Vektorgrafik

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Eine Vektorgrafik ist eine Computergrafik, die aus grafischen Primitiven wie Linien, Kreisen, Polygonen oder allgemeinen Kurven (Splines) zusammengesetzt ist. Meist sind mit Vektorgrafiken Darstellungen gemeint, deren Primitiven sich zweidimensional in der Ebene beschreiben lassen. Eine Bildbeschreibung, die sich auf dreidimensionale Primitiven stützt, wird eher 3D-Modell oder Szene genannt.

Um beispielsweise das Bild eines Kreises zu speichern, benötigt eine Vektorgrafik mindestens zwei Werte: die Lage des Kreismittelpunkts und den Kreisdurchmesser. Neben der Form und Position der Primitiven werden eventuell auch die Farbe, Strichstärke, diverse Füllmuster und weitere, das Aussehen bestimmende Daten angegeben.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Vektorgrafik Rastergrafik
Vektorgrafik Rastergrafik
Vektorgrafik Rastergrafik
Vektorgrafik Rastergrafik
Vektorgrafiken lassen sich ohne Qualitätsverlust beliebig skalieren.

Vektorgrafiken basieren, anders als Rastergrafiken, nicht auf einem Pixelraster, in dem jedem Bildpunkt ein Farbwert zugeordnet ist, sondern auf einer Bildbeschreibung, die die Objekte, aus denen das Bild aufgebaut ist, exakt definiert. So kann beispielsweise ein Kreis in einer Vektorgrafik über Lage des Mittelpunktes, Radius, Linienstärke und Farbe vollständig beschrieben werden; nur diese Parameter werden gespeichert. Im Vergleich zu Rastergrafiken lassen sich Vektorgrafiken daher oft mit deutlich geringerem Platzbedarf speichern. Eines der wesentlichen Merkmale und Vorteile gegenüber der Rastergrafik ist die stufenlose und verlustfreie Skalierbarkeit.

Der Begriff „Vektorgrafik“ hängt damit zusammen, dass die bis in die 1980er Jahre verbreiteten Vektorbildschirme Linien („Vektoren“) mit einem Kathodenstrahl anzeigten. Vektorgrafiken im heutigen Sinn bestehen jedoch nicht nur aus Linien, sondern können auch andere Grundformen zulassen. Zur Anzeige auf heute üblichen Rasterbildschirmen müssen Vektorgrafiken gerastert werden.

Die Erzeugung von Vektorgrafiken ist Gegenstand der geometrischen Modellierung und geschieht meist mittels eines Vektorgrafikprogramms oder direkt mit einer Auszeichnungssprache. Rastergrafiken können durch die so genannte Vektorisierung mit gewissen Einschränkungen in Vektorgrafiken umgewandelt werden; manche Texterkennungsprogramme basieren auf einem Vektorisierungsalgorithmus. Mittlerweile bieten gängige Vektorgrafikprogramme Funktionen an, die es erlauben, Vektorgrafiken mit Farbverläufen und Transparenzstufen zu speichern und damit eine größere Zahl von Bildern zufriedenstellend zu beschreiben. Auch solche Vektorgrafiken lassen sich, im Gegensatz zu Rastergrafiken, bequem und verlustfrei verändern und transformieren.

Wiedergabeaufwand[Bearbeiten]

Die Stärke von Vektorgrafiken allgemein ist die Auflösungsunabhängigkeit, d. h. sie sind für eine Wiedergabe (Bildschirm, Drucken) in beliebiger Auflösung geeignet. Dies erfordert jedoch immer ein aufwändiges „Rendern“ (Rasterung) des Vektorformats in ein Rasterformat. Ein Nachteil von Vektorgrafiken gegenüber Rastergrafiken ist ein unbekannter, inhaltsabhängiger Wiedergabeaufwand (in Rechenzeit und Arbeitsspeicher). Rastergrafiken haben i. a. den Vorteil, dass der Wiedergabeaufwand konstant und inhaltsunabhängig ist. Um diesen Nachteil von Vektorgrafiken zu minimieren, hält beispielsweise Wikipedia serverseitig vorgerenderte Rastergrafik-Vorschaubilder von SVG-Vektorgrafiken in mehreren Auflösungen vor.

Anwendungen[Bearbeiten]

Bearbeitung einer Vektorgrafik mit Inkscape
Zauberwürfel mit Schatten im SVG-Format

Die Stärke von Vektorgrafiken liegt bei Darstellungen, die als Zusammenstellung von grafischen Primitiven befriedigend beschrieben werden können, zum Beispiel Diagramme oder Firmenlogos. Sie sind nicht geeignet für gescannte Bilder und Digitalfotos, die naturgemäß als Rastergrafik erfasst werden und nicht verlustfrei umgewandelt werden können. Ebenfalls an die Grenzen stoßen Vektorformate bei komplexen gerenderten Bildern, die ebenfalls direkt als Rastergrafik berechnet werden. Allerdings spezialisieren sich immer mehr Firmen auf die Vektorisierung von Rastergrafiken. Dies ist vor allem von Interesse für großflächige Bildwerbung, Fahrzeugbeschriftung oder wenn die Vektorisierung als grafischer Effekt genutzt wird.

Vektorgrafiken können mithilfe von Plottern (Linienschreibern) oder Laserbeschriftern ohne vorherige Rasterisierung direkt auf verschiedene Materialien ausgegeben werden.

Grafikanwendungen[Bearbeiten]

Zur Erstellung von Illustrationen, insbesondere für die Erstellung von Logos, können vektorbasierte Zeichenprogramme verwendet werden. Die von 3D-Modellierungswerkzeugen erzeugten 3D-Szenen können auch als Vektorgrafiken betrachtet werden.

Seitenbeschreibungssprachen[Bearbeiten]

Vektorgrafiken erlauben es, Dokumente unabhängig von der Auflösung des Ausgabegeräts zu beschreiben. Mit Hilfe einer vektorgrafikfähigen Seitenbeschreibungssprache wie PostScript oder dem daraus hervorgegangenen Portable Document Format (PDF) können Dokumente, im Gegensatz zu Rastergrafiken, mit der jeweils höchstmöglichen Auflösung auf Bildschirmen verlustfrei dargestellt oder gedruckt werden.

Computerschriften[Bearbeiten]

Auf gängigen Computersystemen finden heute überwiegend so genannte Outline-Schriften Verwendung, die die Umrisse jedes Zeichens als Vektorgrafik beschreiben. Wichtige Formate sind TrueType, PostScript und OpenType.

Computerspiele[Bearbeiten]

Bildschirm mit Vektorgrafik: Vectrex Heads Up Action Soccer Game

Frühe Arcade-Spiele liefen mit Vektorgrafik. Das erste war Spacewar! aus dem Jahr 1977. Bekannt waren auch Lunar Lander (Atari, 1979) und Star Wars (Farb-Vektorgrafik). Es gab auch die Spielkonsole Vectrex.

Bei diesen Systemen wurde als technische Besonderheit die X/Y-Ablenkung der zur Darstellung verwendeten Bildröhre direkt angesteuert, statt zeilenweise einen Grafikspeicher auszugeben wie bei Punktrastergrafiken. Der Vorteil dieser Lösung liegt in der glatten, treppchenfreien Darstellung von Linien; zur Ausgabe allgemeiner, insbesondere Komplexgrafiken und Texte, ist diese Methode jedoch weniger geeignet.

Auch auf Heimcomputern wie dem Amiga und Commodore 64 gab es vereinzelt Spiele, die auf Vektorgrafik basierten, beispielsweise Stuntcar Racer oder die Elite-Reihe. Hierbei wurden, anders als bei den Vektorgrafik-Systemen, jedoch die Vektorgrafiken nicht direkt ausgegeben, sondern berechnet und in eine Rastergrafik gewandelt. Aufgrund der hierfür benötigten – für damalige Verhältnisse – hohen Rechenleistung, waren diese Spiele jedoch im Allgemeinen vergleichsweise langsam bzw. detailarm.

Internet[Bearbeiten]

Kegel-Zahnrad. Vektor-Zeichnung, mit Adobe Illustrator erstellt, als SVG exportiert

Im World Wide Web liegen Vektorgrafiken meist im offenen Format SVG oder als proprietäre SWF-Dateien (Adobe Flash) vor. Für 3D-Szenen gilt als Nachfolger der Virtual Reality Modeling Language (VRML) die Beschreibungssprache X3D. Wieder auferstanden ist die auf OpenGL basierende Web Graphics Library (WebGL) sowie die auf WebGL basierende JavaScript-Bibliothek Open 3D (o3d) von Google.

Geoinformationssysteme[Bearbeiten]

Bei Geoinformationssystemen (GIS) kann die Geometrie von Flurstücken und Landkarten in Form von Vektordaten gespeichert werden. Solche Vektorgrafiken lassen sich vergleichsweise einfach mit Sachdaten verknüpfen. Ein typisches GIS-Vektorformat ist das Shapefile.

Computer Aided Design[Bearbeiten]

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. Ein typisches CAD-Vektorformat ist das Drawing Interchange Format (DXF).

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Hans-Joachim Bungartz u. a.: Einführung in die Computergraphik: Grundlagen, geometrische Modellierung, Algorithmen, S. 6–8. Vieweg, Braunschweig 2002, ISBN 3-528-16769-6
  • Stefan Skiba: „Vektorgrafik – Eine Technik der Gegenwartskunst“, Fachaufsatz / „Atelier : die Zeitschrift für Künstler“, Nr. 186 (2013), pp. 26–29. April/Mai. / http://archiv.ub.uni-heidelberg.de/artdok/volltexte/2013/2239