Drawing Exchange File 2D

Einführung
Vektorgrafiken werden als mathematisch und programmatisch definierte
Zeichenanweisungen generiert und gespeichert. Im Gegensatz zu Pixelgrafiken
werden nicht das einzelne Pixel und seine Farbwerte betrachtet, sondern aus
geometrischen Grundfiguren und Zeichenanweisungen hergestellte Bilder. Ein
prinzipieller Vorteil ist der relativ geringe Speicherplatzbedarf, Nachteile sind die zum
Zeichnen benötigte Rechenzeit sowie die Tatsache, dass Vektorgrafiken
üblicherweise erst völlig neu elektronisch erstellt werden müssen und nicht
problemlos über einen Scanner von einer vorhandenen Papiervorlage eingelesen
werden können. Sie eignen sich nicht zur Speicherung fotorealistischer Grafiken und
natürlicher Zeichnungen.
Was sich nicht ändert, ist die Form der Ausgabe auf dem Bildschirm oder Papier.
Durch die Speicherung von Zeichenanweisungen statt eines Zeichnungsergebnisses
kann eine Vektorgrafik stufenlos vergrößert oder verkleinert werden, ohne dass
Qualitätseinbußen auftreten. Auch Vektorgrafiken sind auf dem Bildschirm als
Rasterbild zu sehen. Beim Setzen muss eine Vektorgrafik also in ein Rasterbild
umgewandelt werden. Dieser Vorgang wird im Allgemeinen als rendering bezeichnet.
Eine Vektorgrafik bedarf eines geeigneten Programms, um die in ihrer Datei
enthaltenen Anweisungen zu interpretieren (zu rendern) und in ein sichtbares
Rasterbild zu überführen. Mit einem Erzeuger-Programm werden Daten und
Anweisungen in eine Datei gespeichert, die von einem Interpreter-Programm (Player,
Rasterizer) wiedergegeben werden. Ähnlich einer Multimedia-Anwendung wird die
Grafikdatei Schritt für Schritt abgespielt. Damit das Abspielen funktioniert, muss der
Interpreter die Zeichenanweisungen in der Vektorgrafik-Datei verstehen. Vektorgrafik
kann also nur funktionieren, wenn Daten und Interpreter aufeinander abgestimmt
sind.
Solange sämtliche Vorgänge vom Entwurf bis zum Ausdruck mit einem einzigen
Zeichenprogramm erledigt werden, entstehen keine Nachteile für den Benutzer.
Anders sieht es aus, wenn Vektorgrafiken außerhalb des Bearbeitungsprogramms
wiedergegeben werden sollen. Deshalb konnte sich bisher kein Format wirklich
durchsetzen.
Beispiel für eine Vektorgrafik: Links die Ausgabe der rechts skizzierten
Zeichenanweisung
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Auch geschwungene Linien lassen sich mit der Definition von nur drei (kubische
Splines) oder vier (quadratische Splines, auch "Bézier-Kurven", nach einem frz.
Mathematiker, der das Verfahren in den 50er Jahren für die Fa. Renault entwickelte)
Stützpunken beschreiben.
Iteratives rendering-Verfahren für eine Bézier-Kurve mit vier Stützpunkten. Die gerenderte
Kurve ist schwarz eingezeichnet, die gedachten Verbindungen zu den Stützpunken gelb, die
sich mit jedem Rechenschritt weiter an die theoretische Kurve annähernden Hilfslinien weiß.
Einsatzgebiete für Vektorgrafik
Um Vektorgrafiken in Multimedia-Anwendungen zu nutzen, müssen sie vor dem
Import in Multimedia-Anwendungen in Rasterbilder umgewandelt werden. Das kann
mit dem Vektorgrafikprogramm selbst geschehen. Da es sich um eine Vektorgrafik
handelt, können die Abmessungen der zu erzeugenden Bitmap-Bilder üblicherweise
frei gewählt werden. Das Vektorgrafikprogramm wird so zum Lieferanten von
Rasterbildern. Das Konstruieren von Schemata, technischen Skizzen oder
Bedienelementen fällt damit leichter als mit Malprogrammen für Rasterbilder. In
Kombination mit einer Transparenzfunktion, die die Hintergrundfarbe einer
Vektorgrafik bei der Wiedergabe im Multimedia-Abspieler auslässt (transparent
schaltet), können über bestehende Bilder erklärende Skizzen, Pfeile etc. gelegt
werden, die mit einem Vektorgrafikprogramm angefertigt wurden. Eine Vektorgrafik
kommt immer dann ins Spiel, wenn es um erklärende Darstellung, Infogramme und
Layout (Textrahmen, Abgrenzung von Bildschirmbereichen) geht. Für aufwendige
Multimedia-Produktionen werden Vektorgrafiken auch benutzt, um wiederkehrende
Gestaltungselemente zu konstruieren. Von einer solchen Vektorgrafik lassen sich
dann leicht Rasterbilder in verschiedenen Größen und Farben generieren oder
gespiegelte oder gedrehte Variationen erzeugen.
Für die Darstellung von Texten werden Schriften (Fonts) benötigt. Im Prinzip ist eine
Schrift eine geordnete Sammlung von Buchstaben-Bildern, Glyphen genannt, die
einem Buchstabencode zugeordnet sind. Ein Textverarbeitungsprogramm liest einen
Buchstabencode und gibt den dazugehörigen Glyph auf dem Bildschirm aus.
Glyphen können als Rasterbild oder Vektorgrafik gespeichet sein, üblich sind
Vektorgrafiken, weil damit die Schrift skalierbar wird.
Vektorgrafik 'outline' eines Glyphs
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Die bekanntesten Schriftformate Postscript und TrueType benutzen für Schriften
optimierte Vektorgrafikformate, um aus einer einzigen Datei Glyphen, sowohl für die
Bildschirmausgabe, als auch für hochauflösende Drucker in jeweils optimaler Qualität
rendern zu können. Um die Glyphen sauber aneinanderzureihen, werden Angaben
zur Bemaßung, die "Font-Metrics", benutzt.
Bemaßung eines Glyphs
CGM - Computer Graphics Metafile
CGM ist ein Format, mit dem man Computergrafiken auf drei Arten kodieren kann:
Eine ASCII-Kodierung für minimale Größe und einfache Übertragung, eine
Binärkodierung für schnellen Zugriff und eine Klartextkodierung für Lesbarkeit und
Editierbarkeit durch den Menschen. Bitmapgrafiken können eingebettet sein. CGM
wird auch als "kleinster gemeinsamer Nenner" in der Grafikübertragung zwischen
vielen kommerziellen Applikationen genutzt. Es wird von der Luftfahrt-, Automobilund Maschinenbauindustrie für technische Publikationen und Intranet-Applikationen
verwendet.
Die erste Spezifikation entstand 1986 und begegnete der Forderung nach einem
grafischen Austausch- und Druck-/Plotformat für CAD-Anwendungen und grafische
Systeme. Sie gewährleistete Basisfunktionen in Bezug auf Funktionen und
Austauschbarkeit. Etwa 90 verschiedene Elemente waren dem Format bekannt.
1992 wurde das Format durch ca. 30 neue Elemente, z.B. Splines und
Polybezierkurven erweitert, aber das wichtigste neue Merkmal waren grafische
Segmente. Damit konnten Teile der Grafik einmal gespeichert, benannt und
mehrfach verwendet werden. Diese Version trieb die Nutzung innerhalb technischer
Zeichnungen voran. Die aktuelle Version wurde 1999 veröffentlicht, was etwa 40
neue Elemente und "Application Structuring" mit sich brachte. Damit war es erstmals
möglich, nichtgrafische Informationen zusammen mit grafischen Inhalten in diesem
Format abzulegen. Dies erlaubte die Nutzung für eine breite Palette von
Anwendungsmöglichkeiten einschließlich interaktiver Grafiken, "Hot Spots" und
Hyperlinks.
Momentan sind verschiedene Applikationsprofile des Formates in Verwendung. Ein
Applikationsprofil definiert die Optionen, Elemente und Parameter, die notwendig
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sind, um eine besondere Funktion zu gewährleisten und die Austauschbarkeit
zwischen den dieses Profil implementierenden Systemen zu maximieren. Diese
Profile nutzen ein gemeinsames Subset des Formates, um eine Mindestkompatibilität
zu gewährleisten.
Model-Profil:
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allgemeines Profil, welches alle drei Kodierungen unterstützt
geeignet für grundlegende wissenschaftliche und technische Grafiken
(computergestütztes Design, Geowissenschaften, Karthographie) und
Präsentations-, Visualisierungs- und Publishing-Applikationen
ATA-Profil:
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

Airline Transport Association
entwickelt für die technische Dokumentation der Herstellung und
Funktionsweise ziviler Flugzeuge
unterstützt Binär- und Klartextkodierung
geeignet zum Austausch technischer Handbücher, Publishing-Applikationen
und Visualisierungen
WebCGM-Profil:
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

W3C-Empfehlung (21.01.1999)
von W3C-Mitgliedern und CGM-Experten entwickelt
Benutzung in Internetapplikationen
CALS-Profil:
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
vom US-Verteidigungsministerium für technische Illustrationen und
Veröffentlichungen entwickelt
unterstützt Binärkodierung
CGM*PI-Profil:
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CGM Petroleum Industry
entwickelt zum grafischen Austausch zwischen petrotechnischen
Anwendungen in der Petrolforschung und dem Produktionsgewerbe
WMF - Windows Metafile
WMF ist das Microsoft-eigene Vektorgrafikformat und wird genutzt, um Vektor- und
Bitmapgrafiken zu speichern. Dabei werden die Vektorinformationen mit GDIBefehlen (Graphics Device Interface) beschrieben. Unter Windows werden diese
Befehle mit der API-Funktion PlayMetaFile() interpretiert und an ein Ausgabegerät
übergeben. Bitmapdaten sind als Device Dependent Bitmap (DDB) oder Device
Independent Bitmap (DIB) gespeichert.
Obwohl das WMF-Format stark mit Microsoft Windows verknüpft ist, wird es auch
innerhalb anderer Plattformen und Applikationen als grafisches Austauschformat
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verwendet. So unterstützt z.B. Encapsulated PostScript (EPS) eingebettete WMFs,
wenn es um die Speicherung vektorbasierender Daten geht.
EMF (Enhanced Metafile) ist das 32Bit-Pendant zum 16Bit-WMF und unterstützt
mehr Befehle sowie eine Farbpalette.
Merkmale sind u.a.:
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kann in Windows Clipboard-Dateien (CLP) eingebettet sein
unterstützt Poly-Polygone (Polygone mit Aussparungen und Inseln), rotierten
Text, bitmapgefüllte Texturen, transparente Bereiche
liegt als Little-Endian-Format vor
Datei kann max. 4 GB groß sein
bietet WWW-Unterstützung
HPGL - Hewlett Packard Graphics Language
Hewlett-Packard hat mit HPGL und PCL (Printer Control Language) zwei DefactoStandards für Ausgabegeräte geschaffen. Obwohl HPGL ursprünglich für HP's
Plotter gedacht war, haben Varianten ihren Weg in Tintenstrahl- und Laserdrucker
gefunden. PCL hingegen wird von HP ausschließlich für deren Rastergeräte genutzt
und wird langsam aber sicher von PostScript und Windows-basiertem GDI (Graphics
Device Interface) verdrängt.
HPGL ist ein Befehlssatz, der im ROM von Plottern untergebracht ist, um eine
Reduzierung des Arbeitsaufwandes der Anwendungsprogrammierer zu ermöglichen.
Es nutzt Mnemonics bestehend aus zwei Buchstaben als Befehle, um Linien, Kreise,
Text und einfache Symbole zu zeichnen. Im Zuge der Verbesserung der Plotter und
Drucker hat HP auch HPGL immer weiter verbessert. Nichtsdestotrotz gibt es einen
Nachteil: HPGL ist umfangreicher und damit unhandlicher als andere
Plottersprachen, d.h. die Übertragung einer HPGL-Datei nimmt mehr Zeit in
Anspruch, als beispielsweise die einer DM/PL-Datei (Digital Microprocessor Plotting
Language, Houston Instruments). Um diesen Nachteil wieder wett zu machen,
entwickelte HP 1988 HPGL/2, welches "Polyline-Kodierung", also eine Art
Datenkompression bot, die die Datenmenge und damit die Übertragungszeit um zwei
Drittel reduzierte.
