Урок "Виды компьютерной графики"

Урок – лекция «Виды компьютерной графики»

Класс: 9 (по УМК Угринович Н.Д.)

Цель: дать обобщение основным видам компьютерной графики

Цели:

1) учащиеся знают: основные виды компьютерной графики, их отличительные особенности, форматы графических файлов, названия программ графических редакторов; сферы применения компьютерной графики;

2) учащиеся умеют: различать разные виды компьютерной графики;

3) учащиеся понимают, что компьютерная графика в узком смысле - один из разделов науки информатики, а в широком смысле – область применения компьютерных технологий работы с графической информацией, широко используется людьми в быту и на производстве.

Тип урока: обобщение материала

Вид урока: лекция

Формы работы: объяснение учителя, фронтальная работа, самостоятельная, тестирование

Оборудование: учебник, компьютер (проектор), раздаточный материал.

Критерии оценки устного ответа

 Отметка «5»: ответ полный и правильный на основании изученных теорий; материал изложен в определенной логической последовательности, литературным языком: ответ самостоятельный.

Отметка «4»: ответ полный и правильный на основании изученных теорий; материал изложен в определенной логической последовательности, при этом допущены две-три несущественные ошибки, исправленные по требованию учителя.

 Отметка «3»: ответ полный, но при этом допущена существенная ошибка, или неполный, несвязный.

 Отметка «2»: при ответе обнаружено непонимание учащимся основного содержания учебного материала или допущены существенные ошибки, которые учащийся не смог исправить при наводящих вопросах учителя.

 Отметка «1»: отсутствие ответа. 

Критерии оценки практического задания

 Отметка «5»: 1) работа выполнена полностью и правильно; сделаны правильные выводы; 2) работа выполнена по плану с учетом техники безопасности.

 Отметка «4»: работа выполнена правильно с учетом 2-3 несущественных ошибок исправленных самостоятельно по требованию учителя.

 Отметка «3»: работа выполнена правильно не менее чем на половину или допущена существенная ошибка.

 Отметка «2»: допущены две (и более) существенные ошибки в ходе работы, которые учащийся не может исправить даже по требованию учителя.

 Отметка «1»: работа не выполнена.

Критерии оценивания теста (из 12 вопросов):

«5» - 100-90% правильных вариантов (11-12 верных ответов)
«4» - 89-70% правильных ответов (8-9 верных ответов)
«3» - 69-50% верных вариантов (6-7 верных ответов)
«2» - ниже (менее 6 верных ответов)

План

I. Организационный момент (3 мин)

II. Изучение нового материала

III. Итог урока.

Проверка заполнения таблицы
2. Вопросы
3. Тест

Ход урока.

1. Оргмомент.

Приветствие, проверка присутствующих. Объявление темы урока, объяснение хода урока.

2. Изложение нового материала.

Эвристическая беседа (используется презентация)
- Попробуем ответить на простой вопрос: Где, как и зачем растут листья на деревьях?

- А каким еще образом они могут вырасти (появиться)? (Можно нарисовать на компьютере)

- И как это можно сделать? (открыть графический редактор и с помощью инструментов рисовать создать изображение)

- А какие графические редакторы можно для этого использовать? (Паинт и др.)

- Какие операции можно потом над ними выполнить? (редактирование, сохранение, печать и др.)

- А как люди используют эти изображения?

- От чего зависит вид нарисованного объекта? (от задумки автора)

Как мы выяснили во время разговора, для создания рисунка используют графические редакторы, возможности у них разные и рисунки получаются разные. Какие вопросы можно поставить себе при изучении темы «Виды компьютерной графики»?

n  Что такое КГ?

n  Какие виды КГ существуют?

n  Какими свойствами обладают?

n  Какие графические редакторы для этого используют?

n  Где применяются разные виды компьютерной графики?

Попробуем ответить на это вопросы на уроке.

На доске: Виды компьютерной графики

Компьютерная графика - область информатики, изучающая методы и свойства и обработки  изображений с помощью программно-аппаратных средств.
Представление данных на компьютере в графическом виде впервые было реализова-но в середине 50-х годов. Сначала, графика применялась в научно-военных целях.

Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора.

Машинная графика в настоящее время уже вполне сформировалась как наука. Существует аппаратное и программное обеспечение для получения разнообразных изображений - от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Машинная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности восприятия и передачи информации. Знание её основ в наше время необходимо любому ученому или инженеру. Машинная графика властно вторгается в бизнес, медицину, рекламу, индустрию развлечений. Применение во время деловых совещаний демонстрационных слайдов, подготовленных методами машинной графики и другими средствам автоматизации конторского труда, считается нормой. В медицине становится обычным получение трехмерных изображений внутренних органов по данным компьютерных томографов. В наши дни телевидение и другие рекламные предприятия часто прибегают к услугам машинной графики и компьютерной мультипликации. Использование машинной графики в индустрии развлечений охватывает такие несхожие области как видеоигры и полнометражные художественные фильмы.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику подразделяют:

• Растровая графика
• Векторная графика
• Трехмерная графика
• Фрактальная графика
• Символьная графика (устарела и на сегодняшний день практически не ис-пользуется, поэтому рассматривать ее не будем)

Учащиеся рисуют таблицу и самостоятельно во время лекции заполняют её. Во время подведения итогов урока проверяется заполнение таблицы.

Сравнительная характеристика

Материал для ведения урока

1. Растровое изображение составляется из мельчайших точек (пикселов) – цветных квадратиков одинакового размера. Растровое изображение подобно мозаике - когда приближаете (увеличиваете) его, то видите отдельные пиксели, а если удаляете (уменьшаете), пиксели сливаются.

Компьютер хранит параметры каждой точки изображения (её цвет, координаты). Причём каждая точка представляется определенным количеством бит (в зависимости от глубины цвета). При открытии файла программа прорисовывает такую картину как мозаику – как последовательность точек массива. Глубина цвета - сколько битов отведено на хранение цвета каждой точки:

- в черно-белом - 1 бит

- в полутоновом - 8 бит

- в цветном - 24 (32) бита на каждую точку.

Растровые файлы имеют сравнительно большой размер, т.к. компьютер хранит параметры всех точек изображения.

Поэтому размер файла зависит от параметров точек и их количества:

– от глубины цвета точек,
– от размера изображения (в большем размере вмещается больше точек),
– от разрешения изображения (при большем разрешении на единицу площади изображения приходится больше точек).

Чтобы увеличить изображение, приходится увеличивать размер пикселей-квадратиков. В итоге изображение получается ступенчатым, зернистым.

Для уменьшения изображения приходится несколько соседних точек преобразовы-вать в одну или выбрасывать лишние точки. В результате изображение искажается: его мелкие детали становятся неразборчивыми (или могут вообще исчезнуть), картинка теряет четкость.



- Как вы думаете, растровое изображение масштабируется с потерей качества или нет? (Растровое изображение масштабируется с потерей качества)
Растровое изображение нельзя расчленить. Оно «литое», состоит из массива точек. Поэтому в программах для обработки растровой графики предусмотрен ряд инструментов для выделения элементов «вручную».

Оригинал Увеличенный фрагмент для показа массива точек

Близкими аналогами являются живопись, фотография.

Программы для работы с растровой графикой:

Paint
Microsoft Photo Editor
Adobe Photo Shop
Fractal Design Painter
Micrografx Picture Publisher

Применение:

> для обработки изображений, требующей высокой точности передачи оттенков цве-тов и плавного перетекания полутонов. Например, для:
> ретуширования, реставрирования фотографий;
> создания и обработки фотомонтажа, коллажей;
> применения к изображениям различных спецэффектов;
> после сканирования изображения получаются в растровом виде

Векторное изображение

Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графике – линия. Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике. Линия – элементарный объект векторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом. Простейшая незамкнутая линия ограничена двумя точками, именуемыми узлами. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами. Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Например, куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Возможно, представить куб и как двенадцать связанных линий, образующих ребра.

Компьютер хранит элементы изображения (линии, кривые, фигуры) в виде математических формул. При открытии файла программа прорисовывает элементы изображения по их математическим формулам (уравнениям). Точка. Этот объект на плоскости представляется двумя числами (х, у), указывающими его положение относительно начала координат. Прямая линия. Ей соответствует уравнение y=kx+b. Указав параметры k и b, всегда можно отобразить бесконечную прямую линию в известной системе координат, то есть для задания прямой достаточно двух параметров. Отрезок прямой. Он отличается тем, что требует для описания еще двух параметров – например, координат x1 и х2 начала и конца отрезка.

Кривая второго порядка. К этому классу кривых относятся параболы, гиперболы, эллипсы, окружности, то есть все линии, уравнения которых содержат степени не выше второй. Кривая второго порядка не имеет точек перегиба. Прямые линии являются всего лишь частным случаем кривых второго порядка. Формула кривой второго по-рядка в общем виде может выглядеть, например, так:

x2+a1y2+a2xy+a3x+a4y+a5=0.

Кривая третьего порядка. Отличие этих кривых от кривых второго порядка состоит в возможном наличии точки перегиба. Например, график функции у = x3 имеет точ-ку перегиба в начале координат. Именно эта особенность позволяет сделать кривые третьего порядка основой отображения природных объектов в векторной графике. Например, линии изгиба человеческого тела весьма близки к кривым третьего порядка. Все кривые второго порядка, как и прямые, являются частными случаями кривых третьего порядка.

В общем случае уравнение кривой третьего порядка можно записать так:

x3+a1y3+a2x2y+a3xy2+a4x2+a5y2+a6xy+a7x+a8y+a9=0.

Таким образом, кривая третьего порядка описывается девятью параметрами. Опи-сание ее отрезка потребует на два параметра больше.

Кривые Безье. Это особый, упрощенный вид кривых третьего порядка Метод по-строения кривой Безье (Bezier) основан на использовании пары касательных, проведенных к отрезку линии в ее окончаниях. Отрезки кривых Безье описываются восемью парамет-рами, поэтому работать с ними удобнее. На форму линии влияет угол наклона касатель-ной и длина ее отрезка. Таким образом, касательные играют роль виртуальных “рычагов”, с помощью которых управляют кривой.

Векторное изображение масштабируется без потери качества: масштабирование изображения происходит при помощи математических операций: параметры примитивов просто умножаются на коэффициент масштабирования.

Изображение может быть преобразовано в любой размер

Векторное изображение можно расчленить на отдельные элементы (линии или фигуры), и каждый редактировать, трансформировать независимо.



Векторные файлы имеют сравнительно небольшой размер, т.к. компьютер запоминает только начальные и конечные координаты элементов изображения - этого достаточно для описания элементов в виде математических формул. Размер файла, как правило, не зависит от размера изображаемых объектов, но зависит от сложности изображения: количества объектов на одном рисунке (при большем их числе компьютер должен хранить больше формул для их построения), характера заливки - однотонной или градиентной) и пр. Понятие «разрешение» не применимо к векторным изображениям.

Векторные изображения: более схематичны, менее реалистичны, чем растровые изображения, «не фотографичны».

Близкими аналогами являются слайды мультфильмов, представление математических функций на графике.

Программы для работы с векторной графикой:

Corel Draw
Adobe Illustrator
Fractal Design Expression
Macromedia Freehand
AutoCAD

Применение:

> для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображе-ний;
> для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем;
> для рисованных изображений с четкими контурами, не обладающих большим спектром оттенков цветов;
> для моделирования объектов изображения;
> для создания 3-х мерных изображений;

Трехмерная графика

Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности. Вид поверхности при этом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного расположения точек и величины коэффициентов зависит форма и “гладкость” поверхности в целом.
В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:
спроектировать и создать виртуальный каркас (“скелет”) объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;

Спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные; присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на профессиональном жаргоне – “спроектировать текстуры на объект”); настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, – задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей; задать траектории движения объектов;
рассчитать результирующую последовательность кадров;
наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.

Программы для работы с трехмерной графикой:

3D Studio MAX 5

AutoCAD

Компас

Применение:

> научные расчеты,
> инженерное проектирование,
> компьютерное моделирование физических объектов
> изделия в машиностроении,
> видеороликах,
> архитектуре,
> изделиях машиностроения изображения моделируются и перемещаются в пространстве.

Фрактальная графика

Фрактальная графика – одна из быстроразвивающихся и перспективных видов компьютерной графики. Математическая основа - фрактальная геометрия. Фрактал – структура, состоящая из частей, подобных целому. Одним из основных свойств является самоподобие. Фрактус – состоящий из фрагментов)
Объекты называются самоподобными, когда увеличенные части объекта походят на сам объект. Небольшая часть фрактала содержит информацию о всем фрактале.

В центре находится простейший элемент – равносторонний треугольник, который получил название- фрактальный.

