Pixelgrafik und Vektorgrafik – Wo ist der Unterschied?
Schon recht früh in der Entwicklung des Computers begann man auch digitale Bilder zu verwenden. Je leistungsfähiger die Rechner wurden, umso bessere Qualität wurde auch bei der Verarbeitung und Darstellung von Bildern möglich. Digitale Bilder spielen sowohl in der Kunst als auch in der Technik eine große Rolle. Sie verdrängen „echte“ Zeichnungen und Fotografien mehr und mehr. Ob es nun technische Zeichnungen sind oder Fotos – die Digitaltechnik macht bildliche Darstellungen wesentlich billiger. Außerdem kann man digitale Bilder praktisch beliebig oft vervielfältigen, ohne dass sie an Qualität verlieren.
Fotos werden heute ständig und überall geschossen. Fast jeder hat ein Handy mit Kamera. Man knipst und schaut sich im nächsten Moment das Ergebnis an. Und zudem kostet das Fotografieren mit dem Handy so gut wie nichts. Man braucht im Grunde überhaupt nichts über die Technik zu wissen, um zu fotografieren. Wenn man hier aber ein wenig Ahnung hat, tut man sich leichter, gute Bilder zu schießen und sie hinterher auch weiter zu verarbeiten.
Pixelgrafik und Vektorgrafik – Die beiden großen Familien
Es gibt eine recht große Anzahl von digitalen Bildformaten. Dabei unterscheidet man Pixelgrafik und Vektorgrafik. Vektorgrafiken kann man praktisch beliebig vergrößern, ohne dass sie anfangen ungut auszusehen. Pixelgrafiken hingegen kann man sozusagen automatisch mittels Fotografieren oder Scannen herstellen. Bei Vektorgrafiken ist das nicht so ohne weiteres möglich. Und Pixelgrafiken fangen an „pixelig“ auszusehen, wenn man hinein zoomt.
Bei der digitalen Fotografie benutzt man Pixelgrafiken. Technische Zeichnungen stellt man als Vektorgrafiken her. Dazwischen liegt ein weiterer Bereich, den man wohl mit dem Wort „Grafikdesign“ recht gut bezeichnen kann. Hier kommen je nach Stil und Motiv beider Arten zur Anwendung.
Wo jedoch ist der Unterschied? Wie geht man mit den beiden Arten von Grafiken um? Und wo liegen ihre Grenzen?
Digitale Bilder mit Pixelgrafik
Das Wort „Pixel“ ist eigentlich eine Abkürzung von „picture element“. Auf Deutsch sagt man auch „Bildpunkt“. Schon die alten Kathodenstrahlbildschirme stellten Pixel dar, wenn man sie als Monitor für einen Computer verwendete. Die Grafikeinheit im Computer arbeitete schon immer digital und mit Pixeln, auch wenn wenn ein Kathodenstrahlbildschirm technisch Zeilen aus einem analogen Signal darstellte wie beim analogen Fernsehapparat. Die Grafikeinheit im Computer machte daher so zu sagen aus den digitalen Bildinformationen ein analoges Fernsehsignal.
Ein moderner Bildschirm besteht aus einer großen Anzahl von kleinen Lichtquellen. Jede dieser kleinen Lichtquellen stellt einen Pixel dar. Sie sind in einem rechteckigen Raster angeordnet, dessen Länge und Breite wir unter dem Namen Bildschirmauflösung kennen. Bei einem Monitor mit einer Auflösung von 1920 × 1080 sind 1080 Zeilen untereinander angeordnet, von denen jede aus 1920 kleiner Lichtquellen, also Bildschirmpixeln besteht. Diese Pixel können nun in verschiedenen Farben leuchten und ergeben zusammen das Bild, das gerade auf dem Bildschirm dargestellt wird.
Genau genommen besteht jeder Pixel sozusagen aus drei kleinen Lichtquellen, einer roten, einer grünen und einer blauen. Damit er nun eine ganz bestimmte der Farben darstellt, welche der Bildschirm darstellen kann, bekommt er gesagt, wie hell er jede dieser drei Lichtquellen jeweils leuchten lassen soll. Die Information dafür kommt von der Grafikkarte. Es sind ganz einfach drei Zahlen, die jeweils besagen, wie hell die zugehörige Farbe jeweils leuchten soll.
Wenn nun ein Bild in einer Datei als Pixelgrafik gespeichert werden soll, schreibt man einfach für jeden Pixel den Wert für Rot, Grün und Blau in dieser Datei. Außerdem braucht man noch die Information, wie breit das Bild in Pixel ist, damit man weiß, nach wie viel Pixeln jeweils eine neue Zeile angefangen werden soll.
Pixelgrafik mit 24 Bit
Bei Pixelgrafiken ist es nun so, dass grundsätzlich die Farbinformation für jeden Bildpunkt abgespeichert wird. Jeder Bildpunkt benötigt daher 3 Bytes: eines für Rot, eines für Grün und eines für Blau. Da jedes Byte 256 verschiedene Zahlenwerte speichern kann, sind genau so viele Helligkeitsstufen für jede der drei Farben möglich. Wenn das Byte für eine Farbe null ist, bleibt diese Farbe ganz dunkel. Wenn 255 in diesem Byte steht, leuchtet die Farbe mit voller Helligkeit. Es gibt also 256 × 256 × 256 verschiedene Kombinationen aus Rot, Grün und Blau. Wenn man das ausrechnt, kommt man auf die berühmten 16,7 Millionen Farben, die eine moderne Grafikkarte darstellen kann. Jedes Byte hat ja 8 Bit, 3 Bytes also 24 Bit. Daher auch die Bezeichnung 24-Bit-Grafik.
Wenn alle drei Bytes null sind, ist der zugehörige Pixel schwarz und wenn sie alle drei den Wert 255 enthalten, ist der Pixel weiß. Wenn alle drei Bytes den gleichen Zahlenwert enthalten, erhält man einen Grauton. Je größer diese Zahl ist, desto heller das Grau. Wenn in einem der Bytes ein größerer Zahlenwert steht, dann bekommt der Pixel einen Stich in die entsprechende Farbe. Wenn in zwei Bytes ein größerer Wert steht als im dritten, dann geht die Farbe des Pixels in Richtung der Mischfarbe. Natürlich sind auch Mischungen aus drei verschiedenen Zahlen möglich. Auf diese Weise entstehen eben diese 16,7 Millionen verschiedene Farben.
Das GIF-Format: Digitale Bilder mit 8 Bit
Früher waren sowohl der Speicherplatz als auch die Bandbreite im Internet knapper als heute. Deswegen verwendete man damals für digitale Bilder oft auch ein Format, welches mit einem Byte pro Pixel auskam. Das ist das GIF-Format. In diesem Format sind zwar auch 16,7 Millionen verschiedene Farben möglich, allerdings können nur 256 verschiedene in einem Bild verwendet werden.
Beim GIF-Format wird die Zahl eines Pixels sozusagen als Nummer interpretiert. Außer den Bildpunkten ist in einer GIF-Datei eine Tabelle enthalten, welche zu jeder dieser Nummern die drei Werte für Rot, Grün und Blau enthält. Für Schwarzweißbilder ist dieses Format gut brauchbar, da es auch bei den 16,7 Millionen Farben ja nur 256 verschiedene Abstufungen von Schwarz über die verschiedenen hellen Grautöne bis Weiß gibt. Ansonsten ist dieses Format nur für sehr plakative Bilder geeignet, die keine Farbübergänge enthalten.
Man kann solche plakativen Grafiken mit großen einfarbigen Flächen auch recht einfach komprimieren. Wenn zum Beispiel 500 blaue Pixel nacheinander kommen, muss nicht 500 mal hintereinander der Zahlenwert für Blau in die Datei geschrieben werden. Man kann stattdessen die Information ablegen, dass jetzt 500 blaue Pixel kommen. Dies benötigt sehr viel weniger Bytes und man nennt diese Art der Komprimierung Lauflängenkompression.
Formate für 24-Bit-Pixelgrafiken
Bilder im GIF-Format sehen recht dürftig aus, wenn man etwas anderes darstellen will als Grafiken mit großen einfarbigen Flächen ohne Farbübergänge. Vor allem Fotos sehen grausam aus, wenn man sie als GIF-Dateien speichert. Für Digitale Bilder mit Farbverläufen und Farbübergängen und vor allen Dingen für farbige Fotos benötigt man unbedingt 24 Bit.
Jetzt kommt man aber nicht mehr darum herum, pro Pixel drei Bytes zu verwenden. Die Lauflängenkompression wie bei GIF-Bildern bringt nicht viel, wenn keine größeren einfarbigen Flächen vorhanden sind. Das ist zum Beispiel bei Fotos praktisch nie der Fall.
Vor allem für Fotos gibt es daher das JPEG-Verfahren zur Kompression. Das ist recht kompliziert und beruht auf mathematischen Gesetzmäßigkeiten. Vereinfacht gesagt wird bei der JPEG-Kompression unwichtige Information weggelassen unddadurch die Datei kleiner.
Bei der Lauflängenkompression kann das ursprüngliche Bild aus dem komprimierten eins zu eins wiederhergestellt werden. Es handelt sich also um eine verlustfreie Technik zur Kompression. Aus einem JPEG-Bild hingegen kann man das Original nicht wieder genau zurückgewinnen. Je stärker man ein Bild mit dem JPEG-Verfahren komprimiert, umso mieser wird seine Qualität. Daher kann man bei Programmen, die Bilder als JPEGs abspeichern können, die Kompressionsrate einstellen.
Es gibt auch verlustfrei komprimierende Formate für Digitale Bilder mit 24-Bit-Farbe. Zum Beispiel TIFF Die können natürlich nicht so klein werden wie JPEGs. Man sollte aber seine Bilder in solchen Formaten belassen, solange man sie noch bearbeiten will. Als JPEG speichert man das Bild dann erst, wenn man es verwenden will. Zum Beispiel um es aufs Handy zu laden oder ins Netz zu stellen.
Digitale Bilder vom Handy und aus der Profikamera
Bei heutigen Smartphones sind eine oder meist sogar zwei Kameras Standard. Man kriegt damit ganz ordentliche Bilder hin. Zumindest für den Hausgebrauch. Auch fürs Netz reichen diese Bilder in der Regel aus. Handys speichern ihre Bilder aber immer als JPEG ab. Das ist zwar suboptimal, für den durchschnittlichen Handy-Benutzer jedoch einfacher zu handhaben. Und für den Hausgebrauch reicht es aus.
Digitale Spiegelreflexkameras für Profis und ambitionierte Amateure verwenden ein spezielles Format namens RAW. Die Bilddateien in diesem Format lassen sich mit herkömmlichen Bildbetrachtungs- und Bildbearbeitungsprogramm gar nicht darstellen. Dieses Format speichert noch wesentlich mehr Bildinformationen ab als die 24-Bit-Formate. Entsprechend groß sind dann auch die Bilddateien, 20 oder gar 50 MB pro Foto sind hier durchaus üblich.
Um die Bilder im RAW-Format aufzubereiten, benötigt man eine spezielle Software. In Anlehnung an die frühere Verarbeitung im Fotolabor spricht man dabei vom Entwickeln. In so einer Entwicklersoftware gibt es eine Unzahl von Schräubchen, an denen man drehen kann, um so ein Bild zu bearbeiten. Entspricht es dann den Vorstellungen, die man hat, wird es in einem der üblichen Formate abgespeichert.
Allerdings entscheidet sich wie auch schon zu Zeiten von Film, Entwickler und Fixierer, schon bei der Aufnahme, ob das Bild was taugt oder nicht. Es wird auch mit den tollsten digitalen Möglichkeiten aus einer verpfuschten Aufnahme kaum ein erstklassiges Bild. Denn es gilt:
Ist Murx das Bild in Deinem Kastel,
Fokko
Hilft auch kein Digital-Gebastel…
Digitale Bilder in Vektor-Formaten
Eine ganz andere Baustelle als Pixelbilder sind Vektorgrafiken. In einer Vektorgrafik stehen keine Informationen über einzelne Bildpunkte, sondern Daten, welche die Geometrie einer Grafik beschreiben. Das sind zum Beispiel X- und Y-Werte, die markante Punkte bezeichnen. Eine bestimmte Linie etwa wird mit den Koordinaten der Endpunkte und dem Vermerk, dass sich zwischen diesen beiden Punkten eine Linie befindet, abgespeichert. Dazu kommt dann gegebenenfalls auch noch die Breite dieser Linie. Kreise etwa werden mit den Koordinaten des Mittelpunkts und dem Radius abgespeichert. Wenn man so will, kann man sagen, dass eine Vektorgrafik ein mathematisches Modell des Bildes ist, welche sie enthält.
