Кодирование графической информации

"Кодирование графической информации". 9-й класс

Тип урока: урок изучения нового материала.

Методы обучения:

1. Словесный (объяснение).
2. Наглядный (наблюдение).
3. Исследовательский (задание в группах, тест).
4. Практический (разнообразные упражнения).

На момент изучения тему учащиеся должны знать:

• единицы измерения информации;
• какие устройства применяются для ввода и вывода графики;

уметь:

• осуществлять запуск программы;
• работать с примитивами в среде графического редактора;
• проходить тестирование на компьютере;
• кратко конспектировать основные моменты лекции на уроке;
• осуществлять перевод единиц измерения информации.

В результате изучения данной темы учащиеся должны  иметь представление:

• о формах представления графической информации на компьютере;
• об ограничениях, накладываемых на цветовые режимы;

знать:

• как кодируется цвет;
• какие существуют модели и режимы цветов;
• какими свойствами обладает цветовое изображение;
• взаимосвязь между глубиной цвета и максимальным количеством цветов;

уметь:

• определять числовую запись цвета в режимах RGB и  CMYK;
• определять информационный объем изображения;
• определять максимальное количество цветов для заданной глубины цвета;
• определять необходимую глубину цвета для заданного количества цветов.

Ход урока

ЭТАП 1. Организационный момент. Компьютерная графика сейчас стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения, так как в графическом виде результаты становятся более наглядными и понятными. Компьютерная графика – это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере. Работа с компьютерной графикой – одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимается этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры. На любом предприятии время от времени возникает необходимость в подаче рекламных объявлений в газеты и журналы, выпуске рекламной листовки или буклета. Иногда предприятия заказывают такую работу специальным дизайнерским бюро или рекламным агентствам, но часто обходятся своими силами и программными средствами.  Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90% рабочего времени программистских коллективов, выпускающих программы массового применения. Основные трудозатраты в работе редакции и издательств тоже составляют художественные и оформительские работы  с графическими программами. Необходимость широкого использования графических программных средств стала особенно ощутимой в связи с развитием Интернета. У страницы, оформленной без компьютерной графики мало шансов привлечь к себе массовое внимание. Конструкторы, разрабатывая новые модели автомобилей и самолетов, используют трехмерные графические объекты, чтобы представить окончательный вид изделия. Архитекторы создают на экране монитора объемное изображение здания, и это позволяет им увидеть им, как оно впишется в ландшафт.

ЭТАП 2. Проверка домашнего задания. Учащиеся проходят тест на компьютере, фиксируют полученный результат.

ЭТАП 3. Усвоение теоретических знаний. Учитель при объяснении нового материала использует презентацию. Графические изображения из аналоговой (непрерывной) формы в цифровую (дискретную) преобразуется путем пространственной дискретизации. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие элементы (точки или пиксели), причем каждый элемент может иметь свой цвет. В результате пространственной дискретизации графическая информация представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, содержащих, в свою очередь, определенное количество точек.

Пиксель – это минимальный участок изображения, для которого независимым образом можно задать цвет. Важнейшей характеристикой качества растрового изображения является разрешающая способность. 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)). Пространственная дискретизация непрерывных изображений, хранящихся на бумаге, фото- и кинопленке, может быть осуществлена путем сканирования. В настоящее время все большее распространение получают цифровые фото- и видеокамеры, которые фиксируют изображение сразу в дискретной форме. Теперь рассмотрим такое понятие как ГЛУБИНА ЦВЕТА.

Глубиной цвета называется такое количество информации, которое необходимо для кодирования цвета точки изображения. Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. 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.

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

N=2^I

Наиболее распространенными глубинами цвета являются 4,8,16, и 24 бита на точку. Зная глубину цвета, можно по формуле вычислить количество цветов в палитре (и наоборот). РАСЧЕТ ОБЪЕМА ВИДЕОПАМЯТИ Информационный объем требуемой для хранения изображения видеопамяти можно рассчитать по формуле: Iпамяти=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. Необходимый объем видеопамяти для графического режима с пространственным разрешением 800 х 600 точек и глубиной цвета 24 бита равен: Iпамяти= 24 * 600 * 800 = 11 520 000 бит = 1 440 000 байт = 1 406, 25 Кбайт = 1, 37 Мбайт

Палитры цветов в системах цветопередачи RGB, CMYK, HSB

С экрана монитора человек воспринимает цвет как сумму излучения трех базовых цветов (red, green, blue). Цвет из палитры можно определить с помощью формулы: Цвет = R + G + B,  Где R, G, B  принимают значения от 0 до max  Так при глубине цвета в 24 бита на кодирование каждого из базовых цветов выделяется по 8 битов, тогда для каждого из цветов возможны N=28=256 уровней интенсивности.

Формирование цветов в системе RGB

В системе RGB палитра цветов формируется путем сложения красного, зеленого и синего цветов.

Палитра цветов в системе цветопередачи CMYK  При печати изображений на принтере используется палитра цветов CMYK. Основными красками в ней являются Cyan – голубая,  Magenta – пурпурная и Yellow -  желтая. Система CMYK в отличие от RGB, основана на восприятии не излучаемого, а отражаемого света. Так, нанесенная на бумагу голубая краска поглощает красный цвет и отражает зеленый и синий цвета.  Цвета палитры CMYK можно определить с помощью формулы: Цвет = C + M + Y,  Где C, M и Y  принимают значения от 0% до 100%

Формирование цветов в системе CMYK  В системе цветопередачи CMYK палитра цветов формируется путем наложения голубой, пурпурной, желтой и черной красок.

Палитра цветов в системе цветопередачиHSB  Система цветопередачи HSB использует в качестве базовых параметров Оттенок цвета, Насыщенность, Яркость В системе цветопередачи HSB палитра цветов формируется путем установки значений оттенка цвета, насыщенности и яркости.

Физкультурная пауза Так как учащиеся большую часть урока работали письменно, то рекомендуется сделать следующие комплексы физических упражнений.

Упражнения для рук.

Эффект: снятие напряжения в кистях и запястьях.

1.       В положении сидя или стоя расположить руки перед лицом. Ладони наружу, пальцы выпрямлены. Напрячь ладони и запястья.

2.       Собрать пальцы в кулаки, быстро загибая их один за другим (начинать с мизинцев). Большие пальцы окажутся сверху.

3.       Сильно сжатые кулаки повернуть так, чтобы они "посмотрели" друг на друга. Движение - только в запястьях, локти не подвижны.

4.       Разжать кулаки, расслабить кисти. Проделать упражнение еще несколько раз.

5.       В положении сидя или стоя опустить руки вдоль тела. Расслабить их. Сделать глубокий вдох и на медленном выдохе в течение 10-15 с слегка потрясти руками. Проделать так несколько раз.

Эффект: избавление от усталости рук.

1.       Сцепить пальцы, соединить ладони и приподнять локти. Поворачивать кисти то пальцами внутрь (к груди), то наружу. Проделать несколько раз, затем опустить руки и потрясти расслабленными кистями.

2.       Пощелкать пальцами обеих рук, перемещая большой палец поочередно на все другие пальцы.

3.       Широко расставить пальцы, напрячь кисти на 5-7 с, затем сильно сжать пальцы в кулаки на 5-7 с, после чего разжать кулаки и потрясти расслабленными кистями. Проделать упражнение несколько раз.

ЭТАП 4  Закрепление знаний (решение задач).  Учащиеся разбиваются на группы по 2 человека.

Задачи

Какой объем видеопамяти необходим для хранения трех страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея равна 640 на 480 пикселей, а количество используемых цветов – 24?

Известно, что видеопамять компьютера имеет объем 512 Кбайт. Разрешающая способность экрана 640 на 480 пикселей. Сколько страниц экрана одновременно разместится в видеопамяти при палитре 256 цветов?

Растровый графический файл содержит черно-белое изображение (без градаций серого) размером 100 на100 точек. Какой объем памяти требуется для хранения этого файла?

Рисунок построен с использованием палитры 256 цветов на экране монитора с графическим разрешением 1024 на 768. Рассчитать объем памяти необходимый для хранения этого рисунка.

Каков информационный объем книги, если в ней 200 страниц текста (на каждой странице 50 строк по 80 символов и 10 цветных рисунков). Каждый рисунок построен при графическом разрешении монитора 800 на 600 пикселей с палитрой 16 цветов.

Объем видеопамяти равен 1 Мбайт. Разрешающая способность дисплея равна 800 на 600 пикселей. Какое максимальное количество цветов можно использовать при условии, что видеопамять делится на две страницы?

ЭТАП 5. Контроль усвоения материала.   Учащимся предлагается пройти тест, произвести самооценку усвоения нового материала. Программа MultiTester Student является клиентом тестирования. Она устанавливается на ученических компьютерах и основным режимом для нее является совместная работа с MultiTester Professor (который выступает в роли сервера). В версии 3.3 доступен также автономный режим.

ЭТАП 6. Рефлексия Чтобы провести рефлексию, учащиеся после окончания теста просматривают правильные варианты ответов. Оценка по окончании теста выводится в процентах и в баллах. Примечание: настройку теста можно изменять по желанию учителя.

ЭТАП 7. Домашнее задание Учебник Угринович Н.Д., 9 класс. «Кодирование графической информации». Ответить на контрольные вопросы.