Проектная работа по информатике на тему Компьютерная графика (11 класс)

Муниципальное Бюджетное Общеобразовательное Учреждение Средняя Общеобразовательная Школа № 4

г. Лобня Московская область

Проект

на тему: «Компьютерная графика. Что это?»

дисциплина «Информационные технологии»

Участник:

Ученик 11А класса

Н.А. Сафонов

Руководитель:

Зам. дир. по НМР, учитель информатики

Н.В. Цуркан

Г. Лобня 2013 г.

Содержание

Введение___________________________________________________3

Цели и задачи проекта_______________________________________4

График работы над проектом_________________________________5

Теоретическая часть проекта________________________________6-13

Заключение________________________________________________14

Практическая часть проекта_________________________________14

Список литературы_________________________________________15

Введение

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х гг. для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных.

Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, - компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир.

Поэтому мой проект посвящен компьютерной графике, её видам, сравнению и возможностям.

Цели и задачи проекта

Цели:

Дать ответы на вопросы, интересующие современных пользователей компьютеров:

• в чём различие между «живым» изображением и созданным на компьютере?

• что влияет на качество, созданного на компьютере изображения?

• провести сравнение между растровым и векторным изображениями.

• как форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый или векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия).

Задачи:

1. собрать информацию и иллюстративный материал по выбранной теме.

Для этого:

• рассмотреть вопросы, как кодируется графическая информация в компьютере;

• рассмотреть вопрос, как будет влиять на качество изображения разные способы создания и хранения изображения;

• показать методы уменьшения объёма графических файлов.

2. Оформить работу в виде реферата и компьютерной презентации с помощью информации, полученной на уроках информатики.

3. Создать интерактивный тест по теме «Графика» с использованием программы Excel.

4. Развитие умений самостоятельно работать над поставленной задачей.

5. Развитие коммуникативных умений и навыков.

График работы над проектом

Этап

Наименование работы

Сроки

1. Регистрация

Знакомство с общими требованиями, критериями оценки, правилами оформления проекта.

Выбор темы, определение проблемы, формулировка задачи.

01.09.12 - 30.09.12

2. Осмысление

Подбор необходимого материала, изучение проблемной области. Анализ и проработка подобранного материала.

01.10.12 - 31.10.12

3. Работа над проектом

Оформление материалов проекта: работа над рефератом (текстовый редактор Word). Создание презентации к проекту (программа PowerPoint). Создание интерактивного теста к проекту (программа Excel). Подготовка устного доклада. Проверка работы презентации и теста.

01.11.12 - 29.12.12

4. Защита

Проведение урока - конференции

Теория проекта

Вся информация, которую обрабатывает компьютер, должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр 0 и 1. Эти два символа принято называть двоичными цифрами или битами. С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение. Это явилось причиной того, что в компьютере обязательно должно быть организованно два важных процесса: кодирование и декодирование.

Кодирование - преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, т.е. двоичный код.

Декодирование - преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.

С точки зрения технической реализации использование двоичной системы счисления для кодирования информации оказалось намного более простым, чем применение других способов. Действительно, удобно кодировать информацию в виде последовательности нулей и единиц, если представить эти значения как два возможных устойчивых состояния электронного элемента:

0 - отсутствие электрического сигнала;

1 - наличие электрического сигнала.

Эти состояния легко различать. Недостаток двоичного кодирования - длинные коды. Но в технике легче иметь дело с большим количеством простых элементов, чем с небольшим числом сложных.

Вам приходится постоянно сталкиваться с устройством, которое может находится только в двух устойчивых состояниях: включено/выключено. Конечно же, это хорошо знакомый всем выключатель. А вот придумать выключатель, который мог бы устойчиво и быстро переключаться в любое из 10 состояний, оказалось невозможным. В результате после ряда неудачных попыток разработчики пришли к выводу о невозможности построения компьютера на основе десятичной системы счисления. И в основу представления чисел в компьютере была положена именно двоичная система счисления.

Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависит от вида информации, а именно, что должно кодироваться: числа, текст, графические изображения или звук.

Аналоговый и дискретный способ кодирования

Человек способен воспринимать и хранить информацию в форме образов (зрительных, звуковых, осязательных, вкусовых и обонятельных). Зрительные образы могут быть сохранены в виде изображений (рисунков, фотографий и так далее).

Информация, в том числе графическая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.

Приведем пример аналогового и дискретного представления информации. Положение тела на наклонной плоскости и на лестнице задается значениями координат X и У. При движении тела по наклонной плоскости его координаты могут принимать бесконечное множество непрерывно изменяющихся значений из определенного диапазона, а при движении по лестнице - только определенный набор значений, причем меняющихся скачкообразно.

Примером аналогового представления графической информации может служить, например, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного - изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета.

Преобразование графической информации из аналоговой формы в дискретную производится путем дискретизации, то есть разбиения непрерывного графического изображения на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, то есть присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.

Дискретизация - это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов.

Кодирование изображений

(Растровая и векторная графика)

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами - как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.

Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Пиксель - минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом.

В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее).

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).

Качество изображения зависит от количества точек (чем меньше размер точки и, соответственно, больше их количество, тем лучше качество) и количества используемых цветов (чем больше цветов, тем качественнее кодируется изображение).

Для представления цвета в виде числового кода используются две обратных друг другу цветовые модели: RGB или CMYK.

Растр

Растровое изображение - изображение, представляющее собой сетку пикселей или точек цветов (обычно прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах.

Важными характеристиками изображения являются:

• количество пикселей - разрешение. Может указываться отдельно количество пикселей по ширине и высоте (1024*768, 640*480,...) или же, редко, общее количество пикселей (часто измеряется в мегапикселях);

• количество используемых цветов или глубина цвета

• цветовое пространство (цветовая модель) RGB, CMYK, XYZ, YCbCr и др.

Растровую графику редактируют с помощью растровых графических редакторов. Создается растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе.

Каждый пиксель растрового изображения - объект, характеризуемый определённым цветом, яркостью и, возможно, прозрачностью.

В оптике - решётка для структурного преобразования направленного пучка лучей света.

Цветовая модель RGB

Модель RGB используется в телевизорах, мониторах, проекторах, сканерах, цифровых фотоаппаратах… Основные цвета в этой модели: красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue).

Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемых для кодирования цвета точки.

Состав цветовых палитр RGB зависит от выбранного цветового разрешения - 24, 16 или 8 бит.

Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами (по одному биту на каждый цвет RGB), то мы получим все восемь различных цветов.

На практике же, для сохранения информации о цвете каждой точки цветного изображения в модели RGB обычно отводится 3 байта (т.е. 24 бита) - по 1 байту (т.е. по 8 бит) под значение цвета каждой составляющей. Таким образом, каждая RGB-составляющая может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 (всего 2⁸=256 значений), а каждая точка изображения, при такой системе кодирования может быть окрашена в один из 16 777 216 цветов. Такой набор цветов принято называть True Color (правдивые цвета), потому что человеческий глаз все равно не в состоянии различить большего разнообразия.

Цветовая модель CMYK

Четырёхцветная автотипия (CMYK: Cyan, Magenta, Yellow, Key color) - субтрактивная схема формирования цвета, используемая прежде всего в полиграфии для стандартной триадной печати. Схема CMYK, как правило, обладает (сравнительно с RGB) небольшим цветовым охватом.

По-русски эти цвета часто называют так: голубой, пурпурный, жёлтый, хотя в профессиональной среде часто подразумевают cyan, magenta и yellow. В полиграфии используют ещё и четвёртый цвет - черный (blacK). Чёрный цвет обозначают буквой K, так как B уже занята синим цветом.

