Конспект уроку з інформатики з теми "Поняття комп’ютерної графіки"

Урок 49. Поняття комп’ютерної графіки.

Мета:

• навчальна: сформувати поняття комп’ютерної графіки та сферами її застосування в реальному житті;
• розвивальна: дослідницькі навички, інформаційну культуру учнів;
• виховна: виховувати уважність та відповідальність, бажання мати глибокі та якісні знання.

Тип уроку: засвоєння нових знань

Обладнання та наочність: навчальна презентація, роздаткові матеріали.

Клас: 9

Хід уроку

І. Організаційний етап

• привітання
• перевірка присутніх
• перевірка готовності учнів до уроку

ІІ. Актуалізація опорних знань

Бесіда

• Що таке кодування? Як здійснюється кодування тексту в комп'ютерних системах?
• Які програмні засоби використовуються для опрацювання графічних зображень?
• Які властивості мають графічні об'єкти, що вставляються в текстові документи, презентації?

ІІІ. Формулювання теми, мети й завдань уроку; мотивація навчальної діяльності

• Розгадування ребуса для визначення теми уроку

 

Слово вчителя. Із розвитком інформаційних технологій комп’ютерна графіка набула поширення в усьому світі. Сьогодні вона застосовується в  різних сферах  людської діяльності: на виробництві, в науці, медицині, рекламі, поліграфії та ін. Вам добре відомі здобутки комп’ютерної графіки, наприклад, у створенні спецефектів у кіноіндустрії, комп’ютерних іграх тощо. Вивчаючи цей розділ, ви дізнаєтесь багато нового про комп’ютерну графіку, навчитеся створювати зображення за допомогою векторного графічного редактора.

IV. Сприйняття та усвідомлення нового матеріалу

Пояснення вчителя з елементами демонстрування презентації

Мабуть, ви любите: читати ілюстровані книжки, дивитися анімаційні фільми, грати в комп'ютерні ігри

Спочатку програмісти навчилися отримувати малюнки в режимі символьної друку. На паперових аркушах за допомогою символів (зірочок, точок, хрестиків, букв) виходили малюнки, що нагадують мозаїку.

Сьогодні всі вони створюються з використанням комп'ютера.

Малюнки, креслення,  графіки, діаграми, при підготовці яких використовується комп'ютер, називають комп'ютерною графікою, а програми для створення й редагування зображень називають графічними редакторами.

У попередніх класах ви вже працювали з графічним редактором, використовували інструменти для малювання:  прямих і кривих ліній, геометричних фігур, заливання замкнених частин зображень, створення текстових написів.

Комп'ютерна графіка — це розділ інформатики, у якому вивчаються методи створення й опрацювання зображень за допомогою комп'ютера.

Основні сфери застосування технологій комп'ютерної графіки такі:

•                  графічний інтерфейс користувача;  
•                  спецефекти, кінематографія й телебачення; 
•                  цифрове телебачення, Інтернет, відеоконференції;  
•                  обробка цифрових фотографій;  
•                  комп'ютерні ігри, системи віртуальної реальності.

Сучасні апаратні та програмні засоби значно розширюють спектр застосування комп'ютерної графіки. Це зручні інструменти для роботи з графічними зображеннями, не лише для професіоналів, а й для пересічних користувачів

Засоби комп’ютерної графіки:

Апаратні:

• Відео-карта
• Монітор
• Принтер
• Сканер
• Плотер
• Цифрова фотокамера
• Графічний планшет

Програмні:

• Програми перегляду графічних зображень
• Графічні редактори
• Програми розпізнавання графічних зображень
• Програми спеціалізованого опрацювання графічних зображень.

Основним об'єктом комп'ютерної графіки є графічне зображення. Воно може бути малюнком або іфотографією, діаграмою або схемою, графіком, технічним кресленням, рекдамним плакатом.

Задежно від способу побудови та кодування графічного зображення розрізняють растрові та векторні графічні зображення.

Растрове зображення  — це зображення, що являє собою набір пікселів, кожний із яких має певний колір.

Растрове зображення складається з точок — пікселів відповідних кольорів і нагадує аркуш паперу в клітинку, на якому кожна клітинка зафарбована певним кольором.

Під час перегляду растрового зображення у звичайному масштабі розміри пікселів такі малі, що зображення здається суцільним. Але після збільшення масштабу перегляду графічного зображення або його розмірів стає помітна мозаїчна структура зображення.

Це явище називають пікселізацією зображення.

Піксель є найменшим об'єктом растрового зображення і має такі властивості:

• Розташування, яке вказує на місцезнаходження пікселя в сукупності пікселів зображення.
• Колір.

Растрова графіка дає можливість одержати високу якість зображення, тому за її допомогою можна ефективно відтворювати реальні образи. Переваги растрових зображень:

• Добре відтворюють напівтіні
• Плавні переходи між кольорами

Зменшені зображення втрачають деталі, натомість на збільшених — проявляється їхня мозаїчна структура.

Растрові зображення мають як переваги, так і недоліки.

Переваги:

• Реалістичність зображень
• Природність кольорів
• Можливість роботи з фотографіями та сканованими зображеннями

Недоліки:

• Великий обсяг даних
• Погіршення якості при збільшенні й зменшенні зображення
• Складність редагування

Кодування зображення в растровій графіці полягає в кодуванні кольору кожного пікселя зображення. Що більше пікселів містить зображення, то воно якісніше і тому більше розмір файла. Крім кількості пікселів, на якість зображення і відповідно розміри файла впливає і кількість кольорів, якими можна зафарбувати кожен піксель.

Якщо створювати зображення тільки з чорних і білих пікселів, то для кодування кожного пікселя достатньо одного біта. Кодуємо чорний колір одиницею, а білий – нулем.

Якщо зображення матиме 256 відтінків сірого кольору, то для кодування одного пікселя буде потрібно 8 біт (256=2⁸). Піксель чорного кольору тоді матиме код 11111111, а білого – 00000000.

Кольорові комп’ютерні фотографії, як правило, мають не менше 16 777 217 або 2²⁴ кольорів.  Кожен піксель буде кодуватися 24 бітами або 3 байтами.

Якщо растрова графіка описує зображення з використанням кольорових крапок — пікселів, то у векторній графіці базовим елементом є лінія.

Векторне зображення — це зображення, що складається з геометричних об'єктів (ліній, кіл, кривих тощо), які описуються математичними рівняннями, — графічних примітивів.

Векторне зображення будується з окремих базових об'єктів — графічних примітивів.

Графічні    примітиви    характеризуються  такими  властивостями:

• Кольором і товщиною контуру
• Кольором і способом заливки внутрішньої області
• Розміром  та іншими

Збільшення розмірів   зображення   не  впливає на його якість.

Для побудови круга достатньо вказати:

• Координати центра
• Радіус круга
• Товщину, стиль і колір лінії кола
• Колір   заливки

У   результаті   розмір   файла   з векторним зображенням буде набагато меншим, ніж у растровій графіці. Причому розмір файла векторного зображення не залежить від розмірів зображення.

Бо збільшення розмірів зображення приводить тільки до зміни значень деяких його властивостей, не збільшуючи загальної кількості даних.

Недоліком векторної графіки є «неприродність» малюнка. Природа «уникає» прямих ліній, і не завжди малюнок можна скласти з кіл і прямих ліній без втрати якості.

Через це векторну графіку використовують здебільшого для побудови:

• Креслень
• Технічних та стилізованих малюнків
• Шрифтів
• Карт

Крім того, у векторних малюнках нечітко відтворюється колористичність відтінків.

Кодування у векторній графіці дуже схоже з кодування графічних примовою програмування. Для кожного графічного примітива визначається математична модель його опису, визначають, які дані повинен надати користувач для побудови тієї чи іншої геометричної фігури.

Основна перевага векторної графіки полягає у можливості довільно масштабувати й повертати зображення без втрати якості.

Переваги та недоліки векторних зображень

Переваги

• Невеликі за розміром файли зображень
• Збереження якості після масштабування
• Простота редагування окремих елементів зображення

Недоліки

• Складність       реалістичного відтворення  об'єктів навколишнього середовища
• Відсутність пристроїв для автоматизованого створення зображення

Колірні моделі

Згадаємо, що кольори пікселів растрових зображень кодуються числами. Так само кодуються кольори об'єктів у векторних зображеннях і будь-які інші кольори в комп'ютерній графіці. Механізм, за яким певному числу або набору чисел зіставляється колір, визначається колірною моделлю.

Колірною моделлю називають систему кодування кольорів, яка використовується для зберігання, відображення на екрані та друку зображення.

Є десятки колірних моделей, більш чи менш поширених. Ми розглянемо три найуживаніші — RGB, CMYK і HSB.

Колірна модель RGB

Для того щоб ми змогли що-небудь побачити, потрібне світло. Його випромінюють сонце, електричні лампи, вогонь, газова горілка, телевізор, монітор. Світло може мати певний колір, а світло, що здається нам безколірним, насправді містить кольорові складові (згадайте радугу). Кольори джерел світла можна описати за допомогою колірної моделі RGB, у якій кольори розглядаються як результат змішування (додавання) трьох базових кольорів: червоного (Red), зеленого (Green), синього (Blue).

Частки базових кольорів визначаються трьома числами з діапазону від 0 до 255 та записуються в порядку їх згадування в моделі. Так, чистий червоний колір у моделі RGB подається як 255, 0, 0 (червона складова максимальна, зелена і синя — відсутні), чистий зелений — як 0, 255, 0, а синій — як 0, 0, 255

 

Чорний колір подається як 0, 0, 0 (жоден з кольорів не випромінюється, частка всіх складових дорівнює нулю). Білий колір відповідає максимуму випромінювання — рівень кожної складової максимальний; у числовому вигляді білий колір записується так: 255, 255, 255.

Позаяк частка кожного базового кольору описується 256 числами, всього в моделі RGB можна описати 256³ кольорів (близько 16,8 мільйона).

Колірна модель CMYK

Ви задумувалися над тим, чому об'єкт, на який падає світло, має певний колір? Це пояснюється тим, що матеріал поверхні об'єкта одні компоненти світла поглинає, а інші відбиває. Якщо, наприклад, об'єкт відбиває лише червоні компоненти світла, вони сприймаються оком, і об'єкт здається нам червоним.

Для опису цього явища застосовують колірну модель CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, BlacK), базові кольори якої утворено шляхом вилучення з білого світла базових кольорів моделі RGB: блакитний (білий мінус червоний), пурпуровий (білий мінус зелений), жовтий (білий мінус синій).

Основна сфера застосування колірної моделі CMYK — повноколірний друк, оскільки у разі її використання за допомогою чотирьох фарб можна отримати на папері повноколірне зображення. Це стає можливим завдяки властивості людського ока «усереднювати» колір маленьких і близько розташованих об'єктів. Тому якщо, наприклад, дуже близько або з накладанням нанести на папір пурпурні та жовті крапки, око сприйматиме їх як область червоного кольору. Друкуючи у такий спосіб крапки чотирьох базових кольорів, можна отримати більшість існуючих кольорів.

Властівості растрових і векторних зображень

Будь-яке растрове зображення як єдиний графічний об'єкт має певні властивості:

• Розмір – ширина та висота малюнка; значення задаються в одиницях довжини або пікселях;
• Роздільність – кількість пікселів на одиницю довжини зображення; вимірюється в dpi (точок на дюйм) або пікселів/см. Що більше значення цієї властивості, то чіткішим і якісним виглядає зображення, але й більшим є розмір його файла;
• Глибина кольору – кількість бітів, що використовується для кодування кольору одного пікселя; вимірюється в bpp (бітів на піксель). Що більше довжина двійкового коду кольору пікселя, то більше кольорів можна використати в малюнку. Визначає кількість кольорів, що визначаються в кодуванні зображення.

Векторні зображення, на відміну від растрових, мають інші властивості, що зумовлено іншими принципами кодування даних. Не мають важливого значення для векторного зображення ширина та довжина зображення, оскільки в подальшому зображення може бути збільшено або зменшено без витрат якості.

Основними властивостями векторних зображень є види та кількість графічних примітивів, з яких будується зображення, та кількість кольорів, що використовуються для створення зображення.

Розглянемо деякі формати графічних зображень.

BMP	Формат застосовують для збереження растрових зображень без стиснення, тому файли мають великий обсяг. Він дає змогу використовувати палітру з близько 16 млн кольорів.
PNG	Формат застосовують для збереження растрових зображень зі стисненням без втрати якості. Його палітра підтримує від 65536 до понад 4 млрд кольорів, а також прозорість. Колір зображення в цьому форматі відтворюється однаково на будь-якому комп'ютері.
SVG	Формат використовується багатьма програмами, зокрема й векторним графічним редактором Inkscape. Файл може містити графічні примітиви, растрові малюнки, текст, анімацію, інтерактивні елементи.
JPG	Формат застосовують для збереження растрових зображень зі стисненням за рахунок втрати якості: менший файл — нижча якість. Зберігши зображення, не можна відтворити його початковий вигляд. Малий розмір файлів дозволяє працювати з фотографіями та в Інтернеті.
GIF	Формат використовують переважно для стиснення растрових зображень, які містять здебільшого одноколірні ділянки (логотипи, написи, схеми). Підтримує палітру всього з 256 вибраних кольорів, проте дозволяє зберігати прозорість окремих ділянок зображення й анімацію.

 

V. Засвоєння нових знань, формування вмінь

Робота за комп’ютером

1. Повторення правил безпечної поведінки за комп’ютером.
2. Інструктаж учителя.
3. Практична робота за комп’ютерами.
4. Вправи для очей.

VI. Підбиття підсумків уроку

Бесіда

1. Наведіть приклади графічних зображень.
2. Що таке комп’ютерна графіка?
3. Наведіть приклади використання комп’ютерної графіки в різних сферах діяльності людини
4. Назвіть апаратні засоби комп’ютерної графіки
5. Назвіть програмні засоби комп’ютерної графіки

VІІ. Оцінювання роботи учнів

Формати файлів растрових і векторних зображень.

1. У власній папці створіть папку Прізвище_Формати файлів.
2. Запустіть графічний редактор Paint.
3. Завантажте растрове графічне зображення Карпати.
4. Збережіть по черзі це зображення у вашій папці у файлах таких форматів:

• Монохромний рисунок – з іменем вправа 8.1.1_0.bmp;
• 16-колірний рисунок - з іменем вправа 8.1.1_1.bmp;
• JPEG - з іменем вправа 8.1.2.bmp;
• PNG - з іменем вправа 8.1.30.bmp;
• TIFF - з іменем вправа 8.1.5.bmp.

Для цього:

1. Відкрийте зображення задопомогою графічного редактора Paint.
2. Виконайте ФайлЗберегти як…
3. Виберіть потрібний формат збереження файла.
4. Відредагуйте ім'я файла.
5. Укажіть місце збереження файла.
6. Виберіть кнопку Зберегти.

5. Повторіть вищенаведений алгоритм для зберігання в кожному із зазначених форматів, що разу відкриваючи початковий файл Карпати.
6. Закрийте вікно програми Paint.
7. Визначте розмір збережений файлів і заповніть таблицю в зошиті:

Ім'я файла	Тип файла	Розмір файла

 

8. Визначте, який тип файлу має найбільший та найменший розмір. Запишіть у зошит.