Конспект урока «Виды компьютерной графики» по информатике

Тема урока: Виды компьютерной графики.

ЦЕЛИ УРОКА: дать представление о видах графики, научить отличать изображения одного вида графики от другого.

Учащиеся должны знать:

• Виды компьютерной графики;

• Сферы ее применения.

Учащиеся должны уметь:

• Распознавать виды компьютерной графики;

• Практически применять полученные знания.

ХОД УРОКА

1. ПОСТАНОВКА ЦЕЛЕЙ УРОКА.

1. Где применяется компьютерная графика?

2. Какими программными продуктами пользоваться для создания различного рода изображений?

3. В какой (их) профессии (ях) применяется компьютерная графика?

2. НОВЫЙ МАТЕРИАЛ.

Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.
Работа с компьютерной графикой - одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры. Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90% рабочего времени программистских коллективов, выпускающих программы массового применения.

Область применения компьютерной графики не ограничивается одними художественными эффектами. Во всех отраслях науки, техники, медицины, в коммерческой и управленческой деятельности используются построенные с помощью компьютера схемы, графики, диаграммы, предназначенные для наглядного отображения разнообразной информации. Конструкторы, разрабатывая новые модели автомобилей и самолетов, используют трехмерные графические объекты, чтобы представить окончательный вид изделия. Архитекторы создают на экране монитора объемное изображение здания, и это позволяет им увидеть, как оно впишется в ландшафт.

Основные области применения компьютерной графики:

Научная графика Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства - графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика - область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.

Конструкторская графика используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения.

Иллюстративная графика - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

Художественная и рекламная графика - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и "движущихся картинок". Получение рисунков трехмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объемом вычислений. Передача освещенности объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчетов, учитывающих законы оптики.

Компьютерная анимация - это получение движущихся изображений на экране дисплее. Художник создает на экране рисунке начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения.

По способам задания изображений графику можно разделить на категории:

Двухмерная графика

Двухмерная (2D — от англ. two dimensions — «два измерения») компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.

Векторная графика

Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также, как общий случай, кривые некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.

Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования. Изображение может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться, также имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой. Дело в том, что каждое такое преобразование фактически выполняется так: старое изображение (или фрагмент) стирается, и вместо него строится новое. Математическое описание векторного рисунка остаётся прежним, изменяются только значения некоторых переменных, например, коэффициентов.

При преобразовании растровой картинки исходными данными является только описание набора пикселей, поэтому возникает проблема замены меньшего числа пикселей на большее (при увеличении, или большего на меньшее (при уменьшении). Простейшим способом является замена одного пикселя несколькими того же цвета (метод копирования ближайшего пикселя: Nearest Neighbour). Более совершенные методы используют алгоритмы интерполяции, при которых новые пиксели получают некоторый цвет, код которого вычисляется на основе кодов цветов соседних пикселей. Подобным образом выполняется масштабирование в программе Adobe Photoshop (билинейная и бикубическая интерполяция).

Вместе с тем, не всякое изображение можно представить как набор из примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.

Растровая графика

Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение яркости, цвета, прозрачности — или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.

Без особых потерь растровые изображения можно только лишь уменьшать, хотя некоторые детали изображения тогда исчезнут навсегда, что иначе в векторном представлении. Увеличение же растровых изображений оборачивается «красивым» видом на увеличенные квадраты того или иного цвета, которые раньше были пикселями.

В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

Фрактальная графика

Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов.

Трёхмерная графика

Трёхмерная графика (3D — от англ. three dimensions — «три измерения») оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

Трехмерная графика бывает полигональной и воксельной. Воксельная графика, аналогична растровой. Объект состоит из набора трехмерных фигур, чаще всего кубов. А в полигональной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей, минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

Всеми визуальными преобразованиями в векторной (полигональной) 3D-графике управляют матрицы (см. также: аффинное преобразование в линейной алгебре). В компьютерной графике используется три вида матриц:

• матрица поворота

• матрица сдвига

• матрица масштабирования

Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/масштабированный относительно исходного.

