Кодирование графической информации

Конспект урока «Кодирование графической информации»

Тема урока: «Кодирование графической информации»

Тип урока: комбинированный.

Цели урока:

1.Познавательная.

Формирование знаний по теме «Кодирование графической информации».

2.Воспитательная.

Формирование организованности, собранности, самоконтроля учащихся. Развитие внимания, самостоятельности, работоспособности.

3.Развивающая.

Формирование положительных мотивов учебно-познавательной деятельности, интеллектуальных умений.

Диагностируемые цели урока:

Ученик:

Знает:

основные понятия: области применения компьютерной графики, Виды компьютерных изображений, понятия: пиксель, растр, видеопамять, разрешающая способность, глубина цвета.

Умеет:

Кодировать графическую информацию, ;

Развивает интеллектуальные умения.

Макроструктура урока:

Организационный этап.

Этап создания мотивации.

Этап постановки цели урока.

Этап введения новых знаний

6. Этап подведения итогов урока

Этап выдачи домашнего задания

К уроку: на доске тема, дата.

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, репродуктивный.

Оборудование: Мультимедийный проектор с экраном, презентация.

Ход урока:

1. Орг. Этап.

Приветствие, проверка присутствующих. Объяснение хода урока.

2. Этап создания мотивации.

Преподаватель: Сегодня, ребят, нас ждет новая и интересная тема. Мы с вами будем учиться, как кодировать графическую информацию на компьютере.

Открываем тетради. Записываем число. Тема сегодняшнего урока: Кодирование графической информации.

Но прежде чем начать выполнять новые для нас операции, поговорим сначала о самой компьютерной графики и областях её применения.

С давних времен люди стремились передать свое восприятие мира в виде рисунка, картины. Ребята, обратите внимание на доску (на доске появляются изображения наскальной живописи, картины художников). (Слайд 1-6)

Первое умение, приобретенное человеком в своей жизни – это умение рисовать. Люди с раннего детства рисуют на бумаге, на асфальте во дворе, на доске в школе, на холсте.

История компьютерной графики(Слайд 7-12):

Практически с самого момента появления компьютеров появилась и компьютерная графика. В настоящее время можно сказать, что нет ни одной области в деятельности человека, где бы она ни применялась.

Редко какой фильм обходится без компьютерной графики, не говоря уж о рекламе, издательском деле, анимации и компьютерных играх. Виртуальная реальность находит свою нишу в индустрии развлечений и видеоиграх. Число виртуальных галерей и развлекательных парков быстро растет. Практически ни одно производство не обходится без компьютерной графики. Такая отрасль как космическая, пользуется компьютерной графикой с самого её появления, особенно с приходом автоматических пилотируемых аппаратов.

"Классическая" векторная графика до сих пор используется в различных приложениях бизнеса, включая разработку концепции, тестирование и создание новых продуктов. Можно считать, что первые системы компьютерной графики появились вместе с первыми цифровыми компьютерами. Сейчас ее рассматривают как средство, которое обеспечивает мощную взаимосвязь между человеком и компьютером, заставляя компьютер говорить с человеком на языке изображений.

Прошло несколько лет, пока компьютерная графика стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения. Проект "вихрь" Массачусетского технологического института был отмечен как начало эры компьютерной графики. "Вихрь" стал основой создания опытного образца командноуправляемой системы воздушной защиты, разработанной как средство преобразования данных, полученных от радара, в наглядную форму.

В конце шестидесятых - начале семидесятых в области компьютерной графики начали работать новые фирмы. Если ранее для выполнения каких-либо работ покупателям приходилось устанавливать уникальное оборудование и разрабатывать новое программное обеспечение, то с появлением разнообразных пакетов программ, облегчающих процесс создания изображений, чертежей и интерфейсов, ситуация существенно изменилась. За десятилетие системы стали настолько совершенны, что почти полностью изолировали пользователя от проблем, связанных с программным обеспечением.

В конце семидесятых в компьютерной графике произошли значительные изменения. Появилась возможность создания растровых дисплеев, имеющих множество преимуществ: вывод больших массивов данных, устойчивое, немерцающее изображение, работа с цветом. Впервые стало возможным получение цветовой гаммы. Растровая технология в конце семидесятых стала явно доминирующей. Наиболее знаменательным событием в области компьютерной графики было создание конце семидесятых персонального компьютера.

