Vektorgrafik

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 Primitive sich zweidimensional in der Ebene beschreiben lassen. Eine Bildbeschreibung, die sich auf dreidimensionale Primitive stützt, wird eher 3D-Modell oder Szene genannt und die Erzeugung zweidimensionaler Linien- und Flächengrafiken sowie fotorealistischer Bilder aus solchen 3D-Modellen wird Bildsynthese oder Rendern genannt.

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

Eigenschaften

Vektorgrafik	Rastergrafik

Vektorgrafiken lassen sich ohne Qualitätsverlust beliebig skalieren.

Vektorgrafiken basieren, anders als Rastergrafiken, nicht auf einem Raster, in dem jedem Bildpunkt (Bildelement, englisch picture element, Pixel) 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 die Lage des Mittelpunktes, den Radius, die Linienstärke und die 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 sogenannte 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.

Im Gegensatz zu PNG, GIF, JPEG und BMP bestehen Vektorgrafiken nicht aus einem Pixelraster. Stattdessen bestehen Vektorgrafiken aus Pfaden, die durch einen Startpunkt und Endpunkt definiert sind, sowie aus anderen Punkten, Kurven und Winkeln. Ein Pfad kann eine Linie, ein Quadrat, ein Dreieck oder eine Kurve sein. Mit diesen Pfaden können einfache Zeichnungen oder komplexe Diagramme erstellt werden. Pfade werden auch verwendet, um die Schriftzeichen bestimmter Schriftarten zu definieren.

Weil vektorbasierte Bilder nicht aus einer bestimmten Anzahl von Punkten bestehen, können sie auf eine größere Größe skaliert werden und verlieren keine Bildqualität. Das macht Vektorgrafiken ideal für Logos, die klein genug sein können, um auf einer Visitenkarte zu erscheinen, aber auch skaliert werden können, um eine Werbetafel zu füllen. Grafiksoftware zum Zeichnen von Vektorgrafiken sind zum Beispiel Adobe Illustrator, FreeHand und CorelDraw Graphics Suite. Viele Flash-Animationen verwenden auch Vektorgrafiken, da sie besser skaliert werden und normalerweise weniger Platz beanspruchen als Rastergrafiken.

Wiedergabeaufwand

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 der Vektorgrafik in eine Rastergrafik. Ein Nachteil von Vektorgrafiken gegenüber Rastergrafiken ist ein unbekannter, inhaltsabhängiger Wiedergabeaufwand (Rechenzeit und Arbeitsspeicher). Rastergrafiken haben im Allgemeinen 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 Bildauflösungen vor.

Anwendungen

Bearbeitung einer Vektorgrafik mit Inkscape

Zauberwürfel mit Spiegelung und 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 oder Laserbeschriftern ohne vorherige Rasterung direkt auf verschiedene Materialien ausgegeben werden.

Grafikanwendungen

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

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 können Dokumente, im Gegensatz zu Rastergrafiken, mit der jeweils höchstmöglichen Auflösung auf Bildschirmen verlustfrei dargestellt oder gedruckt werden.

Office-Pakete

In Office-Paketen finden sich mehr oder weniger umfangreiche Zeichenfunktionen. Die so erstellten Grafiken sind Vektorgrafiken. Auch Diagramme sind Vektorgrafiken. Komplexere Füllungen werden für die Ausgabe gerastert. Für nicht fotorealistische Cliparts ist Windows Metafile unter Windows ein gebräuchliches Vektorgrafik-Dateiformat.

Computerschriften

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

Computerspiele

Vektorgrafik des Spiels Space Rocks

Frühe Arcade-Spiele liefen mit Vektorgrafik. Das erste war Spacewar! aus dem Jahr 1962. Bekannt waren auch Lunar Lander (Atari, 1979), Battlezone (Atari, 1980) und Star Wars (Farb-Vektorgrafik, Atari, 1983). 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 Texten, ist diese Methode jedoch weniger geeignet.

Auch auf Heimcomputern wie dem Amiga und Commodore 64 gab es vereinzelt Spiele, die auf Vektorgrafik basierten, beispielsweise Stunt Car Racer oder die Elitereihe. Hierbei wurden jedoch, anders als bei den Vektorgrafik-Systemen, 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

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 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

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

Computer Aided Design

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.

Siehe auch

• Liste von Dateiformaten für 2D-Vektorgrafiken

Literatur

• Hans-Joachim Bungartz u. a.: Einführung in die Computergraphik: Grundlagen, geometrische Modellierung, Algorithmen. Vieweg, Braunschweig 2002, ISBN 3-528-16769-6, S. 6–8.
• Stefan Skiba: Vektorgrafik – Eine Technik der Gegenwartskunst. In: Atelier. Die Zeitschrift für Künstlerinnen und Künstler. Nr. 186, April/Mai 2013, S. 26–29.
• Stefan Skiba: Expressive Schwarz-Weiß-Vektorgrafik in der zeitgenössischen Kunst. Kunst- und gestaltungstheoretischer Forschungsbericht. Skiba, Bremen 2016, ISBN 978-3-00-052994-8.

Weblinks

 Commons: Vektorgrafik – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien