Компьютерная графика. Технические средства компьютерной графики

Цель урока:

1. Изучить историю и виды компьютерной графики; сформировать представление  о технических средствах при работе с графическими объектами.
2. Развить логическое мышление, внимание, у учащихся познавательный интерес. Уметь строить эффективные технологические цепочки для решения информационных задач.
3. Воспитать дисциплинированность, вежливость и тактичность. Восприятие компьютера как инструмента обработки информационных объектов.

Ход урока по этапам.

I. Организационный момент.

1. Проверка готовности группы к уроку.

2. Проверка явки учащихся.

II. Актуализация опорных знаний, умений, навыков.

1. Сообщаю тему урока «Компьютерная графика. Технические средства компьютерной графики».
2. Сообщаю цель урока: изучить историю компьютерной графики и её основные виды, а так же изучить технические средства компьютерной графики.

III. Формирование новых понятий и способов профессиональной деятельности.

Объяснить новый материал:

История компьютерной графики.

В наше время многие люди смотрят фотографии и кинофильмы по компьютеру, хотя есть телевизор и DVD-проигрыватель, просматривают фотографии, хотя это фото лежит в альбоме, почему? Может ли кто из вас объяснить причину, кроме той, что телевизор смотрит кто-то другой и вам не уступают. Итак, я выслушала ваши ответы и могу сделать вывод следующий, что на современном компьютере изображение бывает более качественным, чем у телевизора.

Как же получаются все эти “картинки” на экране компьютера?

Вы уже хорошо знаете, что любую работу компьютер выполняет по определенным программам, которые обрабатывают определенную информацию, в данном случае графическую информацию. Монитор лишь отображает, что хранится в памяти компьютера, значит, все изображения хранятся в памяти компьютера.

Итак, что мы будем назвать компьютерной графикой.

Компьютерная графика – это раздел информатики, занимающийся проблемами создания и обработки на компьютере графической информации (изображений).

История компьютерной графикой.

1. Результатами расчётов на первых компьютерах являлись длинные колонки чисел, напечатанных на бумаге. Для того чтобы осознавать полученные результаты, человек брал бумагу, карандаши, линейки и другие чертёжные инструменты и чертил графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Иначе говоря, человек вручную производил графическую обработку результатов вычислений. В графическом виде такие результаты становятся более наглядными и понятными. Таково уж свойство человеческой психики: наглядность – важнейшее условие для понимания.

Возникла идея поручить графическую обработку самой машине. Первоначально программисты научились получать рисунки в режиме символьной печати. На бумажных листах с помощью символов (звездочек, точек, крестиков, букв) получались рисунки, напоминающие мозаику. Так печатались графики функций, изображения течений жидкостей и газов, электрических и магнитных полей.

С помощью символьной печати программисты умудрялись получать даже художественные изображения. В редком компьютерном центре стены не украшались распечатками с портретами Эйнштейна, репродукциями Джоконды и другой машинной живописью.

2. Затем появились специальные устройства для графического вывода на бумагу – графопостроители (другое название - плоттеры). С помощью такого устройства на лист бумаги чернильным пером наносятся графические изображения: графики, диаграммы, технические чертежи и прочее. Для управления работой графопостроителей стали создавать специальное программное обеспечение.

3. Настоящая революция в компьютерной графике произошла с проявлением графических дисплеев. На экране графического дисплея стало возможным получать рисунки, чертежи  в таком виде, как на бумаге с помощью карандашей, красок и чертежных инструментов.

Рисунок из памяти компьютера может быть выведен не только на экран, но и на бумагу с помощью принтера. Существуют принтеры цветной печати, дающие качество рисунков на уровне фотографий.

Приложения компьютерной графики очень разнообразны. Для каждого направления создается специальное программное обеспечение, которое называют графическими программами, или графическими пакетами.

Виды компьютерной графики.

1. Научная графика.

Это направление появилось самым первым. Назначение – визуализация (т.е. наглядное изображение) объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядными представлениями их результатов.

