Розробка уроку

Тема: комп'ютерна графіка, растрові зображення, їхні властивості, формати файлів растрових зображень.

Мета:

Обладнання: клас ПК з встановленими ОС і GIMP, тека файлів растрової графіки.

Структура уроку
  1. Організаційний момент.
  2. Повторення пройденого матеріалу.
  3. Мотивація навчальної діяльності учнів.
  4. Вивчення нового матеріалу.
  5. Закріплення вивченого матеріалу.
  6. Підбиття підсумків уроку.

Хід уроку

1. Організаційний момент
Вітання з класом. Перевірка присутності і готовності учнів до уроку. Перевірка знань з техніки безпеки.

2. Повторення пройденого матеріалу.

  1. Які є пристрої відображення графічної інформації?
  2. Як відображають інформацію на екрані монітора?
  3. Як формують текстовий режим відображення на екрані монітора?

3. Мотивація навчальної діяльності учнів.
Ми починаємо вивчати нову для нас тему: «Комп’ютерна графіка. Поняття комп’ютерної графіки. Растрові зображення, їх властивості. Формати файлів растрових зображень». Графічний тип відображення інформації самий наочний і інформаційно наповнений, тому майже всі інформаційні документи вміщують у собі графічні інформаційні об’єкти та блоки. Давайте з’ясуємо, що є комп’ютерною графікою і які вона має можливості (щодо подання інформації). Окрім того вивчимо різновиди комп’ютерної графіки. На цьому уроці ми зосередимося на растровій графіці, принципах її утворення, можливості використання та різновидах растрових файлів.

4. Вивчення нового матеріалу

Комп'ютерна графіка — розділ інформатики, який вивчає засоби і способи створення та опрацювання графічних зображень за допомогою комп'ютерної техніки.

Види комп'ютерної графіки:

Вони відрізняються принципами формування зображення при відображенні на екрані монітора чи при друкуванні на папері.

У комп'ютерній графіці з поняттям можливостей графіки маємо багато плутанини, бо доводиться мати справу відразу з декількома властивостями різних об'єктів. Наприклад, потрібно чітко розрізняти роздільну здатність екрану, друкувального пристрою і власне зображення. Усі ці поняття відносяться до різних об'єктів. Один з одним вони ніяк не пов'язані доти, поки не потрібно буде дізнатися, який фізичний розмір матиме картинка на екрані монітора, відбиток на папері або файл на жорсткому диску.

Роздільна здатність екрану — властивість комп'ютерної системи (залежить від монітора, відео карти, налаштувань операційної системи), що визначає розмір зображення у пікселах (екранних точках) на екрані монітора.

Роздільна здатність принтера — властивість принтера, що виражає кількість окремих точок, які можна надрукувати на ділянці одиничної довжини. Її вимірюють у кількості точок на один дюйм dpi (англійською dots per inch точки).

Роздільна здатність зображення — властивість самого зображення. Її також вимірюють у точках на дюйм (dpi) і задають при створенні зображення у середовищі графічного редактора або за допомогою сканера. Для перегляду зображення на екрані досить, щоб воно мало дозвіл 72 dpi, а для друку на принтері — не менше ніж 300 dpi. Значення величини зберігають у файлі зображення.

Фізичний розмір зображення визначає розмір малюнка по вертикалі (висота) і горизонталі (ширина). Його можуть вимірювати й у пікселях, і в одиницях довжини (міліметрах, сантиметрах, дюймах). Його задають при створенні зображення і зберігають разом з файлом. Якщо зображення готують для демонстрації на екрані, то його ширину і висоту задають у пікселях, щоб знати, яку частину екрану воно займає. Якщо зображення готують для друку, то його розмір задають в одиницях довжини, щоб знати, яку частину аркуша паперу воно займе.

Фізичний розмір і роздільна здатність зображення нерозривно пов'язані один з одним. При зміні роздільної здатності автоматично змінюється фізичний розмір. При роботі з кольором використовуються поняття: глибина кольору й колірна модель. Для кодування кольору піксела зображення можна виділити різну кількість біт. Від цього залежить те, скільки кольорів на екрані можна відобразити (одночасно). Чим довший двійковий код кольору, тим більше кольорів можна використати у малюнку.

Глибина кольору — це кількість біт, яку використовують для кодування кольору одного піксела.

Для кодування двоколірного (чорно-білого) зображення досить виділити по одному біту на подання кольору кожного піксела. Виділення одного байта дозволяє закодувати 256 різних колірних відтінків. Два байти (16 бітів) дозволяють визначають 65536 різних кольорів. Цей режим називають High Color. Якщо для кодування кольору використовуються три байти (24 біти), можливе одночасне відображення 16 777 216 кольорів. Цей режим називають True Color. Від глибини кольору залежить розмір файлу, в якому збережено зображення.

Кольори у природі рідко є простими. Більшість колірних відтінків утворюють змішуванням основних кольорів. Спосіб розділення колірного відтінку на складові компоненти називають колірною моделлю. Існує багато різних типів колірних моделей, але в комп'ютерній графіці, як правило, застосовується такі: RGB, CMYK, НSB.

Кольорова модель RGB передбачає, що будь-який колір вважають складеним з трьох основних кольорів: червоного (Red), зеленого (Green) і синього (Blue). Яскравість кожної складової подають цілим числом від 0 до 255, а результат змішування — трійкою таких чисел.

Це найпростіша для розуміння і очевидна модель. У цій моделі працюють монітори, побутові телевізори, проектори — усюди, де кольорове зображення розглядають у світлі, що проходить. Вважають також, що при додаванні складових яскравість сумарного кольору збільшується. Поєднання трьох складових дає нейтральний колір (сірий), який при великій яскравості прагне до білого кольору. Цю модель застосовують завжди, коли готують зображення, призначене для відтворення на екрані. Якщо зображення проходить комп'ютерну опрацювання у графічному редакторові, то його теж потрібно подавати в цій моделі.

Кольорова модель CMYK — для підготовки не екранних, а друкарських зображень. Вони відрізняються тим, що їх бачать не в тому світлі, що проходить, а у відбитому світлі. Чим більше фарби покладена на папір, тим більше світла вона поглинає і тим менше відбиває. Поєднання трьох основних фарб поглинає майже все світло, що падає, і з боку зображення виглядає майже чорним. На відміну від моделі RGB збільшення кількості фарби призводить не до збільшення візуальної яскравості, а навпаки, до її зменшення. Як бачимо, для підготовки друкарських зображень використовують не адитивну модель (що підсумовує), а субтрактивну модель (що віднімає). Колірними компонентами цієї моделі є не основні кольори (червоний, зелений і синій), а ті, які отримують у результаті вилучення основних кольорів з білого:

блакитний (cyan) = білий – червоний = зелений + синій = (0, 255, 255);

бузковий (magenta) = білий – зелений = червоний + синій = (255, 0, 255);

жовтий (yellow) = білий – синій = червоний + зелений = (255, 255, 0);

Ці три кольори (блакитний, бузковий і жовтий) називають додатковими. Вони доповнюють основні кольори до білого. Істотну проблему у поліграфії створює чорний колір. Теоретично його можна отримати поєднанням трьох основних або додаткових кольорів, але на практиці результат виявляється непридатним. Тому в колірну модель CMYK додано четверту складову — чорний колір. Йому ця система зобов'язана наявністю літери К у назві (blacK).

В друкарнях кольорові зображення друкують в декілька кроків. Накладаючи на папір по черзі блакитний, бузковий, жовтий і чорний відбитки, отримують повноколірну ілюстрацію. Тому готове зображення, отримане на комп'ютері, перед друком розділяють на чотири складові одноколірні зображення. Цей процес називають поділом кольору. Сучасні графічні редактори мають засоби для виконання цієї операції.

