Geometrie vorab als Vektordaten gespeichert, was z. B die berechnete Bemaßung und das Erstellen von Massenauszügen und Stücklisten ermöglicht.
Quellenverzeichnis
http://de.wikipedia.org/wiki/Vektorgrafik
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenstrahlung
http://de.wikipedia.org/wiki/Computergrafik
http://de.wikipedia.org/wiki/Grafisches_Primitiv
http://de.wikipedia.org/wiki/Skalierung_(Computergrafik)
http://de.wikipedia.org/wiki/Zentrische_Streckung
http://de.wikipedia.org/wiki/Clipping_(Computergrafik)
http://de.wikipedia.org/wiki/Plotter
http://de.wikipedia.org/wiki/Laserbeschriftung
http://de.wikipedia.org/wiki/3D-Grafiksoftware
http://de.wikipedia.org/wiki/Seitenbeschreibungssprache
http://de.wikipedia.org/wiki/Portable_Document_Format
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