Computergrafik

Bild und Computergrafik
Seit den achtziger Jahren breiten sich im rasanten Tempo die Computer aus. Sie übertreffen sich in ihren technischen Parametern und Ausstattungsmerkmalen, und in dieser Entwicklung ist kein Ende auszumachen. Gerade der Einfluss von Computern trug den Bildern eine nie da gewesene Bedeutung zu, was sehr nachhaltig die Gesellschaft insgesamt und das Leben jedes Einzelnen verändert. Der durchgreifende Wandel betrifft dabei keinesfalls nur die Bilder im engeren Sinne des Wortes. Auch die Medien, die uns die Bilder zutragen, unterliegen einem starken Wandel. Zu den klassischen Bildträgern wie Papier, Folie, Film oder Typografie haben sich längst die elektronischen Medien mit einer geradezu unüberschaubaren Vielfalt an Repräsentationsformen gesellt. Das Bild erhielt mit der Grafik eine spezifische Bedeutung, andere Repräsentationsformen waren beispielsweise Fotografien, Filme oder geografische Karten. Die Computergrafik führt die damit einhergehenden Methoden und Repräsentationstechniken in gewisser Weise auf höherem Niveau wieder zusammen. Sie eröffnet zugleich wieder und wieder ungeahnte Gestaltungsdimensionen (Bild 1).

Grafikbegriff
Der Begriff Grafik entstammt aus der bildenden Kunst. Traditionell bezeichnet er ein Produkt zur anschaulichen Repräsentation reeller und imaginärer Objekte. Der Künstler erstellt "seine" Originale als Holzschnitte, Kupferstiche, Gemälde, Drucke, Ätzungen oder Lithographien, um hier nur einige der vielen in Frage kommenden Verfahren zu nennen. Auch die Freihandzeichnungen mit Bleistift oder Holzkohle sind diesen "Original-Grafiken" zuzuordnen. Der Künstler bringt seine Sicht auf die Welt zweidimensional beispielsweise als Linien, Muster und Farben auf das Papier oder die Leinwand.
Seit es Computer gibt, hat das Interesse für Grafiken sprunghaft zugenommen. Der Begriff Grafik wurde durch die Digitaltechnik wesentlich erweitert. Grafiken sind im heutigen Verständnis auch alle rechnerbasierten Daten, die für ein Ausgabegerät wie zum Beispiel Bildschirm, Plotter, Drucker, Diabelichter, Videorecorder oder Projektor bestimmt sind.

Statische und dynamische Grafiken
Je nachdem, von welchem Blickwinkel aus man die Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Grafiken in den Mittelpunkt rückt, sind zur Ordnung sehr verschiedene Gruppierungen denkbar. Nützlich erscheint die Einteilung in statische Grafiken und dynamische Grafiken, wenngleich diese Aufteilung auch sehr allgemein ist (Bild 2). Statische Grafiken erzeugen genau ein Bild auf Papier, Dia, Leinwand oder vielleicht Bildschirm. Dynamisch sind Grafiken, wenn sie auf der Ausgabe mehrere Bilder erzeugen.

Gegenstandsbereiche der Computergrafik
Die digitale Computergrafik hat sich mittlerweile zu einer eigenen Kunstgattung herausgebildet. Immer leistungsfähigere Rechentechnik und komfortabler ausgestattete Programme geben den Künstlern neue Gestaltungsmöglichkeiten in die Hand. Mehr noch, auch den Laien erschließen sich mit zunehmender Rechenleistung und Speicherkapazität sowie leichter bedienbaren Werkzeugen Machbarkeiten, wie sie ohne diese Technik nicht einmal vorstellbar wären.
Der Begriff Grafik ist mit der Unterstützung durch Computer und leistungsfähige Peripherie zum Ein- und Ausgeben heute also viel mehr, als es die künstlerischen Ursprünge erahnen lassen (Bild 1). Computergrafik hat unter anderem die Gebrauchsgrafik hervorgebracht, die sich um die geschmackvolle Bemusterung von Kleidungsstücken, Wohnungseinrichtungen und dergleichen mehr bemüht. Dieser Zweig umfasst auch die Herstellung von Werbegrafiken, Plakaten und Firmenlogos, von Einladungen, Speise- und Tischkarten, Visitenkarten und vieles andere mehr.
Die Grafik ist längst nicht mehr allein der Gattung Kunst zuzuordnen, obgleich sie vom Anspruch her diesem Ambiente logischerweise verpflichtet bleibt. Sie beschreibt darüber hinaus ein breites Betätigungsfeld. So befasst sie sich unter anderem auch mit

• der Modellierung geometrischer Figuren,
• mit bildlichen Aufnahme- und Wiedergabetechniken,
• mit Oberflächenbeschaffenheiten und Materialien.

Auch die unmittelbare Auseinandersetzung mit der Grafik selbst als Suche nach effektiveren Algorithmen und Methoden der Bildbearbeitung und -darstellung ist ein Teil der Grafik. Mit Spezialeffekten erschließt sie beständig weitere Anwendungsfelder und Gestaltungsformen. Grafik mit dem Computer ist auch die Suche nach besseren und neuartigen Interaktionen.
Die hier aufgezählten Gegenstandsbereiche der Computergrafik lassen sich beliebig erweitern. Aber schon diese Beispiele zeigen, dass die Anwendungen in alle nur vorstellbaren Lebens- und Arbeitsbereiche hineinspielen. Nicht mehr wegzudenken ist die Computergrafik in der Unterhaltungsbranche. Längst nicht nur die Zeichentrickfilme nutzen digitale Bilder und Bildfolgen, sie haben längst auch als Objekte virtueller Welten Einzug in den "normalen" Spielfilm gefunden. Die Nähe der Computergrafik zum Computerspiel bedarf keiner weiteren Kommentierung. In der Wissenschaft helfen Grafiken, Vorgänge und Abläufe zu simulieren und zu visualisieren. Ansonsten eher trocken und ausdruckslos anmutende Zahlenkolonnen von Messreihen lassen sich veranschaulichen. Technische Produkte entstehen zuerst auf dem Bildschirm (CAD - Computer Aided Design), bevor sie ihre stoffliche Form annehmen. Computergrafiken haben längst Einzug in Schule und Ausbildung gehalten. Mit der Unterstützung von Bildern lassen sich Inhalte besser verdeutlichen und einprägen, Fahr- und Flugsimulatoren erlauben das Üben von Verhalten und Reaktionen in ernsten Situationen. In der Astronomie lässt sich anhand von Grafikanalysen das Entstehen und Vergehen ganzer Sternensysteme selbst nach vielen Millionen Lichtjahren rekonstruieren. Die Medizin bedient sich mittlerweile sehr vielfältig der Computergrafik. So bildet die Computertomographie beispielsweise den menschlichen Körper Schicht für Schicht mit hoher Präzision ab, um Verletzungen und Krankheiten im Inneren sichtbar zu machen.

Grafische Handwerksmittel
Wenn selbst dem Experten es kaum noch möglich ist, anhand des Erscheinungsbildes zwischen klassischer Grafik und moderner Computergrafik zu trennen, so gleichen sich die Verfahren zu ihrer Entstehung allerdings in fast gar keiner Weise (Bild 3). Für die Erstellung und Anwendung von Computergrafiken müssen mindestens drei technische Voraussetzungen geschaffen werden:

1. Eingabe:
   Zum Anlegen von Grafiken sind Hilfsmittel und Geräte erforderlich, mit denen die Informationen erzeugt beziehungsweise eingelesen werden können. Üblich sind hierfür in erster Linie die Eingabegeräte Tastatur und Maus, für spezielle Anwendungen außerdem Digitalisierer, Grafiktabletts, berührungsempfindliche Bildschirme, Scanner, Rollkugeln, Steuerknüppel, Lichtstifte, Camcorder, Video- und Digitalkameras, CD-ROM, Modem (Internet!) usw. Das am meisten verbreitete grafische Eingabegerät für die durchschnittliche Arbeit am Computer ist momentan die Maus. Die aktuelle Arbeitsposition der Maus zeigt der Cursor am Bildschirm an. Diese Positionsanzeige ist eine Orientierung. Mit ihrer Hilfe weiß der Nutzer, wann und wo er mittels Maustastendruck und den entsprechenden Bewegungen der Maus Spuren in unterschiedlicher Form, Breite und Farbe auf dem Bildschirm setzen muss.
   
   
2. Verarbeitung:
   Verwaltet und bearbeitet werden die Grafikinformationen vom Computer und dafür geeigneten Programmen. Das heißt, die ursprüngliche Bildvorlage wird als Dateiformat auf Speichermedien abgelegt, lässt sich aber auch fast nach Belieben duplizieren, kopieren, manipulieren, konvertieren, montieren, retuschieren, in der Größe ändern, rastern, dehnen, verzerren und anderes mehr.
   
   
3. Ausgabe:
   Der Sinn digitalisierter Eingabe und Verarbeitung erfüllt sich letztlich aber nur über die Ausgabe. Um die binär abgelegte Grafik (wieder) in ihre Bildform zu bringen, stehen auch hier eine Reihe von Hilfsmitteln und Geräten zur Verfügung. Mindestens zu erwähnen sind hier Ausgabegeräte wie Bildschirme, Plotter, Drucker, Beamer und Displays.

Freilich, der klassisch als Selbstverständlichkeit gegebene Körperkontakt mit Pinsel und Farbe, Papier und Zeichenstift, Lineal und Reißbrett geht bei der Arbeit am Computer mehr und mehr verloren. Der Profi hat bei vielen grafischen Arbeiten den Computer längst schätzen gelernt und will ihn natürlich nicht um jeden Preis noch durch handwerkliche Verfahren im wörtlichen Sinne ersetzen. Typisch für die Zeit ist das Nebeneinander des Alten und Neuen, aber auch ihre bewusste Verknüpfung miteinander geworden. So lassen sich schließlich beide Arten der Produktion von Grafiken auch gar nicht scharf in einzelne Entwicklungsabschnitte, etwa in Epochen gegenüberstellen.

Das Besondere der Zeit ist eher woanders zu sehen. Wir erschließen uns über die neuen Medien den Zugang eben auch zu den traditionellen Künsten. Diese wiederum sind oft unverzichtbar für das Verstehen und Anwenden auch noch so moderner Techniken. Starke Vereinfachungen auf der einen Seite und raffinierte Algorithmen zum Erstellen und Darstellen von Computergrafiken auf der anderen Seite geben in jedem Falle dem weniger künstlerisch Begabten ungeahnte Betätigungsfelder.
Die Computergrafik ist in erster Linie durch vergleichsweise unkomplizierte Möglichkeiten der Variation, Kombination und Genauigkeit gekennzeichnet, die mit traditionellen Mitteln einfach nicht zu machen sind. Ohne Chemie und Retusche lassen sich Probleme der verschiedensten Art im Handstreich bewältigen. Haben die Montagen, Verfremdungen, die unzähligen Effekte dann aber doch nicht den gewünschten Erfolg gebracht, so ist das auch nicht schlimm. Die Originale bleiben schließlich unbeschädigt erhalten, und Kopien unterscheiden sich durch nichts mehr von diesen.

Dimensionen in der Computergrafik
Computergrafiken gibt es optisch zwei- und dreidimensional (Bild 4). Die zweidimensionale Computergrafik beschreibt das Objekt in der x-y-Ebene. Die Tiefe erzeugende z-Koordinate wird hier nicht benötigt, ist identisch Null. Die dreidimensionale Computergrafik vermittelt durch die Darstellung in den x-y-z-Koordinaten trotz ihrer gebliebenen Zweidimensionalität räumliche Eindrücke. Aufgrund ihrer "Echtheit" bezogen auf das Original bezeichnet man solche Bilder folglich als Realbilder.
Ziel von dreidimensionalen Darstellungen ist es in der Regel, Bilder so realitätsnah wie nur möglich darzustellen, mindestens aber bestimmte Aussagekraft hineinzulegen. Um diesem Anspruch zu genügen, sind einige Voraussetzungen an:

• die Farbe (Farbtiefe, Farbsättigung, Helligkeit und Farbrichtung),
  
  
• die Transparenz (zwischen durchsichtig und undurchsichtig),
  
  
• die Oberflächeneigenschaften (zwischen dem Reflektieren und Aussenden von Licht) und
  
  
• die Oberflächenmuster (eher selten trifft man in der Natur einfarbige Objekte, meist dagegen Objekte mit Oberflächenmuster an)

zu erfüllen. Erst im Zusammenspiel dieser und anderer Objekteigenschaften entsteht der Eindruck von Räumlichkeit (Bild 5). Mit diesen objektivierbaren Bedingungen ist sie allerdings auch noch nicht selbstverständlich. Das Sehen von Räumlichkeit ist das Ergebnis eines individuellen Lernprozesses. Bereits im frühen Kindesalter erworbene (Sinnes)Wahrnehmung befähigt dazu, in Realbildern zwischen Vorder- und Hintergründen zu unterscheiden, darin befindliche Objekte sogar mit Entfernungsangaben abzuschätzen. Unser geübtes Gehirn gibt uns sogar über die tatsächlichen Größen und Verhältnisse Auskunft.
Natürlich, unsere Wahrnehmung kann sich auch irren.

 

 

Der bekannte Necker-Würfel wirft die Frage auf, welche Seite vorn, und welche Seite hinten liegt. Die Festlegung trifft das Gehirn. In diesem Fall wechselt die Anordnung je nach Betrachtung scheinbar.

Die Schwächen menschlicher Wahrnehmung werden sogar ganz bewusst ausgenutzt. Da vordergründig Menschen die Nutzer der von ihnen geschaffenen Systeme sind, werden physikalische Gegebenheiten und Illusionen mit Computern nicht genauer als eben noch unbedingt notwendig simuliert, den Fähigkeiten und Leistungsgrenzen des Menschen optimal angepasst. Dies spart immens Rechnerleistung und Speicherkapazität.

Das räumliche Wahrnehmungsphänomen entdeckten zuerst die Künstler für sich. Es waren in Europa mit Beginn des 15. Jahrhunderts vor allem die italienischen Maler der Renaissance, die mit dem Pinsel versuchten, die Welt so darzustellen, wie sie tatsächlich ist, wie wir sie heute auf fotografischen Abbildungen mit Selbstverständlichkeit wiedererkennen. Diese dreidimensionalen Effekte auf zweidimensionaler Unterlage entstehen durch Perspektiven, Lichteinfälle und Schatten. Die so vermittelte Räumlichkeit täuscht Welten vor, die sich als "visual reality" auf dem Bildschirm sogar interaktiv steuern lassen. Mit entsprechendem Werkzeug (Software) muss man heute kein Künstler mehr sein, um auch Figuren und Szenen dreidimensional etwa in Cartoons aufleben zu lassen. Schon ein kurzer Surftrip im Internet gibt uns schnell Einblick darin, was Grafik heute ist, auch welche Richtung die weitere Entwicklung anvisiert.