На среднем отрезке сторон строятся равносторонние треугольники со стороной =1/3а от стороны исходного фрактального треугольника

В свою очередь на средних отрезках сторон, являющихся объектами первого поко-ления строятся треугольника второго поколения1/9а от стороны исходного треугольника.

Таким образом, мелкие объекты повторяют свойства всего объекта. Процесс наследования можно продолжать до бесконечности.

Полученный объект носит название – фрактальной фигуры.
Абстрактные композиции можно сравнить со снежинкой, с кристаллом.

Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям.

Программа для работы с фрактальной графикой:

Фрактальная вселенная 4.0 fracplanet

Применяют:

> Дизайнеры

> Математики
> Художники

Форматы файлов

Необходимо подробно рассмотреть форматы графических файлов. ( Н. Угринович. Информатика и ИКТ. Учебник для 10 класса. - М.: Лаборатория Базовых Знаний. 2010, с. 36-59)

(Учащиеся должны уметь выбрать нужный формат при сохранении, знать какие форматы включают алгоритм сжатия без потерь качества, какие приводят к необратимой потере части информации)

Сравнительная характеристика

Решение проблемы

- Ребята, где, как и зачем растут листья на деревьях?

Обощение пройденного по вопросам:

1. Перечислите все виды компьютерой графики
2. Какая графика устарела и практически не используется на сегодняшний день?
3. В чем преимущества растровой графики?
4. В чем недостатки растровой графики?
5. В чем преимущества векторной графики?
6. В чем недостатки векторной графики?
7. Какая графика используется при создании компьютерных игр? и др.

- Какой вид графики более близок к натуральному образу?

- Какой более футуристичен, необычен? (фрактальная)

- Предлагаю вам создать изображение средствами фрактальной графики. Сообщить критерии оценки). (Задание на работу с программой)

Тест на усвоение уровня знаний

(сообщить критерии оценивания)

1. Изображения какой графики реалистичны, обладают высокой точностью передачи градаций цветов и полутонов:
A. Растровая
B. Векторная
C. Трехмерная
D. Фрактальная

2. Изображения какой графики кодируются методом описания контуров элементов в виде математических формул:

A. Растровая
B. Векторная
C. Трехмерная
D. Фрактальная

3. Изображения какой графики можно расчленить на составляющие элементы для их редактирования:

A. Растровая
B. Векторная
C. Трехмерная
D. Фрактальная

4. Изображения какой графики состоят из массива точек (пикселей):

A. Растровая
B. Векторная
C. Трехмерная
D. Фрактальная

5. Изображения какой графики масштабируются c потерей качества:

A. Растровая
B. Векторная
C. Трехмерная
D. Фрактальная

6. Файлы какой графики имеют большой размер:

A. Растровая
B. Векторная
C. Трехмерная
D. Фрактальная

7.К какой графике вы отнесете следующее изображение:

A. Растровая
B. Векторная
C. Трехмерная
D. Фрактальная

8. К какой графике вы отнесете следующее изображение:

A. Растровая
B. Векторная
C. Трехмерная
D. Фрактальная

9. К какой графике вы отнесете следующее изображение:

A. Растровая
B. Векторная
C. Трехмерная
D. Фрактальная

10. К какой графике вы отнесете следующее изображение:

A. Растровая
B. Векторная
C. Трехмерная
D. Фрактальная

11. Перечислите программные продукты растровой графики:

A. Corel Draw
B. Microsoft Paint
C. Adobe Photo Shop
D. Adobe Illustrator
E. Publisher

12. Перечислите форматы растровой графики:

A. BMP - Windows Bitmap
B. TIF - Tagged Image File Format
C. PCX - PC Paintbrush
D. DRW - Micrografx Desiner/Draw
E. PSD - Photoshop
F. GIF - CompuServe GIF
G. PCD - Kodak Photo CD
H. JPEG – JPEG
I. EPS - Encapsulated PostScript
J. CDR - CorelDraw
K. WPG - DrawPerfect

Домашнее задание:

Привести примеры использования различных видов графики на 1 или 2 (РТР) ка-нале центрального телевидения.

Список используемой литературы

1. Информатика. Тестовые задания. М.Лаборатория Базовых Знаний, 2008
2. Н. Угринович. Информатика и информационные технологии. Учебник для 10-11 классов. - М.: Лаборатория Базовых Знаний. 2010.
3. Материалы Интернета