Разработка урока "Техника безопасности в кабинете информатики. Кодирование графической информации. Пространственная дискретизация. Палитры цветов в системах цветопередачи RGB, CMYK и HSB." 1 урок
методическая разработка по информатике и икт (9 класс) по теме

Конспект урока по теме

"Техника безопасности в кабинете информатики. Кодирование графической информации. Пространственная дискретизация. Палитры цветов в системах цветопередачи RGB, CMYK и  HSB. "

Цели урока:

1. Образовательная – изучение представления графической информации, понятия пикселя, основных характеристик представления графической информации, способов хранения графической информации, палитр цветов в различных системах цветопередачи.
2. Развивающая – продолжить развитие познавательных психических и эмоционально-волевых процессов: внимание, память, воображение.
3. Воспитательная – внимательность, аккуратность, интерес к предмету.

Тип урока:

1. урок формирования новых знаний и умений.

Методы обучения по характеру познавательной деятельности:

1. Объяснительно-иллюстративный (формы: словесные, наглядные)
2. Репродуктивный (формы: практические, логические).

Оборудование урока:

1. компьютеры с ОС Linux;
2. проектор;
3. экран (интерактивная доска);
4. презентация “Кодирование графической информации. Пространственная дискретизация. Палитры цветов в системах цветопередачи RGB, CMYK и  HSB.”; (pril1)
5. учебник – Информатика. Учебник для 9 класса. Н.Д. Угринович;
6. тестирующая программа с автоматической проверкой ответов учащихся(easyQuizzy-1.8-installer) «Кодирование графической информации»; (pril2)

Основные понятия:

1. растр;
2. растровая графика;
3. пиксель;
4. векторная графика;
5. пространственная дискретизация;
6. разрешающая способность;
7. глубина цвета;
8. палитры цветов

План урока:

1. Организационный момент.
2. Вводный инструктаж.
3. Актуализация опорных знаний и практического опыта учащихся.
4. Изучение нового материала.
5. Закрепление нового материала.
6. Первичный контроль результатов учебной деятельности. (pril2)
7. Задание на дом.
8. Подведение итогов урока. Рефлексия.

Ход урока

Организационный момент.

Приветствие учащихся. Учитель объявляет тему и принцип работы на уроке. Слайд1

Вводный инструктаж.

Проведение вводного инструктажа по технике безопасности и правилам поведения в компьютерном классе.    Слайд2

Актуализация опорных знаний и практического опыта учащихся.

С давних времен люди стремились передать свое восприятие мира в виде рисунка, картины. Ребята, обратите внимание на доску Слайды 3-5.

Некоторые техники создания изображений появились за много веков до появления компьютера, во многих из них изображение строится из дискретных элементов. Во-первых, это такие направления искусства, как мозаика, витражи, вышивка. Во-вторых, это рисование «по клеточкам» — эффективный способ переноса изображения с подготовительного картона на стену, предназначенную для фрески. Суть этого метода заключается в следующем. Картон и стена, на которую будет переноситься рисунок, покрываются равным количеством клеток, затем фрагмент рисунка из каждой клетки картона тождественно изображается в соответствующей клетке стены.Слайд6

Изучение нового материала.

Графическая информация может быть представлена в аналоговой и дискретной формах. Аналоговая – непрерывная форма. Дискретная – цифровая форма. Преобразование информации из аналоговой формы в цифровую называется пространственной дискретизацией. Изображение разбивается на отдельные точки – пиксели. Слайд7

Пиксель – минимальный участок изображения. В результате пространственной дискретизации графическая информация представляется в виде растрового изображения. Растровое изображение формируется из определенного количества строк, которые состоят из определенного количества точек. В компьютерной графике термин «пиксель», вообще говоря, может обозначать разные понятия:

наименьший элемент изображения на экране компьютера;

отдельный элемент растрового изображения;

точка изображения, напечатанного на принтере.

Поэтому, чтобы избежать путаницы, будем пользоваться следующей терминологией:

видеопиксель— наименьший элемент изображения на экране;

пиксель — отдельный элемент растрового изображения;

точка — наименьший элемент, создаваемый принтером. Слайд8

Разрешающая способность. Важнейшей Характеристикой качества растрового изображения является разрешающая способность

Разрешающая способность растрового изображения определяется количеством точек как по горизонтали, так и по вертикали на единицу длины изображения.

Чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность (больше строк растра и точек в строке) и, соответственно, выше качество изображения. Величина разрешающей способности обычно выражается в dpi (dot per inch - точек на дюйм), т. е. в количестве точек в полоске изображения длиной один дюйм (1 дюйм = 2,54 см)

Пространственная дискретизация непрерывных изображений, хранящихся на бумаге, фото- и кинопленке, может быть осуществлена путем сканирования. В настоящее время все большее распространение получают цифровые фото- и видеокамеры, которые фиксируют изображения сразу в дискретной форме.

Качество растровых изображений, полученных в результате сканирования, зависит от разрешающей способности сканера, которую производители указывают двумя числами (например, 1200 х 2400 dpi)

Сканирование производится путем перемещения полоски светочувствительных элементов вдоль изображения. Первое число является оптическим разрешением сканера и определяется количеством светочувствительных элементов на одном дюйме полоски. Второе число является аппаратным разрешением; оно определяется количеством "микрошагов", которое может сделать полоска светочувствительных элементов, перемещаясь на один дюйм вдоль изображения Слайд9

Глубина цвета. В процессе дискретизации могут использоваться различные палитры цветов, т. е. наборы цветов, в которые могут быть окрашены точки изображения. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки. Количество цветов N в палитре и количество информации I, необходимое для кодирования цвета каждой точки, связаны между собой и могут быть вычислены по формуле:

N=2I

В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) палитра цветов состоит всего из двух цветов (черного и белого). Каждая точка экрана может принимать одно из двух состояний - "черная" или "белая", следовательно, по формуле (1.1) можно вычислить, какое количество информации необходимо, чтобы закодировать цвет каждой точки:

2 = 2I => 21 = 2I => I = 1 бит.

Количество информации, которое используется для кодирования цвета точки изображения, называется глубиной цвета.

Наиболее распространенными значениями глубины цвета при кодировании цветных изображений являются 4, 8, 16 или 24 бита на точку. Зная глубину цвета, по формуле N=2I можно вычислить количество цветов в палитре Слайд10

Глубина цвета и количество цветов в палитре

Слайд11

Растровые изображения на экране монитора

Графические режимы монитора. Качество изображения на экране монитора зависит от величины пространственного разрешения и глубины цвета.

Пространственное разрешение экрана монитора определяется как произведение количества строк изображения на количество точек в строке. Монитор может отображать информацию с различными пространственными разрешениями (800 х 600, 1024 х 768, 1152 х 864 и выше).

Глубина цвета измеряется в битах на точку и характеризует количество цветов, в которые могут быть окрашены точки изображения. Количество отображаемых цветов также может изменяться в широком диапазоне, от 256 (глубина цвета 8 битов) до более чем 16 миллионов (глубина цвета 24 бита).

Чем больше пространственное разрешение и глубина цвета, тем выше качество изображения.

В операционных системах предусмотрена возможность выбора необходимого пользователю и технически возможного графического режима.

Рассмотрим формирование на экране монитора растрового изображения, состоящего из 600 строк по 800 точек в каждой строке (всего 480 000 точек) и глубиной цвета 8 битов. Двоичный код цвета всех точек хранится в видеопамяти компьютера, которая находится на видеокарте.

Видеокарта устанавливается в слот расширения системной платы PCI или AGP. Монитор подключается к аналоговому выходу VGA или цифровому выходу DVI видеокарты.Слайд12

Периодически, с определенной частотой, коды цветов точек вчитываются из видеопамяти точки отображаются на экране монитора. Частота считывания изображения влияет на стабильность изображения на экране. В современных мониторах обновление изображения происходит c частотой 75 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность восприятия изображения пользователем компьютера (человек не замечает мерцания изображения). Для сравнения можно напомнить, что частота смены кадров в кино составляет 24 кадра в секунду.

Объем видеопамяти. Информационный объем требуемой видеопамяти можно рассчитать по формуле:
In = I*X*Y,
где In - информационный объем видеопамяти в битах;
X*У - количество точек изображения (X - количество точек по горизонтали, Y - по вертикали);
I - глубина цвета в битах на точку.

Пример: необходимый объем видеопамяти для графического режима с пространственным разрешением 800 х 600 точек и глубиной цвета 24 бита равен:
In = I*X*Y = 24 бита*800*600 = 11520000 бит = 1440000 байт = 1406,25Кбайт = 1,37 Мбайт.

Качество отображения информации на экране монитора зависит от размера экрана и размера пикселя. Зная размер диагонали экрана в дюймах (15", 17" и т. д.) и размер пикселя экрана (0,28 мм, 0,24 мм или 0,20 мм), можно оценить максимально возможное пространственное разрешение экрана монитора. Слайд13

Способ разделения цвета на составляющие компоненты называется Цветовой моделью. В компьютерной графике применяются три цветовые модели: RGB, CMYK и HSB.

Наиболее распространенным способом кодирования цвета является модель RGB. При этом способе кодирования любой цвет представляется в виде комбинации трех цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue), взятых с разной интенсивностью. Интенсивность каждого из трех цветов -- это один байт (т. е. число в диапазоне от 0 до 255), который хорошо представляется двумя 16-ричными цифрами (числом от 00 до FF). Таким образом, цвет удобно записывать тремя парами 16-ричных цифр, как это принято, например, в HTML-документах. Слайд14-16

Пример.
В языке гипертекстовой разметки документов HTML цвета можно задавать так: черный -- 000000, белый -- FFFFFF, желтый -- FFFF00 и т. д.; чтобы получить более темный желтый цвет, надо одинаково уменьшить интенсивности красного и зеленого -- A7A700.

Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет. При наложении одной составляющей на другую яркость суммарного цвета также увеличивается.

Цветовая модель CMYK

Цветовая модель CMYK соответствует рисованию красками на бумажном листе и используется при работе с отраженным цветом, т.е. для подготовки печатных документов.

Цветовыми составляющими этой модели являются цвета: голубой (Cyan), лиловый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (Black). Эти цвета получаются в результате вычитания основных цветов модели RGB из белого цвета. Черный цвет задается отдельно. Увеличение количества краски приводит к уменьшению яркости цвета. Слайд17-18

Цветовая модель HSB

Системы цветов RGB и CMYK связаны с ограничениями, накладываемыми аппаратным обеспечением (монитор компьютера в случае RGB и типографские краски в случае CMYK).

Цветовая модель HSB наиболее удобна для человека, т. к. она хорошо согласуется с моделью восприятия цвета человеком. Компонентами модели HSB являются:

тон (Hue);

насыщенность (Saturation);

яркость цвета (Brightness).

Тон -- это конкретный оттенок цвета. Насыщенность характеризует его интенсивность или чистоту. Яркость же зависит от примеси черной краски, добавленной к данному цвету.

Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по границе окружности -- чистым цветам. Направление вектора определяет цветовой оттенок и задается в угловых градусах. Длина вектора определяет насыщенность цвета. Яркость цвета задают на отдельной оси.Слайд19

Закрепление нового материала.

Сначала ответьте мне на вопросы:

1. В чем состоит суть метода пространственной дискретизации?
2. Объясните принцип формирования растрового изображения.
3. Какими параметрами задается графический режим, в котором изображения выводятся на экран монитора?
4. Где применяется система цветопередачи RGB?
5. Где применяется система цветопередачи СMYK?
6. Как в системе цветопередачи RGB кодируется красный цвет?

1. 255,0,0
2. 255,255,0
3. 0,0,255
4. 0,255,0

7. Как в системе цветопередачи RGB кодируется синий цвет?

1. 255,0,0
2. 255,255,0
3. 0,0,255
4. 0,255,0

8.Как в системе цветопередачи RGB кодируется лиловый цвет?

1. 255,0,0
2. 255,255,0
3. 0,0,255
4. 0,255,0
5. 255,0,255 Слайд20-21

А теперь решим несколько задач:

1. Растровый графический файл содержит черно-белое изображение (без градаций серого) размером 100х100 точек. Какой объем памяти требуется для хранения этого файла?

1. 1000 бит;
2. 10000 бит;
3. 10000 байт.

2.Растровый файл, содержащий черно-белый (без оттенков серого) квадратный рисунок, имеет объем 200 байт. Рассчитайте размер стороны квадрата (в пикселях).

1. 15;
2. 40;
3. 1000.

3. Объем изображения, размером 40х50 пикселей, составляет 2000 байт. Изображение использует:

1. 8 цветов;
2. 256 цветов;
3. 16777216 цветов.

4.Известно, что видеопамять компьютера имеет объем 512 Кбайт. Разрешающая способность экрана 640 на 200 пикселей. Сколько страниц экрана одновременно разместится в видеопамяти при палитре из 8 цветов;16 цветов;256 цветов?

5.Используются графические режимы с глубинами цвета 8, 16, 24 и 32 бита. Вычислить объемы видеопамяти, необходимые для реализации данных глубин цвета при различных разрешающих способностях экрана (800 х 600, 1024 х 768, 1152 х 864).

6.Первичный контроль результатов учебной деятельности.

Тестирующая программа с автоматической проверкой ответов учащихся pril2

7.Задание на дом. Параграф 1.1, стр.13 к/в 1-3, зад 1.4, стр 15, зад 1.5* (на оценку)

8.Подведение итогов урока. Рефлексия.

Что нового вы узнали?  Где вы можете применить полученные знания?

(Учащиеся отвечают на вопросы и делают следующие выводы: Сегодня на уроке мы узнали, что существует две формы представления графической информации: аналоговая и дискретная, способы кодирования графической информации, научились определять количество информации в графическом изображении. Нам сегодня понравилось… Мы испытали трудности в …Полученные знания можно применить …).