Компьютерная графика

Тема урока: Компьютерная графика

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ:

образовательные: сформировать понятие о компьютерной графике, пикселе.

развивающие: развивать общие знания по данной теме

воспитательные: воспитывать с первого урока любовь к предмету.

Тип урока: изучение нового материала

Форма урока: синтетическая.

Место урока в учебной теме: вводный урок

Методы и методические приемы:

1 Информационно - рецептивный:
а) словесный: рассказ - объяснение, беседа

б) наглядный: иллюстрации, демонстрация, ТСО.
Приемы обучения: изложение информации, объяснение, активизация внимания и мышления, получение из текста и иллюстраций новых знаний, работа с раздаточным материалом.
2. Репродуктивный.
Приемы обучения: подача материала в готовом виде, конкретизация и закрепление уже приобретенных знаний.
3. Визуальный: составление схем, таблиц, логических цепочек.
4. Суггестивный: применение различных видов искусства.

5. Перцептивный (восприятие и связь с жизнью):
8. Релаксопедический: психологическая разгрузка.
Межпредметные связи: ИЗО, черчение

Материалы и оборудование: презентация, интерактивная доска, тест, проектор

Основные понятия и термины: растр, вектор, типы файлов

Ход урока

1. Организационный момент

2. Актуализация опорных знаний

Фронтальный опрос:

1. Какие способы сохранения графических данных вы знаете?

2. Что такое блокнот?

3. Какое стандартное приложение Windows предназначено для работы с графикой?

ІІІ. Восприятие и усвоение учащимися нового материала

Компьютерной графикой называют область информатики, которая изучает методы создания, обработки и использования изображений с помощью программно-аппаратных средств.

Компьютерная графика – область человеческой деятельности связанная с использованием компьютеров для создания изображений и обработки визуальной информации полученной из реального мира.

Основные сферы применения технологий компьютерной графики такие:

• Графический интерфейс пользователя;

• Спецэффекты, цифровая кинематография;

• Цифровое телевидение, Интернет, видеоконференция;

• Цифровое фотографирование;

• Визуализация научных и деловых данных;

• Компьютерные игры, системы визуальной реальности;

• Системы автоматизированного проектирования;

• Компьютерная томограмма;

• Компьютерная графика для кино и телевидения.

По способу создания компьютерную графику можно разделить на двухмерную и трехмерную. В двухмерной графике изображение строится с использованием плоских геометрических моделей, текста и растровых данных. Применяется в рекламной и издательской деятельности, фотографии, картографии. В трехмерной графике сохраняются трехмерные геометрические данные объектов. Во время воспроизведения трехмерной графики на экране компьютера строится геометрическая проекция модели на плоскость экрана. Этот процесс называют рендерингом или визуализацией. Сфера применения – кинематограф, телевидение, компьютерные игры, промышленность и т.д.

В компьютерной графике изображения создаются двумя разными методами. Первый – векторный, состоит в подаче изображения как набора объектов, которые складываются с определенных математических точек и кривых. Второй метод – растровый, базируется на применении сетки пикселей.

Векторная графика

Векторное изображение – это изображение, состоящее из объектов, которые можно описать математическими уравнениями.

В векторной графике для построения изображений используются точки и линии. Для того чтобы нарисовать объект векторный объект, художник с помощью мышки определяет опорные точки и направление управляющих линий. Опорные точки автоматически соединяются кривыми, форму которых определяют управляющиеся линии. Эти кривые называются кривыми Безье. Точки, в которых объединяются кривые Безье, и управляющие линии не распечатываются. Это рабочие элементы, которые используются для создания и редактирования изображений.

Комбинируя векторные объекты, и закрашивают их в разные цвета, можно получать очень интересные изображения с четко очерченными контурами.

Растровая графика

Растровые изображения принципиально отличаются от векторных тем, что они складываются из мозаики пикселей. Пиксель – это неделимый элемент изображения, как правило квадратной форы, имеющий определенный цвет. Обычно пиксели такие маленькие, что сливаются на экране, через это изображение получается целостным, хотя в случае его увеличения хорошо видно зернистую структуру.

Растровое изображение – это изображение, которое предоставляет собой массив пикселей.

Цвет пикселя кодируется числами. В черно-белом изображении его задают при использовании числа 1 (черный цвет) и 0 (белый цвет). Про такие изображения говорят, что они имеют глубину цвета 1 бит. В общем случае глубина цвета (или качество цветовоспроизведение) определяется количеством битов, которые используются для изображения цвета во время кодирования одного пикселя растровой графики. Для того чтобы получить полутоны и самые простые цветовые изображения, используют глубину 8 бит. Каждый пиксель подается числом из диапазона от 0 до 255, которое соответствует одному из оттенков серого или одного из 255 стандартных цветов.

