План-конспект учебного занятия "Принципы цифрового представления графической информации в персональном компьютере"

ПМ 01. Ввод и обработка цифровой информации

МДК 01. 01. Технология создания и обработки цифровой мультимедийной информации

1.4. Мультимедийное оборудование

Урок 69:Принципы цифрового представления графической информации в персональном компьютере                                                                                            

Цель:Рассмотреть принципы цифрового представления графической информации в персональном компьютере

Тип урока:комбинированный

Д/з:Стр. 208

Растровое представление Пиксель - наименьший элемент изображения на экране ( точка на экране) Растр - прямоугольная сетка пикселей на экране. Разрешающая способность экрана - размер сетки растра, задаваемого в виде произведения M x L, где М –число точек по горизонтали, L – число точек по вертикали.

 Видеоинформация – информация об изображении, воспроизводимом на экране ПК, хранящаяся в компьютерной памяти. 

Видеопамять – оперативная память, хранящая видеоинформацию во время ее воспроизведения в изображение на экране. 

Страница - раздел видеопамяти, вмещающий информацию об одном образе экрана («картинке»). В видеопамяти могут размещаться одновременно несколько страниц

 Графический файл - файл, хранящий информацию о графическом изображении. Число цветов, воспроизводимых на экране (К), и число бит, отводимых в видеопамяти под каждый пиксель (N -битовая глубина), связаны формулой:

K = 2^N

Пример1 Сколько бит видеопамяти занимает информация об одном пикселе на черно-белом экране (без полутонов) (какова битовая глубина?) 

Решение: для черно-белого изображения К=2, следовательно 2¹=2 >> N=1 бит на пиксель.

 Пример2: Монитор позволяет получать на экране 16 777 216 различных цветов. Сколько бит памяти занимает 1 пиксель?

Решение: К=16 777 216=2²⁴, отсюда N=24бита на пиксель.

Пример3 На экране с разрешением 640х200 высвечиваются только двухцветные изображения. Какой минимальный объем памяти видеопамяти необходим для хранения изображения?

Решение: Т.К.битовая глубина 2- цветного изображения N=1, а видеопамять должна минимально вмещать 1 страницу, то объем видеопамяти 
V = 640х200х1=128000бит = 16000байт.

Все многообразие красок на экране получается путем смешения трех базовых цветов: красного (Red) ,зеленого (Green), голубого (Blue). Каждый пиксель на экране состоит из 3 близкорасположенных элементов, светящихся этими цветами. Код цвета пикселя содержит информацию о доле каждого базового цвета.
Палитра 8 цветов - 2³ - все цвета имеют одинаковую яркость; каждый пиксель кодируется 3-мя битами

Двоичный код восьмицветной палитры

           красный  зеленый синий   цвет

                0                0               0     Черный 

                0                0                1     Синий

                0                1                0     Зеленый 

                0                1                1     Голубой 

                1                0                0     Красный 

                1                0                1     Розовый 

                1                1                0     Коричневый 

                1                1                1     Белый

16 цветная палитра получается при использовании 4-разрядной кодировки пикселя: 3 цвета +1 бит интенсивности, который управляет интенсивностью трех цветов одновременно.

Код         Цвет 

0100       Красный

1100       Ярко-красный

0110      Коричневый

1100       Желтый

Большее количество цветов получается при раздельном управлении интенсивностью базовых цветов, которая может иметь более двух уровней. При использовании битовой глубины 8бит/пиксель К =2⁸ = 256 цветов. Биты такого кода распределены следующим образом: КККЗЗЗССКрасная и зеленая компонента -3 бита -23=8 уровней яркости. Синяя -2бита – 4уровня яркости.

Видеокарта играет очень важную роль в компьютере. Ее главная функция - это преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране. Монитор обычно является неотъемлемой частью любой системы, с помощью которого пользователь получает визуальную информацию.

Все создаваемые с помощью компьютера изображения можно разделить на две большие части– растровую и векторную графику. Растровые изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселами, каждая из которых может иметь определенный цвет. Диапазон доступных цветов определяется текущей палитрой. Так например для черно-белого изображения в палитре два цвета - черный и белый, для цветных изображений палитра может состоять из 16, 256, 65536, 16777216 т.е. 2¹,2⁴,2⁸,2¹⁶,2²⁴ а также 2³².

В противоположность этому векторное изображение многослойно. Каждый элемент этого изображения - линия, прямоугольник, окружность или фрагмент текста - располагается в своем собственном слое, пикселы которого устанавливаются совершенно независимо от других слоёв. Каждый элемент векторного изображения является объектом, который описывается с помощью специального языка (мат. уравнения линий, дуг, окружности и т.д.). Кроме того, сложные объекты (ломанные линии, различные геометрические фигуры) описываются как совокупность элементарных графических объектов (линий, дуг и т.д.).

Такое векторное изображение представляет собой совокупность слоев содержащих различные графические объекты. Слои накладываясь друг на друга формируют цельное изображение.

Объекты векторного изображения, могут произвольно без потери качества изменять свои размеры.

При изменении размеров объектов растрового изображения происходит потеря качества. Например при увеличении растрового изображения увеличивается зернистость.

Графические редакторы

В настоящее время имеется множество программ для редактирования графических изображений. Эти программы в соответствии с делением графики на растровую и векторную можно условно разделить на два класса:

Программ для работы с растровой графикой.

Программ для работы с векторной графикой.

Также имеются программы, которые совмещают возможности программ этих двух классов. Т.е. позволяют создавать изображения состоящие из растровой и векторной графики.

Среди программ первого класса отметим :

Графический редактор Paint— простой однооконный графический редактор, который позволяет создавать и редактировать достаточно сложные рисунки.

Photoshop фирмы Adobe многооконный графический редактор позволяет создавать и редактировать сложные рисунки, а также обрабатывать графические изображения (фотографии). Содержит множество фильтров для обработки фотографий (изменение яркости, контрастности и т.д.).

Среди программ второго класса отметим:

Программа MicrosoftDraw— входящая в комплект MSOffice. Эта программа служит для создания различных рисунков, схем. Обычно вызывается из MSWord.

AdobeIllustrator, CorelDraw— программы используются в издательском деле, позволяет создавать сложные векторные изображения.

Как правило программы первого класса позволяют сохранять изображения в файлах стандартных форматов: bmp, pcx, gif, tif, а программы второго класса используют для этих целей свои форматы.

Форматы файлов для хранения растровых графических изображений.

Как правило файлы для хранения растровых графических изображений логически состоят из двух частей: заголовка и области данных. В заголовке указаны данные о формате файла, изображения по горизонтали, по вертикали: количество цветов, палитра и т.д. В области данных закладываются цвета пикселов.

В настоящее время наиболее распространенные следующие форматы файлов.

bmp (bitmap)— битовая карта. Формат распространен в Windows (Paint). В этом формате файл состоит из двух частей.

1- заголовок в котором указывается разрешение изображения и количество бит которыми кодируется цвет пиксела.

2- область данных (битовая карта) в которой хранятся в виде последовательности бит цвета пикселов изображений.

pcx. Формат pcx использует простейший способ сжатия изображений, позволяющий выполнять быструю перезапись изображения из файла в видеопамять и обратно. Данный формат использует в своей работе многие графические редакторы, в частности Paint. Вместе с форматом tif формат pcx является одним из наиболее распространённых форматов, которые используют сканеры.

В заголовке файлов этого формата указывается информация о версии формата pcx, информация о том— используется сжатие информации или нет, информация о цветах изображения, размерах изображения, разрешения сканера, разрешение дисплея.

Для сжатия в файле изображения формата Pcx используется метод группового кодирования, в котором группа повторяющихся байт заменяется двумя байтовыми: байтом повторителем и повторяющимся байтом.

Байт повторитель имеет уникальный код и содержит в себе число повторяющихся байт.

Формат GIF, при достаточно простой структуре файла и наличии наибольшего числа атрибутов изображения используют более эффективный чем в pcx алгоритм сжатия. Этот формат в настоящее время используется при размещении графической информации в гипертекстовых документах Internet.]

TIF (Tiff - Tag Image File Format). Основной областью применения данного формата является настольная издательская деятельность и связанные с ней приложения. Этот формат имеет множество атрибутов, позволяющих точно описать сложение изображения. Часто этот формат используется, для хранения отсканированных изображений.

Форматы GIF и TIF в основном используют lzw сжатие. Название этого алгоритма произошло от фамилии его разработчиков Lampel, Ziv и Welch.

jpg - формат, который использует специальный алгоритм сжатия изображения, позволяющее сжать изображение до требуемого размера и качества. При этом качество изображения теряется. Формат распространен для размещения графической информации в гипертекстовых документах Internet.

Графика рассматривается как язык визуальной культуры и грамотности человека, как язык проектирования (дизайна), как язык техники и технологии, как самое простое и естественное для человека средство осмысления и познания окружающего его мира и как язык профессионального (технического и художественно-технического) и непрофессионального общения между людьми.

Графика является средством развития творческих способностей учащегося, его пространственных представлений, воображения и мышления, глазомера, зрительной памяти, смекалки и догадки, средством развития политехнического и образного мышления, эстетического вкуса и проектного мышления, средством выражения его идей и замыслов.

Активизация деятельности обучаемого в процессе обучения с использованием возможностей средств графических программных средств обеспечивается за счет использования следующих методов, форм, средств и приемов:

1.                  Улучшения наглядности за счет применения видео, мультипликации, технологии мультимедиа и "виртуальная реальность", позволяющих моделировать сложные явления и процессы, имитировать работу сложно организованных систем, осуществлять аудио-сопровождение учебной информации.

2.                 Повышения эффективности восприятия комментариев к учебному материалу, который параллельно демонстрируется на экране компьютера, за счет сочетания зрительной наглядности и слухового сопровождения.

3.                 Моделирования, наблюдения и изучения математических моделей различных явлений и процессов, что способствует формированию у обучаемых:

·                     умения принимать решения в экстремальных ситуациях;

·                     активизации творческих возможностей;

·                     развитию навыков самостоятельной работы;

·                     развитию навыков исследовательской деятельности;

·                     развитию наглядно-действенного;

·                     наглядно-образного;

·                     творческого мышления;

·                     формированию информационной культуры.

1.                  Улучшения методов оценки знаний за счет автоматизации контроля, что позволяет получить более полную и объективную информацию о ходе процесса обучения, об уровне подготовленности обучаемых, способствует развитию творческого начала мыслительного акта, повышает интенсивность обучения.

2.                 Реализации проблемного обучения в "интеллектуальных" обучающих программах, что позволяет осуществить, во-первых, моделирование проблемных ситуаций для выполнения тренировочных упражнений, развивающих и закрепляющих навыки осваиваемой деятельности; во-вторых, последовательное наращивание умственных и психологических нагрузок, рефлексивное управление учебной деятельностью.