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Harddisk:Users:karstenquabeck:Documents:SCHULE:Informatik:Bildbearbeitung-Grafik:GIMP:01Computer-Grafik.doc Seite 1

Die Unterrichtsreihe beschäftigt sich mit Bildbearbeitungssoftware sowie den Arten und Formen der Computer-Grafiken. Hier kann jedoch nur ein kurzer - und damit teilweise falscher – Abriss über dieses Thema erfolgen, da es sich um eines der umfangreichsten Bereiche der Informatik handelt. Es gibt Hunderte von unterschiedlichen Grafiktypen. Fast jedes Softwarehaus hat ein eigenes Format auf den Markt gebracht. Die folgende Liste ist nicht vollständig, soll aber eine Andeutung davon geben, wie viele Formate es gibt (keine Angst, das muss niemand lernen bzw. wissen!). ART–First Publisher-Format BMP–Alpha Microsystems-Format BMP–OS/2 Version 1.x Bitmap-Format BMP–OS/2 Version 2.x Bitmap-Format BMP–Windows Bitmap-Format BSG-Fontasy Grafik-Format CAL-CALS Defense Log. CEG-Edsun Labs-Format CEL-Autodesk-Format CEL-KISS-Format CEL-Lumena Cel-Format CLP-Windows Clipboard-Format CMP-Atari Public Painter Monochrom CUT-Dr. Halo Import-Format DTA-Zeiss BIVAS-Format EPS-Encapsulated PostScript-Format ERS-ER Mapper Files FAL-QO Japan Image File GIF-Graphics Interchange-Format GM-Autologic File-Format GOE-GOES Satellit Image HDR-SPOT Image File-Format HRZ-Slow Scan Television IBG-NASA-PDS-File-Format IMG-GEM Image File-Format IMG-ADEX-Chroma Graph-Format IMG-Kontron IBAS-Format IMG-VividRay-Tracer-Format IMG-IMG Software Set JPG-JPEG File Interchange-Format (JFIF) JPG-HSI JPEG File-Format LAN-Erdas Image-Format LBM-Amiga IFF-Format MAC-MacPaint-Format MSP-Microsoft Paint MTV-MTV Ray Tracer NEO-Atari Neo Chrom-Format OGF-Overhage Graphic-Format

PAC-Atari STAD-Grafik PCD-Kodak Photo CD-Format PCP-Atari Grafik-Format PCX-ZSoft Paintbrush PI3-Atari DEGAS-Format PIC-Dr. Halo Picture PIC-Highlight PC-Format PIC-IBM Picture Maker-Format PIC-Mac-PICT2-Format PIC-PC Paint/Pictor Page-Format PNG-Portable Network Graphics PPL-Pixview Picture Library PPM-PBMPlus Picture-Format PSD-Adobe PhotoShop Format PZL-UNIX Puzzle QDV-Macintosh Giffer-Format R8-Cubicomb Picturemaker RAS-Sun Rasterfile-Format RAW-HSI File-Format RAW-QRT Ray Tracer RIF-RIFF Bitmap-Format RIX-EGA Paint / ColorRIX-Format RLE-CompuServe VIDTEX-Format SCD-Scodi Files SCR-MS-Word-Grafikformat SGI-Silicon Graphic-Format SPC-Atari Spectrum SPS-Atari Smooshed SST-AVHRR Image File TGA-Targa Bitmap-Format TIF-Tag Image File-Format (TIFF) TNY-Atari Tiny-Pormat TPI-Turbo Pascal-Grafik-Format VI-Jovian Color Computer Eyes VIT-VITec Grafik-Format WPG-Wordperfekt-Grafik-Format XCF- eXperimental Computing Facility=The Gimp-File XWD-X Windowing-System

