Методика изучения темы «Обработка графической информации»

Содержание вопроса:

Цели изучения темы в базовом курсе информатики. Методика изучения ключевых вопросов темы: «Растровая и векторная графика»; «Интерфейс графического редактора», «Форматы графических файлов»; знакомство со способом представления графического изображения на экране компьютера. Методика организации работы учащихся с графическим редактором.

Содержание ответа:

Тема «Обработка графической информации» относится еще к одной области компьютерных информационных техно­логий — технологии работы с графической информа­цией.

Цели изучения темы в базовом курсе информатики: Познакомить учащихся с назначе­нием и областями применения компьютерной графики. Дать представление об устройстве и функционировании графической системы компьютера. Раскрыть способы ко­дирования графического изображения. Обучить основ­ным приемам работы с графическим редактором.

Изучаемые вопросы:

1.Области применения компьютерной графики.

2. Аппаратные компоненты графической системы компьютера.

3. Кодирование изображения.

4. Графические редакторы.

5. Практическая работа с графическим редактором.

При изучении темы «Обработка графической информации» следует отметить, что компьютерная гра­фика — это сравнительно новая область применения ЭВМ. Большое значение имеют демонстрации на компью­тере разнообразных продуктов компьютерной графи­ки: красочных рисунков, схем, чертежей, диаграмм, образцов анимационной и трехмерной графики. Следу­ет обратить внимание учеников на то, что любимые многими из них компьютерные игры в большинстве имеют графический интерфейс, причем, достаточно сложный.

К теоретическому содержанию данного раздела ба­зового курса следует отнести:

1. вопросы состава и функционирования технических средств компьютерной графики (продолжение ли­нии компьютера);

2. вопросы представления изображения в памяти компьютера.

Сле­дует напомнить учащимся, что при первом знакомстве с устройством компьютера говорилось о том, что рабо­той каждого внешнего устройства ПК управляет спе­циальный контроллер. Основным устройством вывода графических изображений является дисплей. Работой дисплея управляет видеоконтроллер. Употребляется также другой термин для обозначения этого устройст­ва — видеоадаптер; в комплекте устройств ПК его еще называют видеокартой.

Основные представления об устройстве дисплея, которые должны извлечь ученики из этого материала: дискретная {пиксельная) структура экрана; сетка пикселей (растр); сканирование растра электронным лучом; частота сканирования; трехцветная струк­тура пикселя цветного монитора. Материал данного раздела позволяет «заглянуть внутрь» видеоконтроллера. Как и раньше, это знаком­ство происходит на уровне архитектуры, т. е. не изуча­ются вопросы технической реализации, а дается лишь функциональное описание. Ученикам следует дать представ­ление о роли этих устройств в процессе получения изображения на экране.

В качестве устройства ввода изображения с листа в компьютерную память используется сканер. Следует подчеркнуть взаимообратную функцию системы выво­да изображения на экран и системы ввода изображения с помощью сканера.

Главным теоретическим вопросом данного раз­дела является вопрос о представлении изображения в памяти компьютера, т. е. вопрос о том, что такое видеоинформация. Существуют два подхода к проблеме представления изображения: растровый и векторный. Суть обоих подходов в декомпозиции, т. е. разбиении изображения на части, которые легко опи­сать. Растровый подход предполагает разбиение изоб­ражения на маленькие одноцветные элементы — ви­деопиксели, которые, сливаясь, дают общую картину. Векторный подход разбивает всякое изобра­жение на геометрические элементы: отрезки прямой, эл­липтические дуги, фрагменты прямоугольников, окруж­ностей, области однородной закраски и пр. При таком подходе видеоинформация — это математическое опи­сание перечисленных элементов в системе координат, связанной с экраном дисплея.

После того, как ученики узнали, что видеоинфор­мация — это совокупность кодов цвета пикселей экра­на, следует рассмотреть способы кодирования цветов. Физический принцип получения разнообразных цветов на экране дисплея заключается в смешивании трех основных цветов: красного, зелено­го и синего. Информация, заключенная в коде пикселя, должна содержать сведения о том, какую ин­тенсивность (яркость) имеет каждая составляющая в его цвете.

Необходимо раскрыть перед учениками связь меж­ду кодом цвета, и составом смеси базовых цветов. Сле­дует начать с рассмотрения варианта восьмицветной палитры. В этом случае используется трехбитовый код, и каждый бит такого кода обозначает наличие (1) или отсутствие (0) соответствующего базового цвета. Биты в таком коде распределены по принципу «КЗС», т. е. первый бит отвечает за красную составляющую, второй — за зеленую, третий — за синюю. По этой теме ученики должны уметь отвечать на вопросы такого типа:

— Смешиванием каких цветов получается розо­вый цвет, если его код: 101?

— Известно, что коричневый цвет получается смешиванием красного и зеленого цветов. Какой код у коричневого цвета?

Только после того, как ученики разобрались с восьмицветной палитрой, можно переходить к рассмотре­нию кодирования большего числа цветов. Это те же восемь цветов, но имеющие два уровня яркости. Управляет яркостью дополнительный четвертый бит — бит интен­сивности. Структура 16-цветного кода «ИКЗС». Здесь И — бит интенсивности. Палитры большего размера получаются путем раздельного управления интенсив­ностью каждого из трех базовых цветов. Для этого в коде цвета под каждый базовый цвет выделяется более одного бита. Связь между разрядностью кода цвета — b и коли­чеством цветов — К (размером палитры) выражается Формулой: К = 2^b. В литературе по компьютерной гра­фике величину b принято называть битовой глубиной Цвета. Следует раскрыть связь между величинами битовой глубины, разрешающей способностью графической сетки (размером растра) и объемом видеопамяти. Если обозначить минимальный объем видеопамяти в битах через Vm, разрешающую способность дисплея — М xN, то связь между ними выразится формулой:

Vm = b хMxN.

К числу простейших растровых редакторов относят­ся Paintbrush и Paint (второй стал результатом развития первого).

В стандартной поставке Windows в группе «Стан­дартные» имеется графический редактор Paint. Paint является прямым «родственником» редактора Paintb­rush, который работает в среде MS DOS. В базовом кур­се информатики для практической работы с компью­терной графикой обычно используют один из этих ре­дакторов. В профильном курсе компьютерной графики для получения рисованных изображений больше под­ходит CorelDRAW. Использование на уроках информатики редакторов типа Paint вполне достаточно с точки зрения учебных целей, стоящих перед базовым курсом. Растровый ре­дактор позволяет наглядно продемонстрировать учени­кам дискретную (пиксельную) структуру рисунка, дает возможность воздействовать на каждый отдельный эле­мент при увеличении масштаба в режиме прорисовки.

Еще одним полезным учебным элементом является возможность демонстрации механизма смешения цветов. Для этого в главном меню Paint нужно выбрать пункт [Палитра]=>[Изменить палитру]=>[Определить цвет]. По­явившееся окно является прекрасным инструментом для экспериментов с цветом. Пользователь может из­менять оттенки, контрастность, яркость цвета и при этом наблюдать RGB-состав полученной краски. Создав свою краску, пользователь может включить ее в палитру на соответствующей панели редактора.

Знакомство с графи­ческим редактором следует проводить по методиче­ской схеме виртуального исполнителя. Всякое действие пользователя: выбор инструмента, выбор цвета, проведение линии, стирание и пр. можно рассматривать как команду, выполняемую в соответст­вующем режиме. Из этих команд складываются алго­ритмы работы в среде редактора. Правила выполнения определенных действий учитель может сообщать уче­никам в форме алгоритмов. Например: