Beschreibungsformate

1. Virtual Reality Modeling Language VRML

• Geschichte
• Grundlagen
• Sprache
• Beispiel
• Bewertung

TeX und Device Independent fileformat DVI

• Geschichte
• Boxes
• Glue
• DVI
• Beispiel
• Bewertung

Rich Text Format RTF

• Geschichte
• Grundlagen
• Bewertung

Office Document Architecture ODA and Interchange Format

• Geschichte
• Grundlagen
• Layoutstruktur
• Dokumentklassen
• Bewertung

PostScript

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• Sprache
• Beispiel
• Bewertung

Portable Document Format PDF

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• Sprache
• Bewertung

Virtual Reality Modeling Language VRML

Grundlagen
VRML soll folgende Anforderungen erfüllen

• Geräteunabhängigkeit
• Möglichkeit zur beliebigen Erweiterung
• Benutzbarkeit auch bei langsameren Verbindungen

Sprache
Die Virtual Reality Modeling Language (VRML) ist eine Sprache zur Beschreibung von interaktiven Simulationen mit mehreren Teilnehmern, wobei diese sowohl aktive als auch passive Teilnehmer sein können. Diese Simulationen können an das World Wide Web durch Hyperlinks angebunden werden.

In der höchsten Abstraktionsstufe stellt VRML nur eine Art dar, wie Objekte sich selber lesen und schreiben können. VRML beschreibt Szenen durch Objekte, sogenannte Nodes, die festlegen, wie dreidimesnionale Objekte eingelesen und als Computergraphik auf dem Bildschirm dargestellt werden sollen.

VRML verwendet ein kartesisches,nach rechts geöffnetes, dreidimensionales Koordinatensystem. Als Voreinstellung werden Objekte auf einem zweidimensionalen Gerät dargestellt, in dem sie in Richtung der positiven Z - Achse projeziert werden, mit der positiven X - Achse nach rechts und der positiven Y - Achse nach oben. Bestimmte Funktionen können diese Voreinstellungen verändern.

Das Layout wird durch die Nodes festgelegt, wobei drei unterschiedliche Klassen von Nodes existieren:

• shape (Form)
  • zur Definition der Geometrie in der Umgebung; hier findet das tatsächliche Zeichnen statt
  • Beispiel: Cone, Cube, Cylinder (Kegel, Würfel, Zylinder)
• property (Zugehörigkeit)
  • beeinflußt die Art und Weise, in der shapes gezeichnet werden
  • Beispiel: Rotation, Scale, DirectionalLight, Material, Fontstyle (Rotation, Skalierung, Lichtrichtung, Material, Fontart)
• group (Gruppe)
  • gruppiert Nodes, so daß die Gruppe wieder als Einzelobjekt behandelt werden kann
  • Beispiel: Group, WWWAnchor (Gruppe, WWWAnker (die Möglichkeit, einen Node oder eine Gruppe von Nodes mit einer URL in Verbindung zu bringen, so daß bei Anwählen des Nodes eine URL aufgerufen wird) )

#VRML V1.0 ascii
Seperator {
	DirectionalLight {
	     direction 0 0 -1 
	}
	PerspectiveCamera {
	     position        -8.6 2.1 5.6
	     orientation     -0.1352 -0.9831 -0.1233 -1.1417
	     focalDistance   10.84
	}
	Seperator {			(Beschreibung des Kegels folgt)
	     Material {
		 diffuseColor 1 0 0	(Farbe wird auf rot gesetzt)
	     }
	     Translation { 
		 translation 3 0 1 
		 }
	     Sphere {			(Kegel wird gezeichnet)
		 radius 2.3
		 }
	}
	Seperator {			(Beschreibung der Kugel folgt)
	     Material {
		 diffuseColor 0 0 1     (Farbe wird auf blau gesetzt)
	     }
	     Transform {
		 translation -2.4 .2 1
		 rotation 0 1 1  .9
 	     }
	     Cube {}			(Kugel wird gezeichnet)
	}
}

TeX

TeX kann sehr komplexe Seiten aufbauen, beginnt dabei aber immer mit den einfachsten Elementen, den einzelnen Buchstaben. Diese werden dann in größere Einheiten zusammengefaßt, diese wiederum in größere und so weiter.
Dieses System des Gruppierens in immer größere Einheiten wird mit den Begriffen Boxes und Glue bezeichnet.

