Методическая разработка открытого урока на тему Кодирование графической информации

Методическая разработка урока по теме

«Кодирование графической информации»

Цель урока:

Дидактическая:

• Сформировать у учащихся понимание процесса кодирования графической информации

• Познакомить с основными понятиями кодирования.

• научить решать задачи по теме кодирование графической информации.

Воспитательная:

• воспитывать усидчивость, умение доводить начатое до конца, умение работать в группах.

Развивающая:

• тренировать зрительную и логическую память,

• развивать умение обобщать и систематизировать информацию, составлять алгоритм действий для достижения цели.

Тип урока: ознакомление с новым материалом;

Задачи:

• создать условия для воспроизведения в памяти учащихся системы опорных знаний и умений, стимулировать поисковую деятельность;

• создать условия для систематизации знаний о видах изображений.

• создать содержательные и организационные условия для развития у учащихся умений устанавливать причинно-следственные связи, сравнивать и обобщать изучаемые объекты;

• развивать коммуникативные способности через посредство работы в малых группах;

Профессиональные компетенции:

• Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

• Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач

• Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность

• Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

• Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

Раздаточный материал:

Распечатки формата A4

Программное обеспечение, оборудование:

Проектор

Программы из пакета MS Office

Калькулятор Windows

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Объявление темы урока, постановка цели.

Вы можете представить себе компьютеры, на экране которых был только текст? Первые компьютеры умели обрабатывать только текстовую информацию. Но сейчас мы видим совершенно иную картину. Компьютер подчинил себе и звук, и фото, и видео. Вы теперь знаете, что любая информация, с которой работает компьютер, закодирована в двоичной системе. Что же происходит при кодировании графической информации? Это мы и должны выяснить сегодня на уроке.

III. Актуализация знаний

На прошлых уроках мы работали над методами кодирования текстовой информации. Вспомним основные моменты этого и подготовимся к изучению нового материала.

Ответьте на вопросы:

1. Компьютер использует двоичное кодирование информации. А для чего используют 16-ричное кодирование?

2. Сколько кодировок кириллицы вы знаете? Хорошо это или плохо?

3. Какая кодировка используется в ОС Windows?

4. Что значит, когда в браузере вы видите непонятный набор символов? Можно ли превратить их в русские буквы?

IV. Объяснение нового материала.

Давайте вспомним, какие виды графики вам известны.

Теперь зададимся вопросом: откуда в компьютере берутся изображения?

Да, конечно, их вводят с помощью специальных устройств - сканеров и цифровых фотоаппаратов. Например, обычную фотографию (аналоговая информация) сканируют и получают цифровой снимок (цифровая, или дискретная информация). Такое преобразование называют дискретизацией или оцифровкой.

• Дискретизация (оцифровка) изображения - процесс формирования растровой модели реального изображения с помощью специальных устройств ввода (сканер, цифровая камера).

Как это происходит?

И линия, и область состоят из бесконечного числа точек. Цвет каждой из этих точек нам нужно закодировать. Если их бесконечно много, мы сразу приходим к выводу, что для этого нужно бесконечно много памяти. Поэтому «поточечным» способом изображение закодировать не удастся. Однако, эту все-таки идею можно использовать. Начнем с черно-белого рисунка. Представим себе, что на изображение ромба наложена сетка, которая разбивает его на квадратики. Такая сетка называется растром. Теперь для каждого квадратика определим цвет (черный или белый). Для тех квадратиков, в которых часть оказалась закрашена черным цветом, а часть белым, выберем цвет в зависимости от того, какая часть (черная или белая) больше.

Пиксель (англ. pixel = picture element, элемент рисунка) - это наименьший элемент рисунка, для которого можно задать свой цвет.

Файлы, созданные на основе растровой графики, предполагают хранение данных о каждой отдельной точке изображения.

Разбив «обычный» рисунок на квадратики, мы выполнили его дискретизацию - разбили единый объект на отдельные элементы. Действительно, у нас был единый и неделимый рисунок - изображение ромба. В результаты мы получили дискретный объект - набор пикселей.

Двоичный код для черно-белого рисунка, полученного в результате дискретизации можно построить следующим образом:

заменяем белые пиксели нулями, а черные - единицами; выписываем строки полученной таблицы одну за другой.

У нас получился так называемый растровый рисунок, состоящий из квадратиков-пикселей. Для отображения растровой графики не требуется сложных математических расчетов, достаточно лишь получить данные о каждой точке изображения (ее координаты и цвет) и отобразить их на экране монитора компьютера. Ширина этого рисунка - 8 пикселей, поэтому каждая строчка таблицы состоит из 8 двоичных разрядов - бит. Заменим белые квадратики нулями, а черные единицами. Таким образом, мы получили двоичный код данного рисунка. Чтобы не писать очень длинную цепочку нулей и единиц, удобно использовать шестнадцатеричную систему счисления, закодировав 4 соседних бита (тетраду) одной шестнадцатеричной цифрой. Например, для первой строки получаем код 1A₁₆:

Кодирование цвета

Что делать, если рисунок цветной? В этом случае для кодирования цвета пикселя уже не обойтись одним битом. Например, в показанном на рисунке изображении российского флага 4 цвета: черный, синий, красный и белый. Для кодирования одного из четырех вариантов нужно 2 бита, поэтому код каждого цвета (и код каждого пикселя) будет состоять из двух бит. Пусть 00 обозначает черный цвет, 01 - красный, 10 - синий и 11 - белый. Тогда получаем такую таблицу:

Вспомним, что делает художник, чтобы получить нужный ему цвет? Правильно, смешивает краски. Так и на экране монитора изображение формируется за счёт смешивания базовых цветов. Но каких цветов? Здесь всё зависит от выбранной цветовой модели.

• Цветовая модель - это способ формального описания цвета на основе составляющих его компонентов.

Человек воспринимает свет как множество электромагнитных волн. Определенная длина волны соответствуют некоторому цвету. Например, волны длиной 500‐565 нм - это зеленый цвет. Так называемый «белый» свет на самом деле представляет собой смесь волн, длины которых охватывают весь видимый диапазон.

Согласно современному представлению о цветном зрении (теории Юнга-Гельмгольца) глаз человека содержит чувствительные элементы трех типов. Каждый из них воспринимает весь поток света, но первые наиболее чувствительны в области красного цвета, вторые - области зеленого, а третьи - в области синего цвета. Цвет - это результат возбуждения всех трех типов рецепторов. Поэтому считается, что любой цвет (то есть ощущения человека, воспринимающего волны определенной длины) можно имитировать, используя только три световых луча (красный, зеленый и синий) разной яркости. Следовательно, любой цвет (в том числе и «белый») приближенно раскладывается на три составляющих - красную, зеленую и синюю. Меняя силу этих составляющих, можно составить любые цвета. Эта модель цвета получила название RGB по начальным буквам английских слов red (красный), green (зеленый) и blue (синий).

Наиболее известной и распространённой цветовой моделью излучаемых цветов является RGB (Red - красный, Green - зелёный, Blue - синий). На каждый цвет выделяется по 8 бит, итого 24 бита.

• RGB (аббревиатура английских слов Red, Green, Blue - красный, зелёный, синий) - аддитивная цветовая модель, как правило, описывающая способ синтеза цвета для цветовоспроизведения.

Между количеством цветов, задаваемых точке растрового изображения, и количеством информации, которое необходимо выделить для хранения цвета точки, существует зависимость, определяемая соотношением:

I=log₂N (формула Хартли)

(N = 2ⁱ)

где N - количество цветов, задаваемых точке; I -количество информации (бит на 1 пиксель).

Количество информации, необходимое для хранения цвета точки, называют также глубиной цвета, или качеством цветопередачи.

• Глубина цвета - количество бит, выделяемых на каждый пиксель изображения для кодирования цвета.

Множество цветовых оттенков (палитра) получают смешением трёх базовых цветов разной интенсивности (от 0 до 255, всего 256 градаций).

Очень важно понять, что мы приобрели и что потеряли в результате дискретизации. Самое важное - мы смогли закодировать рисунок в двоичном коде. Однако при этом рисунок исказился - вместо ромба мы получили набор квадратиков. Причина искажения в том, что в некоторых квадратиках части исходного рисунка были закрашены разными цветами, а в закодированном изображении каждый пиксель обязательно имеет один цвет. Таким образом, часть исходной информации при кодировании была потеряна. Это проявится, например, при увеличении рисунка - квадратики увеличиваются, и рисунок еще больше исказится. Чтобы уменьшить потери информации, нужно уменьшать размер пикселя, то есть увеличивать разрешение.

Разрешение - это количество пикселей, приходящихся на дюйм размера изображения.

Разрешение обычно измеряется в пикселях на дюйм (используется английское обозначение ppi = pixels per inch).

Чем больше разрешение, тем точнее кодируется рисунок (меньше информации теряется), однако одновременно растет и объем файла.

Качество растрового изображения определяется двумя основными параметрами - разрешением (количеством точек по горизонтали и вертикали) и используемой палитрой цветов (количеством задаваемых цветов для каждой точки изображения).

Для реализации каждого из графических режимов экрана монитора необходим определенный информационный объем видеопамяти компьютера.

Необходимый информационный объем видеопамяти (V) определяется из соотношения

V=K*I

где К - количество точек изображения на экране монитора (К = А · В);

I - количество информации (глубина цвета)

Выводы:

Итак, при растровом кодировании рисунок разбивается на пиксели (дискретизируется). Для каждого пикселя определяется единый цвет, который чаще всего кодируется с помощью RGB-кода. На практике эти операции выполняет сканер (устройство для ввода изображений) и цифровой фотоаппарат.

Растровое кодирование имеет достоинства:

• универсальный метод (можно закодировать любое изображение);

• единственный метод для кодирования и обработки размытых изображений, не имеющих четких границ, например, фотографий;

и недостатки:

при дискретизации всегда есть потеря информации;

при изменении размеров изображения искажается цвет и форма объектов на рисунке, поскольку при увеличении размеров надо как-то восстановить недостающие пиксели, а при уменьшении - заменить несколько пикселей одним;

размер файла не зависит от сложности изображения, а определяется только разрешением и глубиной цвета; как правило, растровые рисунки имеют большой объем.

Существует много разных форматов растровых рисунков. Чаще всего встречаются следующие:

BMP (англ. bitmap - битовая карта, файлы с расширением .bmp) - стандартный формат в операционной системе Windows; поддерживает кодирование с палитрой и в режиме истинного цвета;

JPEG (англ. Joint Photographic Experts Group - объединенная группа фотографов-экспертов, файлы с расширением .jpg или .jpeg) - формат, разработанный специально для кодирования фотографий; поддерживает только режим истинного цвета; для уменьшения объема файла используется сильное сжатие, при котором изображение немного искажается, поэтому не рекомендуется использовать его для рисунков с четкими границами;

GIF (англ. Graphics Interchange Format - формат для обмена изображениями, файлы с расширением .gif) - формат, поддерживающий только кодирование с палитрой (от 2 до 256 цветов); в отличие от предыдущих форматов, части рисунка могут быть прозрачными, то есть на веб-странице через них будет «просвечивать» фон; в современном варианте формата GIF можно хранить анимированные изображения; используется сжатие без потерь, то есть при сжатии изображение не искажается;

PNG (англ. Portable Network Graphics - переносимые сетевые изображения, файлы с расширением .png) - формат, поддерживающий как режим истинного цвета, так и кодирование с палитрой; части изображения могут быть прозрачными и даже полупрозрачными (32-битное кодирование RGBA, где четвертый байт задает прозрачность); изображение сжимается без искажения; анимация не поддерживается.

IV. Практические упражнения для закрепления материала.

Практическая работа выполняется за компьютером в группах по 2-3 человека. Решение и ответ вписать в таблицу; файл сохранить на рабочем столе в формате ФамилияИ

V. Подведение итогов

Практическая работа.