Конспект урока "Векторное и растровое кодирование графической информации"


Векторное и растровое кодирование графической информации.
Цель урока:
Актуализация основного материала по двоичному кодированию
числовой и текстовой информации;
Знакомство учащихся с идеей растрового способа представления
изображений в цифровом виде;
Знакомство учащихся с идей векторного способа представления
изображений в цифровом виде;
Задачи урока:
Научить выполнять кодирование графического изображения в
двоичный код и обратно. Провести компьютерный эксперимент в
графическом редакторе Paint. Повторить материал по теме “Перевод из
двоичной системы счисления и обратно.
Развивать мышление, внимание, память, воображение.
Воспитывать интерес к уроку информатики, самостоятельность при
выполнении задания.
Основные понятия:
графический объект,
пиксель,
растровое кодирование,
векторное кодирование.
Оборудование: проектор, презентация, карточки с заданиями.
План урока:
1. Организационный момент
2. Актуализация знаний
3. Объяснение нового материала
4. Закрепление изученного материала
5. Домашнее задание и подведение итогов урока
Ход урока:
1. Организационный момент
Приветствие. Проверка присутствующих. Объяснение целей урока.
2. Актуализация знаний
В начале урока можно вспомнить основные устройства компьютера и
более подробно остановиться на памяти компьютера. Важно отметить, что
пользователь, обращаясь к памяти компьютера, имеет дело с файлами и
папками, содержащими самые разнообразные программы и данные. В то же
время, для компьютера не имеет значения, какие именно данные хранятся в
его памяти, так как не зависимо от вида данных все они представляются в
двоичном коде.
Далее можно вместе с учащимися вспомнить, как в двоичном коде
представляется числовая и текстовая информация.
Изложение нового материала ведется по учебнику. Оно подкрепляется
выполнением одного из двух примеров в №37 и №39.
Повторение материала по двоичному кодированию числовой и
текстовой информации проводится по карточкам.(Приложение 1)
3. Объяснение нового материала
Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя
способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа
изображений используется свой способ кодирования: растровый и векторный.
Кодирование растровых изображений
Растровое изображение хранится с помощью точек различного цвета
(пикселей), которые образуют строки и столбцы. Каждый пиксель имеет
определенное положение и цвет. Хранение каждого пикселя требует
определенного количества битов информации, которое зависит от количества
цветов в изображении.
При помощи увеличительного стекла можно увидеть, что черно-белое
графическое изображение, например из газеты, состоит из мельчайших
точек, составляющих определенный узор - растр. Точность передачи
рисунка зависит от количества точек и их размера. После разбиения
рисунка на точки, начиная с левого угла, двигаясь по строкам слева
направо, можно кодировать цвет каждой точки. Далее одну такую точку
будем называть пикселем.
Пиксель - минимальный участок изображения, цвет которого можно
задать независимым образом. (происхождение этого слова связано с
английской аббревиатурой "picture element" - элемент рисунка).
Качество растрового изображения зависит от размера изображения
(количества пикселей по горизонтали и вертикали) и количества цветов,
которые можно задать для каждого пикселя.
Для черно-белого изображения информационный объем одной точки
равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).
Для четырех цветного – 2 бита.
Для 8 цветов необходимо – 3 бита.
Для 16 цветов – 4 бита.
Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).
Рассмотрим простую чёрно-белую картинку. Каждую пустую (белую)
клеточку рисунка закодируем нулём, а закрашенную (серую) – единицей.
0000000000011100
1000000100000110
1100001100000011
1111111100000011
1101101100000011
1111111100000011
1111111111111110
0111111011111110
0001100011000110
0000000011000110
0000000111001110
0000000111001110
А теперь выполните задание самостоятельно.
00011000
01100110
01100110
10011001
10011001
01100110
01100110
00011000
Попробуем решить обратную задачу восстановить рисунок по его коду, при
чём код будет десятичным. Следовательно, сначала необходимо перевести в
двоичный код по таблице 1, а затем только получить картинку.
195
11000011
198
11000110
220
11011100
240
11110000
248
11111000
206
11001110
195
11000011
195
11000011
На самостоятельное выполнение.
11111100
11111100
11000000
11000000
11111100
11001100
11001100
11111100
В рассмотренных примерах каждый пиксель кодировался 1 битом. При
цифровом представлении цветных изображений каждый пиксель кодируется
цепочкой из 24 нулей и единиц, что позволяет различать более 16 миллионов
цветовых оттенков.
Необычайно богатая цветовая палитра современных компьютеров получается
смещением взятых в определённой пропорции трёх основных цветов:
красного, синего и зелёного.
На кодирование каждого из них чаще всего отводится по 8 битов, в которых
можно записать двоичные коды 256 различных оттенков цвета.
Объем растрового изображения определяется умножением количества
пикселей (на информационный объем одной точки, который зависит от
количества возможных цветов. Качество изображения определяется
разрешающей способностью монитора. Чем она выше, то есть больше
количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В
современных ПК в основном используют следующие разрешающие
способности экрана: 640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768 и 1280 на 1024 точки.
Так как яркость каждой точки и ее линейные координаты можно выразить с
помощью целых чисел, то можно сказать, что этот метод кодирования
позволяет использовать двоичный код для того чтобы обрабатывать
графические данные.
Если говорить о черно-белых иллюстрациях, то, если не использовать
полутона, то пиксель будет принимать одно из двух состояний: светится
(белый) и не светится (черный). А так как информация о цвете пикселя
называется кодом пикселя, то для его кодирования достаточно одного бита
памяти: 0 - черный, 1 - белый.
Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию
(увеличению или уменьшению). При уменьшении растрового изображения
несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется
различимость мелких деталей изображения. При увеличении изображения
увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект,
который можно увидеть невооруженным глазом.
Кодирование векторных изображений.
Векторное изображение представляет собой совокупность графических
примитивов (точка, отрезок, эллипс…). Каждый примитив описывается
математическими формулами. Кодирование зависти от прикладной среды.
Помимо растрового представления, в персональных компьютерах
используется еще и векторный способ представления графической
информации.
Суть метода состоит в том, что информация об объектах передается
посредством графических примитивов: линий, окружностей, отрезков,
квадратов. При этом всегда указывается цвет линий, их толщина,
необходимость заливки (например, для окружностей или квадратов).
Рисунок ниже дает примерный вид векторного представления
графической информации.
На этом рисунке информация об объекте «Дом», «Трава», «Небо» передается
линиями разного цвета и толщины. Стена дома квадрат с заливкой.
Векторный способ представления графической информации позволяет
использовать математические преобразования созданных объектов
растягивать, сжимать их, поскольку мы работаем не с самими линиями, а с
математическим описанием того, где и какая линия должна быть.
Большинство объектов в 3D компьютерных играх создаются именно с
использованием векторного похода к построению графики.
Векторные графические изображения являются оптимальным
средством хранения высокоточных графических объектов (чертежи, схемы и
пр.), для которых имеет значение сохранение четких и ясных контуров. С
векторной графикой вы сталкиваетесь, когда работаете с системами
компьютерного черчения и автоматизированного проектирования АПР),
программами обработки трехмерной графики и др.
Векторные изображения формируются из объектов очка, линия,
окружность, прямоугольник и пр.), которые хранятся в памяти компьютера в
виде графических примитивов и описывающих их математических формул.
Например, графический примитив точка задается своими координатами
(X,Y), линия координатами начала (XI,Y1) и конца (X2,Y2), окружность
координатами центра (X,Y) и радиусом (R), прямоугольник
координатами левого верхнего угла (X1,Y1) и правого нижнего угла (X2.Y2)
и так далее. Для каждого примитива задается также цвет.
Достоинством векторной графики является то, что файлы, хранящие
векторные графические изображения, имеют сравнительно небольшой объем.
Важно также, что векторные графические изображения могут быть
увеличены или уменьшены без потери качества. Это возможно, так как
масштабирование изображений производится с помощью простых
математических операций (умножения параметров графических примитивов
на коэффициент масштабирования).
4. Закрепление изученного материала
Практическая работа на компьютере строится на основании имеющихся в
учебнике экспериментов.
I.
1. Запустите графический редактор Paint и выполните команду (Палитра-
Изменить палитру)
2. В открывшемся диалоговом окне Изменение палитры щёлкните на
кнопке Определить цвет; обратите внимание на информацию в правой
нижней части экрана.
3. Задайте несколько раз по своему усмотрению значения в полях ввода
для основных цветов и проследите за изменениями в окне
Цвет/Заливка.
4. Установите, какие цвета получатся при следующих значениях
основных цветов:
Красный
Зеленый
Синий
Цвет
0
0
0
0
0
255
0
255
0
190
190
190
255
0
0
0
255
255
255
0
255
255
255
0
255
255
255
II.
1. Запустите графический редактор Paint, находящийся в группе
программ Стандартные.
2. Откройте рисунок.
3. Выполните команду (Вид-Масштаб-Другой), в группе Варианты
установите переключать 400%, дающий увеличение исходной картинки
в 4 раза.
4. Самостоятельно увеличьте исходную картинку в 8 раз (переключатель
800%).
5. Выполните команду (Вид-Масштаб-Показать сетку). Обратите
внимание на то, что весь исходный рисунок оказался состоящим из
мелких квадратиков.
6. Выберите инструмент Заливка и с его помощью попытайтесь внести
изменения в рисунок, перекрещивая отдельные области.
7. Выполните команду (Вид-Масштаб-Обычный) и проследите за
сделанными изменениями.
8. Выйдите из программы.
5. Домашнее задание и подведение итогов урока
Параграф 1.3 №37-39 стр. 29-31
Сегодня на уроке мы с вами познакомились с растровым и векторным
способами кодирования графической информации. А так же научились
выполнять кодирование графического изображения в двоичный код и
обратно.