Печать четырьмя красками, соответствующими CMYK, также называют печатью триадными красками.

Глубина цвета (качество цветопередачи, битность изображения) - это термин компьютерной графики, означающий объём памяти в количестве бит, используемых для хранения и представления цвета при кодировании одного пиксела растровой графики или видео.

Зная глубину цвета i (биты), можно вычислить количество цветов в палитре.

K=2ⁱ

Формирование изображения

Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой точке (код цвета точки) должна храниться в видеопамяти компьютера.

• Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов. В современных компьютерах разрешение экрана обычно составляет 1280х1024 точек. Т.е. всего 1280 * 1024 = 1310720 точек. При глубине цвета 32 бита на точку необходимый объем видеопамяти:

32 * 1310720 = 41943040 бит = 5242880 байт = 5120 Кб = 5 Мб.

Формула для вычисления объёма видеопамяти:

Где V - информационный объём видеопамяти (в битах)

X,Y - количество точек по горизонтали и по вертикали

I - глубина кодирования

L - количество страниц.

Достоинства и недостатки растровой графики:

Достоинства растровой графики

1. Растровая графика эффективно представляет изображения фотографического качества.

2. Компьютер легко управляет устройствами вывода, которые используют точки для представления отдельных пикселей. Поэтому растровые рисунки могут быть легко распечатаны на принтерах.

Недостатки растровой графики

1. В файле растрового изображения запоминается информация о цвете каждого пикселя в виде комбинации битов. Простые растровые картинки занимают небольшой объём памяти (несколько десятков или сотен килобайт). Изображения фотографического качества часто требуют несколько мегабайт. Таким образом, для хранения растровых изображений требуется большой объём памяти.

2. Растровое изображение после масштабирования или вращения может потерять свою привлекательность. Например, области однотонной закраски могут приобрести странный («муаровый») узор; кривые и прямые линии, которые выглядели гладкими, могут неожиданно стать пилообразными. Если уменьшить, а затем снова увеличить до прежнего размера растровый рисунок, то он станет нечётким и ступенчатым, а закрашенные области могут быть искажены.

Итак, растровые изображения имеют очень ограниченные возможности при масштабировании, вращении и других преобразованиях.

Достоинства и недостатки векторной графики:

Достоинства векторной графики

1. Векторные рисунки, состоящие из тысяч примитивов, занимают память, объём которой не превышает нескольких сотен килобайт. Аналогичный растровый рисунок требует памяти в 10-1000 раз больше. Таким образом, векторные изображения занимают относительно небольшой объём памяти.

2. Векторные объекты задаются с помощью описаний. Поэтому, чтобы изменить размер векторного рисунка, нужно исправить его описание. Например, для увеличения или уменьшения эллипса достаточно изменить координаты левого верхнего и правого нижнего угла прямоугольника, ограничивающего этот эллипс. Следовательно, векторные изображения могут быть легко масштабированы без потери качества.

Недостатки векторной графики

1. Прямые линии, окружности, эллипсы и дуги являются основными компонентами векторных рисунков. Поэтому до недавнего времени векторная графика использовалась для построения чертежей, диаграмм, графиков, а также для создания технических иллюстраций. С развитием компьютерных технологий ситуация несколько изменилась: сегодняшние векторные изображения по качеству приближаются к реалистическим. Однако векторная графика не позволяет получать изображений фотографического качества. Дело в том, что фотография - мозаика с очень сложным распределением цветов и яркостей пикселей и представление такой мозаики в виде совокупности векторных примитивов - достаточно сложная задача.

2. Векторные изображения описываются десятками, а иногда и тысячами команд. В процессе печати эти команды передаются устройству вывода (например, лазерному принтеру). При этом может случиться так, что на бумаге изображение будет выглядеть совсем иначе, чем хотелось пользователю, или вообще не распечатается. Дело в том, что принтеры содержат свои собственные процессоры, которые интерпретируют переданные им команды. Поэтому сначала нужно проверить, понимает ли принтер векторные команды данного стандарта, напечатав какой-нибудь простой векторный рисунок. После успешного завершения его печати можно уже печатать сложное изображение. Если же принтер не может распознать какой-либо примитив, то следует заменить его другим - похожим, но понятным принтеру. Таким образом, векторные изображения иногда не печатаются или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы.