2. Деловая графика.

Эта область компьютерной  графики предназначена для создания иллюстраций, часто используемых в работе различных учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статические сводки – вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстрированные материалы.

Программные средства деловой графики обычно включаются в состав табличных процессоров (электронных таблиц), с которыми мы познакомимся позже.

3. Конструкторская графика.

Она применяется в работе инженеров-конструкторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом систем автоматизации проектирования (САПР). Графика в САПР используется для подготовки  технических чертежей проектируемых устройств.

Графика в сочетании с расчетами позволяет проводить в наглядной форме поиск оптимальной конструкции. Наиболее удачной компоновки деталей, прогнозировать последствия, к которым могут привести изменения в конструкции. Средствами конструкторской графики можно получать плоские изображения (проекции, сечения) и пространственные, трехмерные изображения.

4. Иллюстрированная графика.

Программные средства иллюстративной графики позволяют человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчения подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей и других инструментов. Пакет иллюстрированной графики не имеют какой-то производственной направленности. Поэтому они относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения.

Простейшие программные средства иллюстрированной графики называются графическими редакторами.

5. Художественная и рекламная графика.

Это сравнительно новая отрасль, но уже ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации и многое другое.

Графические пакеты для этих целей требуется больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этого класса графических пакетов является возможность создания реалистических (очень близких  к естественным) изображений, а так же «движущихся картинок».

Для создания реалистичных изображений в графических пакетах этой категории используется сложный математический аппарат.

Получение рисунков трехмерных (пространственных) объектов, их повороты, приближения, удаления, деформация – всё это связано с геометрическими расчетами. Передача освещенности объекта в зависимости от положения источников света, от расположения теней, от фактуры поверхности (глянцевая, матовая, пористая) требует расчётов, учитывающих законы оптики.

6. Компьютерная анимация.

Получение движущихся изображений на мониторе компьютера называется компьютерной анимацией. Слово «анимация» означает «оживление».

В недавнем прошлом художники-мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переносились на киноплёнку. Система компьютерной анимации берет значительную часть рутинной работы на себя.  Например, художник может создавать на экране рисунки лишь начального и конечного состояний движущегося объекта, а все промежуточные состояния рассчитывает и изобразит компьютер. Такая работа связана с расчетами, опирающимися на математические описания данного типа движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран  с определенной частотой, создают иллюстрированные движения.

Технические средства компьютерной графики.

Монитор.

В 19 веке во Франции возникла техника живописи, которую назвали пуантилизмом: рисунок составлялся из разноцветных точек, наносимых кистью на холст. Подобный принцип используется и на компьютерах. Точки на экране компьютера выстроены в ровные ряды. Совокупность точечных строк образует графическую сетку, или растр.

Одна точка носит название видеопиксель (далее будем говорить пиксель). Слово «пиксель» означает точка рисунка. Чем гуще сетка пикселей на экране, тем лучше качество изображения. Размер графической сетки обычно представляют в форме произведения числа точек в горизонтальной строке на число строк: M×N.

Размер монитора характеризуется длиной диагонали его экрана, выраженной в дюймах. 1дюйм = 2,54см.

Частота мерцания экрана должна быть 75-85 Гц. При такой частоте наше зрение не замечает мерцание изображения.

Каждый пиксель на цветном экране – это совокупность трех точек разного цвета: красного, зеленного и синего. Эти точки расположены так близко к друг другу, что нам они кажутся слившимися в одну точку.

Всё больше распространение получают жидкокристаллические мониторы – ЖК-мониторы. По сравнению с ЭЛТ-монитором  они значительно меньше по весу, имеют плоскую форму. При работе с ЖК-монитором меньше устают глаза.

Видеопамять и дисплейный процессор.

Видеоадаптер – устройство, управляющее работой графического дисплея. Видеоадаптер состоит из двух частей: видеопамяти и дисплейного процессора.