В 1977 году компания Apple создала Apple-II. Появление этого устройства вызывало смешанные чувства: графика была ужасной, а процессоры медленными. Однако персональные компьютеры стимулировали процесс разработки периферийных устройств. Конечно, персональные компьютеры развивались как важная часть машинной графики, особенно с появлением в 1984 году модели Apple Macintosh с их графическим интерфейсом пользователя. Первоначально областью применения персонального компьютера были не графические приложения, а работа с текстовыми процессорами и электронными таблицами, но его возможности как графического устройства побуждали к разработке относительно недорогих программ как в области CAD/CAM, так и в более общих областях бизнеса и искусства.

К концу 80-х программное обеспечение имелось для всех сфер применения: от комплексов управления до настольных издательств. В конце восьмидесятых возникло новое направление рынка на развитие аппаратных и программных систем сканирования, автоматической оцифровки. Оригинальный толчок в таких системах должна была создать магическая машина Ozalid, которая бы сканировала и автоматически векторизовала чертеж на бумаге, преобразуя его в стандартные форматы.

Однако акцент сдвинулся в сторону обработки, хранения и передачи сканируемых пиксельных изображений.

В 90-х стираются отличия между компьютерной графикой и обработкой изображения. Машинная графика часто имеет дело с векторными данными, а основой для обработки изображений является пиксельная информация. Еще несколько лет назад каждый пользователь требовал рабочую станцию с уникальной архитектурой, а сейчас процессоры рабочих станций имеют быстродействие, достаточное для того, чтобы управлять как векторной, так и растровой информацией.

Кроме того, появляется возможность работы с видео. Прибавьте аудио возможности - и вы имеете компьютерную среду мультимедиа. Все области применения - будь то инженерная или научная, бизнес или искусство - являются сферой применения компьютерной графики. Возрастающий потенциал персональных компьютеров и их громадное число - порядка 100 миллионов - обеспечивает устойчивый рост индустрии в данной отрасли. Графика все шире проникает в бизнес - сегодня фактически нет документов, созданных без использования какого-либо графического элемента.

Художники, архитекторы, дизайнеры, уже не мыслят своей работы без использования компьютерной графики. Трехмерная графика позволяет смоделировать архитектурный объект и позволяет оценить его достоинства более объективно, чем это, возможно, сделать на основе чертежей или макетов. Дизайнер по интерьерам сейчас может предложить заказчику почти фотографическое изображение его будущего жилья, тогда как раньше, возможно было довольствоваться только эскизами.

Особенно часто в повседневной жизни мы сталкиваемся с векторными изображениями. Почти на любом изделии есть логотип компании-изготовителя. Разрабатывается логотип в векторах. Но нельзя и переоценивать возможности компьютера. Ведь это всего лишь инструмент, каким бы совершенным он не был. Компьютер лишь облегчает работу человека с графическими изображениями, но не создает их. Сначала можно было создавать лишь простые векторные объекты - изображения, состоящие из, так называемых, «векторов» - функций, которые позволяют вычислить положение точки на экране или бумаге. Например, функция, графиком которой является круг, прямая линия или другие более сложные кривые.

С развитием компьютерной техники и технологий появилось множество способов выполнения графических изображений. Примерно в 1995 году в России появились свои разработчики мультимедиа программ, зародились электронные издательства. Качественный уровень программных продуктов, выполненных российскими художниками и программистами не уступал, а иногда и превосходил качество программ зарубежных авторов. Ещё одним направлением современной компьютерной графики стал «Веб-Дизайн». С 1995 года во всём мире наблюдается развёртывание глобальной мировой компьютерной сети — Интернет.

Интернет является самым большим в мире хранилищем информации и связывает сегодня почти 80% всех компьютерных систем мира. По нашему мнению, Интернет стал новым направлением для компьютерных художников-дизайнеров. По своему жанру он очень близок к книжной и журнальной графике. Заметим, что художественная графика, предназначенная для Интернет, должна быть лаконична. Это связано, прежде всего, с ограничениями в скорости передачи данных по телефонным и кабельным сетям, через которые осуществляется связь между компьютерами. Однако этого вполне достаточно для того, чтобы осуществлять передачу видеоданных. (Слайд 7-12)

Компьютеры уже достаточно давно вошли в нашу жизнь. Они изменили мир и возможности человека, и в последнее время желающих рисовать всё больше привлекает компьютер. Изображения, созданные на компьютере, показываются в динамике или в статике. Преимущество компьютерной графики – возможность видеть, как формируется изображение на всех этапах, и неограниченно осуществлять корректировку.

Настоящий дизайнер немыслим без художественного образования, должен прекрасно владеть техникой рисунка (карандаш, уголь), графики (акварель, гуашь, карандаш, тушь и др.), живописи (гуашь, акварель, темпера, акрил, масло). Можно ли в современном мире используя компьютер, знания и умения работы с компьютером стать художником, дизайнером не обладая особым талантом? (Ответы учащихся).

Компьютер в руках обычного человека может превратиться в послушный инструмент воплощения его художественной мысли — той самой, которую он не может воплотить на бумаге.

Какие же чудесные возможности предоставляет нам современный компьютер, но что было раньше. Первые вычислительные машины работали с числовыми и символьными данными и не имели отдельных средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений. Программируя память первых электронных машин, построенную на основе ламп, можно было получать узоры. Возникновение компьютерной техники поставило задачу передачи изображения.

Итак рассмотрим области применения компьютерной графики (Слайд№ 13).

Современное применение компьютерной графики очень разнообразно. Для каждого направления создается специальное программное обеспечение, которое называют графическими программами, или графическими пакетами.

Научная графика.(Слайд 14). Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства - графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика(Слайд 15) - область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.

Конструкторская графика(Слайд 16) используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения.

Иллюстративная графика(Слайд 17) - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

Художественная и рекламная графика(Слайд 18) - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и "движущихся картинок". Получение рисунков трехмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объемом вычислений. Передача освещенности объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчетов, учитывающих законы оптики.

Как видите, ребят компьютерная графика применяется во многих областях. Она на сегодняшний день является для нас необходимым компонентом.

А теперь давайте с вами посмотрим, а как же компьютер обрабатывает эту самую графическую информацию.

Этап постановки цели урока. Поэтому целью нашего сегодняшнего урока, научиться кодировать графическую информацию на компьютере

Этап введения новых знаний.

Но для начала познакомимся с основными понятиями компьютерной графики. Итак посмотрим какие бывают виды компьютерных изображений (Слайд 20). Как видите, изображения бывают: растровые и векторные. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.

Растровые изображения

(Слайд 21 - 22)При растровом кодировании, графический объект делится вертикальными и горизонтальными линиями на крошечные фрагменты – пиксели.

Цвет каждого пикселя кодируется двоичным числом.

ПИКСЕЛЬ – это минимальный участок изображения, для которого независимым образом можно задать цвет.

Растровые графические редакторы (Слайд 23)

1. Paint
2.
Paint.net 3. Adobe Photoshop
4. Corel Photo Paint и другие

П: продемонстрирую вам примеры растровых изображений (Слайд 24-27).

Растровые изображения очень чувствительны к увеличению или уменьшению (масштабированию). При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется четкость мелких деталей изображения. При его увеличении увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который можно увидеть невооруженным глазом.

Векторные изображения (Слайд 28)

В отличие от растровых изображений векторные графические (Слайд 29) изображения используются для хранения высокоточных графических объектов (чертежей, схем), для которых имеет значение сохранение четких и ярких контуров.

Векторные изображения формируются из элементов – точка, линия, окружность, прямоугольник и др. Для каждого элемента задаются координаты, а также цвет.

Какими двумя координатами задается точка на плоскости? (Точка задается своими координатами (X, Y)).

Ребята, если на плоскости изображается окружность, какими координатами задается центр этой окружности? (Окружность задается координатами центра (X, Y) и радиусом R).

Линия задается координатами начала (X1, Y1).А какими координатами задается конец этой линии? (Координаты конца (X2, Y2)).

Прямоугольник задается координатами вершин, расположенных по диагонали: (X1, Y1) и (X2, Y2).

Примеры векторных изображений (Слайд 30-33).

Векторное изображение описывается в виде последовательности команд.

Мы с вами подробно рассмотрим, как кодируется растровое изображение.

Познакомимся с основными понятиями растрового изображения(Слайд 34):

(Слайд 35).РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ растрового изображения определяется количеством точек как по горизонтали, так и по вертикали на единицу длины изображения. Чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность. Величина РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ выражается в dpi (количество точек в полоске изображения длиной 2,54 см (дюйм))

ВИДЕОПАМЯТЬ предназначена для хранения видеоинформации – двоичного кода изображения, выводимого на экран.

РАСТР – представление изображения в виде двумерного массива точек (пикселов), упорядоченных в ряды и столбцы.

(Слайд 36) Количество информации, которое используется для кодирования цвета одной точки изображения, называется ГЛУБИНОЙ ЦВЕТА.

Наиболее распространенными глубинами цвета являются 4,8,16, и 24 бита на точку.

Зная глубину цвета, можно по формуле вычислить количество цветов в палитре.

(Слайд 37). П: давайте запишем теперь общую формулу для расчета количества информации, необходимое для кодирования каждой точки

Количество цветов в палитре (N) и количество информации, необходимое для кодирования каждой точки (I), связаны между собой и могут быть вычислены по формуле:

N=2I.

Итак, посмотрим как же кодируется растровое изображение на компьютере (Слайд 38).

Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Рассмотрим двоичное кодирования изображения.
Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).
Для четырех цветного – 2 бита.
Для 8 цветов необходимо – 3 бита.
Для 16 цветов – 4 бита.
Для 256 цветов – 8 бит (1 байт) и т.д.

Обратите внимание на рисунок. На верхнем рисунке закодировано двухцветное изображение: черное и белое. Как видите точка черного цвета кодируется 1, а точка белого цвета нулем. Аккуратно кодируйте каждую точку рисунка. Одна клетка цвета, одна клетка число.

Посмотрите внимательно на рисунок пониже. Скольки цветное у нас изображение?

Ученики: четырех.

П: какими двоичными числами кодируются цвета на рисунке?

У: белый – 00, черный – 11, красный – 01, Синий – 10.

П: Сколько бит потребовалось для кодирования этого изображения?

У: 2 бита.

Итак теперь закодируйте двоичным кодом изображения самостоятельно(Слайд 39.).

У: (кодируют).

П: а теперь посмотрим результат.(открывается ответ).

Мы с вами уже познакомились с понятием, Видеопамять. Теперь посмотрим как ведется расчет видеопамяти на компьютере.

(Слайд 40). Как видите: информационный объем требуемой видеопамяти можно рассчитать по формуле:

I памяти=I * X * Y

где Iпамяти – информационный объем видеопамяти в битах;

X * Y – количество точек изображения (по горизонтали и по вертикали);

I – глубина цвета в битах на точку.

Пример. Для лучшей наглядности ,рассмотрим пример: Необходимый объем видеопамяти для графического режима с пространственным разрешением 800 х 600 точек и глубиной цвета 24 бита равен:

I памяти= 24 * 600 * 800 = 11 520 000 бит =

= 1 440 000 байт = 1 406, 25 Кбайт = 1, 37 Мбайт.

А теперь попробуйте самостоятельно рассчитать объем видеопамяти(Слайд 41).

Рассчитайте объем видеопамяти в битах, байтах, килобайтах и мегабайтах для графического режима с пространственным разрешением 1024х 768 точек и глубиной цвета 32 бита.

У: (Решают задачу).

П: а теперь сравните свое решение(открывает решение).

I памяти= 32 * 768 * 1024 = 25 165 824 бит = 3 145 728 байт = 3 702Кбайт = 3 Мбайт.

П: Молодцы!

Еще я вам расскажу об основных цветовых моделях(Слайд 42).

Для представления цвета в виде числового кода используются две обратных друг другу цветовые модели: RGB или CMYK.

Модель RGB используется в телевизорах, мониторах, проекторах, сканерах, цифровых фотоаппаратах… Основные цвета в этой модели: красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue).

Цветовая модель CMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге.

Посмотрим цветовую модель RGB(Слайд 43). Обратите внимание на таблицу. Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемых для кодирования цвета точки.

Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами (по одному биту на каждый цвет RGB), то мы получим все восемь различных цветов.

Этап подведения итогов урока.

П: Какова была цель нашего урока?

У: научиться кодировать графическую информацию на компьютере.

П: мы её достигли?

У: да!

П: как мы её достигли?

У: мы узнали, как кодируется изображение на компьютере. Прорешали конкретные примеры на эту тему.

П: что мы еще научились?

У: рассчитывать объем видеопамяти.

П: с чем еще познакомились?

У: с основными цветовыми моделями.

П: верно. Запишите домашнее задание. Посмотрите что вы должны знать и сделать к следующему уроку.(Слайд 44).