На відміну від моделі RGB, у моделі CMYK початок координат (0, 0, 0) задає білий колір (відсутність барвників на білому папері), а не чорний. До трьох колірних координат додана четверту —інтенсивність чорної фарби. Вісь чорного кольору виглядає відособленою, але в цьому є сенс: при складанні кольорових складових з чорним кольором все одно вийде чорний колір.

Віднімання кольорів у моделі CMYK кожен може перевірити на практиці, узявши в руки блакитний, бузковий і жовтий олівці та утворивши попарні суміші кольорів на папері. При використанні усіх трьох кольорів виходить невизначений темний колір. Тому в цій моделі чорний колір і знадобився.

Кольорова модель НSB реалізовано лише у деяких графічних редакторах. Але вона видається назручнішою для людини, бо вона проста й інтуїтивно зрозуміла. У моделі HSB також є 3 складових: відтінок кольору (Hue), насиченість кольору (Saturation) і яскравість кольору (Brightness).

Регулюючи ці 3 складові, можна отримати так же багато довільних кольорів, як і при роботі з іншими моделями. Відтінок кольору вказує номер кольору в спектральній палітрі. Насиченість кольору характеризує його інтенсивність: чим вона більша, тим чистіший колір. Яскравість кольору залежить від додавання чорного кольору до даного — чим її більше, тим яскравість кольору менша.

Колірна модель HSB зручна для застосування у тих графічних редакторах, які орієнтовані не на опрацювання готових зображень, а на їх створення своїми руками. Існують такі програми, які дозволяють імітувати різні інструменти художника (пензлі, пера, фломастери, олівці), матеріали фарб (акварель, гуаш, олія, туш, вугілля, пастель) і матеріали полотна (полотно, картон, рисовий папір тощо).

Створюючи власний художній твір, зручно працювати в моделі HSB, а після закінчення роботи його можна перетворити у моделі RGB або CMYK, залежно від того, чи буде воно використовуватися як екранна або друкарська ілюстрація. Значення кольору вибирають як вектор, що виходить з центру кола. Точка в центрі відповідає білому (нейтральному) кольору, а точки на колі — чистим кольорам. Напрям вектора визначає колірний відтінок і його задають у моделі HSB у кутових градусах. Довжина вектору визначає насиченість кольору. Яскравість кольору задають на окремій осі, нульова точка якої має чорний колір.

Растрову графіку застосовують при створенні електронних (мультимедійних) і поліграфічних видань. Ілюстрації, виконані засобами растрової графіки, рідко створюють вручну за допомогою комп'ютерних програм. Частіше для цієї мети використовують відскановані ілюстрації, підготовлені художником на папері, або фотографії. Останнім часом для введення растрових зображень в комп'ютер знайшли широке застосування цифрові фото- і відеокамери.

Відповідно, більшість редакторів растрової графіки орієнтована не стільки на створення зображень, скільки на їх опрацювання. У Інтернеті застосовують растрові ілюстрації у тих випадках, коли потрібно передати повну гаму відтінків кольорового зображення. Програмні засоби для роботи з векторною графікою навпаки призначено, у першу чергу, для створення ілюстрацій і у меншій мірі для їх опрацювання. Такі засоби широко використовують у рекламних агентствах, дизайнерських бюро, редакціях і видавництвах. Оформлювальні роботи, ґрунтовані на застосуванні шрифтів і простих геометричних елементів, вирішують засобами векторної графіки набагато простіше. Існують приклади високохудожніх творів, створених засобами векторної графіки, але вони швидше виключення, ніж правило, оскільки художня підготовка ілюстрацій засобами векторної графіки надзвичайно складна.

Формати файлів растрових зображень. Будь-яке (електронне) графічне зображення зберігають у файлі. Спосіб розташування даних при їх збереженні у файлі визначає формат файлу — правила запису (кодування) цих даних. Розрізняють формати файлів растрових зображень і векторних зображень.

