Урок 1/34

Тема «Понятие векторной и растровой графики, их сревнение. Параметры растрового и векторного изображений.»

Цели: ознакомить учащихся с понятиями векторное и растровое изображение, сравнить и ознакомить с достоинствами и недостатками, ознакомить с параметрами растровых и векторных изображений; с понятиями растровой графики: пиксель, точка, видеопиксель, растр, разрешение экрана; выявить достоинства и недостатки растровой и векторной графики;

Развивать логическое мышление, память;

Воспитывать информациооную культуру.

Оборудование: учебник, ПК,

Тип урока: изучение нового материала

Ход урока.

1.Организационный момент.

Проверка наличия учащихся и их готовность к уроку.

2.Актуализация опорного опыта учащихся.

Вы любите рисовать?

А на чем вы любите рисовать?

Можно ли рисовать с помощью компьютера?

Какая программа нам в этом поможет?

Это единственная программа для рисования на компьютере?

Какие еще вам известны программы?

Какое расширение имеют рисунки, созданные с помощью ПК?

Что можно делать с этими рисунками?

Вы рисовали на ПК?

Вам понравилось?

Для чего нужно уметь рисовать на ПК и для кого это нужно?

А хотели бы вы поработать и с другими графическими редакторами?

Ваша мечта осуществится!!!

3.Мотивация.

Всем, кто любит рисовать, кто хочет попробовать себя в роли художника, для будущих дизайнеров посвящены наши уроки.

4.Объяснение нового материала.

Начиная с этого урока мы будем изучать одну из интереснейших ИТ-технологий – компьютерную графику. Она позволяет создавать впечатляющие спецэффекты и фантастические миры.

Компьютерная графика - одно из самых популярных направлений информатики. Оформление документов и компьютерные игры, экранные заставки и обработка цифровых фотографий - это лишь некоторые сфе­ры ее применения. В этой теме мы познакомимся с разными видами гра­фики - растровой, векторной и фрактальной. Мы также изучим цветовые модели - правила представления цветов в электронных рисунках.

Первый способ получения изображений, рисование известен с давнейших времен (наскальная живопись, роспись сосудов, посуды), а второй – начиная с XIX столетия, после изобретения фотографии. Компьютерная графика соединила два способа получения изображений и открыла новые методы их обработки, неизвестные ни в фотографии, ни в традиционном изобразительном искусстве.

ПОНЯТИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ 

Компьютерная графика — это область информатики, занимающаяся созданием, сохранением и изменением (редактированием) на компьютере различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации). Это одно из самых популярных направлений использования персонального компью­тера.

Основны есферы применения технологий компьютерной графики являются:

· Графический интерфейс пользователя;

· Спецэффекты, кинематография и телевидение;

· Цифровое телевидение, Интернет, видеоконференции;

· Обработка цифровых фотографий;

· Компьютерные игры, системы виртуальной реальности.

По способу создания делят на:

· Двухмерную- изображение строится с использованием плоских геометрических моделей, текста и растровых данных и предназначен для применения в сферах, связанных с традиционными технологиями печати (идательская деятельность, реклама, картография, фотография…), для публикаций в Инренете, разработке интерфейса пользователя.

· Трехмерную-данные об изображении сохраняются в ПК в виде геометрических данных объектов и применят для создания виртуального пространства (сцена).

Выделяют три основных вида компьютерной графики — растровая, векторная и фрактальная.

Они отличаются принципами формирования изо­бражения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

Виды компьютерной графики 

Растровая графика — это вид компьютерной графики, в котором изо­бражение представляется в виде набора окрашенных точек (пикселей).

Растр — это совокупность линий из окрашенных точек, которые выво­дятся на экран или другое графическое устройство вывода. Линии растра состоят из пикселей.

Пиксель — самый маленький элемент двухмерного цифрового изображения в растровой графике (обычно квадратной или круглой формы), имеющий определенный цвет.

Растровую графику применяют в электрон­ных и полиграфических изданиях.

Изображения, выполненные ее средствами, редко создаются вруч­ную с помощью компьютерных программ. Чаще зсего для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художниками, фо­тографии, изображения, полученные с помощью цифровых фото- и видеокамер.Большинство графических редакторов это­го вида предназначены для работы с растровы­ми иллюстрациями и ориентированы не столь­ко на создание изображений, сколько на их обработку.

Векторная графика — это вид компьютерной графики, в котором изо­бражение представляется в виде совокупности прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, областей однотонного или изменяющегося цвета и т. п.