Boxes:
In TeX werden 2-dimensionale Boxes verwendet.

Boxes sind rechteckig, haben drei Abmessungen (Höhe, Tiefe und Breite), besitzen eine Basislinie und einen Referenzpunkt. Bei TeX ist bereits ein Einzelbuchstabe eine Box, bei dem der Designer des Fonts festgelegt hat, wie der Buchstabe im Endeffekt aussieht, indem er Höhe, Tiefe und Breite festlegt. Diese Dimensionsangaben werden auch verwendet, um Boxes "`aneinanderzukleben"' und schließlich auch um den Platz der Referenzpunkte auf einer Seite zu bestimmen. Symbole können die Grenzen ihrer Boxen überschreiten, wenn zum Beispiel für eine Formel größere Klammern gebraucht werden, TeX behandelt diese Boxen genauso wie andere gleichgroße, also wie andere mit denselben Dimensionsangaben. Das kann natürlich zu Überschneidungen führen, doch passiert das gewöhnlich nicht, solange die Basislinien auf einer Höhe gehalten werden.

Neben diesen eben besprochenen character boxes gibt es auch noch rule boxes die zum Darstellen zum Beispiel von Strichen verwendet werden, da sie gänzlich schwarz ausgefüllt sind.
Alles was auf einer TeX - Seite erscheint entsteht also aus einfachen character boxes und rule boxes die aneinandergehängt werden. Dies kann auf zwei Arten geschehen, nämlich horizontal oder vertikal. Beim horizontalen Aneinanderfügen werden die Referenzpunkte auf einer waagerechten Linie aneinandergereiht, so daß die Basislinien benachbarter Boxen aneinanderpassen. Bei vertikalem Aneinanderhängen von Boxen sind entsprechend die Referenzpunkte vertikal aneinander ausgerichtet.[2]

Beliebig komplizierte Texte können mit Hilfe von Listen vertikaler und horizontaler Boxen dargestellt werden, die auf einfache Weise miteinander verknüpft werden.

Glue:
Neben Boxen existiert noch "glue", TeX's Art Boxen aneinanderzureihen. So sind zwischen einzelnen Zeilen und Wörtern Freiräume. Diese Freiräume sind nicht etwa leere Boxen sondern Teile des Glues (deutsch: Leim) zwischen Boxen. Dieser Glue kann gestreckt oder verkürzt werden, so daß die Seiten später schön formatiert werden können.
Glue hat drei Attribute, space (Zwischenraum, Leerraum), stretch (strecken, ausdehnen) und shrink (schrumpfen, verkleinern). [2]

Dies ist die " natürliche " Breite der horizontalen Liste. Diese Breite kann durch stretch und shrink jetzt beliebig beeinflußt werden.

Device-independent (DVI) file format

Ein Ergebnis einer Übersetzung eines TeX - Files ist das device independent (DVI) - file, in dem festgelegt ist, wo die Buchstaben und Graphiken auf der Ausgabeseite erscheinen sollen. Die Form dieser Files wurde von David R. Fuchs schon 1979 entwickelt und zielt hauptsächlich auf Drucker als Ausgabegeräte ab.

Ein DVI - File ist eine Folge von Bytes, die wie eine Folge von Kommandos in Maschinensprache aussehen. Das erste Byte jedes Kommandos ist der Befehlscode und darauf folgen 0 oder mehrere Bytes mit den Parametern des Kommandos.

Ein DVI - File besteht aus einer preamble die vor mehreren pagessteht, und denen eine postamble folgt.

Eine preamble ist einfach ein pre Kommando, bei dem die im File verwendeten Parameter stehen. In ihr stehen grundlegende Informationen über das File als Ganzes.

Eine page besteht aus einem bop (begin of page) - Kommando, einer Folge anderer Kommandos, die Auskunft darüber geben, wo Buchstaben auf der Ausgabeseite stehen, und schließlich ein eop (end of page) - Kommando. Jedem eop kann direkt ein bop folgen, falls das Dokument mehr als eine Seite lang ist. Der letzten Seite eines Dokumentes folgt post. Dieses Kommando kündigt die postamble an.

In der postamble werden wichtige Fakten aufgeführt, die TeX über das File gesammelt hat. Dadurch wird es ermöglicht, daß Teile der Daten mit großer Effizienz ausgegeben werden können.

Das DVI - Format soll sowohl kompakt als auch einfach interpretierbar sein. Kompaktheit wird dadurch erreicht, daß der Großteil der enthaltenen Informationen implizit und nicht explizit vorliegt. Ein DVI - lesendes Programm merkt sich beim Lesen der Kommandos einer Seite gewisse Zahlen, wie zum Beispiel die Zahl f, in der der aktuelle Font steht, oder b,in der die aktuelle Position auf der Seite mit Hilfe der horizontalen und vertikalen Koordinaten h und v steht. h und v stehen beim Wert 0 auf der oberen linken Ecke der Seite und werden in der jeweiligen Richtung durch Erhöhen ihrer Werte verschoben.

Beispiel
Ein sehr kurzes Beispiel eines TeX - Programmes ist das folgende:

Das ist eine erste Zeile.
Hier ist ein Umlaut: \"a
\par
und jetzt eine linie: \hrule height 1pt width 50mm
\bye

numerator/denominator=25400000/473628672
magnification=1000;       0.00006334 pixels per DVI unit
' TeX output 1995.10.16:1119'
Postamble starts at byte 252.
maxv=43725786, maxh=30785863, maxstackdepth=2, totalpages=1
Font 0: cmr10---loaded at size 655360 DVI units

42: beginning of page 1
87: push
level 0:(h=0,v=0,w=0,x=0,y=0,z=0,hh=0,vv=0)
88: down3 -917504 v:=0-917504=-917504, vv:=-58
92: pop
level 0:(h=0,v=0,w=0,x=0,y=0,z=0,hh=0,vv=0)
93: down4 42152922 v:=0+42152922=42152922, vv:=2670
98: push
level 0:(h=0,v=42152922,w=0,x=0,y=0,z=0,hh=0,vv=2670)
99: down4 -41497562 v:=42152922-41497562=655360, vv:=42
104: push
level 1:(h=0,v=655360,w=0,x=0,y=0,z=0,hh=0,vv=42)
105: right3 1310720 h:=0+1310720=1310720, hh:=83
[ ]
109: fntdef1 0: cmr10
130: fntnum0 current font is cmr10
131: setchar68 h:=1310720+500623=1811343, hh:=115
		[...]
[a]
190: pop
level 1:(h=0,v=655360,w=0,x=0,y=0,z=0,hh=0,vv=42)
191: down3 786432 v:=655360+786432=1441792, vv:=91
195: push
level 1:(h=0,v=1441792,w=0,x=0,y=0,z=0,hh=0,vv=91)
		[...]
223: setchar58 h:=6681040+182045=6863085, hh:=436
[ und jetzt eine linie:]
224: pop
level 1:(h=0,v=1441792,w=0,x=0,y=0,z=0,hh=0,vv=91)
225: down3 192967 v:=1441792+192967=1634759, vv:=103
229: putrule height 65536, width 9323399 (5x591 pixels)
238: pop
level 0:(h=0,v=42152922,w=0,x=0,y=0,z=0,hh=0,vv=2670)
239: down3 1572864 v:=42152922+1572864=43725786, vv:=2770
243: push
level 0:(h=0,v=43725786,w=0,x=0,y=0,z=0,hh=0,vv=2770)
244: right4 15229091 h:=0+15229091=15229091, hh:=965
249: setchar49 h:=15229091+327681=15556772, hh:=986
[ 1]
250: pop
level 0:(h=0,v=43725786,w=0,x=0,y=0,z=0,hh=0,vv=2770)
251: eop

Rich Text Format RTF

RTF wurde von Microsoft als allgemeines Format zum Austauschen von Dokumenten definiert, daher wird es in Microsoft - Produkten auf breiter Front unterstützt. Beispielsweise ist es ab der Windows - Version 2.0 als Clipboard - Format eingesetzt, über das Windows - Programme untereinander Daten austauschen können.

Außerdem unterstützen die Programme WORD für Macintosh und und WORD für PC den Textaustausch im RTF - Format. Grundlagen

Die Spezifikation des Rich Text Format (RTF) ist eine Methode, formatierten Text und Graphiken für einen einfachen Transfer zwischen Applikationen zu kodieren.
Die RTF - Spezifikation liefert ein Format für Text- und Graphikaustausch, das von verschiedenen Betriebssytemen, Betriebsumgebungen und Ausgabegeräten genutzt werden kann. Mit RTF können Dokumente, die unter verschiedenen Betriebssystemen und mit verschiedenen Software - Applikationen erstellt wurden, zwischen diesen Betriebssystemen und Applikationen ausgetauscht werden.

Das RTF - Dokument besteht überwiegend aus Steuersequenzen zur Einstellung des RTF - Readers. Diese Steuersequenzen können entweder control words (Kontrollwörter) oder control symbols (Kontrollsymbole) sein. Zusätzlich dazu besteht die Möglichkeit, bestimmte Sequenzen durch Klammern zu Gruppen zusammenzufassen.

Ein Kontrollwort ist ein formatiertes Kommando, welches von RTF verwendet wird, um Druckanweisungen oder Informationen zum Dokumentenumgang anzugeben. Es besteht aus einer mit einem Trennzeichen ( Delimiter) abgeschlossenen Sequenz einzelner Zeichen und hat die folgende Form:

\LetterSequence<Delimiter>

Der Schrägstrich (\) leitet immer ein Kontrollwort ein. Der Delimiter kann zum Beispiel ein Leerzeichen sein, oder eine Ziffer, oder ein Strich (-), wonach ein weiterer Delimiter folgt. Zur LetterSequenz bleibt anzumerken, daß RTF alle Zeichen von a bis z, bzw. von A bis Z verwenden kann, deutsche Umlaute sind hier nicht vorgesehen.

Bei Kontrollsymbolen werden einzelne Buchstaben verwendet, die als Steuerzeichen dienen und durch einen Schrägstrich eingeleitet werden.

\~ 

Nur wenige Steuerzeichen sind jedoch bisher definiert, so daß der RTF - Reader unbekannte Steuerzeichen überliest.

Eine Gruppe besteht aus Text und Kontrollwörtern oder Kontrollsymbolen, die in Klammern ({}) zusammengefaßt werden.
In einer RTF - Datei können Gruppen sowohl für Fonts, Typen, Bildschirmfarbe, Bilder, Fußnoten, Anmerkungen, Header und Footer als auch für Dokument-, Abschnitts-, Absatz- und Buchstabenformatierung enthalten sein.

Eine mögliche Definition für eine Schriftart könnte folgendermaßen aussehen ([75]):

{\stylesheet{\s0\f3\fs20\qj Normal;}
{\s1\f3\fs30\b\qc Heading Level 3;}

Mit Hilfe von stylesheet werden Schriftarten eingestellt, die mit s0 bis sn durchnummeriert werden. Dem Schrifttyp s0 wird der Name Normal zugeordnet, mit dem Zeichensatz f3, in der Größe von 10 Punkt ( fs20). Mit qj wird die Schrift justiert ausgegeben. Die zweite Zeile des Beispiels definiert eine Schrift mit dem Namen Heading Level 3. Die Schrift ist 15 Punkt und wird fett und zentriert ausgegeben ( fs30, b und qc).

Alle Fonts, Styles, Bemerkungen und Formatiermöglichkeiten, die vom Autor angegeben werden, müssen vor dem normalen Textanteil im Dokument stehen. Diese Gruppen werden der RTF Header genannt.
Einige Kontrollwörter, auch destinations (Ziele) genannt, stehen zu Beginn einer Gruppe von abhängigem Text, der an einer anderen Stelle im Dokument stehen kann. Ein Beispiel hierfür ist die footnote - Gruppe.
Der Reader eines RTF - Dokuments hat folgende Aufgaben:

• Trennen der Kontrollinformationen von Fließtext
• Kontrollinformationen ausführen
• Zusammenfassen und richtiges Einfügen von Text in das Dokument

Bewertung
In einem RTF - Dokument ist die Layoutinformation zwar enthalten, ist aber innerhalb des Dokuments klar abgegrenzt, und zwar zu Beginn des Dokuments. Bei RTF wird aber auch dem Reader überlassen, wie das Dokument angezeigt wird, demnach ist eine Verwendung für das GUT - Format ausgeschlossen.

Office Document Architecture (ODA) and Interchange Format

"Es soll sichergestellt sein, daß der Empfänger ein solches Dokument in der vom Absender beabsichtigten Form auf Papier oder auf einem Bildschirm wiedergeben, aber auch weiterverarbeiten kann, etwa in dem er Inhalt oder Aussehen ändert."[4]

ODA - Layoutstruktur
ODA kennt bezüglich der Layoutstruktur mehrere Typen von Objekten; neben der document layout root auch noch blocks, frames, pages und page sets.

Ein block ist eine rechteckige Fläche, die einen Teil des eigentlichen Inhalts des Dokumentes, z.B. Text oder Graphik, enthält. Block ist ein basic layout object, ist folglich Endknoten der Baumstruktur und enthält keine untergeordneten Elemente.

Ein frame ist wie der block einen rechteckige Fläche, die im Gegensatz zum block ein oder mehrere weitere frames oder ein odere mehrere weitere blocks beinhalten kann. (In einem frame können demnach nicht sowohl frames als auch blocks als nächste Baumebene enthalten sein.) Frame ist ein composite layout object, er hat untergeordenete Objekte.
Beispielsweise könnte ein Briefkopf so dargestellt werden: [4]

Dokumentklassen
Häufig weisen mehrere Dokumente eine ähnliche Struktur auf. Daher gibt es bei ODA das Konzept der document class.

"Eine Dokumentklasse ist die Festlegung einer Menge von Regeln bezüglich der logischen Struktur und der Layoutstruktur für alle Dokumente, die zu dieser Dokumentklasse gehören."

PostScript

Sprache
Die PostScriptsprache enthält folgende Elemente, die beliebig miteinander kombiniert werden können.

• Gerade Linien, Kurven, Rechtecke und kubische Kurven, die zusammen beliebige Figuren formen können
• Zeichenbefehle (Operatoren), die es ermöglichen die Dicke der Linien eines Objekts oder die Farbe, mit der ein Objekt gefüllt wird, zu erzeugen
• Text der vollständig in Graphiken integriert werden kann. Im graphischen Modell von PostScript werden Buchstaben, egal ob aus Standardschriftarten oder vom Benutzer selbständig definierte, als graphische Objekte behandelt, die mit allen Graphikbefehlen (Operatoren) verändert werden können
• Gerasterte Bilder, die zum Beispiel von Vorlagen eingescannt wurden, werden von PostScript mit beliebiger Auflösung und Kontrastierung beschrieben und mit vielen verschiedenen Farbmodellen dargestellt
• Ein allgemeines Koordinatensystem, daß alle Kombinationen von Lineartransformationen inklusive Translation, Skalierung, Rotation und Spiegelung unterstützt. Diese Transformationen können mit allen Elementen eines Dokuments durchgeführt werden. Die Einheit des Koordinatensystems ist der Punkt, der eine drucktechnischeMaßeinheit ist und 1/72 eines Inch entspricht

Ein PostScriptprogramm wird kellerorientiert verarbeitet, wobei der Kellerzugriff in Postfixnotation erfolgt. Es gibt vier verschiedene Keller, den Befehlskeller, den Ausführungskeller, das Wörterbuch und den Graphikkeller.

Befehlskeller: Dieser Keller enthält neben den Operanden auch die Ergebnisse von Operationen, z.B. löscht eine n - stellige Operation die n obersten Elemente des Kellers, verwendet sie als ihre Argumente und schreibt das Ergebnis oben auf den Keller zurück.
Ausführungskeller: In diesem Keller wird die korrekte Abfolge geschachtelter Prozeduren überwacht. Alle noch nicht abgearbeiteten Prozeduren sind hier enthalten.
Wörterbuch: Hier finden sich alle Variablen, Prozeduren, usw., die im Lauf eines Programms deklariert worden sind. Jeder Eintrag besteht aus dem Schlüssel und der damit assoziierten Bedeutung.
Graphikkeller: Das oberste Element dieses Kellers enthält jeweils die aktuellen Graphikkontrollparameter, wie z.B. den aktuellen Zeichensatz.

Beispiel
Beispiel einer Beschreibung in PostScript [5]:

/Rechteck

Deklaration einer Prozedur, die ein Rechteck mit den Seitenlängen 1 Punkt und 2 Punkt zeichnet (1 Punkt = 0.035 cm);

{ newpath

Eröffnen eines PostScript - Pfades;

0 0 moveto

Zeichenstift in den Koordinatenursprung bewegen;

0 1 lineto

Linie zur Koordinate (0,1) zeichnen;

2 1 lineto

Linie zur Koordinate (2,1) zeichnen;

2 0 lineto

Linie zur Koordinate (2,0) zeichnen;

closepath }

Beenden des Pfades: von der aktuellen Position wird gleichzeitig eine Linie zum Anfangspunkt des Pfades gezeichnet;

def

Ablegen der Prozedur im Wörterbuch;

gsave

Speichern des aktuellen Graphikzustandes;

28.35 28.35 scale

Vergrößerung aller folgenden Anweisungen um das 28,35fache. Eine Einheit entspricht dann etwa 1 cm;

Rechteck fill

Zeichnung des Rechtecks und Färbung mit Schwarz. Wegen der Skalierung ist das Rechteck 1 x 2cm groß. Die linke untere Ecke befindet sich im Koordinatenursprung;

3 4 translate

Verschieben des Koordinatensystems um 3 cm nach rechts und um 4 cm nach oben;

Rechteck stroke

Erneutes Zeichnen des Rechtecks ohne Färbung, die linke untere Ecke befindet sich im Ursprung des verschobenen Koordinatensystems;

grestore

Der ursprüngliche Graphikzustand wird wiederhergestellt. Die zwischenzeitlichen Skalierungen und Koordinatentransformationen sind damit unwirksam.

Bewertung
PostScript wurde als geräteunabhängige Beschreibung von Druckseiten konzipiert. Eben diese Beschränkung auf Seiten ist für GUT nicht vorgesehen und ist ein Grund dafür, weshalb PostScript nicht als Vorlage für das Format dienen soll.

Portable Document Format PDF

Grundlagen
Das neue PDF - Format basiert auf der Funktionsweise von PostScript, ist jedoch um einige wichtige Funktionen erweitert worden.
Folgende Erweiterungen wurden vorgenommen:

• Hypertextlinks
• Bildschirmausgabe und nicht nur Druckausgabe
• Indexsuche
• Kompressionsverfahren bei Erstellung

Allerdings ist ein PDF-File kein PostScript-Programm und kann nicht direkt von einem PostScript-Interpreter interpretiert werden. Jedoch können die Seitenbeschreibungen aus einem PDF-File in ein PostScript-Programm konvertiert werden.

Sprache
In einem PDF-File steht neben dem PDF-Dokument noch andere unterstützende Information. Die Texte und Graphiken werden nach dem Model der PostScript-Sprache verwendet, so wird auch bei PDF eine Seite dadurch erzeugt, daß paint auf selektierte Stellen auf der Seite plaziert wird.
Jedoch wurde aus Gründen der Vereinfachung auf die Möglichkeit der Programmierbarkeit verzichtet, daher wird ein PDF-Programm in Maschinen-Code erzeugt. Das ist auch der Grund dafür, daß eine PDF-Seitenbeschreibung schneller gezeichnet werden kann als dies mit einem vergleichbaren PostScript-Programm möglich wäre.
Das Zeichnen beliebiger Inhalte eines PDF-Dokuments wird immer in einem Koordinatensystem definiert, also sowohl Position, Orientierung, Graphiken als auch Textgröße und Bilder.

Bewertung
Als Erweiterung der PostScript-Sprache ist das PDF-Format sehr interessant und gelungen. Jedoch ist es für die Verwendung als Vorbild für GUT ebenso ungeeignet. Der einzige Punkt, der übernommen wird ist die Unprogrammierbarkeit, also das Erstellen eines PDF-Files in Maschinen- Code.