Informationstechnische Grundlagen (ITG)/ Bildbearbeitung

Die digitale Verarbeitung von Information erlaubt Bilder wie Grafiken und Photos in großer Anzahl und praktisch ohne (Material-) Kosten zu erstellen. Gleichzeitig erlaubt die Digitalisierung, Bilder relativ einfach zu verändern und zu manipulieren. Man spricht von digitaler Bildbearbeitung.

In diesem Abschnitt wollen wir ein wenig in das weite Feld der Techniken dieser digitalen Bildbearbeitung hineinschnuppern und Grafiksoftware zur Bearbeitung von einerseits Raster-/Pixelgrafik, andererseits Vektorgrafik, kennenlernen.

Bildformate: Raster- und Vektorgrafik

Bilder können in verschiedenen Formaten (siehe auch Dateiformate) auf dem Rechner gespeichert und verarbeitet werden. Dabei unterscheidet man zwei grundlegende Typen: Pixel- oder auch Rastergrafik und Vektorgrafik.

Pixel-/Rastergrafik

Die Pixelgrafik oder auch Rastergrafik zeichnet sich dadurch aus, dass das ganze Bild aus einzelnen Bildpunkten (Pixeln), denen jeweils eine einzige Farbe zugeordnet ist, zusammengesetzt wird. Sind die Pixel im Verhältnis zum betrachteten Bild(ausschnitt) sehr klein, so verschwindet wie bei einem Mosaik die Rasterstruktur.

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  Pixelkunst mit zwei Farbwerten auf einem Mobiltelefon-Bildschirm
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  RGB-Rastergrafik
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  Mosaik Petersdom

Betrachtet man Rastergrafiken bzw. das Mosaik aus hinreichend großer Enfernung, so kann das Auge die einzelnen Pixel (Steinchen) nicht mehr auflösen und das Bild erscheint mit kontinuierlichen Farbverläufen.

Bei Bildern einer Digitalkamera handelt es sich immer um Rastergrafiken. Zur Bearbeitung eignet sich das Programm GIMP. Übliche Dateiformate sind .jpg (verlustbehaftet) und .png.

Vektorgrafik

Eine Vektorgrafik lässt sich im Gegensatz zur Rastergrafik ohne Qualitätsverlust beliebig skalieren. Während Rastergrafik ab einer bestimmten Vergrößerung „pixelig“ wird, bleibt die Darstellung der Vektorgrafik von einer Vergrößerung unberührt.

Rastergrafiken bestehen aus einzelnen Pixeln. Vektorgrafiken hingegen bestehen aus einer exakten Beschreibung des darzustellenden Objekts.

Die Vektorgrafik unterscheidet sich von der Pixelgrafik darin, dass nicht die Farbe einzelner Bildpunkte (Pixel) eines Rasters definiert wird, sondern das ganze Bild aus exakt beschriebenen geometrischen Objekten (z.B. Kreise, Linien, …) zusammengesetzt wird. Da sich geometrische Objekte problemlos vergrößern und verkleinern lassen, lassen sich auch Vektorgrafiken stufenlos und verlustfrei skalieren.

Um Vektorgrafiken zu bearbeiten eignet sich Inkscape.

Aufgaben

Raster- und Vektorgrafik Erzeuge mit GIMP und Inkscape jeweils eine einfache Grafik und vergleiche die Bilder beim Hineinzoomen. Öffne ein digitales Photo in GIMP und vergrößere die Ansicht (z.B. mit Strg+Mausrad) so weit, bis die einzelnen Pixel sichtbar werden.

Rastergrafikbearbeitung mit GIMP

GIMP Werkzeuge zur Bildbearbeitung. Neben Werkzeugen zum skalieren, schneiden, spiegeln und drehen findet sich auch ein Werkzeug zum Freistellen von Bildkomponenten (oben rechts).

Im Folgenden sollen einige Grundtechniken der Bildbearbeitung vorgestellt werden. Es handelt sich dabei nur um die einfachsten Techniken. Weiterführende Anleitungen und Dokumentation findet sich u.a. auf den Seiten des GIMP-Projekts und im WWW. Auch im Buchhandel gibt es einige Bücher über die Bildbearbeitung mit GIMP.