Растрові зображення зберігають у файлі у вигляді прямокутної таблиці, у кожній клітинці якої записаний двійковий код кольору відповідного пікселя. Такий файл зберігає дані і про інші властивості графічного зображення, а також алгоритм його стискування.

Векторні зображення зберігають у файлі як перелік об'єктів і значень їх властивостей: координат, розмірів, кольорів заповнення і штриху (контуру) тощо.

І растрових, і векторних форматів графічних файлів є багато. Серед цього різноманіття немає того ідеального, який би задовольняв усім можливим вимогам. Вибір того або іншого формату для збереження зображення залежить від цілей і завдань роботи із зображенням:

Формат файлу впливає на об'єм пам'яті, який займає цей файл. Графічні редактори дозволяють користувачеві самостійно обирати формат збереження зображення. Якщо ви збираєтеся працювати з графічним зображенням лише в одному редакторові, доцільно вибрати той формат, який редактор пропонує як усталено. Якщо ж дані оброблятимуть в інших середовищах, варто використати один з універсальних форматів. Нижче подано приклад запису одного й того самого зображення у різних форматах.

Існують універсальні формати графічних файлів, які одночасно підтримують і векторні, і растрові зображення.

PDF (англійською Portable Document Format) — портативний формат документу розроблено для роботи з пакетом програм Acrobat. У цьому форматі можна зберегти зображення і векторного, і растрового формату, текст з великою кількістю шрифтів, гіпертекстові посилання і навіть налаштування друкарського пристрою. Розміри файлів досить малі. Дозволено лише перегляд файлів, редагування зображень у цьому форматі неможливе.

EPS (англійською Encapsulated PostScript) — інкапсульований постскриптум) - формат, підтримуваний програмами для різних операційних систем. Рекомендують для друку і створення ілюстрацій у настільних видавничих системах. Цей формат дозволяє зберегти векторний контур, який обмежуватиме растрове зображення.

Розглянемо найпоширеніші формати, які використовують для створення зображень і анімацій.

BMP (Windows Device Independent Bitmap) — рідний для ОС Windows формат. Його підтримують усі графічні редактори, що працюють під керуванням цієї операційної системи. Застосовують для зберігання растрових зображень, призначених для використання під ОС Windows. На цьому сфера його застосування закінчується. Використання BMP не для потреб Windows — досить поширена помилка.

GIF (CompuServe Graphics Interchange Format) — незалежний від апаратного забезпечення формат GIF було розроблено у 1987 році фірмою CompuServe для передачі растрових зображень мережамих. У 1989-му формат був модифіковано, були додані підтримка прозорості і анімації. GIF використовує LZW-компресію, що дозволяє непогано стискати файли, в яких багато однорідних заливок (логотипи, написи, схеми).

JPEG, JPG (Joint Photographic Experts Group). Строго кажучи, JPEGoм називають не формат, а алгоритм стискування, що ґрунтується не на пошуку однакових елементів, а на різниці між пікселями. Чим вищий рівень компресії, тим більше даних відкидають, тим нижча якість. Використовуючи JPEG, можна отримати файл, що у 500 разів менший від аналога у форматі BMP! Спочатку у специфікаціях формату не було CMYK. Фірма Adobe додала підтримку поділу кольору, але CMYK JPEG у багатьох програмах створює проблеми. JPEG-ом краще стискати растрові зображення фотографічної якості, ніж логотипи або схеми.

TIFF, TIF (Target Image File Format) — апаратно незалежний формат, один з найпоши­реніших і надійніших на сьогодні. Його підтримують практично усі програми на PC і Macintosh, пов'язані з графікою. Йому доступний увесь діапазон колірних моделей. Має можливість збереження із застосуванням декількох видів стискування: JPEG, ZIP, але зазвичай використовують лише LZW-компресію.