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Einige Erläuterungen zu den Grafiktypen, die fett markiert sind. BMP: BMP ist das standardmäßige Windows-Bitmap-Format und wird auf DOS- und Windows-kompatiblen Computern verwendet. Wenn Sie eine Datei in diesem Format speichern, können Sie sie entweder als Format Microsoft Windows oder OS/2 und mit einer Farbtiefe von 1-Bit bis 24-Bit speichern. Für 4-Bit- und 8-Bit-Bilder können Sie auch die Komprimierung Run-Length-Encoding (RLE) wählen; diese Art der Komprimierung ist verlustfrei. EPS: Das Format Encapsulated PostScript (EPS) kann Vektorgrafiken und Pixelbilder enthalten und wird von den meisten Grafik- und Seitenlayoutprogrammen unterstützt. Das EPS-Format ist ebenfalls geeignet, um PostScript-Grafiken zwischen Anwendungen zu übertragen. GIF: Das GIF-Format unterstützt 8-Bit-Farbe und komprimiert Farbflächen effizient, wobei Details, z.B. in Strichgrafiken, Logos oder Abbildungen mit Text, erhalten bleiben. Außerdem verwenden Sie das GIF-Format, um animierte Bilder zu erstellen. GIF wird von den meisten Browsern unterstützt. Beim GIF-Format wird eine verlustfreie Komprimierungsmethode eingesetzt, bei der während der Komprimierung keine Daten gelöscht werden. Sie können eine GIF-Datei mehrfach speichern, ohne daß Daten verlorengehen. Da GIF-Dateien jedoch 8-Bit-Farbe enthalten, kann die Optimierung eines 24-Bit-Originalbilds als 8-Bit-GIF zu einer niedrigeren Bildqualität führen. Das verlustreiche GIF-Format führt zu kleinen Komprimierungsverzerrungen (ähnlich wie bei JPEG-Dateien), es werden jedoch erheblich kleinere Dateigrößen erzielt. GIF-Formate haben für das Internet den Vorteil, dass auch durchsichtige Bereiche bestimmt werden können, im Gegensatz zu *.jpg. JPG: Das Format Joint Photographic Experts Group (JPEG) ist das gebräuchliche Format für die Darstellung von Fotos und anderen Halbtonbildern in HTML-Dateien im World Wide Web und anderen Online-Diensten. Das JPEG-Format unterstützt CMYK-, RGB- und Graustufen-Farbmodi. Es unterstützt keine Alpha-Kanäle. Im Gegensatz zu GIF erhält JPEG sämtliche Farbinformationen eines RGB-Bildes. JPEG wendet eine Komprimierung an, mit der die Dateigröße reduziert wird, indem Daten, die zur Darstellung des Bildes nicht notwendig sind, erkannt und gelöscht werden. Wenn Sie ein JPEG-Bild öffnen, wird es automatisch dekomprimiert. Je höher die Komprimierung, desto niedriger wird die Bildqualität; je niedriger die Komprimierung, desto höher ist die Bildqualität. In den meisten Fällen erzeugt eine Komprimierung mit der maximalen Qualitätsstufe ein Bild, das sich praktisch nicht vom Original unterscheidet.