Опре­деление «векторная» происходит от термина «век­тор», который представляет собой набор данных, характеризующих какой-либо объект

Программные средства для работы с вектор­ной графикой предназначены в первую очередь для создания изображений и в меньшей степени — для их обработки. Такие средства широко исполь­зуют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и про­стейших геометрических элементов, намного про­ще выполнить средствами векторной графики, чем с использованием возможностей растровой.

Фрактальная графика — это вид компьютер ной графики, в котором изображение строится по уравнению или системе уравнений. Изменяя в уравнении коэффициенты, можно получить совершенно другой объект (фрактал)

Фрактал — это сложная геометрическая фигу­ра, обладающая свойством самоподобия, то ее составленная из нескольких частей, каждая и; которых подобна всей фигуре в целом.

Программные средства для работы с фрак­тальной графикой предназначены для автома­тической генерации изображений путем математических расчетов. Таким образом, создание фрактала — это программирование.

Фрактальн графика отличается от векторной тем, что ник кие объекты в памяти компьютера не хранят*

Критериисравнения

Векторная графика

· Изображение описывается в виде последовательности команд, каждая из которых определяет некоторую функ­цию и соответствующие ей параметры

· Нельзя получить изображе­ния фотографического каче­ства для объектов сложной структуры

· Способ представле­ния изображения

· Основное внимание в данном курсе мы уделим векторной и растровой графике. Фрактал; ная подробно рассматриваться не будет.

· Сравнительная характеристика векторной и растровой графики

Растровая графика

· Изображение формируется из множества пикселей. Растро­вый рисунок похож на лист бумаги в клетку, на котором каждая клеточка закрашена определенным цветом

· Рисунки эффективно используется для представления реаль­ных образов с большим количеством деталей

Форматы графических файлов.

Формат GIF (розширення імені файлу .GIF). GIF (Graphics Interchange Format – формат взаємообміну графікою) є растровим форматом і розроблявся для мереж з низькими швидкостями передачі даних. Він став першим графічним форматом, що підтримується Web. GIF здатен ефективно стискати графічні дані, використовуючи алгоритм LZW, який полягає в стисканні ряду однакових символів в один символ, помно­жений на кількість повторень. Анімаційні файли GIF дозволяють в одно­му файлі зберігати декілька зображень, які відтворюються послідовно.

Формат GIF стандартизований в 1987 році як засіб збереження стиснених зображень з фіксованою (256) кількістю кольорів. Остання версія формату GIF89а дозволяє виконувати черезрядкове завантаження зображень і створювати малюнки з прозорим фоном. Обмежена кількість кольорів обумовлює його використання переважно в електронних публікаціях. До достоїнств динамічних файлів GIF відносять невеликий об'єм файлу за рахунок стискання (до 40%), він не вимагає постійного зв'язку з сервером і повторного звертання до сервера, його просто розмістити на сторінці. Однак його палітра не перевищує 256 кольорів, він забезпечує гірше стискання фотографій, ніж JPEG, не підтримується броузерами в повному обсязі.

Формат JPEG (розширення імені файлу .JPG). JPEG призначений для зменшення розмірів файлів растрових зображень, що мають плавні переходи кольорових тонів і відтінків. Дозволяє регулювати співвід­ношення між мірою стискання файлу і якістю зображення. JPEG стискує зображення, зберігаючи його повну чорно-білу версію і більшу частину колірної інформації. Так як зберігається не вся колірна інформація, JPEG є форматом зі втратами, що проявляється, особливо в сильно стиснених файлах, в вигляді розмитого або випадкового розподілення пікселів.

JPEG розбиває зображення на області близьких кольорів. Якщо використовувати формат JPEG для різкої графіки з великими областями одного і того ж кольору, то звичайно отримують погані результати.

Прогресивні файли JPEG подібні на черезрядкові файли GIF тим, що вони визначають спосіб виводу зображення на екран при завантаженні (завантажують різні області графічного файлу одночасно). При цьому користувач може бачити, що містить зображення ще до того, як весь файл буде повністю завантажений.

JPEG не дозволяє включати в файл більше одного зображення, тому анімація JPEG не дуже поширена в Web. Якщо потрібно відтворити послідовність файлів JPEG в одному і тому ж місці Web-сторінки, можна використати сценарій або додаток, що завантажується, написані на Java. Однак Java-аплет може вимагати багато часу для ініціалізації і виконання на повільних комп'ютерах. JPEG найбільше всього підходить для фотогра­фій або графіки зі складними тінями та ефектами освітлення і використо­вується в Web для фотографій товарів, об'ємних зображень і графіки з ефектами освітлення.