Grundtechniken

Bild zurechtschneiden, spiegeln und um vielfache von 90 Grad drehen

Oft möchte man ein Bild zurechtschneiden. Dies ist in GIMP mit dem Schneide-Werkzeug möglich. Man kann ein Bild ebenso einfach spiegeln. Die Drehung eines Bildes um vielfache von 90 Grad sollte man über spezielle Funktionen ausführen. Dabei behält jedes Pixel exakt seine Farbe, nur die Information, wo „oben“ und „unten“ ist, wird verändert.

Bild um beliebige Winkel drehen

Oben: Rastergrafik (Original). Unten: Original wurde auf die Hälfte der Größe skaliert und anschließend wieder verdoppelt.

Oben: Rastergrafik (Original). Unten: Original wurde 3 mal um jeweils 120 Grad gedreht.

Für Drehungen um beliebige (kontinuierliche) Winkel wird ein neues Pixel-Bild aus den Pixeln des alten Bildes errechnet. Dabei geht Information verloren und ein Zurückdrehen führt nicht wieder exakt auf das ursprüngliche Bild zurück. Man sagt die Operation ist irreversibel. Aus dem selben Grund sollte man Drehungen nicht aus mehreren Schritten zusammensetzen, sondern immer vom Originalbild in einem Schritt durchführen.

Bild skalieren (Auflösung ändern)

Die Anzahl der Pixel, aus denen ein Bild aufgebaut ist, kann verändert werden. Meist möchte man die Auflösung verringern (d.h. weniger Pixel und damit eine kleinere Bilddatei). Aus den Pixeln des Originalbilds werden dabei die Pixel eines neuen Bildes mit entsprechend kleinerer Auflösung berechnet. Wie beim Drehen um beliebige Winkel sollte man die Skalierung immer vom Originalbild in einem Schritt durchführen, da sich sonst Qualitätsverluste durch zusammenfassen mehrerer Pixel vervielfachen. Es handelt sich ebenfalls um eine irreversible Operation.

Ebenen

Für fortgeschrittenere Bearbeitungen ist das Konzept der Ebene essentiell. Man kann sich Ebenen wie Folien vorstellen, die übereinandergelegt werden. Dabei kann jede Ebene Bildkomponenten sowie durchsichtige (transparente) Bereiche enthalten. Alle sichtbaren Ebenen ergeben gemeinsam das finale Bild, wie hier in der GIMP-Dokumentation dargestellt. Ebenen können sichtbar und unsichtbar geschaltet werden (im Ebenenfenster durch ein Auge dargestellt). Versehentliche Veränderung einer Ebene kann unterbunden werden („Sperre“).

Es empfiehlt sich (mit „Ebene duplizieren“) am Anfang jeder Bildbearbeitung stets eine Kopie der Ebene des Originalbildes zu erstellen und diese unverändert beizubehalten (evtl. „Sperre“ verwenden). Damit kann man dann alle Veränderungen am Bild einfach mit dem Original vergleichen.

Eine besondere Technik der Freistellung von Bildkomponeneten verwendet sog. „Ebenenmasken“. Eine genauere Anleitung findet man wieder in der GIMP-Dokumentation unter „Ebenenmasken“.

Aufgaben

In diesem Bild soll plötzlich …

… der Snowboarder sein.

