Quelltext der Seite Transparenz (Computergrafik)

[[Datei:LayersTransparent.jpg|mini|Transparente Vogelgrafik auf einem Rasterbild]]
[[Datei:Specijalni-efekt.jpg|mini|Transparente Elemente in mehreren Ebenen]]
'''Transparenz''' (Durchsichtigkeit) bezeichnet in der [[Computergrafik]] Bildelemente, die die Inhalte darunter befindlicher Elemente ganz oder teilweise sichtbar lassen.

Die gegensätzlichen Begriffe Transparenz und  '''[[Opazität]]''' (Undurchsichtigkeit) beschreiben dabei die identische Eigenschaft; hinzu kommen noch die semi-transparent genannten Abstufungen.

== Überblick ==

Bei der Kombination mehrerer Grafiken in einer Datei konnten ursprünglich nur vollständig deckende Elemente verwendet werden. Lagen zwei Elemente übereinander, wurde das unten liegende Element vollständig überdeckt. Anspruchsvoller ist hingegen die Realisierung von durchscheinenden Elementen. Hierbei ist für jedes Element eine ''Transparenz'' oder ''Opazität'' (abgeleitet von physikalischen Begriffen ''[[Opazität|opak]]'' (lichtundurchlässig) und ''[[Transparenz (Physik)|transparent]]'' (lichtdurchlässig, durchscheinend)) anzugeben, also das Maß dafür, wie stark die auf unteren [[Ebenentechnik|Ebenen]] liegenden Inhalte überdeckt werden sollen.

Entsprechende [[native Transparenz]]en konnten früher nur in wenigen Bild-Dateiformaten gespeichert werden. Für die meisten anderen Formate musste eine [[Transparenzreduzierung]] vor der [[Druckausgabe|Ausgabe]] durchgeführt werden, bei der die transparenten Elemente auf Basis der voreingestellten Opazitätswerte auf eine Ebene „verflacht“ werden. Hierbei werden jedoch eventuell vorhandene Vektorelemente gerastert.

Modernere [[Vektorgrafik|Vektor-]] (wie [[Scalable Vector Graphics|SVG]], [[Encapsulated PostScript|EPS]] und [[Windows Enhanced Metafile|EMF]]) und [[Rastergrafik]]-Formate (wie [[Portable Network Graphics|PNG]]) erlauben auch die Definition von Bildelementen als vollständig transparent oder speichern neben den [[Digitale Farbe|Farbinformationen]] (R–G–B) auch noch einen ''[[Alphakanal]].'' Inzwischen kann für beliebig viele übereinanderliegende Elemente beliebig oft das Maß der Durchsichtigkeit spezifiziert werden.

Bei der Darstellung am Bildschirm wie auch für den Druck müssen alle Transparenzinformationen für jeden Bildpunkt ([[Pixel]]) aufsummiert werden (wie auch die Farbinformationen).

== Zweidimensionale Realisierungen ==

=== Transparenzmaske ===

Die einfachste und älteste Methode ist die Abspeicherung als separate Transparenzmaske, zunächst für [[Rastergrafik]]en (Bitmaps).

Dabei ist die Maske eine rechteckige [[Matrix (Mathematik)|Matrix]], die für jeden Bildpunkt genau 1&nbsp;[[Bit]] enthält. Die Bildgenerierung folgt dann für jede Bildposition folgender Regel:
* Wenn Transparenzbit gesetzt
** dann nimm Information des Hintergrundbildes
* sonst
** verwende das Vordergrundbild.

Die erste wichtige Anwendung trat im Zusammenhang mit [[Mauszeiger]]n (Cursor) auf. Software und Grafik-Hardware können immer nur rechteckige Bereiche verarbeiten, also das kleinste Rechteck, das die Figur des Cursors (beispielsweise ein Pfeil oder eine Hand mit Zeigefinger) einschließt. Wird der Cursor nun über die Bildschirmoberfläche (Desktop)  bewegt, muss möglichst schnell gerechnet werden. Dazu wird das Rechteck mit ungestörtem Hintergrund zwischengespeichert, dann das Cursor-Bild mittels Transparenzmaske mit dem Hintergrund kombiniert und angezeigt. Bewegt sich der Cursor weiter, wird das zwischengespeicherte ungestörte Hintergrundbild wiederhergestellt und die Prozedur für die neue Cursorposition wiederholt. Dieser Vorgang war bald ganz oder teilweise in die Hardware von [[Grafikkarte]]n eingearbeitet worden, so dass der eigentliche Rechner ([[Hauptprozessor|CPU]]) selbst damit nicht mehr belastet wurde.

Seit [[Microsoft Windows|Windows]]&nbsp;3 war die Technik der Transparenzmaske auch für die Microsoft-[[Icon (Computer)|Icons]] verfügbar. In der [[ICO (Dateiformat)|.ICO]]-Datei wurde sowohl das (undurchsichtige) Bild im [[Windows Bitmap|DIB/BMP-Format]]
wie auch eine Matrix mit der Transparenzmaske gespeichert, so dass das Bild beliebig mit dem Desktop kombiniert werden konnte. Auch [[Tagged Image File Format|TIFF]] erlaubt die Definition von Transparenzmasken für die Kombination der Einzelbilder in diesem [[Containerformat]].<ref>TIFF: Tag 254</ref>

Neben der älteren Bitmap-Transparenzmaske ist dieselbe Technik auch auf Flächen in (skalierbaren) [[Vektorgrafik]]en anwendbar; hier wird das separate Maskenobjekt mit logisch zusammenhängenden Bildobjekten ([[Scalable Vector Graphics#Grafische Elemente|Primitiva]], [[Ebenentechnik|Layer]], Group) verknüpft. Die resultierenden Effekte ergeben einen Blick durch ein Schlüsselloch oder ein Zuschneiden ([[Clipping (Computergrafik)|clipping]]) des Vordergrundbildes. Dies gilt auch bei Kombination des ganzen Bildes in Misch- und Containerformaten (Metafiles) wie beispielsweise [[Portable Document Format|PDF]] oder auch in der [[Textverarbeitung]] mittels [[OpenDocument]] und [[Microsoft Word]].

Die Zuordnung, ob der Wert "0" transparent und "1" opak bedeuten soll oder umgekehrt, ist in den verschiedenen Grafik-Formaten nicht einheitlich und kann bei Konvertierungen gelegentlich dazu führen, dass schwarze Rechtecke erscheinen oder Bildebenen anscheinend verschwunden sind.

Wenn von Software oder gar Hardware gelegentlich behauptet wird, sie könnten beliebige, nicht-rechteckige Bereiche handhaben, dann liegt intern eine Transparenzmaske zugrunde.

=== Transparente Bildfarbe ===

Die erste Einbeziehung direkt in das Bild erfolgte durch eine Zuordnung, nach der eine der Bildfarben als transparent gelten soll.

Damit war eine der 16 [[Video Graphics Array|VGA]]-Farben bzw. eine der 256 Farben einer [[Indizierte Farben|Palette]] nicht mehr verfügbar.

Die wohl bekannteste Anwendung nach dieser Methode wurde beim Übergang vom GIF87a zu GIF89a im [[Graphics Interchange Format]] eingeführt. [[Portable Network Graphics|PNG]] bildete dies später nach, erweiterte es aber alternativ auch um den  [[Alphakanal]].

Diese Technik war in den 1990ern gebräuchlich; sie benötigte keine zusätzlichen Ressourcen an Speicher- und Übertragungskapazität und kam den Möglichkeiten der damals verfügbaren Hardware entgegen. Die Dateien sind sogar kleiner als bei Verwendung der gesonderten Transparenzmaske.

=== Semi-Transparenz ===

Um semi-transparente Bildüberlagerung sowie eine größere Flexibilität und Gestaltungsmöglichkeit zu erhalten, wurden neben den beiden Extremwerten „voll-transparent“ und „voll-opak“ abgestufte Transparenzwerte eingeführt.

Dabei addieren sich die Verhältniswerte für Transparenz und Opazität immer zu&nbsp;1 – beispielsweise ergeben 30 % Transparenz eine Opazität von&nbsp;70 %. Der Transparenzwert gibt dann an, welcher Anteil  an Information des Hintergrundbildes einfließen soll, die verbleibende Gewichtung kommt dem Vordergrundbild zu.

Hier ist die wichtigste Ausprägung der sogenannte „Alpha-Wert“, mit dem die drei [[Farbkanal|RGB-Farbwerte]] (rot, grün, blau) um einen vierten Code erweitert wurden. Diese Kombination von vier Bytes wird meist als RGB/A oder auch aRGB bezeichnet, siehe [[Alphakanal]]. Der Farbwert kann dann den Bildelementen –&nbsp;sowohl einzelnen Pixeln wie auch (skalierbaren) Objekten der Vektorgrafik&nbsp;–
zugewiesen werden.

Das „Alpha-Byte“ erlaubt 256 verschiedene Abstufungen, wobei "0" für „voll-transparent“ und "255" für „voll-opak“ (also deckend) steht; streng genommen ist es ein Opazitätswert.

Vorteilhaft am Alpha-Wert ist der Umstand, dass sich der Farbton des Bildelements nicht ändert, sondern nur seine Helligkeit. Dies ermöglicht sehr viel einfachere und schnellere Berechnungen und vereinfacht die Spezifikation durch den menschlichen Zeichner.

Neben dieser Bindung an einen RGB-Farbwert kann der Alpha-Wert (allein) auch einer ganzen Bildebene oder einem ganzen eingefügten Bild zugeordnet werden. Damit können Bildebenen logisch ein- und abgeschaltet werden:
* Wird eine Bildebene auf „voll-transparent“ geschaltet, ist sie scheinbar verschwunden;
* wird sie auf „voll-opak“ gesetzt, so hängt das Ergebnis von deren Bildelementen ab:<br />Handelt es sich um RGB-Werte, dann ist nur dieses Bildelement im Vordergrund sichtbar; sind es RGB/A, dann hängt die Transparenz von diesen ab.
Auch eine semi-transparente Bildebene ist möglich: Sind die Bildelemente als RGB definiert, so wird gewissermaßen jedes Element einheitlich zu RGB/A erweitert; sind sie bereits RGB/A, dann werden beide Transparenzwerte miteinander multipliziert.

Schließlich kann auch eine [[#Transparenzmaske|Transparenzmaske]] statt des einfachen sichtbar/unsichtbar ebenfalls Alpha-Werte enthalten.

=== Mehr als zwei Bildebenen ===

Es wird immer die Kombination der beiden vordersten Bildebenen betrachtet. Das jeweilige Hintergrundbild kann selbst als Überlagerungsbild zweier Bildebenen entstanden sein. Durch eine [[Rekursion|rekursive]] Verarbeitung –&nbsp;beginnend mit den beiden untersten Bildern&nbsp;– können beliebig viele Bildebenen kombiniert werden.

=== Überlagerung von Farbbildern ===

Das transparente Überlagern von Farbbildern ist tückisch, insbesondere wenn die Bildebenen gegeneinander bewegt werden.

Meist wird die Farbmischung (also das Verhältnis von R, G und B zueinander) vom Vordergrundbild übernommen. Die dahinter liegenden Bildebenen liefern nur [[Grauwert]]e, die die Helligkeit der Vordergrundfarbe beeinflussen.
Der Transparenzwert gibt dabei an, wie stark dieser Einfluss sein soll. Diese Methode wird gern verwendet, wenn auf einem Desktop ein Objekt (dargestellt durch Icon oder [[Vorschaubild|Miniaturbild]]) mit [[Drag and Drop]] verschoben werden soll. Die Konturen des Hintergrundes schimmern durch das bewegte Objekt hindurch und ermöglichen es, das gewünschte Zielgebiet sicher anzuvisieren.

Alternativ dazu kann in dieser Situation das im Vordergrund bewegte Objekt als Grauwert-Bild dargestellt werden und die Farbmischung wird von den hinteren Bildebenen übernommen. Der Transparenzwert fließt in die Berechnung der Helligkeit ein.

Werden jedoch bei gegeneinander bewegten Bildebenen die Werte der Farbkanäle R, G und B getrennt voneinander einfach arithmetisch ausgerechnet, kommt es zu einem psychedelischen Farbrausch und völlig unerwarteten und unvorhersagbaren Farben des Gesamtbildes.

Für statisch übereinander gelegte Bildebenen gibt es unterschiedliche Formeln, um beide Farbwerte zu berücksichtigen und nach Regeln der [[Additive Farbsynthese|additiven]] oder [[Subtraktive Farbsynthese|subtraktiven Farbmischung]] eine resultierende Gesamtfarbe auszurechnen. Das RGB-Modell ist hier ungeeignet und es wird regelmäßig zur [[HSV-Farbraum|HSB]]-Darstellung gewechselt; die Sättigung S (Saturation) wie auch die Helligkeit B (Brightness) korrelieren dabei mit dem Opazitätswert. Ob dies im Einzelfall zu einem befriedigenden optischen Eindruck führt, muss vom menschlichen Betrachter beurteilt werden. Es entspräche der Sicht auf die Welt durch ein Farbdia hindurch; die Erwartung an diese Abbildung muss definiert werden.

=== Einzelnes Bild ===

Der Transparenzwert hat eigentlich nur Sinn, wenn mehrere Bildebenen übereinandergelegt werden. Liegt nur eine einzige Bildebene vor, wird der Wert in der Regel ignoriert. Alternativ dazu wird er gelegentlich dazu benutzt, um dem Bild eine „Blässe“ zuzuordnen; bei Volltransparenz wäre es dann nicht sichtbar – eine nur selten sinnvolle Interpretation.

== Dreidimensional ==

Alle vorstehenden Erläuterungen beziehen sich auf [[2D|2-D]]-Bilder, das heißt Bildfolien werden unmittelbar übereinandergelegt.

In der [[3D]]-Computergrafik können Objekte transluzente Materialeigenschaften besitzen. In der [[Volumengrafik]] bestehen Objekte aus [[Voxel]]n, die jeweils eine bestimmte Opazität besitzen; zur Darstellung ([[Bildsynthese]], ''Rendering'') solcher Objekte gibt es mehrere Möglichkeiten. Bei anderen [[Geometrische Modellierung|Modellierungsarten]] werden die Materialeigenschaften einheitlich für das gesamte Objekt angewandt. Die [[Volumenstreuung]] wird hier oft durch eine [[Phasenfunktion]] mit Absorptions- und Streuungskoeffizienten modelliert. Das [[Lambert-Beersches Gesetz|Lambert-Beersche Gesetz]] ist hier anwendbar: eintreffende Lichtstrahlen werden vom Medium [[Exponentieller Prozess#Exponentielle Abnahme|exponentiell]] abgeschwächt. Die Volumenstreuung lässt sich mittels [[Path Tracing|Monte-Carlo-Raytracing]] oder [[Photon Mapping]] rendern.

== Einzelnachweise und Anmerkungen ==
<references />

[[Kategorie:Grafikdesign]]