Формат PNG (розширення імені файлу .PNG). PNG (Portable Network Graphics – мережева графіка, що переноситься) є растровим, стандартизований в 1995 році і призначений для публікації зображень в Інтернеті. Розробка PNG була викликана тим, що в 1994 році фірма Unisys, винахідник методу стискання GIF, заявила, що буде вимагати плату зі всіх розробників програмного забезпечення, яке підтримує формат GIF. Потенціальні витрати, пов'язані з використанням формату GIF, разом з недоліками формату JPEG привели до необхідності розробки нового графічного формату, який був би безоплатним і поліпшив би параметри форматів JPEG та GIF.

PNG підтримує три типи зображень – кольорові з глибиною 8 або 24 біти і чорно-білі з градацією 256 відтінків сірого. Стискання інформації здійснюється без втрат, передбачені 254 рівня альфа-каналу та черезрядкова розгортка. Вважається, що PNG забезпечує краще стискання, ніж GIF (на 10 –30 %), що залежить від якості кодувальника. Специфікація формату PNG включає можливості автоматичної корекції кольорів при перенесенні зображень між апаратними платформами і ефектів змінної прозорості.

Формат TIFF (розширення імені файлу .TIF). TIFF (Tagged Image File Format – формат файлу ознакових зображень) є растровим і призначений для збереження зображень високої якості та великого розміру. Забезпечує зберігання чорно-білих зображень та зображень з глибиною кольору 8, 16, 24 і 32 біт. Підтримується більшістю графічних, верстальних і дизайнерських програм та переноситься між платформами IBM PC та Apple Macintosh. Починаючи з версії 6.0 в форматі TIFF можна зберігати відомості про маски (контури обтравки) зображень. Для зменшення розміру файлу використовується вмонтований алгоритм LZW.

Формат Windows Bitmap (розширення імені файлу .BMP або .DIB). Windows Bitmap (бітова карта Windows) – формат растрових зобра­жень, що підтримується Windows–сумісними програмами. Дозволяє вико­ристо­вувати палітри в 2, 16, 256 кольорів або повну палітру в 16 млн. кольорів.

Формат PCX (розширення імені файлу .PCX). Растровий формат PCX використовується розповсюдженим графічним редактором Paintbrush та підтримує палітри в 2, 16, 256 кольорів або повну палітру в 16 млн. кольорів. В зв'язку з відсутністю можливості зберігати зображення, розділені на кольори, недостатністю моделей кольорів та наявністю інших обмежень в даний час вважається застарілим.

Назначение, основные понятия и средства компьютерной графики

Какими бы похожими не были инструменты растровой и векторной графики, способы представления изображений в них различны. Ис­пользуя в качестве основного элемента пиксель, растровые редакторы содержат множество средств для коррекции яркости, контрастности, цветовых оттенков отдельных пикселей. Для векторной графики акту­альными являются команды упорядочивания, взаимного выравнивания, пересечения объектов, их группировки, исключения одних из других.

При редактировании изображений также можно применять различ­ные эффекты, использовать градиентные заливки и фильтры, добавлять источники света и многое другое.

Основные характеристики растровых изображений 

Существует несколько основных характеристик растро! ых изобра­жений. Рассмотрим их подробно.

1. Количество цветов.

Данная характеристика определявет количество цветов, которое мо­жет принимать пиксель изображения, и зависит от объема памяти, отводимой для каждого пикселя. Самым простым является двухцветное (монохромное) изображение — для каждого пикселя огводится всего 1 бит памяти. Обычно этот набор цветов используется в черно-белых изображениях (не путайте их с градация­ми серого — Grayscale, как показано на рис. 1.4).

Вторым по качеству является 8-цветное изображение. Данный формат использовался в старых приложениях, рабо­тающих иод управлением операционной системы DOS. Для хранения каждого пикселя требовалось 3 бита памяти, кото­рые отвечали за красную, зеленую и синюю составляющие.

Еще более качественное 16-цветное изображение (рис. 1.5). Дополнительно введенный бит, четвертый, отвечает за яркость. При значении бита яркости 0 имеем темные оттенки, при значении 1 — светлые.

Изображение, состоящее из 256 цветов (рис. 1.6), отличается от остальных. Для хранения каждого пиксе­ля отводится 8 бит (1 байт) памяти. Однако в этом байте хранится не сам цвет, а его индекс в палитре цветов. Она формируется на основе 24-разрядных значений RGB.