Raw — зберігає інформацію, яку безпосередньо отримують з матриці цифрового фотоапарата або аналогічного пристрою без застосування до неї яких-небудь перетворень, а також зберігає налаштування фотокамери. Дозволяє уникнути втрати інформації при застосуванні до зображення різних перетворень (втрата інформації відбувається в результаті округлення і виходу кольору піксела за межі допустимих значень). Використовують при зйомці у складних умовах (недостатня освітленість, неможливість виставити баланс білого тощо) для подальшого опрацювання на комп'ютері (зазвичай в ручному режимі). Практично усі напівпрофесійні і професійні цифрові фотоапарати дозволяють зберігати RAW зображення. Формат файлу залежить від моделі фотоапарата, єдиного стандарту не існує. Даний формат вимагає спеціального програмного забезпечення, якого немає у дистрибутивах операційних систем.

PCX (PCExchange) — стандарт подання графічної інформації, розроблений компанією ZSoft Corporation (м. Маріетта, штат Джорджія, США). Використано графічною програмою ZSoft PC Paintbrush (однією з перших популярних графічних програм) для MS DOS, текстовими процесорами і настільними видавничими системами (Microsoft Word і Ventura Publisher). Не такий популярний аналог BMP, хоча підтримується графічними редакторами Adobe Photoshop, Corel Draw, GIMP та ін. Нині витіснений форматами, які підтримують краще стискування: GIF, JPEG і PNG.

PNG (Portable Network Graphics, вимовляти по-англыйськи [pɪŋ]) — растровий формат зберігання графічної інформації, що використовує стискування по алгоритму Deflate. Створено як вільний формат для заміни GIF.

Зазвичай дистрибутиви операційних систем містять деякі програми для роботи з графікою. Наприклад, при встановленні Linux Mint користувач отримає можливість працювати з такими програмами (викликати кнопкою запуску програм Menu / Програми / Графіка / …):

У середовищі GIMP є можливість робити такі дії:

Після встановлення операційної системи, проведення повної локалізації та завантаження оновлень можна додатково встановити ще й такі вільно поширювані програми:

5. Закріплення вивченого матеріалу

Завдання 1. Дати відповіді на питання:
  1. Що таке комп'ютерна графіка?
  2. Назвіть і опишіть види комп'ютерної графіки.
  3. Що таке піксель?
  4. Що таке роздільна здатність:
    • екрану;
    • принтера;
    • зображення?
  5. Що таке глибина кольору?
  6. Що таке режим True Color?
  7. Яка суть кольорової моделі:
    • RGB;
    • CMYK;
    • HSB?
  8. Чим пов'язані проняття прямокутної таблиці й файла растрової графіки?
  9. Назвіть універсальні формати графічних файлів.
  10. Назвіть основні формати растрової графіки.
  11. Які програми категорії Графіка встановлюють разом з ОС Linux Mint?
  12. Які дії можна виконати у середовищі GIMP?

Завдання 2. Переглянути файли растрової графіки, записані у різних форматах. Зробити висновки щодо економічності та доступності для наявного у вас ПЗ.

Примітка. Виконання наступного завдання — на розсуд вчителя: для всього класу, лише окремими учнями чи нікому. У разі виконання потрібно попередньо провести інструктаж з техніки безпеки.

Завдання 3. Завантажити середовище GIMP.

Ознайомитися з інтерфейсом GIMP: переглянути категорії вказівок головного меню, прочитати підказки кнопок вибору інструментів (див. ліву верхню частину поданого вікна програми). Натискаючи ці кнопки, ознайомитися з можливостями налаштування інструментів на панелі Параметри інструменту (див. ліву нижню частину поданого вікна програми, яке ілюструє вибір Градієнтного заповнення).

6. Підбиття підсумків уроку
Виставлення оцінок.

7. Домашнє завдання
Вивчити матеріал уроку.

Текст упорядкував Кучеренко Володимир Миколайович, учитель інформатики середньої загальноосвітньої школи № 308 Деснянського району міста Києва, під час виконання випускної роботи на курсах підвищення кваліфікації з 14.10.2013 по 19.10.2013.