В видеопамяти содержится информация о состоянии каждого пикселя экрана.

Видеопамять – это электронное энергозависимое запоминающее устройство.

Дисплейный процессор – вторая составляющая видеоадаптера.

Дисплейный процессор читает содержимое видеопамяти и в соответствии с ним управляет работой дисплея.

Таким образом, к видеопамяти имеют доступ два процессора: центральный и дисплейный. Центральный процессор записывает видеоинформацию, а дисплейный процессор периодически читает её  и передает на монитор, на котором эта информация превращается в изображение.

Устройства ввода изображения в компьютера.

Сканер – это устройство ввода информации.

Работа сканера как бы противоположна работе видеоадаптера и монитора: видеоадаптер преобразует двоичный код в изображение на экране; сканер преобразует изображение на рисунке, чертеже, фотографии в двоичный код, который записывается в память компьютера. Сканер получил свое название в соответствии с принципом своей работы: световой луч построчно сканирует плоский рисунок подобно тому, как электронный луч сканирует экран дисплея.

С помощью сканера в компьютер можно вводить текст, напечатанный на листе бумаге.

В компьютер изображение можно вводить с цифрового фотоаппарата или с цифровой видеокамеры. На фотоаппарате фотография сохраняется в виде двоичного кода насменной флэш-карте, а фильм в видеокамере записывается на магнитную ленту. Затем они могут быть переписаны в компьютер для просмотра и обработки.

IV. Применение умений и навыков.

Ответить на вопросы:

1. Каким способом создавали рисунки на ЭВМ до появления аппаратных и программных средств компьютерной графики?
2. На каких устройствах производится вывод графических изображений?
3. Назовите основные области применения компьютерной графики.
4. Что такое пиксель?
5. Что такое растр?
6. В чем преимущества ЖК-мониторов по сравнению с ЭЛТ - монитором?
7. Какие устройства входит в состав видеоадаптера?
8. Что такое дисплейный процессор? Какую работу он выполняет?

V. Домашнее задание.

Выучить записи в тетраде.

VI. Подведение итогов.

План – конспект по уроку информатики и ИКТ в 8 классе.

Тема урока: «Компьютерная графика. Технические средства компьютерной графики».

Цель урока:

1. Изучить историю и виды компьютерной графики; сформировать представление о технических средствах при работе с графическими объектами.

2. Развить логическое мышление, внимание, у учащихся познавательный интерес. Уметь строить эффективные технологические цепочки для решения информационных задач.

3. Воспитать дисциплинированность, вежливость и тактичность. Восприятие компьютера как инструмента обработки информационных объектов.

Ход урока по этапам.

I. Организационный момент.

1. Проверка готовности группы к уроку.

2. Проверка явки учащихся.

II. Актуализация опорных знаний, умений, навыков.

1. Сообщаю тему урока «Компьютерная графика. Технические средства компьютерной графики».

2. Сообщаю цель урока: изучить историю компьютерной графики и её основные виды, а так же изучить технические средства компьютерной графики.

III. Формирование новых понятий и способов профессиональной деятельности.

Объяснить новый материал:

История компьютерной графики.

В наше время многие люди смотрят фотографии и кинофильмы по компьютеру, хотя есть телевизор и DVD-проигрыватель, просматривают фотографии, хотя это фото лежит в альбоме, почему? Может ли кто из вас объяснить причину, кроме той, что телевизор смотрит кто-то другой и вам не уступают. Итак, я выслушала ваши ответы и могу сделать вывод следующий, что на современном компьютере изображение бывает более качественным, чем у телевизора.

Как же получаются все эти “картинки” на экране компьютера?

Вы уже хорошо знаете, что любую работу компьютер выполняет по определенным программам, которые обрабатывают определенную информацию, в данном случае графическую информацию. Монитор лишь отображает, что хранится в памяти компьютера, значит, все изображения хранятся в памяти компьютера.

Итак, что мы будем назвать компьютерной графикой.