Ежегодно проходят конкурсы трёхмерной графики, такие как Magick next-gen или Dominance War.

CGI графика

CGI (англ. computer-generated imagery, букв. «изображения, созданное компьютером») — изображения, получаемые компьютером на основе расчета и использующиеся в изобразительном искусстве, печати, кинематографических спецэффектах, на телевидении и в симуляторах. Созданием движущихся изображений занимается компьютерная анимация, представляющая собой более узкую область графики CGI.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

3. ПРОВЕРКА ПОНИМАНИЯ ИЗУЧЕННОГО.

Вопросы:

1. Перечислите все виды графики

2. В чем преимущества растровой графики?

3. В чем  недостатки растровой графики?

4. В чем преимущества векторной графики?

5. В чем  недостатки векторной графики?

6. Какая графика используется при создании компьютерных игр?

4. ЗАКРЕПЛЕНИЕ МАТЕРИАЛА.

Тест.

1 вариант

А1. Для вывода графической информации в персональном компьютере используется:

1. мышь

2. клавиатура

3. экран дисплея

4. сканер

А2. Графика с представлением изображения в виде совокупностей точек называется:

1. фрактальной

2. растровой

3. векторной

4. прямолинейной

А3. Что собой представляет компьютерная графика?

1. набор файлов графических форматов

2. дизайн Web-сайтов

3. графические элементы программ, а также технология их обработки

4. программы для рисования

А4. Что такое растровая графика?

1. изображение, состоящее из отдельных объектов

2. изображение, содержащее большое количество цветов

3. изображение, состоящее из набора точек

А5. Какие из перечисленных форматов принадлежат графическим файлам?

1. *.doc, *.txt

2. *.wav, *.mp3

3. *.gif, *.jpg.

А6. Применение векторной графики по сравнению с растровой:

1. не меняет способы кодирования изображения;

2. увеличивает объем памяти, необходимой для хранения изображения;

3. не влияет на объем памяти, необходимой для хранения изображения, и на трудоемкость редактирования изображения;

4. сокращает объем памяти, необходимой для хранения изображения, и облегчает редактирование последнего.

А7. Какой тип графического изображения вы будете использовать при редактировании цифровой фотографии?

1. растровое изображение

2. векторное изображение

3. фрактальное изображение

А8. Для чего предназначена программа Adobe Photoshop?

1. для создания Web-сайта

2. для обработки растровых изображений

3. для сканирования фотографий

4. для монтажа фильмов

А9. С использованием графического редактора графическую информацию можно:

1. создавать, редактировать, сохранять

2. только редактировать

3. только создавать

4. только создавать и сохранять

2 вариант

А1. Точечный элемент экрана дисплея называется:

1. точкой

2. зерном люминофора

3. пикселем

4. растром

А2. Графика с представлением изображения в виде последовательности точек со своими координатами, соединенных между собой кривыми, которые описываются математическими уравнениями, называется

1. фрактальной

2. растровой

3. векторной

4. прямолинейной

А3. Какие существуют виды графических изображений?

1. плоские и объемные

2. растровые и векторные

3. плохого или хорошего качества

А4. Сетку из горизонтальных и вертикальных столбцов, которую на экране образуют пиксели, называют:

1. видеопамятью

2. видеоадаптером

3. растром

4. дисплейным процессором

А5. Какая программа предназначена для создания растрового изображения?

1. MS Windows

2. MS Word

3. MS Paint

А6. Какой вид графики искажает изображение при масштабировании?

1. векторная графика

2. растровая графика

3. деловая графика

А7. Какой программный продукт относится к растровой графике:

1. Corel Draw

2. GIMP

3. Adobe Illustrator

4. Fractal Design Expression

А8. Векторное графическое изображение формируется из

1. красок

2. пикселей

3. графических примитивов

А9. Какой программный продукт относится к векторной графике:

1. Paint

2. Microsoft Photo Editor

3. AdobePhotoShop

4. Corel Draw

4. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА.