Исследовательская работа "Компьютерная графика"

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 17» с. Лукьяновка Красноармейского муниципального района

Приморского края

Исследовательская работа

Графические средства компьютера

Работу выполнил:

Савицкий Дмитрий, 6 класс

Руководитель:

учитель информатики

Савицкая Елена Григорьевна

2022 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………...2

1.Компьютерная графика……………………………………………………….4

1.1. Компьютерная графика-область информатики………………...….4

1.2 Области применения компьютерной графики…………………..…4

1.3 Виды компьютерной графики……………………………………..….6

2.Исследование по теме: Компьютерная графика в жизни человека…….8

2.1 Опрос учеников «Использование компьютерной графики» ………8

3. Технические средства компьютерной графики…………………………...8

3.1.Видеопамять и дисплейный процессор…………………………………8

3.2. Устройства ввода графической информации…………………………9

3.3. Устройства вывода графической информации…………………..…..9

Вывод……..………………………………………………………………………...12

Литература и источники…………………………………………………………13

Приложение1…………………………………………………………………….....14

Приложение2……………………………………………………………………….15

Введение

«Я думаю, что чертеж очень

полезное средство против

неопределен­ности слов».

(Лейбниц, 1646-1716 г.).

Люди начали рисовать задолго до того, как научились писать. В Сиби­ри, в Кузнечном Алатау найден рисунок, возраст которого – 34 тысячи лет! Наскальные росписи выполнялись земляными красками, черной сажей и древесным углем с помощью расщепленных палочек, кусочков меха и просто пальцев.

С тех пор прошли многие тысячи лет, появились письменность и книго­печатание, человек овладел энергией атомного ядра и вышел в космическое пространство, а что изменилось в технике рисования? Стали лучше краски, кисти, появились перья, карандаши, фломастеры, но в принципе все осталось тем же самым, та же цепочка: глаз – рука – инструмент – изображение, те же требования к способностям художника.

Но вот появилась вычислительная техника. Вызванная к жизни необходимостью автоматизации решения трудоемких математи­ческих задач, ЭВМ из большого калькулятора неожиданно превратилась в интеллектуальный инструмент, сфера приложения которого стремительно расширялась. В начале 1960-х годов родилась новая область вычислитель­ной техники – компьютерная графика, где компьютер используется для работы с графической информацией.

Актуальность работы: умение работать с компьютерной графикой является неотъемлемой частью информационной грамотности любого человека.

Цель работы: Изучить сферы применения компьютерной графики и ее технические средства.

Предмет исследования: компьютерная графика и ее технические средства

Гипотеза исследования: начальные знания в области компьютерной графики помогают в учебе, работе, а также помогают в досуге (общение в Интернете, компьютерные игры) и в дальнейшем помогут реализоваться в разных сферах человеческой деятельности.

Задачи исследования:

• Изучить литературные источники по компьютерной графике;

• Изучить области применения и виды компьютерной графики;

• Провести анкетирование с целью выявления распространенности использования компьютерной графики;

• Ознакомиться с разнообразием технических средств компьютерной графики;

• Создать мультимедийную презентацию по данной теме.

Задачи исследовательской работы могут быть решены с помощью следующих методов:

• анализ литературных источников, изучение областей применения и видов компьютерной графики

• опрос (анкетирование);

• статистическая обработка результатов;

• обзор программных и технических средств компьютера.

1.Компьютерная графика

1. Компьютерная графика-область информатики

Компьютерная графика – область информатики, изучающая методы и свойства обработки изображений с помощью программно-аппаратных средств.

Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора. Компьютерная графика в настоящее время уже вполне сформировалась как наука. Существует аппаратное и программное обеспечение для получения разнообразных изображений - от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Компьютерная графика используется почти во всех сферах нашей жизни.

1.2. Области применения компьютерной графики.

Научная графика. Это направление появилось первым. 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 - 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 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.

Компьютерные приложения, работающие в этой области, получили название САПР — Системы Автоматизированного ПРоектирования.

Иллюстративная графика - 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 - 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.

Компьютерная анимация. Слово "анимация" обозначает "оживление". В недавнем прошлом художники мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переснимались на кинопленку. Система компьютерной анимации берет значительную часть рутинной работы на себя. Например, художник может создать на экране рисунки лишь начального и конечного состояния движущегося объекта, а все промежуточные состояния расчитает и изобразит компьютер. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения.

Графика для Интернета. Появление глобальной сети Интернет привело к тому, что компьютерная графика стала занимать важное место в ней. Все больше совершенствуются способы передачи визуальной информации, разрабатываются более совершенные графические форматы, ощутимо желание использовать трехмерную графику, анимацию, весь спектр мультимедиа.

Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.

1.3. Виды компьютерной графики.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику подразделяют:
на двумерную (часто её называют 2D):
- растровая
- векторная
- фрактальная
- трехмерную(3D)

Теперь подробнее, что представляет каждая из них.

Растровая графика, это попросту говоря набор точек (пикселей) различающихся по цвету, поэтому когда мы смотрим на огромное количество этих мизерных точек, создается впечатление цельной картинки. Обратно, приблизив растровую картинку в несколько раз, можно увидеть, что она состоит как раз из тех самых точек. Соответственно чем больше точек, тем лучше, четче и красивее будет выглядеть картинка. Это с одной стороны, с другой же, пиксели являются главным минусом растровой графики. Ведь увеличивая растровую картинку, вместе с ней начнут увеличиваться и пиксели, они станут более заметными, в результате чего рисунок станет «рваным» и некрасивым. С помощью растровой графики можно отразить и передать всю гамму оттенков и тонких эффектов, присущих реальному изображению. Растровое изображение ближе к фотографии, оно позволяет более точно воспроизводить ее основные характеристики: освещенность, прозрачность и глубину резкости.

Какие существуют программы для работы с растровой графикой?
•Paint;
•Adobe Photoshop;

Для чего она применяется? – Для обработки изображений, требующих высокой точности передачи оттенков цветов и плавного перетекания полутонов.
Совсем другое дело это векторная графика. Векторные картинки состоят из обычных примитивов (круг, прямая, квадрат), которые задаются математическими формулами. По-разному трансформируя эти примитивы, можно нарисовать любую картинку. Естественно, можно смело увеличивать и уменьшать картинку, не боясь за потерю качества. А почему? Потому что при масштабировании в математические формулы вносятся поправки по размеру картинки, что никак не влияет на качество.

Векторная графика экономна в плане дискового пространства, необходимого для хранения изображений: это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые, программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик почти не увеличивает размер файла. Но не все так хорошо. У векторной графики есть свой главный минус. Векторные картинки получаются не такими насыщенными по цвету, как растровые. Цветовая составляющая в векторной графике значительно меньше чем в растровой.

Программы для работы с векторной графикой:
• встроенный векторный редактор в Microsoft Word;
• CorelDraw;
Для чего она применяется? – Для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и прочих символьных изображений; для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем; для рисованных изображений с четкими контурами, не обладающих большим спектром оттенков цветов; для моделирования объектов изображения; для создания 3-мерных изображений.

И последний тип это фрактальная графика. Что же вообще такое фрактал? Фрактал – это математическая фигура, обладающая свойствами самоподобия. То есть фрактал составлен из некоторых частей, каждая из которых подобна всей фигуре. Проще говоря, один объект копируется несколько раз, в результате чего получается рисунок.
Изображение строится по уравнению (или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину. Способность фрактальной графики моделировать образы живой природы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций.

Программы:
• Фрактальная вселенная 4.0;
Этот вид графики применяют математики и художники.

Что же такое трехмерная графика и чем она отличается от двумерной? Вообще, в результате работы над трехмерным объектом в какой – либо программе, модель не получается объемной (т. е мы не можем разглядеть её со всех сторон), мы лишь получаем проекцию этой модели на плоскость. Другими словами, «получается объем на плоскости». Мы видим трехмерную картинку (да, мы воспринимаем объем окружающей среды и самой модели), но видим её только с одной стороны.

Самые распространенные программы для работы с трехмерной графикой:

3ds max, maya.

2.Исследование распространенности использования компьютерной графики обучающимися и учителями нашей школы

2.1 Опрос учеников и учителей школы№17 по теме:

«Использование компьютерной графики»

Вопросы:

1.Используете ли вы компьютерную графику?

2.Для каких целей вы используете компьютерную графику?

Вывод: 1) 90% опрошенных используют компьютерную графику. (Приложение 1, рис. 1)

2) Большинство опрошенных используют компьютерную графику по направлениям – компьютерные игры, Интернет, рисование, редактирование фотографий (Приложение 1, рис. 2)

3) Меньше всего используют направление создание презентаций и создание спецэффектов. Я думаю, что причина в необходимости специального программного обеспечения и компьютера.

3. Технические средства компьютерной графики.

3.1.Видеопамять и дисплейный процессор.

Видеоадаптер – устройство, управляющее работой графического дисплея. Видеоадаптер состоит из двух частей: видеопамяти и дисплейного процессора. (Приложение 2)

В видеопамяти содержится информация о состоянии каждого пикселя экрана.

Видеопамять – это электронное энергозависимое запоминающее устройство.

Дисплейный процессор – вторая составляющая видеоадаптера.

Дисплейный процессор читает содержимое видеопамяти и в соответствии с ним управляет работой дисплея.

Таким образом, к видеопамяти имеют доступ два процессора: центральный и дисплейный. Центральный процессор записывает видеоинформацию, а дисплейный процессор периодически читает её и передает на монитор, на котором эта информация превращается в изображение.

3.2. Устройства ввода графической информации.

Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер изображения текстов, рисунков, слайдов, фотографий или другой графической информации. Это устройство, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием. Для распознавания сканированного текста применяются специальные программы. 

Графический планшет (или дигитайзер, диджитайзер, от англ. digitizer) — это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Также может прилагаться специальная мышь. 

Графические планшеты применяются для создания изображений на компьютере способом, максимально приближённым к тому, как создаются изображения на бумаге. Кроме того, их удобно использовать для переноса (отрисовки) уже готовых изображений в компьютер.

3.3. Устройства вывода графической информации.

Основным устройством вывода графической информации является монитор. Монитор — устройство визуального представления данных. Наиболее распространены мониторы двух типов: ЭЛТ-мониторы (они работают посредством электронно-лучевой трубки, в настоящее время уже менее распространены, отличаются большим размером)   и ЖК-мониторы (жидкокристаллические, обладают меньшим размером, в настоящий момент используются гораздо чаще)  . ЭЛТ-мониторы обладают лучшим качеством изображения, но ЖК-мониторы приобрели большую популярность из-за своей компактности, небольшого веса и идеальной плоскости экрана. Важной характеристикой мониторов являются размер (измеряется расстоянием между противоположными углами – диагональю, которая измеряется в дюймах). Также монитор характеризуется разрешением – числом пикселей по горизонтали и по вертикали. (Пиксель – наименьший элемент двумерного цифрового изображения. Представляет собой неделимый объект квадратной или круглой формы, обладающий определенным цветом. Пиксели расположены по строкам и столбцам).

Так же к устройствам вывода относятся проекторы, которые чаще всего называют мультимедийными.  Проектор является световым прибором. Он проецирует изображение на специальный экран. В настоящее время он является важным элементом конференций, защит дипломных работ, лекций и уроков.

Принтер – устройство печати цифровой информации на твердый носитель, обычно бумагу. Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ — распечатка или твёрдая копия.  Принтеры делятся на цветные и черно-белые (монохромные). Также принтеры бывают матричные, струйные и лазерные. В настоящее время наиболее популярными и удобными являются цветные струйные принтеры и лазерные черно-белые. Матричные принтеры считаются устаревшими, но используются в банках, лабораториях, кассах, там, где нужно печатать на многослойных бланках (например, железнодорожные билеты) или нужен второй экземпляр, напечатанный под копирку.

Плоттер (или графопостроитель) устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке.  Графопостроители рисуют изображения с помощью пера (пишущего блока).

3Д принтеры. В 2011 году принтер, который заправили биогелем, напечатал человеческую почку прямо во время конференции TED. Два года назад Adidas анонсировала новую модель кроссовок, которые печатают на 3D-принтере за 20 минут. А недавно компания Илона Маска SpaceX успешно провела испытания двигателей космического корабля, которые тоже напечатали на 3D-принтере.

В современном мире 3D-печать — это не удивительная технология будущего, а хорошо изученная реальность. Ее применяют в архитектуре, строительстве, медицине, дизайне, производстве одежды и обуви и других сферах. По запросу «3D-принтер» поисковики выдают сотни чертежей и прототипов разной сложности — от мыльницы и настольной лампы до автомобильного двигателя и даже жилого дома. 

Вывод

В своей работе я выяснил, в каких областях человеческой деятельности используется компьютерная графика, какие бывают виды компьютерной графики.

Данные исследования показали, что большинство подростков и взрослых используют компьютерную графику как в учебе, работе, так и в досуге.

Также я рассмотрел систему технических средств компьютера для обработки, ввода и вывода графической информации. За последние годы технический прогресс привел к тому, что многие устройства становятся простыми в эксплуатации и доступными по цене, поэтому все больше проникают в нашу повседневную жизнь.

Данные, полученные в результате изучения литературных источников и проведения анкетирования, подтверждают рабочую гипотезу о необходимости изучения и применения обучающимися компьютерной графики, так как сфера ее применения безгранична и очень разнообразна.

Литература и источники

1. Л.А. Залогова Компьютерная графика, М.: Бином Лаборатория знаний, 2005

2. Немцова, Т.И. Практикум по информатике. Компьютерная графика и Web-дизайн. Практикум: Учебное пособие / Т.И. Немцова. - М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2013. – 288с. c.
3. Семакин И. Г. «Информатика» Учебник 7 класс.

4. Стефанюк В.Л. «Компьютер обретает разум» М.: Мир, 1990. – 240 с.

5. Тозик, В.Т. Компьютерная графика и дизайн: Учебник для нач. проф. образования / В.Т. Тозик, Л.М. Корпан. - М.: ИЦ Академия, 2013. - 208 c.

6. Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ Москва Бином. Лаборатория Знаний, 2011.

7. Ястребцевая Е.Н. Intel «Обучение для будущего», Учеб. пособие. — 2-е изд., перераб. — М.: «Русская Редакция», 2003. — 368с.

Приложение 1

Опрос учеников школы №17 по теме: «Использование компьютерной графики»

Рис. 1

Цель использования компьютерной графики

Рис. 2

Приложение 2

Видеокарта ASUS