Punkte, Linien und Flächen sind die Bausteine jeglichen graphischen Ausdrucks (unten). Ihre visuelle Wahrnehmung beruht auf den Unterschieden ihrer Helligkeit bzw. Farbe zum Hintergrund, z.B. dem Weiß des Papiers. Eine theoretisch gestaltlose Fläche von bestimmter Helligkeit und Farbe lässt sich in ihrer Form sowie in Muster, Orientierung und Größe verändern. Diese Möglichkeiten der graphischen Abwandlung bezeichnete der französische Kartograph J. Bertin 1967 als graphische bzw. visuelle Variablen. Er zeigte, dass die graphischen Variablen unterschiedliche Wahrnehmungseigenschaften aufweisen. Sie wirken trennend, ordnend oder quantitativ.
Graphische Variablen nach Bertin
In diesem Sinne sind sie bei der Gestaltung von Graphiken und Karten zu nutzen, um qualitative oder quantitative Unterschiede oder den geordneten Charakter der Sachmerkmale auszudrücken. Dabei ist die Zahl der praktisch verwendbaren Abwandlungen von Variable zu Variable verschieden. Außerdem ist für den graphischen Ausdruck die Anordnung der Zeichen in den beiden Richtungen der Darstellungsebene von Bedeutung. In Diagrammen wird diese von den dargestellten Daten definiert; in Karten hingegen entspricht sie dem verkleinerten, grundrisslich bestimmten und abstrahierenden Abbild der Objekte an der Erdoberfläche.
Die Bearbeitung und Herstellung von Karten ist heute kaum mehr vorstellbar ohne die Verwendung von Computern. Auch für die Kartennutzung steht der Bildschirm zur Verfügung. Beides erfordert eine digitale Beschreibung der graphischen Grundelemente. Diese erfolgt überwiegend nach zwei Prinzipien, denen Datenformate entsprechen:
- durch Punkte und Linien im xy-Koordinatensystem, wobei Linien auf Geraden oder Kurven zwischen zwei Punkten (Stützpunkten) und Flächen auf den geschlossenen Linienzug ihres Umrisses zurückgeführt werden (Vektorprinzip bzw. -format);
- durch Zerlegung der als Bild im allgemeinen Sinne aufzufassenden Graphik in matrix- bzw. rasterartig angeordnete Bildpunkte, sog. Pixel (Abk. für picture element). Pixel mit je zwei gleichartigen Nachbarpixeln in horizontaler, vertikaler oder diagonaler Richtung ergeben Linien, während die Pixel innerhalb von Flächen bis zu den Randpixeln gleiche Eigenschaften aufweisen (Rasterprinzip bzw. -format).
Graphische Grundelemente und ihre mathematische Beschreibung
Das Vektorformat wird derzeit vor allem für die Bearbeitung und Speicherung der Karten genutzt, während das Rasterformat für die Digitalisierung von Vorlagen (Scannen) und die Visualisierung, d.h. die Ausgabe auf den Bildschirm, direkt auf Papier und die Herstellung der Druckvorlagen, Bedeutung hat.