Графические форматы файлов

Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый или векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия).

Наиболее популярные растровые форматы:

• BMP

• GIF

• JPEG

• TIFF

• PNG

Bit MaP image (BMP) - универсальный формат растровых графических файлов, используется в операционной системе Windows. Этот формат поддерживается многими графическими редакторами, в том числе редактором Paint. Рекомендуется для хранения и обмена данными с другими приложениями.

Tagged Image File Format (TIFF) - формат растровых графических файлов, поддерживается всеми основными графическими редакторами и компьютерными платформами. Включает в себя алгоритм сжатия без потерь информации. Используется для обмена документами между различными программами. Рекомендуется для использования при работе с издательскими системами.

Graphics Interchange Format (GIF) - формат растровых графических файлов, поддерживается приложениями для различных операционных систем. Включает алгоритм сжатия без потерь информации, позволяющий уменьшить объем файла в несколько раз. Рекомендуется для хранения изображений, создаваемых программным путем (диаграмм, графиков и так далее) и рисунков (типа аппликации) с ограниченным количеством цветов (до 256). Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

Portable Network Graphic (PNG) - формат растровых графических файлов, аналогичный формату GIF. Рекомендуется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

Joint Photographic Expert Group (JPEG) - формат растровых графических файлов, который реализует эффективный алгоритм сжатия (метод JPEG) для отсканированных фотографий и иллюстраций. Алгоритм сжатия позволяет уменьшить объем файла в десятки раз, однако приводит к необратимой потере части информации. Поддерживается приложениями для различных операционных систем. Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

Заключение

Необходимость широкого использования графических программных средств стала особенно ощутимой в связи с развитием Интернет и, в первую очередь, благодаря службе World Wide Web, связавшей в единую «паутину» миллионы отдельных «домашних страниц». Даже беглого путешествия по этим страницам достаточно, чтобы понять, что страница, оформленная без компьютерной графики, не имеет шансов выделиться на фоне широчайшего круга конкурентов и привлечь к себе массовое внимание.

Подавляющее большинство веб-страниц наряду с текстовой информацией содержат графические изображения. Львиная доля картинок, загружаемых в окне браузера, создана в форматах GIF или JPEG.

Практическая часть проекта

В данном работе были рассмотрены основные понятия компьютерной графики: пиксели, разрешение, размер изображения, типы изображений, форматы файлов, цвет и его модели.

Работая над этой темой, я провел исследование по изучению типов компьютерной графики, создавая и редактируя рисунки в различных графических редакторах.

Для проверки знаний по теме был создан интерактивный тест. Для этого я изучил дополнительные возможности программы Excel.

Все поставленные передо мной проблемы я решил, эту работу можно использовать при изучении данной темы на уроках информатики.

Никаких трудностей в работе у меня не было.

Работать было интересно и увлекательно, сам работой доволен, все, что было запланировано, удалось осуществить.

Список литературы

Для подготовки этой работы использовались материалы следующих сайтов:

• Информационный сайт «Основы информатики»:

informatikaiikt.narod.ru/

• Сайт ИГУ:

www.prbaikal.com/

• Википедия.

• Информационно-образовательный портал для учителя информатики и ИКТ

www.klyaksa.net/

• Электронный учебник по Информатике

kuzelenkov.narod.ru/mati/book/informat_prog.html

• Энциклопедия@Broadcasting.ru

www.broadcasting.ru/wiki/index.php

• Визуализация, компьютерная графика и WEB-дизайн

www.csa.ru/~zebra/my_visual/akseler.html</</u>