Grundtechniken Probiere verschiedene GIMP-Werkzeugen an einem Bild aus Wikipedia aus. Zeichne ein Bild der Größe 40x30 Pixel. Führe nun folgende Operationen aus und beurteile, ob es sich um umkehrbare, also reversible Operationen handelt: Spiegele das Bild hin- und zurück. Drehe das Bild um 90 Grad, hin- und zurück. Skaliere das Bild auf die Hälfte und anschließend wieder auf Originalgröße. Rotiere das Bild Stückweise um insgesamt 360 Grad. Fortgeschrittene Techniken Öffne in GIMP ein Photo und dupliziere die Bildebene. Öffne in GIMP jeweils auf einer eigenen Ebene mehrere Photos. Schneide nun Bereiche aus den Bildebenen heraus und erstelle so eine Collage. Folge der Anleitung in der GIMP-Dokumentation um mit dem Vordergrundauswahl-/Freistellungswerkzeug Bildelemente zu extrahieren. Geeignete Bilder finden sich am Rand. Verwende die Technik der Ebenenmaske um Komponenten eines Bildes freizustellen. Suche dazu im WWW nach geeigneten Anleitungen. Retusche: Verwende die Klonen-Technik, um die kleine Person im Bild rechts oben zu entfernen. Retusche auf extra Ebene: Entferne wieder die kleine Person im Bild rechts oben, aber durch Verwendung einer transparenten Ebene über der Bildebene. Die ursprüngliche Bildebene soll unangetastet bleiben.

Vektorgrafikbearbeitung mit Inkscape

Vergleicht man die Bearbeitung von Vektorgrafik und Rastergrafik, so findet man gemeinsame Techniken wie z.B. die Überlagerung von Ebenen, aber auch ganz neue Bearbeitungsmöglichkeiten. Die wichtigsten (neuen) Techniken sollen hier kurz erläutert werden. Wie auch schon bei der Rastergrafikbearbeitung kann aber nur auf einige Grundtechniken eingegangen werden. Weiterführende Anleitungen und Dokumentation findet sich u.a. unter Hilfe > Einführungen in Inkscape selbst, auf den Seiten des Inkscape-Projekts und im WWW. Beispiel und Vorlagen, die auch weiterverarbeitet werden dürfen, finden sich u.a. unter Openclipart. Diese Grafiken können auch direkt in Inkscape unter Datei > Import aus der Open Clip Art Library importiert werden.

Objekte gruppieren

Wie oben erläutert, besteht eine Vektorgrafik aus geometrischen Objekten wie Kreisen, Linien, Rechtecken, usw., aus denen die Grafik aufgebaut ist. Das mühsame Freistellen von Bildelementen – wie das „herausschneiden“ des Snowboardfahrers oben – ist nicht erforderlich. Stattdessen können einzelnen Objekte als Gruppe zusammengefasst ein neues Objekt bilden („Gruppierung“) und gruppierte Objekte können wieder in Einzelobjekte zerteilt werden („Gruppierung auflösen“). Alle Operationen (Kopieren, Verschieben, Skalieren, …) werden immer auf die ganze Gruppe angewandt.

Objekte anordnen

Programme zur Bearbeitung von Vektorgrafiken stellen Funktionen zum Anordnen und Ausrichten von Objekten bereit. So können mehrere Objekte z.B. zentriert, verteilt oder auf eine gemeinsame Grundline gesetz werden.

Vordergrund und Hintergrund

Die Objekte einer Vektorgrafik können sich (wie Bildebenen) überlagern, gegenseitig abdecken und mehr oder weniger transparent (durchsichtig) sein. So wie Ebenen nach „oben“ oder „unten“ verschoben werden können, können in der Vektorgrafik Objekte „über“ oder „unter“ anderen Objekten angeordnet sein. Man kann Objekte „anheben“, also mehr in den Vordergrund rücken, oder auch „absenken“, d.h. hinter andere Objekte stellen.

Aufgaben

Erstelle in Inkscape mit verschiedenen Werkzeugen eine Grafik. Führe nun folgende Operationen an einzelnen Objekten aus: Spiegeln, Drehen, Skalieren Bringe ein Objekt in den Vordergrund (Hintergrund) und überprüfe wie sich Objekte verdecken. Bilde eine Gruppierung von Objekten und untersuche ihr Verhalten bei verschiedenen Operationen. Löse die Gruppierung wieder auf. Richte Objekte auf der Seite und zueinander aus. Verteile unterschiedliche Objekte (gleicher Abstand, gleicher Abstand der Mittelpunkte, …).

Rechtliche Aspekte

• Recht am eigenen Bild
• Urheberrecht: Lizenzen von Bildern und Grafiken (Openclipart usw.)