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PNG: Das Format Portable Network Graphics (PNG) wurde als Alternative zum GIF-Format entwickelt und wird wie dieses für die verlustlose Komprimierung und Darstellung von Bildern im World Wide Web und anderen Online-Diensten verwendet. Im Gegensatz zu GIF unterstützt PNG 24-Bit-Bilder und erzeugt transparente Hintergrundbereiche ohne zackige Kanten. Manche ältere Versionen von Web-Browsern unterstützen jedoch keine PNG-Bilder. Auch in PNG-Bildern können, wie ja ach beim GIF-Format, durchsichtige Bereiche bestimmt werden. TIF: Das Tagged-Image File Format (TIFF) wird verwendet, um Dateien zwischen unterschiedlichen Programmen und Plattformen auszutauschen. TIFF ist ein flexibles Bitmap-Format, das von praktisch jedem Mal-, Bildbearbeitungs- und Seitenlayoutprogramm unterstützt wird. Auch nahezu alle Desktop-Scanner produzieren TIFF-Bilder. Das TIFF-Format unterstützt CMYK-, RGB- und Graustufen-Dateien mit Alpha-Kanälen und Lab-, indizierte Farb- und Bitmapdateien ohne Alpha-Kanäle. Zwei grundsätzliche Arten Grundsätzlich lassen sich zwei Arten von Grafiken unterscheiden: Vektor- und Bitmapgrafiken. Aber gerade in der grafischen Datenverarbeitung wird eine Vielzahl von Bezeichnungen für dieselbe Sache verwendet. Grafiken werden Bitmap, Pixelgrafik, Punktgrafik oder einfach Grafik genannt. Eine Vektorgrafik würde eher als Zeichnung benannt werden. (Ein Bildpunkt wird auch als Pixel oder einfach als Punkt bezeichnet. Der Begriff Pixel stammt aus dem englischen Wort Picture-Element. Jeder Bildpunkt ist durch seine Lage in horizontaler und vertikaler Richtung und durch seine Farbe definiert.) Vektorgrafiken In Programmen, wie zum Beispiel CAD-Programmen, Flash, FreeHand etc., wird eine Grafik durch so genannte Vektoren definiert. Um einen Kreis zu zeichnen, ist die Angabe des Mittelpunktes, des Radius und eventuell die Linienstärke anzugeben. Der Kreis wird gespeichert als ein Satz von Informationen. Eine Linie wird gespeichert mit den Informationen Anfangspunkt, Endpunkt und ebenfalls Linienstärke. Ein Rechteck besteht neben der Linienweite aus den Koordinaten der oberen linken Ecke und der unteren rechten Ecke. Jedes geometrische Element wird auf diese Weise beschrieben. Eine mit Vektoren definierte Grafik kann beliebig vergrößert oder verkleinert werden, ohne dass eine merkliche Verschlechterung bei der Ausgabe erfolgt. Außerdem kann ein so definiertes Element jederzeit wieder aus der Grafik entfernt werden, ohne dass Reste zurückbleiben. Die Speichergröße einer solchen Datei ist merklich geringer, als wenn dieselbe Datei als Bitmap abgespeichert würde. Alle Elemente sind durch

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Unterschied Vektor- und Bitmapgrafik

mathematische Formeln definiert. Es sind somit auch nur solche Elemente darstellbar, die mit Formeln beschrieben werden können. Beispiele für Vektorgrafiken sind .EPS und .TIF-Dateien.

Raster- oder Bitmapgrafiken Diese Welt ist leider zu kompliziert für mathematische Formeln. Fotorealistische Bilder lassen sich nicht gut durch Vektoren beschreiben, deshalb ist in solchen Fällen eine Bitmapgrafik günstiger. Diese Art der Grafikdefinition kommt der gestellten Aufgabe entgegen. Jeder Grafikpunkt kann unabhängig von den umgebenden Punkten definiert bzw. verändert werden. Einzelne Bestandteile der Grafik lassen sich jedoch nur schwer wieder aus der Grafik entfernen. Es muss jeder betroffene Punkt einzeln umdefiniert werden.

Eine Bitmapgrafik besteht aus einzelnen Punkten, die durch ihre Position und durch einen Farbwert bzw. einen Verweis auf einen Eintrag in eine Farbtabelle definiert werden. Die einfachsten Bitmapgrafiken sind solche mit nur zwei Farben. Hier muss nur eine Information gespeichert werden, ob ein Punkt hell oder dunkel sein soll. Der Informationsgehalt einer solchen Grafik ist natürlich gering, deshalb werden heute die meisten Grafiken mit höherem Informationsgehalt abgespeichert. Fast auf jedem System sind bis zu 256 Farben darzustellen. Mit neueren Grafikkarten sind Bilder mit bis zu 32 Millionen Farben darstellbar. Beispiele für Bitmap-Grafiken sind .BMP-, .GIF- und .JPG-Dateien. Wichtig: Sowohl Vektorbilder als auch Bitmaps werden am Bildschirm mit Pixeln dargestellt. Das liegt daran, dass die Darstellung des Monitors aus einem Raster von Pixeln aufgebaut wird. Der Unterschied der Grafikarten wird erst beim Drucken bzw. auf dem Ausdruck deutlich. Die Farbsysteme Für die Verarbeitung von Farbinformationen in einer Farbgrafik sind verschiedene Farbsysteme definiert worden. Die meisten Computersysteme benutzen das RGB-System. Die Abkürzung bedeutet Rot, Grün und Blau. Nimmt man von allen Farbanteilen 100%, erhält man die Farbe Weiß. Reduziert man alle Anteile auf 0%, ergibt sich die Farbe Schwarz. Solange alle Farbanteile den gleichen Wert erhalten, entsteht eine Graustufe. Falls jedoch nur eine Farbe sich von den anderen unterscheidet, entsteht, je nach Zusammensetzung, eine andere Farbe. Da die Summe der vollen Farbanteile aller Farben Weiß ergibt, nennt man dieses Farbsystem ein additives Modell. Eine Variante des RGB-Farbsystems ist das CMY-Farbsystem. Die Abkürzung bedeutet Cyan-Magenta-Gelb. Die Farben sind bei diesem System anders definiert als beim

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RGB-System. Nimmt man von allen Farbanteilen 100%, erhält man die Farbe Schwarz. Reduziert man alle Anteile auf O%, ergibt sich die Farbe Weiß. Solange alle Farbanteile den gleichen Wert erhalten, entsteht auch hier eine Graustufe. Falls jedoch nur eine Farbe sich von den anderen unterscheidet, entsteht, je nach Zusammensetzung, auch hier eine andere Farbe. Da das Fehlen der Farbanteile aller Farben Weiß ergibt, nennt man dieses Farbsystem ein subtraktives Modell. Die Umrechnung vom RGB-System zum CMY-System erfolgt mit: Cyan = 1 - Rot Magenta = 1 - Grün Gelb = 1 – Blau Zum Teil wird das System um die Komponente K erweitert. K steht für Schwarz. Bei Druckern wird Schwarz durch das Mischen der drei Farben Cyan, Magenta und Gelb erreicht. Dieses bedeutet jedoch, dass bei Tintenstrahldruckern sehr viel Tinte aufgetragen werden muss und das Papier aufgeweicht wird. Man behilft sich, indem nur ca. 60% des vollen Tintenanteiles jeder Farbe aufgetragen wird. Das Papier kann diese Menge zwar aufnehmen, jedoch sieht die entstehende Farbe nicht mehr schwarz aus, sondern eher dunkelgrün. Durch Einsatz der zusätzlichen Farbe Schwarz wird dieses Problem behoben. Die Farbtiefe Die Farbtiefe beschreibt die Anzahl der maximal nutzbaren Farben. Nicht die Zahl der genutzten Farben wird beschrieben, sondern die der maximal möglichen Farben. Die Farbtiefe wird angegeben durch die Anzahl der Bit mit der eine Farbe beschrieben wird. Bei einer Farbtiefe von 1 Bit sind zwei Farben nutzbar. Wird eine Farbtiefe von 8 Bit eingesetzt, erhöht sich die Zahl der Farben auf 256. Die hauptsächlich zur Grafikdarstellung genutzten Farbtiefen sind: 1 Bit = 2 Farben 4 Bit = 16 Farben 8 Bit = 256 Farben 16 Bit = 32767 Farben (nur 15 Bit werden genutzt) 24 Bit = 16,7 Millionen Farben 32 Bit = 16,7 Millionen Farben plus 8-Bit-Graustufenmaske (256 Stufen) Theoretisch sind jedoch alle Farbtiefen möglich. Es gibt bei einigen Formaten mögliche Farbtiefen von 2 Bit, 5 Bit oder 32 Bit. Diese Farbzahlen sind jedoch eher selten. Mit der Erhöhung der Farbtiefe erhöht sich auch die Größe der zu speichernden Information für einen darzustellenden Farbpunkt. Auf diesen Umstand sollte bei der Auswahl eines Grafikformates für ein Abbildung geachtet werden. Wenn eine Abbildung 123 verschiedene Farben enthält, wäre eine Speicherung mit 16 Farben nicht sinnvoll, aber eine Farbtiefe von 8 Bit (256 Farben) würde vollkommen