Da HPGL den Defacto-Standard für Plotting darstellte, integrierte die Konkurrenz
diesen Befehlssatz - oft unter anderem Namen - in ihre Plotter, so geschehen mit
IBMGL (International Business Machines Graphics Language, IBM). Zusätzlich
wurde HPGL zu einer Art Austauschformat für CAD-Anwendungen. Es unterstützt
ASCII-Kodierung.
DXF 2D - Drawing Exchange File 2D
DXF 2D ist das wahrscheinlich weitverbreitetste Austauschformat für CADAnwendungen und wurde von Autodesk entwickelt. Es ermöglicht den Austausch von
Grafiken zwischen AutoCAD und anderen Programmen. Dabei unterstützt es ASCIIund Binärkodierung, wobei erstere häufiger vorkommt.
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Da viele der Daten innerhalb einer AutoCAD-Grafik in anderen Programmen keine
äquivalenten Objekte besitzen, wird häufig das DrawingExchange-Binärformat (DXB)
benutzt, welches eine einfachere geometrische Beschreibung der Grafik enthält.
SVG - Scalable Vector Graphics
SVG ist ein aus XML abgeleitetes Vektorgrafikformat von Adobe für das WWW, das
vom W3C im August 2000 als vorläufiger Standard verabschiedet wurde. SVGGrafiken werden im Internet allerdings noch kaum eingesetzt.
Die Dateien sind ähnlich wie HTML textbasiert aufgebaut und können daher von
Hand im Texteditor bearbeitet werden. Bitmapgrafiken oder andere enthaltene
Objekte werden nicht in der Grafikdatei selbst gespeichert, sondern lediglich
referenziert. Im Gegensatz zu klassischen statischen Vektorgrafikformaten kann
SVG aber auch begrenzt Animationen und interaktive Elemente beinhalten.
VML - Vector Markup Language
VML ist ein textbasiertes Vektorgrafikformat der Firma Microsoft. Es ist wie SVG auf
Basis der Metasprache XML entstanden und wurde im Mai 1998 beim W3C als
Standardvorschlag eingereicht. Dort hat es jedoch noch nicht den Status einer
Empfehlung erreicht.
VML hat im Vergleich zu SVG weniger Funktionalitäten, was jedoch die Komplexität
der Darstellung des Datenformats reduziert.
CMX
CMX ist das Präsentationsformat von Corel's CorelSuite. Es unterstützt
Komprimierung, Bitmapgrafiken und PostScript als Texturfüllung und Vorschaubilder.
Ein direkter Zugriff auf Komponenten wie Seiten und Layers ist möglich. Als
Farbmodelle sind Schwarz/Weiß, Graustufen, RGB, CMY, CMYK, CMYK255, HSB,
HLS, Pantone, YIQ255, LAB etc. möglich. Die Dateien liegen im Binärformat vor
(Little oder Big Endian).
CMX entspricht dem Resource Interchange File Format (RIFF/RIFX).
AI - Adobe Illustrator
AI ist ein systemübergreifendes, auf Encapsulated Postscript (EPS) basierendes
Vektorformat von Adobe. Es ist gegenüber dem EPS-Format um einige Fähigkeiten
erweitert, die in sogenannten ProcSets abgelegt sind. Diese ProcSets können
entweder direkt in der AI-Datei enthalten sein oder beim Laden in ein Programm von
diesem Programm angefordert werden. Befinden sich die ProcSets nicht mit in der
Datei, kann sie allerdings nur von Programmen angezeigt werden, die selbst die
nötigen ProcSets enthalten. Sind die ProcSets in der AI-Datei enthalten, kann sie
normal als EPS-Datei interpretiert werden. AI hat einen verhältnismäßig hohen
Speicherplatzverbrauch, ist aber gut komprimierbar.
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FIG
Das systemübergreifende Vektorformat FIG wurde um 1985 von Supoj Sutanthavibul
an der Universität von Texas in Austin entwickelt und steht momentan unter der
Obhut von Brian V. Smith (Lawrence Berkeley National Laboratory Kalifornien).
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