In eine Vektorgrafik kann man so tief hinein zoomen wie man will bzw. das Programm hergibt, sie wird dabei nie pixelig. Das liegt daran, dass das Programm aus den Daten des Bildes ermittelt, wie der Ausschnitt, den wir gerade betrachten, aussehen muss. Daraus wird dann eine Pixelgrafik gemacht, die wir auf dem Bildschirm sehen. Zoomen wir weiter hinein oder heraus oder verschieben unseren Ausschnitt, wird erneut berechnet, was wir jetzt auf dem Bildschirm sehen müssen und als Pixelgrafik dargestellt.
CAD – Digitale Technische Zeichnungen
Wenn man technische Zeichnungen mit dem Computer herstellen will, verwendet man ein CAD-Programm. Das ist die eine Spielart der Vektorgrafik. Der Schwerpunkt eines CAD-Programmes liegt auf der Geometrie. Es kann zum Beispiel von einem Punkt den wir eingegeben haben, das Lot auf eine Linie fällen, die wir ebenfalls gezeichnet haben. Genauso kann man etwa eine Tangente von einem bestimmten Punkt an einen Kreisbogen legen oder zwei Linien mit einem Kreisbogen verbinden, der einen vorgegebenen Radius hat und tangential in die beiden Linien eintritt.
Man könnte sagen, dass man mit einem CAD-Programm das Zeichnen auf dem Reißbrett mit Zirkel, Lineal, Winkelmesser usw. simuliert. Dazu gehört natürlich auch, dass man die Zeichnung beschriften kann: Maße eintragen, Oberflächengüten bezeichnen, Hinweise mit Hinweislinien anbringen und was ein technischer Zeichner sonst noch so alles machen muss, wenn er eine ordentliche Zeichnung anfertigt.
Künstlerische Digitale Bilder in Vektorgrafik
Man kann auch künstlerische Zeichnungen, also Grafik-Design, mit Vektorgrafik-Programmen machen. Im Prinzip funktioniert das genauso wie beim technischen Zeichnen mit Vektorgrafik. Nur, dass bei Vektorgrafik-Programmen für das Grafikdesign der Schwerpunkt nicht auf der genauen Geometrie liegt, sondern auf dem optischen Eindruck.
In einem solchen Programm kann man zwar auch Längen, X-/Y-Werte und eventuell Winkel für die Bildelemente eingeben. Geometrische Funktionen sind hier jedoch allenfalls sehr rudimentär vorhanden. Dafür gibt es dann Möglichkeiten, zum Beispiel Flächen mit Farbverläufen zu versehen oder bestimmte Muster zu erzeugen, Formen zu strecken, zu stauchen oder zu verbiegen
Digitale Bilder bearbeiten
Natürlich bearbeitet man digitale Bilder mit dem Computer. Je nachdem, ob es ein Pixelbild, eine künstlerische Vektorgrafik ist oder eine CAD-Zeichnung mit einem Pixelgrafik Programm wie zum Beispiel Paint, einem Vektorgrafikprogramm wie Adobe Illustrator oder einem CAD-Programm wie AutoCad. Dabei muss man noch nicht einmal unbedingt Geld in die Hand nehmen. In allen drei Bereichen gibt es auch Open Source Software: Hier ein paar Beispiele:
GIMP für Pixelgrafiken
Inkscape für künstlerische Vektorgrafiken
LibreCAD für CAD-Zeichnungen
Kleiner Tipp noch: Soweit bei Open Source Software, Freeware und dergleichen keine Downloadmöglichkeit auf der Homepage des Programmes besteht, sollte man nicht zu irgendwelchen obskuren Download-Seiten gehen. Das braucht es auch nicht, denn große Computerzeitschriften bzw. -verlage haben auch Downloadbereiche, wo man diese Sachen bekommt. Zum Beispiel:
Diese Firmen verdienen ihr Geld mit ihren Zeitschriften und ihren Online-Publikationen. Bei bei reinen Downloadseiten sollte man sich fragen, mit was die wohl Geld machen. Doch nicht etwa damit, dass sie uns AdWare oder schlimmeres unterjubeln?
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