Растровая и векторная графика

Тема урока: Растровая и векторная графика

Класс: 9

Тип урока: комбинированный

Дата урока: 02.10.2017 год

Цели урока:

• Образовательные – повторение понятий растр, пиксель, глубина цвета, палитра; установление связей между величинами глубина цвета и количество цветов в палитре; применение полученных связей для вычисления объёма компьютерной памяти, необходимой для хранения растрового изображения;

• Развивающие – совершенствование умственной и познавательной деятельности учащихся, развитие мышления, внимание, память, воображение учащихся.

• Воспитательные – формирование навыков самостоятельной работы, интереса к предмету.

Задачи урока:

• восстановить знания учащихся о том, что такое компьютерная графика и какие виды компьютерной графики учащиеся рассматривали в базовом курсе информатики;

• вспомнить, что такое пиксель, растр, с помощью каких базовых цветов получается цвет точки на экране монитора;

• повторить правила представления данных в компьютере;

• выяснить от каких параметров зависит качество изображения на экране монитора (разрешающая способность экрана, глубина цвета пикселя);

• вспомнить и закрепить формулу нахождения объема видеопамяти на графическое изображение;

• развивать навык самостоятельной работы.

Методы обучения: объяснительно-демонстрационные.

ХОД УРОКА

1. Организационный момент. Вступительное слово учителя 

Здравствуйте ребята!

На сегодняшнем уроке мы продолжим изучение темы «Графическая информация». Повторим основные понятия по теме графика и продолжим решать задачи на нахождение информационного объема графических изображений.

В задачах такого типа используются понятия:

• объем видеопамяти,

• графический режим,

• глубина цвета,

• разрешающая способность экрана,

• палитра.

Во всех подобных задачах требуется найти ту или иную величину.
Давайте с вами вспомним что такое Видеопамять – это специальная оперативная память, в которой формируется графическое изображение. Иными словами для получения на экране монитора картинки её надо где-то  хранить. Для этого и существует видеопамять.

2. Повторение пройденного материала

– От чего зависит качество изображения? (От разрешающей способности  и глубины кодирования точки)
– Что такое разрешающая способность экрана? (Разрешающая способность – количество точек по вертикали и горизонтали экрана)
– Что такое глубина кодирования цвета точки? (Глубина цвета — количество информации, которое используется)
– В каких единицах измеряется информация?
– Как найти объём видеопамяти, необходимый для хранения изображения:
V= x*y*i , где х *у — количество пикселей, а i (бит) – глубина цвета точки
– Какой формулой связаны глубина цвета точки и количество цветов в палитре? (N=2ⁱ)
– Немного математики: 2¹=2, 2²=4, …, 2⁸=256 (запись на доске)

Устно:

Задание 1. Определить количество пикселей изображения на экране монитора с разрешающей способностью 800x600. (Ответ: 480000)

Задание 2. Подсчитать объём видеопамяти, необходимый для хранения чёрно-белого изображения вида

Ответ: V = 10 * 8 * 1 = 80 бит

Вопросы:

– Каков размер этого изображения?
– Сколько нужно видеопамяти для кодирования одной точки?
– А для всего изображения?

Задание 3. Однако, общепринятым на сегодняшний день считается представление чёрно-белого изображения в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета – т. е. для кодирования одной точки такого изображения нужно 8 (256=2⁸) бит или 1 байт 
Подсчитать объём видеопамяти, необходимый для хранения чёрно-белого изображения вида

Ответ: V = 10 * 8 *8 = 640 бит

– Чем отличается кодирование этих двух изображений? (Глубиной цвета точки)
– Давайте сравним два графических изображения:

– Что вы можете сказать о качестве этих изображений? Как можно объяснить разницу?
– Оказывается размер первого – 369 * 204, а второго – 93 * 51пикселей. Значит, качество графического изображения зависит от количества точек (пикселей), из которых оно состоит: чем больше точек – тем выше качество.
Наиболее распространёнными значениями глубины цвета являются 4, 8, 16, 24 или 32 бита.

Задание для самостоятельного выполнения. Заполните таблицу соответствующими значениями

3. Новая тема

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую и векторную. 

Растровые изображения.

Как мы свами уже знаем растровые изображения формируются в процессе сканирования многоцветных иллюстраций и фотографий, а также при использовании цифровых фото и видеокамер. Можно создать растровое графическое изображение непосредственно на компьютере с использованием графического редактора.

Растровое изображение создается с использованием точек различного цвета(пикселей), которые образуют строки и столбцы. Каждый пиксель может принимать любой цвет из палитры, содержащей десятки тысяч или даже десятки миллионов цветов, поэтому растровые изображения обеспечивают высокую точность передачи цветов и полутонов. Качество растрового изображения возрастает с увеличением пространственного разрешения (количества пикселей в изображении по горизонтали и вертикали) и количества цветов в палитре.

Недостатком растровых изображений является их большой информационный объем, так как необходимо хранить код цвета каждого пикселя.

Растровые изображения очень чувствительны к масшта­бированию (увеличению или уменьшению). При уменьше­нии растрового изображения несколько соседних точек пре­образуются в одну, поэтому теряется четкость мелких деталей изображения. При увеличении увеличивается раз­мер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, кото­рый можно увидеть невооруженным глазом (посмотрите на странице 22 в учебнике растровое изображение российского герба, его уменьшенная копия и увеличенный фрагмент).

Растровые графические редакторы.

Растровые графиче­ские редакторы являются средством обработки цифровых фотографий и отсканированных изображений, поскольку позволяют повышать их качество путем изменения цветовой палитры изображения и даже цвета каждого отдельного пикселя. Можно повысить яркость и контрастность старых или некачественных фотографий, удалить мелкие дефекты изображения (например, царапины), преобразовать чер­но-белое изображение в цветное и т. д.

Кроме того, растровые графические редакторы можно использовать для художественного творчества путем исполь­зования различных эффектов преобразования изображения. Обычную фотографию можно превратить в мозаичное пан­но, картину, рельефное изображение и другие.

В состав операционной системы Windows входит про­стой растровый графический редактор Paint, широкие возможности по обработке растровых изображений имеют профессиональный графический редактор AdobePhotoshop и его бесплатный аналог GIMP.

Инструменты рисования растровых графических редак­торов.

Для создания изображения традиционными методами необходимо выбрать инструмент рисования (это могут быть фломастеры, кисть с красками, карандаши и многое дру­гое). В растровых графических редакторах существуют ана­логичные инструменты, позволяющие изменять цвет опре­деленных групп пикселей:

•Карандаш позволяет рисовать произвольные тонкие линии.

•Кисть позволяет рисовать произвольные линии раз­личной толщины с использованием «кисти» выбран­ной формы.

•Ластик (Кисть, рисующая цветом фона) позволяет стирать произвольные пиксели изображения, при этом размер Ластика можно менять.

•Распылитель позволяет разбрызгивать «краску» (за­крашивать пиксели случайным образом) и таким обра­зом закрашивать произвольные области.

•Заливка позволяет закрашивать замкнутые области целиком.

•Надпись позволяет создавать текстовые области на пиксельных изображениях. Установив курсор внутри текстовой области, можно произвести ввод текста, ко­торый становится частью пиксельного изображения.

Форматы растровых графических файлов.

Форматы графических файлов определяют способ хранения информа­ции в файле, а также используемый алгоритм сжатия.

Растровые графические файлы имеют обычно большой информационный объем, так как в них хранятся коды цве­тов всех точек изображения. Для растровых графических файлов обычно применяется сжатие, которое отличается от архивирования с помощью программ-архиваторов тем, что алгоритм сжатия включается непосредственно в формат гра­фического файла (форматы BMP, TIFF, GIF, PNG и др.).

Для сжатия изображений, содержащих большие области однотонной закраски, наиболее эффективно применение ал­горитма сжатия, который заменяет последовательность по­вторяющихся величин (пикселей одинакового цвета) на две величины (пиксель и количество его повторений). Для рисун­ков целесообразно применение другого метода сжатия, кото­рый использует поиск повторяющихся в рисунке «узоров».

Для сжатия отсканированных фотографий и иллюстра­ций используется метод сжатия JPEG, который отбрасыва­ет избыточную для человеческого восприятия информацию (компьютер обеспечивает воспроизведение более 16 млн раз­личных цветов, тогда как человек вряд ли способен разли­чить более сотни цветов и оттенков). Применение метода JPEG позволяет сжимать файлы в десятки раз, однако при­водит к необратимой потере информации (файлы не могут быть восстановлены в первоначальном виде).

GIF-анимация. GIF-анимация является последователь­ностью растровых графических изображений (кадров), кото­рые хранятся в одном растровом графическом файле в фор­мате GIF. Для создания последовательности растровых изображений и для их преобразования в GIF-анимацию мож­но использовать многофункциональные растровые редакто­ры или специальные редакторы GIF-анимаций.

В процессе просмотра такого GIF-файла растровые гра­фические изображения последовательно появляются на эк­ране монитора, что и создает иллюзию движения. При со­здании GIF-анимации можно задать величину задержки появления каждого кадра, чем она меньше, тем лучше каче­ство анимации. Кроме того, можно установить количество повторений (от одного до бесконечности) последовательно­сти кадров, хранящихся в GIF-файле.

Большое количество кадров ведет к лучшему качеству анимации, но при этом увеличивает размер GIF-файла. Для уменьшения его информационного объема можно анимиро- вать только некоторые части изображения.

Сегодня на уроке мы рассмотрим задачи на кодирование графической информации.

4. Формирование умений и навыков при решении задач

Индивидуальная работа учащихся (при затруднении совместный разбор задач)

А теперь давайте приступим с вами к решению задач

1. В цветовой модели RGB для кодирования одного пикселя используется 3 байта. Фотографию размером 2048x1536 пикселей сохранили в виде несжатого файла с использованием RGB-кодирования. Определите размер получившегося файла.   

1) 3 килобайта      2)  3 мегабайта   3) 9 килобайт         4) 9 мегабайт

Дано:                       Решение:

х*у=2048*1536       V= x*y*i=2048*1536*3байта= 9437184 байта=9216 Кбайт = 9 Мбайт
i=3 байта 
V – ?

2. Для хранения растрового изображения размером 128*128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

1) 8              2) 2          3) 16        4) 4

Решение: i=V/x*y=4*1024*8/(128*128)=2  N=4

3. Укажите минимальный объем памяти (в килобайтах), достаточный для хранения любого растрового изображения размером 64*64 пикселя, если известно, что в изображении используется палитра из 256 цветов. Саму палитру хранить не нужно.

V= 64*64*8=32768 бит = 4096 байт = 4 Кбайт

Ответ: 4 Кбайт

4. Для хранения растрового изображения размером 64*64 пикселя отвели 512 байтов памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

Дано:                      Решение:

х*у= 64*64             V=x*y*i;      i=V/(x*y)=512*8 бит/(64*64)= 4096 бит/4096=1бит
V= 512 байтов        N=2ⁱ =2
N – ?                           Ответ: 2 цвета

5. Дисплей работает с 256-цветной палитрой в режиме 640*400 пикселей. Для кодирования изображения требуется 1250 Кбайт. Сколько страниц видеопамяти оно занимает?

Дано:                           Решение:

640*400                      N=256,      i=8 бит,      V=1250*1024*8бит=10240000 бит; 
V= 1250 Кбайт          V/(640*400*8)=10240000 бит/(640*400*8)бит = 5 стр.
N=256                         Ответ: 5 стр.
Сколько стр?

6. Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея равна 640 * 350 пикселей, а количество используемых цветов – 16?

Решение: N=16,  i=4 бит, V= 640*350*4*2 бит= 179200бит=224000байт= 218,75 Кбайт

Ответ:  2)  218,75 Кбайт

7. Разрешающая способность графического дисплея составляет 800*600. Голубой цвет кодируется двоичным кодом 011. Объем видеопамяти составляет 750 Кбайтов. Сколько страниц содержит видеопамять компьютера?

Дано:                           Решение:

800*600                       V=750*1024*8бит= 6144000бит; 
V= 750 Кбайт              V/(800*600*3)= 6144000бит/(800*600*3)бит = 4, 26666стр.
I=3 бит                         Ответ:  5 стр.
Сколько стр?

9. Во сколько раз и как изменится объём памяти, занимаемой изображением, если в процессе его преобразования количество цветов уменьшилось с 65536 до 16?

V₁/V₂ = I₁/I₂ = 16/4 = 4

7. Домашнее задание

1. Объем страницы видеопамяти составляет 62,5 Кбайт. Графический дисплей работает в режиме 640*400 пикселей. Сколько цветов в палитре? 

2. Передача растрового графического изображения размером 600*400 пикселей с помощью модема со скоростью 28800 бит/сек потребовала 1 мин 20 сек. Определите количество цветов в палитре, использовавшейся в этом изображении.

3.  п.1.2

8. Подведение итогов урока. Рефлексия

Качество растрового графического изображения зависит от разрешающей способности экрана монитора (чем больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения), а также от глубины цвета (т.е. количества битов, используемых для кодирования цвета точки).