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ausreichen. Einige Laien glauben, wenn ihre Grafikkarte eine Farbtiefe von 24 Bit darstellen kann, sind ihre Bilder in diesem Modus auch farbenprächtiger. Aber die zuvor als Beispiel angeführten 123 Farben sind auch dann nur 123 Farben, wenn die Grafikkarte mehr darstellen kann. In der Darstellung wird kein Unterschied erkennbar sein, aber die Speicherung wird sehr viel mehr Platz benötigen, wenn ein 24 Bit-Format gewählt wurde. Bei einer Farbtiefe bis zu 8 Bit wird eine Farbpalette genutzt. In den Bildspeicher wird nicht eine Farbinformation geschrieben, sondern ein Verweis auf eine Tabelle mit Farbinformationen. Zur Änderung der Farben ist nicht der Inhalt des Bildspeichers zu ändern, sondern nur der Eintrag in der Farbtabelle. Jeder Eintrag in der Farbtabelle besteht bei den meisten Computersystemen aus drei Werten. Der erste Wert stellt den Anteil der Farbe Rot, der zweite den Anteil der Farbe Grün und der dritte den Anteil der Farbe Blau dar. Bei den im Personalcomputer üblichen Grafikkarten sind pro Farbanteil Werte zwischen 0 und 63 möglich. Es kann somit eine Auswahl aus 260.000 Farben getroffen werden. Beispiel von der Internetseite: http://www.webgrafiker.de/gt/1-farben.html

Eine GIF-Grafik mit 8-Bit Farbtiefe (256

Farben)

Eine GIF-Grafik mit 7-Bit Farbtiefe (128

Farben)

Eine GIF-Grafik mit 4-Bit Farbtiefe (16 Farben)

Eine GIF-Grafik mit 1-Bit Farbtiefe (2 Farben)

Grafikprogramme Es gibt nicht nur eine Kategorie an Grafikprogrammen, sondern eine Vielzahl. Es gibt zwar Programme, die fast alle Einsatzgebiete abdecken, aber für den Profieinsatz sind einzelne Programme besser. Malprogramme Programme, deren vorrangige Aufgabe in der Erstellung von Bildern liegt, werden als Malprogramme bezeichnet. Im Vordergrund stehen Malwerkzeuge wie Pinsel, Stifte, Farben und vordefinierte, einfache geometrische Figuren. Zwar ist auch die Nachbearbeitung von Bildern im begrenzten Umfang möglich, doch sind diese Funktionen nicht gut genug ausgebildet. In diese Programmgruppe gehören Programme wie "Microsoft Paint", "Deluxe Paint II", "Paintbrush", "PC Atelier",

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"Colorix VGA Paint", "GEM Paint" usw. Bildverarbeitungsprogramme Diese Programmgattung stellt die Weiterentwicklung der Malprogramme dar. Der Schwerpunkt wurde auf die Nachbearbeitung von Bildern verschoben. Die Programme sind erdacht worden, um gescannte Bilder in der Darstellung zu verfeinern oder durch besondere Effekte einzelne Bildteile herauszuheben. Die wichtigsten Funktionen werden von Filtern, Kontrastregelung, Farbeffekten usw. gebildet. Die Programme sind meistens sehr umfangreich und nicht leicht bedienbar. Einige der bekanntesten Programme sind "Microsoft Photo Editor", "Adobe Photoshop", "Imagestudio Windows", "Picture Publisher", "Photo Styler" usw. Präsentationsgrafik- oder Businessgrafikprogramme Diese Programme erstellen vordefinierte Grafiken anhand eingegebener Zahlen. Die Grafiken werden häufig durch zusätzliche Bilder verfeinert. Als Darstellungsformen sind meistens Tortengrafik ("Pie Charts"), Balkengrafik ("Bar Charts"), Flächengrafik, Säulengrafik oder Netzgrafik vorgesehen. Einige Programme dieser Gattung sind "Microsoft PowerPoint", "Harvard Graphics", "Apilause", "CA Cricket Presents" oder "Colorix VGA Paint". Inzwischen verläuft der Trend zur Integration von Diagrammfunktionen in Tabellenkalkulationsprogramme wie zum Beispiel ,,MS Excel". Die speziellen Chartprogramme entwickeln sich deshalb mehr in Richtung Präsentationsprogramme. Es werden nicht nur Diagramme erstellt, sondern ganze Präsentationen, die aus mehreren Diagrammen bis hin zu Animationen bestehen. Das fertige Produkt kann als Diashow oder Animation ausgegeben werden. Animationsprogramme Animationsprogramme erzeugen bewegte Grafiken. Der Begriff Animation kommt aus dem Englischen und bedeutet übersetzt ,,Belebung". Mehrere Bilder, die sich nur in winzigen Details unterscheiden, werden so schnell nacheinander angezeigt, dass der Eindruck einer Bewegung entsteht. Jeder kennt diese Darstellungen aus den Zeichentrickfilmen. Das Verfahren wird heute zum Beispiel in der Anlagenplanung oder in der Bautechnik eingesetzt. Dort ist es möglich, das fertige Produkt bereits vor der Fertigstellung von allen Seiten zu betrachten. Aufgrund dieser Technik werden viele Mängel bereits entdeckt, bevor sie auftreten, und so die Baukosten gesenkt. Die derzeit bekanntesten Programme sind der "Autodesk Animator" und das Programm "Autodesk 3D-Studio". Zeichenprogramme Diese Programme sind vektororientiert. Durch Linien, Rechtecke, Kreise usw. werden Diagramme oder ähnliche Zeichnungen erstellt. Ein breites Einsatzgebiet finden solche Programme bei der Erstellung von Flussdiagrammen, Illustrationen und einfachen technischen Zeichnungen. Die angebotenen Funktionen sind ausreichend, um einfache Zeichnungen erstellen zu können, sie reichen jedoch nicht für komplexe CAD-Zeichnungen. Einige der leistungsfähigsten Programme sind "GEM Draw Plus", ,,Micrografix DRAW Plus", "GEM Artline", "Corel Draw", "Adobe Illustrator" und "Designer". Die letzteren Programme liefern sich in letzter Zeit einen erbitterten