Полноцветные изображения имеют глубину 24 бита, т.е. цвет каждого канала (красного, зеленого, синего) передаются с помощью 8 бит. Цветовые каналы – это полутона изображения, которые несут информацию, что до яркости определенного цвета. Соединение всех каналов дает полноцветные изображение. Вместе три канала способны создать до 16,8 млн. цветов (256³ = 16777216). Для правильного воспроизведения фотографического изображения с плавными цветовыми переходами и тончайшими градациями оттенков глубина цвета имеет 24 бита.

Рядом с глубиной цвета очень важным параметрам растрового изображения является его раздельная способность, которая определяет количество пикселей на одну единицу длины. Раздельная способность изображения измеряют в пикселях на дюйм, и обозначается двумя целыми числами (300×600), что означают количество пикселей на дюйм по горизонтали и вертикали. Чем выше раздельная способность изображения, тем лучше будет его качество.

С понятиями «раздельная способность» связаны два срока, которые надо знать.

• Раздельная способность монитора. Количество пикселей, что приходятся на единицу длины изображения на экране монитора, обычно измеряется в пикселях на дюймах (ppi). Раздельная способность большинства мониторов RGB – 72, а VGA мониторов – 96 пикселей на дюйм. Это значение неизменяемое, поскольку является физической характеристикой монитора.

• Раздельная способность принтера. Количество точек краски на единицу длины изображения, которую способен пропечатать принтер, обычно измеряется в точках на дюйм.

Самый важный перевес векторной графики состоит в том, что созданные на ее основе изображения не зависят от собственной раздельной способности. Они строятся автоматически, с учетом раздельной способности устройства, на которое выводятся. Размеры, форма и другие способности векторных объектов определяются математическими формулами. Принтер получает такие формулы с компьютера в виде команд и самостоятельно формирует печатные объекты, точнее, их растровые оттиски. Благодаря этому изображения размером с почтовую марку можно увеличить, сохранить его качество, и напечатать на плакате.

Таким образом, размер файла векторного изображения зависит не его физических размеров, а от сложности; векторные изображения, как правило, занимают на диске намного меньше места, чем растровые того же размера.

Основной недостаток векторной графики состоит в том, что она не дает возможности получить изображение фотографического качества. Поскольку фотография – это мозаика с очень сложным разделением цветов и яркости пикселей, реализуется в виде векторных объектов очень сложно.

Использование растровой графики дает возможность обеспечить высокое качество изображений, при этом созданные таким методом изображения имеют ряд недостатков.

Качество растрового изображения, в том числе и напечатанного, зависит от общего количества его пикселей, или раздельной способности. Если представить себе пиксель как базовый «строительный блок» изображения, именно от таких блоков зависит, насколько хорошо будет переданы детали изображения и насколько плавными будут его линии. Файлы растровых изображений обычно достаточно большие в сравнении с файлами документов других типов, в которых они сохраняют информацию о каждом пикселе изображения.

Качество растровых изображений после их масштабирования, оборотов или других превращений ухудшается.

Цветовая модель – это система кодирования цвета, используемого для хранения, отображения на экране и печати изображения.

Конечно, каждый из нас имеет представление про то, что такое цвет. При этом использование специальных физических терминов дать определение понятия «цвет» не так просто. Вспомните физику. Цвет, который вы видите, - это либо часть видимого светового спектра, который излучается объектом, или часть того самого видимого спектра, который отражается объектом. При этом к компьютерным технологиям это отнести невозможно. Тут каждому пикселю изображения в любом цветовом канале присваивается числовое значение, который определяет оттенок пикселя. Соотношение между набором значений для каждого пикселя и его цветом устанавливается в зависимости от того, какая цветовая модель применяется для подачи изображения. Цветовой моделью называют систему кодирования цветов, которые используются для сохранения, отражения на экране и печати изображения. Поскольку гамма – или набор цветов, что поддерживаются цветовой моделью – у каждой модели своя, переход от одной к другой может привести к существенной смене составных цветов изображения. Для описания цветов, образованных разными способами, созданы разные модели. При этом разработана и универсальная аппаратно - независимая модель, которая объединяет все другие модели.

Цветовая модель RGB

Название модели образованно из первых букв базовых цветов, которые формируют изображение: красного(Red), зеленого (Green), синего (Blue). Любой цвет в данной модели RGB создаются с помощью трех базовых цветов в разных пропорциях. Получаются 256 оттенков. Она описывает цветовой диапазон таких устройств, как монитор и сканер.

Цветовая модель CMYK

В отличии от модели RGB, модель CMYK описывает цвета, полученные в результате отражения цвета, то есть в ее основе лежит другой принцип. Это субтрактивная (отнимание), поскольку цвета получаются в ней в получаются путем отнимания от черного цвета базовых цветов: голубого (Cyan), пурпурного (Magenta), желтого (Yellow). Они образуют так званную полиграфичную триаду и называются триадными. В цветовой модели CMYK уровень составных цветов задается значениями в диапазоне от 0 до 100%. Для полиграфичной продукции лучше использовать модель CMYK, так как мы видим цвет, отраженный от поверхности. При этом следует уточнить, что теоретически смесь трех цветов не дает глубокий чисто черный цвет, так как образуется не черный, а грязно-коричневый цвет. Для устранения этого недостатка к трем цветам добавляется четвертый, черный (Black), и цветовая модель получила название CMYK. Основная сфера применения модели CMYK – полноцветная печать, и именно с ней работают большое количество печатных устройств.

Цветовая модель Lab

Цветовая модель разрабатывалась международной комиссией по осветлению с учетом недостатков других моделей. Она аппаратно-независимая. Это означает, что цвета в модели Lab определяется независимо от того, какой само устройство вывода (монитор, принтер) используется, поскольку модель базируется на восприятии цвета человеческим глазом, а не механической системой смешивания основных цветов. Цвет в этой модели определяется тремя параметрами: осветленностью, диапазоном смены от пурпурного до зеленого и диапазоном смены от синего до желтого. Осветленность сменяется в диапазоне от 0 до 100%. Ее максимальное значение соответствует максимальной яркости цвета. Цветовая модель Lab используется в большинстве программ как промежуточное звено на время перехода от одной цветовой модели к другой, потому что имеет наибольший в сравнении с остальными моделями цветовой диапазон.

Цветовая модель HSB

Способ подачи цветов в модели HSB основывается на базовых характеристиках цвета.

Цветовой тон. Цвет света, отраженного от непрозрачного объекта или такого, что прошел сквозь прозрачный объект.

Насыщенность. Интенсивность цвета, что определяется как процент цвета определенного тона относительно содержания серого и может изменятся от 0 до 100%.

Яркость. Характеристика что определяет , насколько светлым или темным может быть определенный цвет, этот параметр может изменятся в диапазоне от 0 до 100%.

Также существуют полутоновая и черно-белая модели.

Графический редактор – это компьютерная программа, которая дает возможность пользователю создавать и редактировать на экране компьютера изображения и сохранения их для дальнейшего использования.

Программы для работы с растровой графикой:

Paint, Adobe Photoshop, Corel Photo-Paint.

Применение:

• для обработки изображений, требующей высокой точности передачи оттенков цветов и плавного перетекания полутонов. Например, для:

• ретуширования, реставрирования фотографий;

• создания и обработки фотомонтажа, коллажей;

• применения к изображениям различных спецэффектов;

• после сканирования изображения получаются в растровом виде

Программы для работы с векторной графикой:

Corel Draw, Adobe Illustrator, AutoCAD

Применение:

• для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. 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-х мерных изображений;

Трехмерная графика

Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие поверхности. Вид поверхности при этом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного расположения точек и величины коэффициентов зависит форма и “гладкость” поверхности в целом.

В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:

• спроектировать и создать виртуальный каркас (“скелет”) объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;

• Спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные; присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на профессиональном жаргоне – “спроектировать текстуры на объект”);

• Настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, – задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей;

Программы для работы с трехмерной графикой:

3D Studio MAX 5, AutoCAD, Компас, Maya.

Применение:

• научные расчеты,

• инженерное проектирование,

• компьютерное моделирование физических объектов

• изделия в машиностроении,

• видеороликах,

• архитектуре.

Форматы графических файлов

От формата графического файла зависит способ хранения данных рисунка, а также алгоритм их сжатия.

BMP (Bitmap) – применяют для хранения растровых изображений без сжатия, с кодированием информации о каждом пикселе.

Gif – предназначен для сжатия растровых изображений, содержащих много однородных заливок.

JPEG – предназначенные для хранения растровых изображений фотографического качества.

PNG – используют для хранения изображений размещенных в Интернете.

TIFF – для хранения сканированных рисунков, а также для импорта растровой графики в векторные редакторы.

IV. Обобщение и систематизация знаний

тест

V. Подведение итогов урока

1. Где и для чего применяют компьютерную графику?

2. Перечислите основные отличия между растровыми и векторными изображениями?

3. Какие программные средства компьютерной графики вы знаете?

VІ. Подача и объяснение домашнего задания

§18, 21 стр. 106 -112, 122 - 128

Задание 5,6 стр. 112

Творческое задание – составить ребус на слово «Графика»