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Lexikon der Kartographie und Geomatik: Farbanwendung in der Kartographie

Farbanwendung in der Kartographie
Konrad Großer, Leipzig, Johannes Schoppmeyer, Bonn
1. Definition und Einführung
Farbe ist die vom Licht im Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm ausgelöste, nach Wellenlängen und Lichtstärken unterscheidende Empfindung des menschlichen Gesichtssinns. Sie entsteht im Ergebnis des Wahrnehmungsprozesses im Gehirn (Farbsehen). Die Farbempfindung ist deshalb immer subjektiv und hängt von den Betrachtungsbedingungen ab, u. a. von der Lichtquelle, dem Umfeld, der Farbflächengröße, dem Kontrast; vom individuellen Sehvermögen, von der Stimmungslage und der Erfahrung. Mit Spektralphotometern (Farbmessung) objektiv messbar ist nur der Farbreiz, der nach der standardisierten Bewertung durch die Normspektralwertfunktionen des farbmetrischen Normalbeobachters zur Normvalenz mit der Berechnung der Normvalenzwerte (X,Y,Z) führt. Diese erlauben eine objektive und geräteunabhängige Beschreibung des gesamten reellen Farbraums (Normfarbtafel). Eine mehr empfindungsgemäß gleichabständige Darstellung liefert die Umrechnung in den CIELab-Farbraum.
Mehrfarbige Kartengestaltung kennen wir seit den Anfängen der Kartographie, unter anderem aus der ältesten ägyptischen Karte (nubische Goldminenkarte). Mehrfarbkarten wirken attraktiver und interessanter. Sie sind bei sachgerechter Anwendung der Farben leichter lesbar als einfarbige Darstellungen. Die Verwendung bunter Farben vereinfacht in mancherlei Hinsicht die Arbeit des Kartengestalters, birgt aber zugleich die Gefahr unästhetischer und unzulänglicher Ergebnisse. Bei der Farbgestaltung von Karten sind daher die nachfolgend betrachteten, miteinander in Beziehung stehenden Gesichtspunkte zu beachten.
2. Farbe und Kartentechnik
Immer bestimmten die jeweils verfügbaren Verfahren der Kartenherstellung, der Reproduktion und der Vervielfältigung (Kartendruck) bzw. der Verbreitung von Karten (Internetkarte) die Farbanwendung in der Kartographie. Sie ist deshalb eng mit der historischen Entwicklung der Kartentechnik verbunden (Stams 1983). Beginnend im 15. Jh. und bis ins 19. Jh. hinein wurden mit Tusche oder Tinte gezeichnete Kartenunikate manuell koloriert oder farbig deckend gemalt. Mit Einführung der ersten Vervielfältigungsverfahren (Holzschnitt 15./16. Jh., Kupferstich 16.-19. Jh.) wurden die fast ausschließlich einfarbig gedruckten Karten teilweise mit einer lasierenden Kolorierung, meist Flächen und Bändern, versehen. Die folgende Periode des Steindrucks (Kartolithographie; 19. bis Mitte 20. Jh.) ermöglichte den mehrfarbigen Druck, ab etwa 1860 mittels Schnellpressen auch größerer Auflagen. Außer Flächenfarben im Vollton und Schraffuren als Aufhellungen konnten auch Linien und Positionssignaturen sowie Schrift in Buntfarben gedruckt werden. Abgesehen von den Mischfarben durch Übereinanderdruck zweier Farben verlangte jede Farbe einen eigenen Druckgang, sodass besonders für thematische Karten, z. B. geologische Karten oft 10, teilweise 20 und mehr vom Drucker zu mischende Druckfarben erforderlich waren.
Mit der Erfindung der Chromolithographie und vor allem des Umdruckverfahrens ab 1880 gelang es, Flächenfarben aufzurastern und durch mehrfarbigen Übereinanderdruck eine Vielzahl von Farben zu erzeugen. Der nächste große Umschwung in der Kartentechnik erfolgte Mitte des 20. Jhs. durch Einführung von Gravierverfahen, Kopierverfahren und photographischer Rasterung in Verbindung mit der Umstellung des Druckverfahrens auf den Offsetdruck. Jedoch war der Übergang zum heute verbreiteten Vierfarbendruck ein langer Entwicklungsprozess. Selbst in unseren Tagen werden für spezielle Zwecke Sonderfarben, d. h. mehr als die vier Farben der kurzen Skala verwendet. Das gilt wegen der Passgenauigkeit für sehr große Kartenformate (z. B. geologische Übersichtskarten) ebenso für die Erzielung kartographietypischer Farbtöne (darunter Landkartenbraun für Höhenlinien, Landkartengrün, Gewässerblau) bzw. für sehr reine, außerhalb des Farbumfangs der kurzen Skala liegende Farben (z. B. sehr reines Violett und Orange). Eine verbesserte Reproduktion feiner farbiger Linien ist heute durch die frequenzmodulierte Rasterung möglich.
Allgemein aber hat der große Umbruch in der Kartentechnik der letzten Jahre den Einsatz der Farbe in Karten wesentlich erleichtert und deutlich kostengünstiger gemacht. Statt über Gravur der Strichelemente (Gravierverfahren), Herstellung von Farbdeckern und Rastersammelkopie (Kopierverfahren) erfolgt die mehrfarbige Kartenherstellung heute fast ausschließlich digital mit desktop mapping-Programmen oder über die Kartengenerierung aus GIS-Systemen. Daneben werden farbige Bildkarten (Orthophoto, Satellitenbild) durch Scannen von Farbnegativen oder -positiven oder direkte Aufnahme mit Digitalkameras und anschließender digitaler Bildverarbeitung gewonnen. Die Farben werden bei den meisten Verfahren am Farbbildschirm ausgewählt und festgelegt, der Prüfdruck wird über Farbplotter ausgegeben und der Farbdruck geschieht nach einer Farbseparierung und elektronischer Rasterung im Offsetdruck in der kurzen Farbskala.
Als alternative Vertriebswege erlangen die Verbreitung kartographischer Erzeugnisse auf CD-ROM oder der direkte Abruf von Kartenausschnitten über das Internet immer größeres Gewicht. Um eine einheitliche und exakte Farbwiedergabe in allen Visualierungstechniken zu erreichen, kommt bei diesen modernen Verfahren der Farbdefinition (CIELab-Farbraum) in einem farbmetrischen Farbordnungssystem und dem Farbmanagement zwischen den verschiedenen prozessabhängigen Farbordnungen eine große Bedeutung zu. Während früher nach gedruckten Farbmustersammlungen die Tonwerte der Druckfarben bestimmt wurden, werden heute die Farben im Farbmischer als RGB (Rot, Grün, Blau), CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black) oder HSB-Werte (Farbton, Sättigung, Helligkeit) am Farbbildschirm definiert und sollen dann genau gleich mit dem Farbplotter ausgegeben oder im Offsetdruck gedruckt werden. Da verschiedene Grundfarben und verschiedene Farbmischungen (additive, autotypische) zum Einsatz kommen, kann dies nur über den Einsatz des Farbmanagements gelöst werden, das zur Farbumrechnung ICC-Farbprofile benötigt, über die eine Farbeichung der verschiedenen Ein- und Ausgabesysteme erfolgt. Trotzdem ist eine exakte Farbumrechnung nicht immer möglich, wenn die Farbumfänge der verschiedenen Systeme (Bildschirm, Plot, Druck) unterschiedlich groß sind. Bei den Farbraumtransformationen sind dann Farbraumanpassungen notwendig, um die bestmögliche Farbwiedergabe zu realisieren.
3. Farbe als kartographisches Gestaltungsmittel
Farbenlehre und Kartographie. Die Fortschritte der Reproduktions- und Drucktechnik veranlassten die Kartographen seit dem Ende des 19. Jhs. wiederholt, sich mit der Theorie der Farben unter dem Aspekt ihrer kartographischen Anwendung zu befassen. (Peucker 1898, Haack 1924, Schiede 1957). Das theoretische Rüstzeug hierfür lieferten zumeist die aus künstlerischer, gewerblicher, physikalischer und/oder psychologischer Sicht entwickelten Farbenlehren, z. B. jene von A. H. Munsell und von W. Ostwald. Seither und besonders heute im Zeitalter der digitalen Kartographie sind Kenntnisse der Farbordnung und Farbmischung für jeden Kartengestalter unverzichtbar.
Farbe als graphische Variable. Die Farbe in Karten lässt sich nicht losgelöst von den übrigen graphischen Mitteln betrachten. Einen bis heute wirkenden Impuls erfuhr die Kartographie in dieser Hinsicht durch die Graphiklehre von J.  Bertin (frz. Sémiologie Graphique 1967; Graphische Semiologie 1974). Bertin ordnete den Farbton und die Farbhelligkeit als zwei von sechs graphischen Variablen in sein graphisches System ein. Er hebt hervor, dass im Unterschied zum vorwiegend selektiven Charakter des Farbtons vor allem der Farbhelligkeit eine ordnende Funktion zukommt.
Darüber hinaus gilt es jedoch in farbigen Karten Farbkontraste, Farbwirkungen und Farbassoziationen gezielt einzusetzen und ein farbharmonisches Gesamtbild anzustreben. Die durch Farbenlehren vermittelte Theorie liefert hierfür zwar eine unverzichtbare Grundlage, reicht aber für die Gestaltung von Karten nicht aus. Karten können in farblicher Hinsicht nicht frei komponiert werden, weil die kartographische Modellierung der Erscheinungen, Sachverhalte und Prozesse stets an deren Auftreten im geographischen Raum und damit an die entsprechenden Geometrien gebunden ist. Daher muss der Kartograph neben eigenständigen Regeln der Farbgestaltung auch Aussagen der Kunsttheorie, speziell der Malerei, gebührend berücksichtigen.
Der kommunikationstheoretische Aspekt. Farbe als Gestaltungsmittel kann aus kommunikationstheoretischer Sicht entweder selbst Träger der Information sein oder zur Vereinfachung und Beschleunigung der Informationsübertragung dienen. Ebenso kann sie die Vorstellungen des Kartenlesers unterstützen, wie z. B. eine Höhenschichtendarstellung in Bezug auf die naturräumliche Gliederung.
Wird Farbe zur Strukturierung und leichteren Differenzierung des Karteninhalts eingesetzt, so ist die Farbzuordnung weitgehend frei, muss aber in der Legende der Karte erklärt werden. In topographischen Karten wird so durch Farbtrennung der linienhaften Darstellungselemente eine leichtere Unterscheidbarkeit von Straßen (schwarz mit Füllung nach Straßenklassen), Eisenbahnen (schwarz), Gewässer (blau) und Höhenlinien (braun) erzielt.
Eine Beschleunigung der Informationsübermittlung kann durch günstige Farbwahl unterstützt werden, die Wesentliches hervorhebt und Unwesentliches zurücktreten lässt. So werden in Straßenkarten z. B. Hauptstraßen mit roter Füllung, Nebenstraßen mit gelber Füllung versehen, während untergeordnete Straßen ohne Füllung im "Papierweiß" verbleiben. In der Planungskartographie hat man Leitfarben für bestimmte Planungsaussagen eingeführt, in geologischen Karten für die geologischen Systeme und Formationen bestimmte Farben festgelegt. Ebenso werden Farben in der Kartographie wie in der Werbung als Identifizierungsmerkmal (z. B. Post-Gelb) benutzt, so, wenn den einzelnen Maßstäben der topographischen Kartenreihe jeweils andere Titelblattfarben, in Atlanten einzelnen Teilen unterschiedliche Randfarben zugeordnet werden.
Farbe und kartographische Darstellungsmethoden. Vielfach steht die Farbe in enger Beziehung zu den verwendeten kartographischen Darstellungsmethoden, die noch vor Bertins Hauptwerk in den 1960er Jahren systematisiert wurden. Vertrautheit mit der Anwendung der kartographischen Darstellungsmethoden ist eine der wichtigsten Voraussetzungen einer optimalen Farbgestaltung. Jede Methode verlangt spezifische Lösungen der Farbgebung. Mengenwertpunkte lassen sich nur in drei bis vier sehr intensiven Farben (z. B. Rot, Blau, Grün, Schwarz) verwenden, während dessen für ein Flächenmosaik mit genügend großen Flächen nahezu der gesamte druckbare Farbraum zur Verfügung steht.
Bei der häufig praktizierten Kombination von Darstellungsmethoden kann durch die Farbgebung auf die Unterscheidung von Darstellungsschichten hingearbeitet werden, indem z. B. aufgehellte Farben für die Flächen und gesättigte Farben für Signaturen oder Diagrammfüllungen verwendet werden.
4. Grundsätze und Regeln der kartographischen Farbanwendung
Ziel jeglicher Kartengestaltung ist die klare und eindeutige, gut lesbare Karte. Gemeinhin gilt das in diesem Sinne Zweckmäßige als ästhetisch. Die auftretenden Widersprüche zwischen guter Lesbarkeit (d. h. eindeutiger Unterscheidbarkeit der Farben), der Einhaltung von Farbkonventionen bzw. der Verwendung von Leitfarben und einer den Regeln der Farbharmonie genügenden Darstellung müssen durch Kompromisse gelöst werden.
Besonders in thematischen Karten wird die Farbe als Träger von Informationen benutzt. Hierbei ist es üblich, unterschiedliche Qualitäten durch Variation des Farbtons und abnehmende Quantitäten durch Aufhellung (Entsättigung) einer Farbe wiederzugeben. In Darstellungen von Kontinua und in Flächenkartogrammen wird häufig außer der Farbhelligkeit auch der Farbton verändert, um die erforderliche Zahl von Farbstufen zu erreichen. Zur Darstellung von Erscheinungen und Sachverhalten mit positiven und negativen Wertebereichen in bipolaren Skalen werden Komplementärfarben genutzt. (Farbenplastik, Farbreihe, Flächenfarben, Flächenfüllung).
Farbkonventionen und Farbassoziationen. Viele der heute anzutreffenden Farbgebungen sind historisch gewachsen (Farbkonvention) und an den Grundsätzen der künstlerischen Farblehre, wie Farbharmonie und Farbästhetik, ausgerichtet. Bereits zu Beginn der Farbzuordnung ist daher zu prüfen, ob eine Farbkonvention einzuhalten ist. Strenge, an Zeichenschlüssel gebundene Farbkonventionen gelten in amtlichen Kartenwerken (topographische Karten, Navigationskarten, Planungskarten). Eine Änderung dieser Standards stellt deshalb einen schwerwiegenden Eingriff in die einheitliche Gestaltung und Nutzung dar und bedarf sorgfältiger Abstimmung und größerer Umstellungszeiträume.
Dienen die topographischen Elemente jedoch als Grundlage (Hintergrund) für die Darstellung thematischer Inhalte, ist außer der vereinfachenden und auswählenden Generalisierung der Basiskarte eine Veränderung der Farben, in der Regel ihre Aufhellung oder eine einfarbige Darstellung sinnvoll, um so die topographische Grundlage und den thematischen Inhalt als Darstellungsschichten klar zu trennen.
Auch die von Land zu Land unterschiedlichen Farbskalen von Höhenschichten werden bei Schulatlanten als Farbkonvention betrachtet. Diese wirkt hier wesentlich stärker als die wahrnehmungspsychologisch nur in Teilen bestätigte Farbenplastik.
Die thematische Kartographie kennt nur wenige Farbkonventionen i. e. S. Am Beispiel der mehr als 120 Jahre alten internationalen Vereinbarung über die Farbgebung in geologischen Karten offenbaren sich Vor- und Nachteile der konventionsgebundenen Farbanwendung. Die vereinbarten Farben sind letztlich nur in einem bestimmten Erdraum ohne Änderung nutzbar. In Boden- und Vegetationskarten, vor allem aber in Wirtschaftskarten überwiegen individuelle Lösungen. Konventionsähnliche Farbskalen haben sich in Karten der Klimaelemente Temperatur und Niederschlag durchgesetzt, was auf Farbassoziationen und grundlegende Farbwirkungen zurückzuführen ist. Eine ähnliche Entwicklung zeichnet sich für die Naturfarbenskala in farbsynthetisierten Satellitenbildern und Satellitenbildkarten ab.
Des Weiteren haben sich verlagsspezifische Farbgebungen herausgebildet, z. B. Rot für Autobahnen in dem einem Autoatlas, Blau in einem anderen, die aber keineswegs den Charakter einer allgemeinen Konvention besitzen.
Letztlich vermögen nur Analysen einer ausreichenden Stichprobe von Karten und Untersuchungen der empirischen Kartographie Aufschluss darüber zu geben, inwieweit die Farbgebung für ein bestimmtes Thema bereits zur Konvention geworden ist. So erwies eine entsprechende Studie (Großer 1983), dass von Geographen und Raumplanern warme Farben (Rot, Orange) zur Darstellung der Bevölkerungszunahme und kalte Farben (Blau, Blaugrün) für den Bevölkerungsrückgang weitgehend als sinnvoll akzeptiert werden. Bei Kartennutzern, die diesem Fachkreis nicht angehörten, waren weder bessere Wahrnehmungsleistungen noch eine Bevorzugung gegenüber der vertauschten Farbgebung zu verzeichnen. Der Kartengestalter muss wissen, ob für die farbige Darstellung eines Themas Standards, verlags-, nutzer- oder landesspezifische Konventionen infrage kommen.
Farbharmonie. Vergleichsweise einfach und zielsicher sind die folgenden Regeln, die sich relativ unabhängig vom darzustellenden Inhalt aus den Farbwirkungen, Farbkontrasten und Farbharmonien herleiten lassen. Danach sollten Strichfarben deutlich von Flächenfarben für große Flächen unterschieden werden. Flächenhafte Darstellungen sollten heller als punkthafte und linienhafte Signaturen und als Diagramme gewählt werden. Als Farbe feiner Linien (0,1-0,2 mm) und kleiner Schriften eignet sich am besten Schwarz; stehen Konturenlinien nur in hellen Flächen, kann Grau gewählt werden, und in sehr dunklen Flächen lässt sich mit Weiß konturieren bzw. freistellen (Freistellung). Der neutrale Charakter unbunter Farben vermag hinsichtlich Farbton, Farbsättigung oder Farbhelligkeit nahe beieinander liegende Farben zu trennen, aber auch farbliche Dissonanzen (z. B. eine sattblaue Diagrammfüllung auf Grün) abzuschwächen.
Gesättigte und/oder dunkle Farben sollten nur in kleinen Flächen auftreten und flächenmäßig nicht dominieren. Anderenfalls entsteht der Eindruck, die Farben der betreffenden Karte seien zu schwer oder zu grell gewählt. Damit im Zusammenhang steht die Erfahrung, dass große Flächen in satten Gelbtönen oder in Rosa von vielen Betrachtern als unschön empfunden werden.
Schrittweise Optimierung der Farbgestaltung. In einem ersten Gestaltungsentwurf am Bildschirm festgelegte Farbskalen mögen in der Farblegende durchaus harmonisch wirken und ihre Stufen hinreichend unterscheidbar scheinen. Doch erst die Anwendung bei der Einfärbung der Flächen kann ihre Brauchbarkeit erweisen. Die Nachbarschaftsprobleme der farbigen Flächen und Linien lassen sich ohne ihre tatsächliche Verortung selbst von erfahrenen Kartographen nur in Ansätzen voraussehen. Eine Modifizierung des Entwurfs am Bildschirm und die Ausgabe von Proofplots alternativer Farbentwürfe bereiten in der digitalen Kartographie keine Probleme (Farbproofverfahren). In der Regel kann deshalb auf die früher verbreitete Bearbeitung von Musterausschnitten für die Farbwahl verzichtet werden.
Schwarzweißdarstellungen. Die kartographische Bearbeitung farbiger Karten für den Druck ist heute bei Verwendung entsprechender Software kaum aufwendiger als die einer einfarbigen Darstellung gleichen Inhalts. Schwarzweißkarten verlangen u. U. sogar einen größeren Aufwand an redaktioneller Vorbereitung, wenn an die Stelle von Strich- und Flächenfarben sorgfältig abgestimmte Strukturen der Linien und Flächenmuster gesetzt werden müssen. Ihr Einsatz, auch in der Pressekartographie, geht immer mehr zurück.
Farbe in der digitalen Kartographie. Zu unterscheiden ist zwischen Karten, die als Bildschirmkarte entstehen und nur in dieser Form genutzt werden, und solchen, die am Rechner bearbeitet werden, aber für den Druck bestimmt sind. Bildschirmkarten bringen besondere technische Rahmenbedingungen mit sich. Für ihre Farbgestaltung sind vor allem der andere, z. T. größere Farbumfang (Farbraum) und die derzeit noch deutlich geringere Auflösung gegenüber dem Druck auf Papier von Bedeutung. Ferner stehen bei der Übertragung im Internet oft nur eingeschränkte Farbpaletten zur Verfügung
Die Bildschirmfarben, ebenso die Farben in Laser- und Tintenstrahlausdrucken weichen i. d. R. beträchtlich von denen des Auflagendrucks ab. Selbst Farbproofs zeigen andere Farbnuancen als der Auflagendruck. Auch wenn in absehbarer Zeit durch Einführung des digitalen Farbmanagements Verbesserungen zu erwarten sind, so verlangt doch die Farbgestaltung von Karten weiterhin den ausgebildeten Fachmann, zumal die Grenze zwischen der Computerkartographie und der Computergraphik immer fließender wird und Karten zunehmend von kartographisch ungenügend geschulten Computernutzern hergestellt werden. Im Zeitalter der digitalen Kartographie gewinnt das Verständnis der Farbmischung, der Farbauswahl und des Farbmanagements sowie der verschiedenen Farbumfänge der benutzten Geräte und Verfahren immer mehr an Bedeutung.

Literatur: [1] ARNBERGER, E. (1966): Handbuch der Thematischen Kartographie. Wien. [2] BERTIN, J. (1974): Graphische Semiologie. Berlin – New York. [3] GERICKE, L. & SCHÖNE, K. (1973): Das Phänomen Farbe. Berlin. [4] GROSSER, K. (1983): Experimental-psychologische Tests zur kartographischen Darstellung von Entwicklungstendenzen und Salden mittels Farben. Diss.A am Institut für Geographie und Geoökologie der AdW. Leipzig. [5] HAKE, G. & GRÜNREICH, D. (1994): Kartographie. Berlin – New York. [6] HOMANN, J.-P. (1998): Digitales Colormanagement – Farbe in der Publishing-Praxis. Berlin – Heidelberg – New York. [7] IMHOF, E. (1972): Thematische Kartographie. Berlin – New York. [8] KÜPPERS, H. (1992): Schule der Farben. Köln. [9] MUNSELL, A.H. (1971): A Color Notation, Baltiore. [10] ROBINSON, A.H. & al. (1995): Elements of Cartography. 6. Aufl. New York. [11] SCHOPPMEYER, J. (1991): Farbreproduktion in der Kartographie und ihre theoretischen Grundlagen. Habil. Schrift Univ. Bonn, SIKB Heft 18. Frankfurt am Main. [12] SCHOPPMEYER, J. (1992): Farbe – Definition und Behandlung beim Übergang zur digitalen Kartographie. Kartographische Nachrichten, 42, S. 125-134. [13] SCHOPPMEYER, J. (1993): Farbgestaltung und Farbbehandlung vor dem Hintergrund der digitalen Kartographie. Kartographische Schriften, Bd. 1, S. 32-38.

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