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Kampf um Marktanteile. Es erscheinen deshalb in immer kürzeren Zeiträumen immer leistungsfähigere Programme. CAD-Programme Der Begriff CAD steht für "Computer Aided Drafting" (Computerunterstütztes Zeichnen). Die meisten Programme sind für den Profieinsatz vorgesehen und haben deshalb stolze Preise. Im Gegensatz zu den bisher genannten Programmen wird hier Wert auf Funktionen wie Bemassung und maßstabsgetreues Zeichnen gelegt. Viele Funktionen, die in anderen Grafikprogrammen zu finden sind, werden dafür in einem CAD-Programm nicht benötigt. Der Einsatz ist auf technische Belange ausgelegt. Die Grafikausgabe erfolgt meistens mit Hilfe eines Plotters. Der Marktführer unter den CAD-Programmen ist zur Zeit noch das Programm "AutoCad" mit einem Marktanteil von ca. 40%. Sonstige Programme Es gibt noch viele spezielle Programme. Sogenannte Rendering-Programme versehen Zeichnungen mit Schattierungen. Raytracing-Programme erlauben es, ein dreidimensionales Modell aus unterschiedlichen Ansichten zu betrachten. Autotracer versuchen Brücken zwischen der Bitmap-Welt und der Vektor-Welt herzustellen. Pixelgrafiken sollen dabei in Vektorgrafiken umgewandelt werden. Zur Aufnahme von Bildern dienen Capture-Programme, die Bildschirminhalte in einer Datei ablegen. Natürlich sollen auch die Konvertierungsprogramme wie "Hijaak", "Graphic Workshop" usw. nicht unerwähnt bleiben.

Übungs- und Verständnisfragen:

1. Nenne die sieben wichtigsten Grafikformate. 2. Welche dieser sechs Formate sind für das Internet nutzbar? 3. In welchen beiden Grafikformaten können durchsichtige Bereiche

definiert werden? 4. Welche beiden Formate lassen sich grundsätzlich unterscheiden? 5. Was ist eine Vektorgrafik? 6. Was ist ein Pixel? 7. Wofür steht RGB und was bedeutet das? 8. Was sagen die Bit-Angaben der Farbtiefe? 9. Wie viele Farben können mit 1 Bit Farbtiefe dargestellt werden? 10. Wie viele Farben können mit 8 Bit Farbtiefe dargestellt werden? 11. Warum macht es keinen Sinn, ein Bild mit 123 Farben mit 24 Bit

Farbtiefe zu speichern? 12. Nenne die Bereiche, in die sich Grafikprogramme unterteilen lassen.

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