Vektorgrafiken - Praxis

Im Folgenden sind Hinweise zum Umgang mit Vektorgrafiken und CAD-Daten gesammelt. Es werden Hinweise und geeignete Programme f√ľr die Erstellung von Vektorgrafiken vorgestellt, ebenso wie f√ľr die Erstellung und Bearbeitung von CAD-Daten. Programme f√ľr die reine Anzeige von CAD-Daten werden ebenfalls genannt. F√ľr das Arbeiten mit Ebenen werden Empfehlungen gegeben und auf Richtlinien verwiesen. Praktische Hinweise zu Daten mit Raumbezug werden thematisiert, sowie f√ľr das Rastern von Vektorgrafiken und das Vektorisieren von Rastergrafiken und analogen Vorlagen.¬†Erl√§utert werden zudem die zu beachtenden Aspekte bei der Vorbereitung zum Druck von Vektorzeichnungen und bei der Konvertierung von Vektorformaten. Abschlie√üend wird auf dem Umgang mit CAD-Daten in Geoinformationssystemen eingegangen.

Erstellung von Vektorgrafiken

Die Erstellung von Vektorgrafiken ähnelt dem gestalterischen Zeichnen auf einem Blatt Papier. Mit dem Anlegen von Pfaden und dem Erstellen von Objekten auf einer festgelegten Zeichenfläche entstehen auf intuitive Weise Zeichnungen. Sofern es sich nicht um eine CAD-Zeichnung handelt, wird auf die dritte Dimension und auf ein globales Koordinatensystem verzichtet. Die Koordinaten der Objekte sind in der Regel relativ auf eine der Ecken der veränderbaren Zeichenfläche bezogen. Sämtliche Objekte setzen sich aus Markern oder Pfaden, also aus grafischen Primitiven zusammen, denen veränderbare Layoutattribute zugewiesen werden können.

Die Gestaltungsm√∂glichkeiten sind in Grafikprogrammen weitaus umfangreicher als in CAD-Programmen, da beispielsweise die Einstellungsm√∂glichkeiten f√ľr die Layoutattribute Strichst√§rke, Linientyp und -farbe bei weitem gr√∂√üer sind. In Grafikprogrammen k√∂nnen komplexe Pinsel, variable Strichst√§rken und eigene Muster f√ľr Fl√§chenf√ľllungen und Linientypen sehr einfach und frei erstellt werden, sodass hohe gestalterische Anspr√ľche umgesetzt werden k√∂nnen.

Neben dem Marktf√ľhrer Adobe Illustrator sind auch einige Open-Source-Grafikprogramme verf√ľgbar. Von diesen ist Inkscape die einzige freie Software, die einen √§hnlichen Funktionsumfang wie Adobe Illustrator aufweist. Zwar kann es den Marktf√ľhrer nicht g√§nzlich ersetzen, ist daf√ľr aber einfacher zu bedienen und es lassen sich √§hnlich komplexe Vektorgrafiken erstellen. Hervorzuheben ist, dass Inkscape das derzeit beste freie Programm f√ľr die Vektorisierung von Rastergrafiken ist. Vectr ist ein freies Grafikprogramm von geringer Komplexit√§t. Es ist sehr einfach zu verwenden und eignet sich ideal f√ľr das Erstellen von Logos oder Icons. SVG-Edit ist eine freie Web-App, mit der man SVG-Dateien √∂ffnen und in beschr√§nktem Umfang bearbeiten kann. Alle genannten Programme verwenden das Standardformat SVG und sind f√ľr Windows, MacOS und Linux verf√ľgbar.

Erstellung und Bearbeitung von CAD-Daten

√Ąhnlich zu der Arbeitsweise in Grafikprogrammen werden auch in CAD-Programmen Pfade erstellt und bearbeitet, denen in geringerem Umfang Layoutattribute zugewiesen werden k√∂nnen. In den meisten CAD-Programmen wird nicht unmittelbar ma√üst√§blich, also in einer Druckansicht gezeichnet, sondern in einem Modellbereich. Hier wird mit einer bestimmten Einheit in 1:1 gezeichnet, sodass f√ľr die L√§nge von Pfaden die absoluten Werte eingetragen werden. F√ľr den PDF-Export oder Ausdruck einer CAD-Zeichnung muss anschlie√üend ein Ma√üstab gew√§hlt werden, der sich auch auf die Layoutattribute der Pfade auswirkt.

Neben dem Marktf√ľhrer AutoCAD von Autodesk existieren viele kostenpflichtige Programme, die sich zum Teil auf verschiedene Fachgebiete spezialisiert haben (z.B. ArchiCAD f√ľr Architektur). Die meisten der kommerziellen Programme bieten Funktionen an, die weit √ľber das zweidimensionale Zeichnen hinausgehen und hier nicht weiter ber√ľcksichtigt werden (3D-Modellierung (siehe auch Abschnitt "3D und Virtual Reality"), Building Information Models (BIM), Render-Engine etc.).

F√ľr die rein zweidimensionale Anwendung existieren einige Open-Source- oder Freeware-Programme, von denen FreeCAD auch im dreidimensionalen Bereich verwendet werden kann. Der Gro√üteil der freien Software wird unter der GPL-Lizenz ver√∂ffentlicht.

LibreCAD verf√ľgt √ľber die wichtigsten Grundfunktionen einer CAD-Software, wie das Arbeiten mit Ebenen oder dem Zeichnen in einem Raster und unterst√ľtzt das DWG-Format.

FreeCAD ist eines der umfangreichsten, freien CAD-Programme. Es bietet √§hnliche Funktionen wie die kommerziellen Anbieter, wie zum Beispiel das parametrische Modellieren und verf√ľgt √ľber echte 3D-Solids und Meshes. Das zweidimensionale Zeichnen wird ebenfalls mit einer Vielzahl an Funktionen unterst√ľtzt. Ein weiterer Vorteil des Programms ist seine Modularit√§t, sodass auch komplexe, von Nutzern programmierte Erweiterungen frei hinzugef√ľgt werden k√∂nnen. FreeCAD unterst√ľtzt das g√§ngige Austauschformat DXF.

QCAD ist das umfangreichste 2D-CAD Programm, welches frei verf√ľgbar ist. F√ľr das rein zweidimensionale Zeichnen ist dieses Programm mit allen n√∂tigen Funktionen ausgestattet und ist ebenfalls sehr modular aufgebaut, sodass Plug-ins problemlos installiert werden k√∂nnen. Das DWG-Format wird ebenfalls unterst√ľtzt.

Alle drei Programme sind f√ľr Windows, Mac OS und Linux verf√ľgbar.

Anzeige von CAD-Daten

Neben Programmen zur Erstellung und Bearbeitung von CAD-Daten, existieren Programme, die CAD-Daten anzeigen, konvertieren und drucken k√∂nnen. Sie sind vom Zweck und Funktionsumfang vergleichbar zu den Viewern f√ľr PDF-Daten und eignen sich f√ľr ein schnelles Anschauen, Drucken oder Austauschen von CAD-Zeichnungen. Teigha Viewer ist eine kommerzielle Software, mit der in beschr√§nktem Umfang die Zeichnung auch bearbeitet werden kann. Der Viewer ist f√ľr Windows, Mac OS und Linux verf√ľgbar.

DWG TrueView ist ein freies Programm von Autodesk, welches DWG-Zeichnungen anzeigt, ohne dass man sie ver√§ndern kann. Allerdings wird die Konvertierung und das Erstellen von Druckansichten und damit das Drucken von DWG-Zeichnungen erm√∂glicht. Es ist nur f√ľr Windows verf√ľgbar.

Ebenen

F√ľr die Strukturierung und Arbeitsorganisation von Zeichnungen sind Ebenen (Layer) in der Arbeit mit Grafikprogrammen und CAD-Programmen das wichtigste Werkzeug. Ebenen k√∂nnen unter anderem ein- und ausgeblendet, gesperrt und transparent gemacht werden. Die Eigenschaften einer Ebene werden auf die in ihr enthaltenen Objekte √ľbertragen, sodass Strichst√§rken, Linientypen, F√ľllfarben oder √§hnliches in den Ebeneneigenschaften ausgew√§hlt und ver√§ndert werden k√∂nnen.

Welche Objekte einer gemeinsamen Ebene zugeordnet werden sollen, muss im Einzelfall entschieden werden, wobei bereits zu Beginn eines Vorhabens Regeln f√ľr die Benennung und Strukturierung von Layern aufgestellt und dokumentiert werden sollten. Beispielsweise ist es f√ľr grafische Arbeiten sinnvoll, Objekte mit gleichen Layoutattributen einer Ebene zuzuweisen.

Die Einstellungsm√∂glichkeiten f√ľr Ebeneneigenschaften, zur Ver√§nderung des Aussehens der darauf enthaltenen Elemente, sind in Grafikprogrammen wie Adobe Illustrator oder Inkscape deutlich umfangreicher als in CAD-Programmen. √Ąhnlich wie in Bildbearbeitungsprogrammen, k√∂nnen hier Ebenen visuell ineinander kopiert und multipliziert werden, oder mit Spezialeffekten und Masken versehen werden.

Generell sollten f√ľr die Ebenen Namen verwendete werden, die selbsterkl√§rend sind und f√ľr die √§hnliche Prinzipien gelten wie f√ľr die beschriebenen Regeln f√ľr die Dateibenennung. Die Layernamen sollten also sprechend und eindeutig sein, m√∂glichst ohne Sonderzeichen, Umlaute und Leerzeichen auskommen, sowie den auf den Layern gespeicherten Objekten auf diesem Wege eine Semantik mitgeben. Falls Abk√ľrzungen oder bestimmte Konventionen in den Namen verwendet werden, wird eine eigene Dokumentation f√ľr die Archivierung notwendig.

Au√üerdem sollte eine sinnvolle Sortierung oder Gruppierung der Ebenen vorgenommen werden. Die Verwendung einer fein granularen Layerstruktur, klar getrennt nach der Bedeutung der abgelegten Objekte, ist nicht nur eine wichtige Vorbereitung zur Datenkonvertierung und Nachnutzung durch andere, sondern erm√∂glicht es auch Einsicht in die Struktur der Zeichnung zu erhalten und individuell Bestandteile ein- oder auszublenden. Beispielsweise k√∂nnen auf einem Layer nur Geometrien mit einer Nutzungsart, wie z.B. Wirtschaftsgeb√§ude oder nur¬† Hausnummern angelegt werden. Im Extremfall liegt auf jedem Layer genau ein "Fachobjekt" mit seinen Bestandteilen. Der Layername k√∂nnte hierbei die eindeutige Bezeichnung bzw. die ID des Objektes darstellen. Dies erleichtert sp√§tere Zuordnungen und Datenverkn√ľpfungen, ist jedoch im Fall systembedingter Begrenzung der Layeranzahl nicht vollst√§ndig durchsetzbar. Eine zu gro√üe Ebenenmenge sollte jedoch zugunsten der Handhabbarkeit der Datei vermieden werden.

Ein Beispiel f√ľr die Aufteilung von Objekten unterschiedlicher Charakteristiken auf verschiedenen Ebenen und deren Dokumentation bietet das Projekt Aegaron, in dem f√ľr die bereitgestellten Zeichnungen von alt√§gyptischen Bauwerken √ľber hundert Ebenen verwendet werden, die beispielsweise Objekte nach Material, Entstehungszeit oder Erhaltungszustand unterscheiden.

Vorgaben f√ľr die Ebenenstruktur und deren Inhalte und Eigenschaften gibt es ebenfalls von unterschiedlichen Landesdenkmal√§mtern, die am Ende dieses Abschnittes gelistet sind. Sollen eigene Vorgaben verwendet werden, m√ľssen diese Dokumentiert werden.

Bei der Konvertierung in ein anderes Format, muss die √úbernahme der Layerstruktur in dem neuen Format vorab getestet werden, da Ebenen in unterschiedlichen Formaten gar nicht (beispielsweise bei der Konvertierung in eine Rastergrafik im JPEG-Format) oder anders (beispielsweise bei der √úbernahme in ein GIS) verarbeitet werden. Auch bei der Konvertierung von einem Vektorformat in ein anderes Vektorformat sollte die korrekte √úbernahme der Ebenen √ľberpr√ľft werden.

Raumbezug

Im CAD wird der Raumbezug √ľblicherweise durch die Lage relativ zum geometrischen Ursprung (0,0,0) des kartesischen Koordinatensystems definiert. Der Ma√üstab ergibt sich durch die Festlegung der Zeichnungseinheiten und des Zeichnungsma√üstabes, welcher in der Regel 1:1 betr√§gt. Alternativ kann aber auch ein globales Koordinatensystem, z.B. UTM definiert werden.

Wenn im CAD m√∂glich und f√ľr den Zeichnungsgegenstand sinnvoll, sollte ein globales Koordinatenreferenzsystem definiert und verwendet werden, um alle CAD-Elemente in diesem System lagerichtig und ma√üstabsgetreu zu erzeugen. Jedoch unterst√ľtzen nicht alle CAD-Programme diese M√∂glichkeit und einige √§ltere Programme k√∂nnen nicht mit gro√üen Koordinaten, wie sie beim Gau√ü-Kr√ľger- oder UTM-System vorkommen, arbeiten.

Bei der Wahl eines √∂rtlichen oder lokalen Bezugssystems m√ľssen in diesem √∂rtlichen System eine angemessene Anzahl von in einem √ľbergeordneten globalen, nationalen oder regionalen Lagesystem bekannten Passpunkten eingetragen sein (f√ľr zweidimensionale Zeichnungen mindestens 2, ansonsten 3; weitere sind zur Kontrolle n√ľtzlich), die m√∂glichst gut verteilt sein sollten. Der Unverwechselbarkeit wegen sollten sie auf einem separaten Layer liegen und mit den √ľbergeordneten Koordinaten beschriftet sein. Das √ľbergeordnete Lage- und H√∂hensystem, die Zeicheneinheiten sowie der Ma√üstab sind ebenfalls in geeigneter Form anzugeben. √úber diese Passpunkte kann die CAD-Zeichnung beispielsweise in das Koordinatenreferenzsystem eines GIS transformiert werden. Empfohlen wird auch hier die Arbeit im Ma√üstab 1:1 mit der Zeichnungseinheit Meter.

Rastern von Vektorgrafiken

Wenn Grafiken, die als Vektordatei vorliegen, in eine Rastergrafik konvertiert, also gerastert werden sollen, muss eine geeignete Bildgr√∂√üe ausgew√§hlt werden, die den gew√ľnschten Anforderungen gen√ľgt. Beispielsweise wird ein Logo f√ľr eine Webseite andere Anforderungen an Gr√∂√üe und Aufl√∂sung haben als ein CAD-Plan, der ausgedruckt werden soll. Dabei sollte die originale Vektordatei zu Archivierungszwecken immer aufbewahrt werden.

Das Rastern kann am besten in dem Programm gemacht werden, in dem die Grafik erstellt wurde. Dazu wählt man entweder die Option Speichern unter oder Export. Die weiteren Einstellungsmöglichkeiten hängen von dem jeweiligen Programm ab.

Vektorisierung von Rastergrafiken und analogen Zeichnungen

F√ľr Rastergrafiken mit einer niedrigen Aufl√∂sung, oder die durch Komprimierung (z.B. im JPEG-Format) einen starken Generationenverlust erlitten haben oder die aus anderen Gr√ľnden von schlechter Qualit√§t sind, bietet es sich zur Verbesserung der Zeichnung an, diese zu vektorisieren und gegebenenfalls anschlie√üend wieder zu rastern. Auch f√ľr die Analyse in GIS kann eine Vektorisierung von Rastergrafiken notwendig sein.

vektor_vektorisierungFlaechen-web.png

Das IANUS-Logo (a) als Rastergrafik mit geringer Auflösung und (b) nach der Vektorisierung.
Das IANUS-Logo (a) als Rastergrafik mit geringer Auflösung und (b) nach der Vektorisierung.
Grafikprogramme wie Adobe Illustrator und Inkscape bieten Werkzeuge zum automatisierten Nachzeichnen von Bildern an. Hierf√ľr k√∂nnen Rastergrafiken in den Programmen ge√∂ffnet werden, welche dann die verschiedenen Farbbereiche der Bilddatei in entsprechend farbig gef√ľllte und geschlossene Pfade umwandeln (nebenstehende Abbildung). In den Einstellungsm√∂glichkeiten der Vektorisierungswerkzeuge kann unter anderem Einfluss auf die zu ber√ľcksichtigenden Farbbereiche genommen werden, sodass die Ergebnisse eine unterschiedlich hohe Bildtreue aufweisen. Hierbei ist zu beachten, dass eine m√∂glichst hohe Genauigkeit zu einer sehr gro√üen Anzahl von Pfaden f√ľhrt, was sich wiederum negativ auf die Performanz des Programms und die Handhabbarkeit der Vektordatei auswirkt.

Insbesondere bei der Digitalisierung von analogen Zeichnungen ist es oft erforderlich, diese zu vektorisieren, um sie in CAD- oder anderen Grafikprogrammen weiterbearbeiten zu k√∂nnen. Dazu werden sie in der Regel eingescannt und als Rastergrafiken gespeichert. Das oben beschriebene Vektorisierungsverfahren w√ľrde die Strichst√§rken einer Planzeichnung als farbige Fl√§chen interpretieren und deshalb Linien als geschlossene Pfade mit farbiger F√ľllung darstellen (Abbildung unten). In den meisten Programmen kann deshalb auch die Option ausgew√§hlt werden, dass die Mittellinien der Strichst√§rken von einer Zeichnung ermittelt werden. So erh√§lt man Pfade, die mit einer Kontur belegt sind, die wiederum den Strichst√§rken der Planzeichnung entsprechen. Allerdings f√ľhren diese Ergebnisse nicht zu vollwertigen Vektorzeichnungen, denn die Linien der Zeichnung werden nur durch Kurven angen√§hert. Ein Kreis wird zum Beispiel nach der Vektorisierung als Kurve gespeichert und nicht als ein Objekt, welches durch einen Radius beschrieben wird (Abbildung unten). Um Rastergrafiken mit Zeichnungen in vollwertige Vektorgrafiken umzuwandeln, bedarf es nach wie vor einer manuellen Bearbeitung, indem die Ergebnisse einer automatischen Vektorisierung nachgebessert werden. Mittels eines Digitalisierstifts kann eine analoge Zeichnung ohne die Nachbearbeitung von Scans direkt in eine Vektordatei umgezeichnet werden. Trotz einer Vielzahl an immer genauer arbeitender (gr√∂√ütenteils kostenpflichtiger) Vektorisierungssoftware hat sich ein kleiner Markt aus Dienstleistern etabliert, die h√§ndisch qualit√§tvolle CAD-Zeichnungen erstellen.

vektor_vektorisierungStrichzeichnung-web.png

Ausschnitt eines Grundrisses (a) als Rastergrafik mit geringer Auflösung, (b) mit vektorisierten Flächen und (c) mit vektorisierten Mittellinien. Die Pfade sind rot dargestellt.
Ausschnitt eines Grundrisses (a) als Rastergrafik mit geringer Auflösung, (b) mit vektorisierten Flächen und (c) mit vektorisierten Mittellinien. Die Pfade sind rot dargestellt.

Mittels Potrace, das auch in Inkscape integriert ist, k√∂nnen Rastergrafiken unter Windows, Mac OS und Linux vektorisiert werden. Neben einer kostenpflichtigen Desktop-Version f√ľr Windows und Mac OS bietet Vector Magic auch ein online verf√ľgbares Tool zur Vektorisierung an. Ein Programm, dass auf die Vektorisierung im CAD-Bereich spezialisiert ist, ist das f√ľr Windows verf√ľgbare WinTopo, das es als freie und kostenpflichtige Variante gibt.

Datenerfassung

Bei der Erstellung und Verarbeitung von Vektordateien, wie etwa Daten im CAD, sollten folgende Empfehlungen Ber√ľcksichtigung finden, um eine sp√§tere Weiterverarbeitung oder Analyse (insbesondere mit einem GIS) zu vereinfachen und eine nachtr√§gliche Aufbereitung zu vermeiden.

  • Objektfang
    • Beim Digitalisieren ist immer mit Objektfang (Snapfunktion) zu arbeiten, um vorhandene St√ľtzpunkte zu fangen und so eine Reihe der unten aufgef√ľhrten Fehler zu vermeiden.
  • vektor_splitterpolygon.png

    Splitterpolygon.
    Splitterpolygon.
    Flächen
    • Splitterpolygone vermeiden: Splitterpolygone sind kleinste Fl√§chen. Sie entstehen meist am Rand oder an Ecken von anderen Fl√§chen durch ungenaues Digitalisieren (kein Objektfang, geringe Zoomstufe).
      Häufig finden sich solche Polygone auch zwischen aneinander liegenden Flächen, wie in nebenstehender Abbildung und untenstehender sichtbar. Durch Nutzung des Objektfangs und Digitalisierung der Flächenobjekte als geschlossene Polylinien sind diese Fehler vermeidbar.

      vektor_splitterpolygon2.png

      Splitterpolygone am Rand und zwischen Flächen.
      Splitterpolygone am Rand und zwischen Flächen.

       
    • Vermeidung von L√ľcken und √úberlappungen: Bei Fl√§chen, welche einen geschlossenen Fl√§chenverbund darstellen, wie z.B. Nutzungsarten, d√ľrfen keine L√ľcken oder √úberlappungen auftreten. Dies w√ľrde im GIS zu fehlerhaften Nachbarschaftsanalysen oder Verschneidungen f√ľhren.

      vektor_luecke.png

      Links L√ľcke im Datenbestand (rot), rechts bereinigt.
      Links L√ľcke im Datenbestand (rot), rechts bereinigt.

       
    • Schlie√üen von Polylinien: Jedes fl√§chenhafte Objekt sollte als eine einzelne geschlossene Polylinie digitalisiert werden, damit es in einem GIS als eine Fl√§che √ľbernommen werden kann (als Negativbeispiel dient die Abbildung zu Polylinien).
  • Linien

    vektor_underovershot.png

    (a) Under-, (b) Overshot mit St√ľtzpunkten.
    (a) Under-, (b) Overshot mit St√ľtzpunkten.
    • Vermeiden von Under- und Overshots: Als Under- und Overshot werden Linien bezeichnet, welche einen Kreuzungspunkt mit einer anderen Linie nicht ganz erreichen oder √ľber diesen hinausgehen, was nebenstehende Abbildung zeigt. Insbesondere bei Analysen in Netzwerken (z.B. Stra√üen und Wege, Kan√§le oder Leitungen) kommt es hierbei zu Fehlern, welche durch entsprechende Digitalisiersorgfalt vermieden werden k√∂nnen (siehe auch Punkt "Regeln f√ľr sich kreuzende Linien").
    • Regeln f√ľr sich kreuzende Linien: An echten Kreuzungen (z.B. von zwei Stra√üen oder bei der Zusammenf√ľhrung zweier Abwasserkan√§le) m√ľssen digitalisierte Linien ineinander einm√ľnden, damit in einem GIS an dieser Stelle ein Knotenpunkt erzeugt wird, der dann in sp√§teren Netzwerkanalysen vom Programm korrekt interpretiert werden kann. In jedem anderen Fall, also wenn kein tats√§chlicher Kreuzungspunkt vorhanden ist, sich die Leitungen oder Strecken also nicht tats√§chlich ber√ľhren (z.B. Stra√üenbr√ľcke oder Unterf√ľhrung), werden durchgehende Polylinien verwendet. Hier entsteht im GIS kein Knotenpunkt.
    • Digitalisierrichtung: Die Digitalisierrichtung gibt die Richtung vom Startpunkt einer Linie zum Endpunkt an und sollte f√ľr Linien gleicher Art immer einheitlich gew√§hlt werden (z.B. in Flie√ürichtung).
    • Vermeiden von L√ľcken: In einer CAD-Zeichnung gibt es h√§ufig Linien, welche durchgehende Objekte darstellen, aber von Signaturen unterbrochen sind, wie beispielsweise ein Baum in einer Hecke oder ein Abwasserkanal, welcher durch einen Schacht "durchbrochen" ist (Abbildung unten). Bei der Daten√ľbernahme ins GIS entstehen hier Linienfragmente, welche entsprechend √ľberarbeitet und zu einem linienhaften Objekt zusammengef√ľhrt werden m√ľssen. Diese Linien sollten demzufolge bereits im CAD als durchgehende Polylinien gezeichnet werden.

      vektor_lueckeLinie.png

      Fehlerbehaftete Digitalisierung (L√ľcke in Linienzug, oben), korrekte Digitalisierung (durchgehender Linienzug, unten)
      Fehlerbehaftete Digitalisierung (L√ľcke in Linienzug, oben), korrekte Digitalisierung (durchgehender Linienzug, unten)

       
  • Texte
    • Platzierung des Basispunktes: Werden Texte genutzt, um Objekteigenschaften darzustellen und zu transportieren, ist bei der Textplatzierung darauf zu achten, dass in jedem Fall der Textbasispunkt und nicht unbedingt der Text in der zugeh√∂rigen Fl√§che zu liegen kommt. Die Punktlage entspricht dabei dem Basis- oder auch Bezugspunkt des Textes im CAD.

Erstellen von Plan- oder Schnittzeichnungen f√ľr den Druck

vektor_darstellungsmoeglichkeiten.png

"Aquarellierte" Ziegelfassade in einem Grafikprogramm. (Tim Scheuer und Felix Martin)
"Aquarellierte" Ziegelfassade in einem Grafikprogramm. (Tim Scheuer und Felix Martin)
F√ľr die grafische Ausarbeitung von Plan- oder Schnittzeichnungen historischer Bauwerke oder Ausgrabungen f√ľr den Druck hat sich eine schrittweise Anwendung von CAD-Programmen und Grafikprogrammen bew√§hrt. Dazu werden zun√§chst die Rohdaten aus Aufma√üen am besten in CAD-Programmen weiterbearbeitet, um voll ausdifferenzierte Zeichnungen erstellen zu k√∂nnen.

Wenn die Rohdaten in der CAD-Datei soweit aufbereitet wurden, dass den Pfaden lediglich die Aussehensattribute zugewiesen werden m√ľssen, kann die DWG-Datei mit einem Grafikprogramm weiterverarbeitet werden, da dieses mehr M√∂glichkeiten f√ľr die grafisch ansprechende Ausarbeitung von Zeichnungen bietet. Auch wenn lediglich eine Darstellung mit verschiedenen Strichst√§rken und Linientypen erw√ľnscht ist, ist es ratsam diese in einem Grafikprogramm zuzuweisen. Insbesondere wenn dicke Strichst√§rken verwendet werden ist es wichtig, diese beispielsweise bei geschnittenen Objekten auf der Innenseite der Pfade anzutragen, sonst w√ľrden die Objekte im Druck in ihrer Ma√ühaltigkeit verf√§lscht werden (Abbildung unten). Dar√ľber hinaus k√∂nnen Pl√§ne in Grafikprogrammen zum Beispiel "aquarelliert" oder mit Schatten erg√§nzt werden (nebenstehende Abbildung).

vektor_grafischeFeinheiten-web.png

(a) Verfälschte Bauteilabmessungen bei Konturantrag auf der Mitte des Pfades. (b) Korrekte Bauteilabmessungen bei Konturantrag auf der Innenseite des Pfades.
(a) Verfälschte Bauteilabmessungen bei Konturantrag auf der Mitte des Pfades. (b) Korrekte Bauteilabmessungen bei Konturantrag auf der Innenseite des Pfades.

F√ľr den Druck ist der Ma√üstab der angestrebten Zeichnung zu beachten, um gegebenenfalls Details auszublenden, die nicht gedruckt werden sollen. Ansonsten besteht die Gefahr, dass in dem Ausdruck, oder in der PDF-Datei die Strichst√§rken verschmelzen und so die Zeichnung unleserlich wird (Abbildung unten).

vektor_massstaeblichkeitCAD-web.png

(a) Strichdifferenzierung im Ma√üstab 1:50. F√ľr Bauaufnahmen ist das Anlegen der Strichst√§rken in diesem Ma√üstab zu empfehlen. (b) Strichdifferenzierung im Ma√üstab 1:100. Die Strichst√§rken k√∂nnen gegen√ľber der 1:50-Zeichnung gleich bleiben. Details sollten auf einem separaten Layer liegen und ausgeschaltet werden. (c) Strichdifferenzierung im Ma√üstab 1:200. Die Strichst√§rken sollten nun mindestens halbiert werden (links) (d) Strichdifferenzierung im Ma√üstab 1:500. Die Strichst√§rken sollten weiter verringert werden. (Ausschnitt einer Bauaufnahme des Palazzo del Giardino, Sabbioneta (Italien). Aus: J. Pieper (Hrsg.): Sabbioneta -- Atlasband, Aachen 2017, S. 196.)
(a) Strichdifferenzierung im Ma√üstab 1:50. F√ľr Bauaufnahmen ist das Anlegen der Strichst√§rken in diesem Ma√üstab zu empfehlen. (b) Strichdifferenzierung im Ma√üstab 1:100. Die Strichst√§rken k√∂nnen gegen√ľber der 1:50-Zeichnung gleich bleiben. Details sollten auf einem separaten Layer liegen und ausgeschaltet werden. (c) Strichdifferenzierung im Ma√üstab 1:200. Die Strichst√§rken sollten nun mindestens halbiert werden (links) (d) Strichdifferenzierung im Ma√üstab 1:500. Die Strichst√§rken sollten weiter verringert werden. (Ausschnitt einer Bauaufnahme des Palazzo del Giardino, Sabbioneta (Italien). Aus: J. Pieper (Hrsg.): Sabbioneta -- Atlasband, Aachen 2017, S. 196.)

In der Praxis kann die Erstellung von Planzeichnungen in verschiedenen Ma√üst√§ben sinnvoll sein, wie es beispielsweise in dem Projekt Aegaron praktiziert wird. Hier werden Zeichnungen sowohl in einem Ma√üstab zur Verf√ľgung gestellt, der f√ľr den Ausdruck im A4-Format optimiert ist als auch in einem idealen Ma√üstab, der alle in der Zeichnung enthaltenen Details zeigt. Zus√§tzlich bietet das Projekt f√ľr manche Zeichnungen auch Standardma√üst√§be wie 1:100, 1:250, 1:500 und 1:2000 an, sofern die Messgenauigkeit der Ausgangsdaten dies zul√§sst.

Dateiformate konvertieren

Sollen Vektordateien von einem Format in ein anderes √ľberf√ľhrt werden, sollte dies am besten mit dem Programm erfolgen, in dem die Datei erzeugt wurde. Mittels Speichern unter oder der Exportfunktion k√∂nnen die meisten Formate konvertiert werden.

Generell muss darauf geachtet werden, dass das Zielformat die gew√ľnschten Anforderungen erf√ľllt, wie beispielsweise die korrekte Darstellung von Ebenen und der verwendeten grafischen Primitiven inklusive ihrer Layoutattribute. Auch muss auf die korrekte Einbindung von referenzierten externen Inhalten geachtet werden.

Neben den Programmen mit denen die Datei erstellt wurde, können auch Online"=Dienste, die Dateikonvertierungen anbieten, verwendet werden. Ein Beispiel ist Zamzar.

CAD-Daten f√ľr die Verwendung in GIS vorbereiten

Werden arch√§ologische Daten mit Raumbezug zun√§chst in CAD-Systemen aufbereitet und sollen diese sp√§ter in einem GIS analysiert und weiterverarbeitet werden, ist eine √úberf√ľhrung der CAD-Daten in GIS-Daten notwendig. Dieser Prozess besteht aus zwei Teilprozessen: m√∂glichst gute Abbildung des CAD-Datenmodells auf das GIS-Datenmodell (Mapping) sowie √úbernahme und Anpassung der einzelnen Elemente aus der CAD-Datei.

Dies impliziert zum einen, dass es vor Beginn der CAD-Arbeiten bereits ein GIS-Datenmodell oder entsprechende Vor√ľberlegungen hierzu gibt. Zum anderen steht einem in der Komplexit√§t prinzipiell unbeschr√§nkten Datenmodell im GIS ein sehr begrenztes im CAD gegen√ľber. Das im CAD-System vorhandene Datenmodell kann folgenderma√üen zusammengefasst werden:

  • geometrische Primitive (im Wesentlichen Punkte, Einzellinien, Polylinien, Kreise und Kreisb√∂gen, Splines, 3D-Fl√§chen und -K√∂rper),
  • Texte
  • Bl√∂cke bzw. Zellen
  • Layer
  • Darstellungsstile

Insgesamt muss eingesch√§tzt werden, dass die Realisierung des √úberf√ľhrungsprozesses generell aufw√§ndig, fehleranf√§llig, nur teilweise automatisierbar ist und eine GIS-Expertise erfordert. Aufgrund der Vielzahl m√∂glicher Kombinationen von CAD-Systemen, CAD-Austauschformaten, CAD-Versionen, den zahlreichen Produkten zur Datenkonvertierung und insbesondere wegen der jeweils unterschiedlichen GIS-Datenmodelle werden im konkreten Anwendungsfall Anpassungen erforderlich sein. In jedem Fall bietet es sich an, mit den eingesetzten Softwareprodukten und mit repr√§sentativen Testdaten bereits im Vorfeld eine Probekonvertierung durchzuf√ľhren, um Probleme und Nacharbeiten bei einem fertig digitalisierten Datenbestand zu minimieren.

Zur Veranschaulichung des √úberf√ľhrungsprozesses kann das Beispiel aus der Abbildung aus "Unterschiede von CAD und GIS" herangezogen werden:

  • Mapping des Datenmodells:
    • Im GIS ist zun√§chst eine Klasse "Geb√§ude" mit den Attributen "Id", "Nutzung", "Baujahr" und "Geometrie" anzulegen.
    • Zweckm√§√üigerweise w√ľrde man eine Klasse "Lieferant_Baumaterial"¬† mit den Attributen "Id", "Typ", "Name" und ggf. "Geometrie" anlegen.
    • Zus√§tzlich ist ein Raumbezug zu definieren, welchem alle Instanzen des Modells unterliegen werden.
  • √úbernahme der Instanzen:
    • Die Geometrie der Grafik (Geb√§udefl√§che) kann, wenn sie entsprechend vorbereitet wurde, direkt in das GIS √ľbernommen werden, womit i.d.R. eine Transformation des Datenformates (z.B. DXF nach Shape) sowie - in einem weiteren Schritt - des (meist urspr√ľnglich lokalen) Koordinatensystems verbunden ist.
    • Die Texte mit den ID‚Äôs sind, beispielsweise als Punkt-Shape, im GIS zu importieren und √ľber Verschneidungen den Fl√§chen zuzuordnen. Dies muss wegen der verbleibenden Unsicherheit bei der Platzierung der Texte bzgl. der Fl√§chen visuell kontrolliert werden.
    • Die Texte mit dem Geb√§udetyp sind, wiederum beispielsweise als Punkt-Shape, im GIS zu importieren. Wenn die Zuordnung der Texte zu den Geb√§uden gr√∂√ütenteils eindeutig ist, kann versucht werden, mittels GIS-Funktionalit√§t Geb√§udefl√§chen und Text-Punkte zuzuordnen ("Finde zu jeder Geb√§udefl√§che den n√§chstliegenden Text-Punkt." Auch dies muss visuell kontrolliert werden.
    • √úbernahme der Geb√§ude-Excel-Tabelle im GIS und automatisierte Verkn√ľpfung mit den bestehenden Geb√§ude-Objekten √ľber die ID.
    • √úbernahme der Lieferant_Baumaterial-Tabelle im GIS und h√§ndische oder automatisierte Verkn√ľpfung mit den bestehenden Geb√§ude-Objekten √ľber die ID.

Um den Prozess der Datentransformation zwischen CAD- und GIS-Welt hinsichtlich der genannten Aspekte (Minimierung Aufwand, Sicherstellung Qualit√§t, Erh√∂hung Automatisierungsgrad) zu optimieren, werden nachfolgend Empfehlungen formuliert. Da in den verschiedenen CAD-Systemen unterschiedliche Begrifflichkeiten f√ľr √§hnliche Funktionalit√§ten verwendet werden, werden zur Vereinheitlichung an AutoCAD angelehnte Bezeichnungen genutzt.

Raumbezug: Da CAD-Systeme und GIS unterschiedliche Ans√§tze zur Definition des Raumbezugs verfolgen, sollte dieser schon vor der ersten Digitalisierung vorgenommen werden, um sp√§tere geometrische Transformationen des CAD-Datenbestandes korrekt durchf√ľhren zu k√∂nnen.¬†

Um bei der Datenkonvertierung Probleme zu vermeiden, sollte am besten schon im CAD-System das Koordinatenreferenzsystem entsprechend dem Zielkoordinatenreferenzsystem im GIS definiert und alle CAD-Elemente in diesem System lagerichtig und maßstabsgetreu erzeugt werden. Die Zeichnungseinheiten betragen dabei Meter. 

Wurde im CAD-System ein √∂rtliches Bezugssystem verwendet, m√ľssen darin ausreichend und gut verteilte Passpunkte f√ľr das √ľbergeordnete Lagesystem eingetragen sein. √úber diese Passpunkte kann die CAD-Zeichnung in das Koordinatenreferenzsystem des GIS transformiert werden. Weitere Hinweise dazu sind in dem Abschnitt "Raumbezug" zu finden.

Layer: Die CAD-Layerstruktur bleibt bei der Daten√ľbernahme nicht erhalten. Das resultiert aus der Tatsache, dass im GIS nur Geometrien eines Geometrietyps auf einem Layer abgelegt werden k√∂nnen, es im CAD diesbez√ľglich aber keine Beschr√§nkung gibt. Trotzdem bringt eine wohldurchdachte Layerstruktur auch f√ľr die Datenkonvertierung Vorteile: Layernamen werden √ľblicherweise als Attribute der Geometrien ins GIS √ľbernommen und lassen sich dort gut in automatisierten Prozessen bei der Datennachbearbeitung auswerten. Und durch die Verwendung einer fein granularen Layerstruktur, klar getrennt nach der Bedeutung der abgelegten Objekte, werden sp√§tere Zuordnungen und Datenverkn√ľpfungen¬† erleichtert. Hinweise dazu sind in dem Abschnitt "Ebenen" zu finden.

Geometrie: Der im GIS beabsichtigte Geometrietyp sollte bereits im CAD verwendet werden. Dabei sind einfache Geometrietypen zu bevorzugen. Geordnet nach den einzelnen Geometrietypen gilt zu beachten:

  • Linestrings (GIS) sind nicht als Einzellinien, sondern als Polylinien zu erfassen. Einzellinien, welche zu einem Fachobjekt, z.B. zu einer Mauer geh√∂ren, m√ľssten anderenfalls im GIS entsprechend nachbearbeitet und zu einer Linie verschmolzen werden.
  • Polygone sind im GIS Fl√§chen. Hierf√ľr stehen im CAD verschiedene auch komplexe Geometrietypen, wie z.B.¬† Regionen oder Volumenk√∂rper mit H√∂he 0 zur Verf√ľgung. Die korrekte √úbernahme muss im Einzelfall getestet werden. Stattdessen sind f√ľr Fl√§chen geschlossene Polylinien zu bevorzugen, sodass eine Fl√§che im CAD durch genau eine geschlossene Polylinie dargestellt wird.
    Zur Veranschaulichung der Problematik soll Abbildung unten} dienen, in der ein flächenhaftes Objekt mehrere Polylinien enthält. Im GIS ist das Objekt nicht als Fläche umgesetzt, sondern als vier Einzellinien, die jeweils die gleiche Areal-ID enthalten. Dadurch sind Analysen bezogen auf die Fläche, wie die Abfrage der Flächengröße, oder lagebezogene Abfragen (z.B. "Gib alle Funde aus, welche innerhalb des Areals liegen.") nicht möglich. Auch die Identifizierung des Areals durch Anklicken der Fläche entfällt: Stattdessen muss eine der Begrenzungslinien angewählt werden.

    vektor_polylinien-web.png

    (a) Ein Ausgrabungsareal als CAD. Die Detailansicht (b) zeigt mehrere zusätzliche Linien, die beim Digitalisieren erzeugt wurden, um die "Fläche" zu schließen. Die nach der Übernahme ins GIS entstandene Attributtabelle (c) verdeutlicht, dass das Objekt nicht als Fläche, sondern als vier das Areal-Objekt bildende Einzellinien gespeichert ist.
    (a) Ein Ausgrabungsareal als CAD. Die Detailansicht (b) zeigt mehrere zusätzliche Linien, die beim Digitalisieren erzeugt wurden, um die "Fläche" zu schließen. Die nach der Übernahme ins GIS entstandene Attributtabelle (c) verdeutlicht, dass das Objekt nicht als Fläche, sondern als vier das Areal-Objekt bildende Einzellinien gespeichert ist.

     
  • Splines werden in GIS h√§ufig nicht unterst√ľtzt und sollten daher vermieden werden. Alternativ kann man vor der breiten Verwendung pr√ľfen, ob Splines mit der verwendeten Software brauchbar umgesetzt werden, da eine Umsetzung als Polylinien mit geringem St√ľtzpunktabstand nicht immer erw√ľnscht und sinnvoll ist.
  • F√ľr Bl√∂cke, also zu einem komplexen Objekt zusammengesetzte Einzelobjekte, wie etwa Symbole, k√∂nnen keine allgemeing√ľltigen Empfehlungen ausgesprochen werden. Hier sollte ebenfalls vor der Verwendung getestet werden, ob die Bl√∂cke vor der Datenkonvertierung zerlegt werden m√ľssen oder nicht.
  • Bei Schraffuren kann es passieren, dass diese in Einzellinien zerlegt in GIS importiert werden. Daher sollten Schraffuren m√∂glichst vermieden oder auf separaten Layern abgelegt werden. In jedem Fall sollte die Schraffur von einer geschlossenen Polylinie begrenzt sein.
  • Punkte liegen im CAD im Wesentlichen in zwei verschiedenen Arten vor:
    • Punkte, welche im betrachteten Ma√üstab punktf√∂rmige Geoobjekte darstellen, z.B. Baum oder Scherbe
    • Punkte, welche zur Positionierung von Text dienen

    Erstere d√ľrfen nicht verschoben werden, da sonst ihr Raumbezug ver√§ndert und damit falsch wird, wohingegen letztere im Grunde genommen frei positionier- und verschiebbar sind, um ein ansprechendes Kartenlayout zu erhalten. Dementsprechend ist darauf zu achten, dass beide Arten strikt getrennt werden, was beispielsweise mit unterschiedlichen Layern erzielt werden kann.

Texte: W√§hrend Texte im CAD ein wichtiges Element darstellen, sind sie im GIS als selbst√§ndige Elemente in der Regel nicht vorgesehen. Sie werden generell bei Bedarf aus Attributwerten der Geoobjekte automatisiert generiert. Vergleichbar mit CAD-Texten sind am ehesten sog. Annotations, welche genutzt werden, um die Karte anzureichern. Sie geh√∂ren als solche aber nicht zum GIS-(Daten-)Modell. CAD-Texte werden insbesondere genutzt, um Attributwerte ins GIS zu transportieren. Klassische Beispiele hierf√ľr sind der eindeutige Objektbezeichner (bzw. Objekt-ID) oder Hausnummern. Diese Texte werden im GIS zu Punktobjekten mit dem Textinhalt als Attribut gewandelt. Mittels GIS-Funktionalit√§t k√∂nnen diese Punkteigenschaften - korrekte Platzierung der urspr√ľnglichen Texte vorausgesetzt - anderen Objekten zugeordnet werden, z.B. die Hausnummer dem Geb√§ude-Objekt, in welchem sie platziert ist. Ob mehrzeilige Texte korrekt konvertiert werden, sollte im Vorfeld durch Tests gekl√§rt werden.

In untenstehender Abbildung werden die Übernahme von CAD-Texten im GIS als Punkte und mögliche Probleme veranschaulicht, die in jedem Fall manuelle Nacharbeit nach sich ziehen.

vektor_hausnummern-web.png

(a) Aus CAD √ľbernommene Hausnummern werden im GIS als Punkt mit Punktbeschriftung √ľbernommen. Problematisch sind die doppelten Hausnummern mit identischer Punktlage (199a, 200a, 202, 203b) oder doppelte Hausnummern mit unterschiedlichen Punktlagen (202a). Im Ausschnitt (b) wurden die Punkte mit Geb√§uden √ľberlagert, was verdeutlicht, dass es Geb√§ude ohne zugeordnete Hausnummer gibt und dass der Punkt mit der Hausnummer 78 nicht innerhalb eines der Geb√§ude liegt und die Zuordnung zu einem Geb√§ude nicht eindeutig m√∂glich ist.
(a) Aus CAD √ľbernommene Hausnummern werden im GIS als Punkt mit Punktbeschriftung √ľbernommen. Problematisch sind die doppelten Hausnummern mit identischer Punktlage (199a, 200a, 202, 203b) oder doppelte Hausnummern mit unterschiedlichen Punktlagen (202a). Im Ausschnitt (b) wurden die Punkte mit Geb√§uden √ľberlagert, was verdeutlicht, dass es Geb√§ude ohne zugeordnete Hausnummer gibt und dass der Punkt mit der Hausnummer 78 nicht innerhalb eines der Geb√§ude liegt und die Zuordnung zu einem Geb√§ude nicht eindeutig m√∂glich ist.

H√∂hen: Mit dem jetzigen Stand der Technik sind GIS in aller Regel 2,5D-Systeme. Damit kann jedes Objekt im GIS eine oder mehrere H√∂hen besitzen. Es gibt auch Produkte, welche mit echten 3D-Objekten, z.B.¬† Volumenk√∂rpern, arbeiten und diese visualisieren. Jedoch muss man ber√ľcksichtigen, dass eine echte und schrankenfreie 3D-Integration im GIS noch nicht vollzogen wurde. Im CAD liegen die Geometrien entweder als 2D-Geometrien mit oder ohne H√∂he(n) vor, wobei auch Null (0) eine H√∂he darstellen kann. Im Gegensatz dazu sind echte 3D-Geometrien entweder Volumenk√∂rper oder 3D-Oberfl√§chen. Alle bisher getroffenen Aussagen beziehen sich auf 2D-Geometrien. Haben diese H√∂hen (z-Werte), so werden diese im GIS ebenfalls als z-Wert interpretiert und bed√ľrfen keiner weiteren Bearbeitung. 3D-Geometrien werden im Rahmen dieses Beitrages nicht behandelt.

Externe Dokumente: Hierbei sind insbesondere zu unterscheiden:

  • Externe referenzierte Zeichnungsdateien: Die Nutzung dieser sollte durch vorherige Tests best√§tigt werden.
  • Externe strukturierte Dokumente mit zus√§tzlichen Objektinformationen: Liegen diese in Tabellen oder Datenbanken vor, lassen sich die enthaltenen Daten sp√§ter einfach im GIS verkn√ľpfen. Voraussetzung hierbei ist, dass evtl. vorhandene Konventionen f√ľr Spaltennamen im GIS eingehalten werden. Au√üerdem muss jeder Datensatz der externen Tabelle einen eindeutigen Schl√ľssel haben, welcher sich in der CAD-Zeichnung, z.B. als Text am entsprechenden Objekt wiederfindet.

Neben der manuellen √úbernahme und Aufbereitung von CAD-Daten gibt es auch M√∂glichkeiten, sich durch entsprechende Software unterst√ľtzen zu lassen. Beispielsweise stellt die Fa. ESRI f√ľr den Datenaustausch zwischen AutoCAD und ArcGIS mit der ESRI Mapping Specification for DWG ein Framework f√ľr Software-Entwickler zur Verf√ľgung, welches Programmierstrukturen und -Methoden f√ľr die Integration von GIS-Anwendungsschema, Attributdaten und Koordinatensystem in eine DWG-/eine DXF-Datei definiert. Entsprechend angepasste CAD-Dateien k√∂nnen seit ArcGIS 9.3 aus ArcGIS heraus exportiert werden. Mit ArcGIS for AutoCAD steht eine entsprechende freie plug-in-basierte Implementierung f√ľr AutoCAD zur Verf√ľgung.

Weiterhin kann spezielle sog. ETL-Software (ETL: Extrahieren, Transformieren und Laden) die M√∂glichkeit bieten, den gesamten Prozess der Datenkonvertierung, insbesondere das Mapping der Datenmodelle,¬† komfortabel zu unterst√ľtzen. Das wohl prominenteste ETL-Produkt¬† mit dem Schwerpunkt Geodaten ist die Feature Manipulation Engine (FME) der Firma Safe Software Inc. Im Open Source Bereich findet man mit GeoKettle oder HALE entsprechende Software.

Letzte Änderung: 18. Juli 2017