В изображениях High Color для хранения каждого пикселя отводится 15 или 16 бит. В первом случае каждая из основных цветовых составляющих представлена 5 би­тами. Информация об одном пикселе хранится в 16 раз­рядах — старший бит не используется, за ним идут 5 бит красной, 5 бит зеленой и 5 бит синей составляющих. Этот формат часто обозначается сокращением «5:5:5», он может содержать до 32 768 различных цветов. Формат High Color (16 разрядов) слегка улучшает 15-разрядный. За счет.про­стой потери старшего бита зеленая составляющая расши­ряется до 6 бит. Это связано с тем, что человеческий глаз обладает повышенной чувствительностью именно к зеле­ному цвету. Этот формат часто обозначается сокращением «5:6:5», он может содержать до 65 536 цветов.

Изображения True Color представляются 24 или 32 разрядами (рис. 1.7). В любом случае под каждый цветовой канал отводится 8 бит. Каждая цветовая состав­ляющая может изменяться — от 0 до 255. В данном случае имеем 16 777 216 цветов. Отличие 32-разрядного формата True Color состоит в лишних 8 битах, в кото­рых хранится прозрачность (альфа-канал). В него запи­сывается информация о том, надо ли при вставке одной картинки в другую использовать соответствующий пик­сель или надо его игнорировать. Значение альфа-канала, равное 0, соответствует полной непрозрачности, равное 255 — полной прозрачности вставляемой картинки.

►2. Разрешающая способность растра. 

Разрешающая способность растра характеризуется расстоянием между соседними пикселями. Ее измеря­ют количеством пикселей на единицу длины.

Самой популярной единицей измерения является dpi (dots per inch) — количе­ство пикселей на один дюйм длины (2,54 см).

►3. Форма пикселей.

Форма пикселей растра определяется особенностями устройства гра­фического вывода. Например, они могут иметь форму прямоугольника или квадрата (пиксели равны шагу растра), круглую форму (пиксели могут не быть равными шагу растра).

Пример. Опишите последовательность действий при вычислении инфор­мационного объема памяти изображений, представленных в разных цве­товых форматах. Рассмотрим изображение бабочки на кусте смородины. Его размер — 2600x2000 пикселей. На рисунке изображение сохранено в монохромном режиме и в градациях серого цвета (8 бит). Сколько байт составляет информационный объем памяти этих изображений?

Итак, для расчета информационного объема необходимо вычислить размер изображения в пикселях. Он равен 2600x2000 = 5 200000 пиксе­лей. В монохромном режиме для хранения одного пикселя необходимо 1 бит. Соответственно в 1 байте (8 бит) хранится информация о 8 пик­селях. Следовательно, общий информационный объем изображения составляет 5200000:8 = 650000 байт.Проведем аналогичные расчеты для 6-цветного изображе­ния. Для хранения одного пикселя в данном случае необходимо 4 бита, значит, в 1 байте размещается информация о 2 пикселях. Следовательно, общий информационный объем изображения составля­ет 5 200 000:2 = 2 600 000 байт.

5.Закрепление изученного материала.

1. Из каких объектов формируется растровое графическое изображение, из каких — векторное?

2. Какой тип графического изображения надо использовать для разработки эмблемы организации, если она будет печатать­ся на маленьких визитных карточках и больших плакатах? Ответ объясните на примере.

3. Какой тип графического изображения используется при редактировании цифровой фотографии

4. Какое изображение не теряет качество при увеличении или уменьшении?

5. Какие возможности редактирования изображений есть в рас­тровых и векторных редакторах?

6. Какие графические редакторы наиболее широко распростране­ны в настоящее время?

7. Почему для хранения растровых изображений требуется боль­шой объем памяти?

8. Почему растровое изображение искажается при масштабирова­нии?

9. Возьмем изображение размером 100 х 100 точек, сохраненное в файле с расширением BMP. Сохранение выполним в 24 раз­рядах. Какой информационный объем памяти необходим для хранения? Теперь сохраним изображение в 16 цветах. Как из­менится информационный объем памяти? Еще раз сохраним изображение — в монохромном режиме. Какой информацион­ный объем памяти потребуется для данного формата?

10. Изменится ли размер файла, если нарисованный в нем красно- синий мяч превратить в зелено-желтый, просто заменив цвета?

11. Заранее нарисованное в 256 цветах изображение сохраним в 16 цветах, а затем — снова в 256 цветах. Всегда ли подобные преобразования происходят без потери качества?

6.Д/з выучить конспект, параграф 26 стр. 260 – 263 читать.