Компьютерная графика – это раздел информатики, занимающийся проблемами создания и обработки на компьютере графической информации (изображений).

История компьютерной графикой.

1. Результатами расчётов на первых компьютерах являлись длинные колонки чисел, напечатанных на бумаге. Для того чтобы осознавать полученные результаты, человек брал бумагу, карандаши, линейки и другие чертёжные инструменты и чертил графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Иначе говоря, человек вручную производил графическую обработку результатов вычислений. В графическом виде такие результаты становятся более наглядными и понятными. Таково уж свойство человеческой психики: наглядность – важнейшее условие для понимания.

Возникла идея поручить графическую обработку самой машине. Первоначально программисты научились получать рисунки в режиме символьной печати. На бумажных листах с помощью символов (звездочек, точек, крестиков, букв) получались рисунки, напоминающие мозаику. Так печатались графики функций, изображения течений жидкостей и газов, электрических и магнитных полей.

С помощью символьной печати программисты умудрялись получать даже художественные изображения. В редком компьютерном центре стены не украшались распечатками с портретами Эйнштейна, репродукциями Джоконды и другой машинной живописью.

2. Затем появились специальные устройства для графического вывода на бумагу – графопостроители (другое название - плоттеры). С помощью такого устройства на лист бумаги чернильным пером наносятся графические изображения: графики, диаграммы, технические чертежи и прочее. Для управления работой графопостроителей стали создавать специальное программное обеспечение.

3. Настоящая революция в компьютерной графике произошла с проявлением графических дисплеев. На экране графического дисплея стало возможным получать рисунки, чертежи в таком виде, как на бумаге с помощью карандашей, красок и чертежных инструментов.

Рисунок из памяти компьютера может быть выведен не только на экран, но и на бумагу с помощью принтера. Существуют принтеры цветной печати, дающие качество рисунков на уровне фотографий.

Приложения компьютерной графики очень разнообразны. Для каждого направления создается специальное программное обеспечение, которое называют графическими программами, или графическими пакетами.

Виды компьютерной графики.

1. Научная графика.

Это направление появилось самым первым. Назначение – визуализация (т.е. наглядное изображение) объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядными представлениями их результатов.

1. Деловая графика.

Эта область компьютерной графики предназначена для создания иллюстраций, часто используемых в работе различных учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статические сводки – вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстрированные материалы.

Программные средства деловой графики обычно включаются в состав табличных процессоров (электронных таблиц), с которыми мы познакомимся позже.

1. Конструкторская графика.

Она применяется в работе инженеров-конструкторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом систем автоматизации проектирования (САПР). Графика в САПР используется для подготовки технических чертежей проектируемых устройств.

Графика в сочетании с расчетами позволяет проводить в наглядной форме поиск оптимальной конструкции. Наиболее удачной компоновки деталей, прогнозировать последствия, к которым могут привести изменения в конструкции. Средствами конструкторской графики можно получать плоские изображения (проекции, сечения) и пространственные, трехмерные изображения.

1. Иллюстрированная графика.

Программные средства иллюстративной графики позволяют человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчения подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей и других инструментов. Пакет иллюстрированной графики не имеют какой-то производственной направленности. Поэтому они относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения.

Простейшие программные средства иллюстрированной графики называются графическими редакторами.

1. Художественная и рекламная графика.

Это сравнительно новая отрасль, но уже ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации и многое другое.

Графические пакеты для этих целей требуется больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этого класса графических пакетов является возможность создания реалистических (очень близких к естественным) изображений, а так же «движущихся картинок».

Для создания реалистичных изображений в графических пакетах этой категории используется сложный математический аппарат.

Получение рисунков трехмерных (пространственных) объектов, их повороты, приближения, удаления, деформация – всё это связано с геометрическими расчетами. Передача освещенности объекта в зависимости от положения источников света, от расположения теней, от фактуры поверхности (глянцевая, матовая, пористая) требует расчётов, учитывающих законы оптики.

1. Компьютерная анимация.

Получение движущихся изображений на мониторе компьютера называется компьютерной анимацией. Слово «анимация» означает «оживление».

В недавнем прошлом художники-мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переносились на киноплёнку. Система компьютерной анимации берет значительную часть рутинной работы на себя. Например, художник может создавать на экране рисунки лишь начального и конечного состояний движущегося объекта, а все промежуточные состояния рассчитывает и изобразит компьютер. Такая работа связана с расчетами, опирающимися на математические описания данного типа движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюстрированные движения.

Технические средства компьютерной графики.

Монитор.

В 19 веке во Франции возникла техника живописи, которую назвали пуантилизмом: рисунок составлялся из разноцветных точек, наносимых кистью на холст. Подобный принцип используется и на компьютерах. Точки на экране компьютера выстроены в ровные ряды. Совокупность точечных строк образует графическую сетку, или растр.

Одна точка носит название видеопиксель (далее будем говорить пиксель). Слово «пиксель» означает точка рисунка. Чем гуще сетка пикселей на экране, тем лучше качество изображения. Размер графической сетки обычно представляют в форме произведения числа точек в горизонтальной строке на число строк: M×N.

Размер монитора характеризуется длиной диагонали его экрана, выраженной в дюймах. 1дюйм = 2,54см.

Частота мерцания экрана должна быть 75-85 Гц. При такой частоте наше зрение не замечает мерцание изображения.

Каждый пиксель на цветном экране – это совокупность трех точек разного цвета: красного, зеленного и синего. Эти точки расположены так близко к друг другу, что нам они кажутся слившимися в одну точку.

Всё больше распространение получают жидкокристаллические мониторы – ЖК-мониторы. По сравнению с ЭЛТ-монитором они значительно меньше по весу, имеют плоскую форму. При работе с ЖК-монитором меньше устают глаза.

Видеопамять и дисплейный процессор.

Видеоадаптер – устройство, управляющее работой графического дисплея. Видеоадаптер состоит из двух частей: видеопамяти и дисплейного процессора.

В видеопамяти содержится информация о состоянии каждого пикселя экрана.

Видеопамять – это электронное энергозависимое запоминающее устройство.

Дисплейный процессор – вторая составляющая видеоадаптера.

Дисплейный процессор читает содержимое видеопамяти и в соответствии с ним управляет работой дисплея.

Таким образом, к видеопамяти имеют доступ два процессора: центральный и дисплейный. Центральный процессор записывает видеоинформацию, а дисплейный процессор периодически читает её и передает на монитор, на котором эта информация превращается в изображение.

Устройства ввода изображения в компьютера.

Сканер – это устройство ввода информации.

Работа сканера как бы противоположна работе видеоадаптера и монитора: видеоадаптер преобразует двоичный код в изображение на экране; сканер преобразует изображение на рисунке, чертеже, фотографии в двоичный код, который записывается в память компьютера. Сканер получил свое название в соответствии с принципом своей работы: световой луч построчно сканирует плоский рисунок подобно тому, как электронный луч сканирует экран дисплея.

С помощью сканера в компьютер можно вводить текст, напечатанный на листе бумаге.

В компьютер изображение можно вводить с цифрового фотоаппарата или с цифровой видеокамеры. На фотоаппарате фотография сохраняется в виде двоичного кода насменной флэш-карте, а фильм в видеокамере записывается на магнитную ленту. Затем они могут быть переписаны в компьютер для просмотра и обработки.

IV. Применение умений и навыков.

Ответить на вопросы:

1. Каким способом создавали рисунки на ЭВМ до появления аппаратных и программных средств компьютерной графики?

2. На каких устройствах производится вывод графических изображений?

3. Назовите основные области применения компьютерной графики.

4. Что такое пиксель?

5. Что такое растр?

6. В чем преимущества ЖК-мониторов по сравнению с ЭЛТ - монитором?

7. Какие устройства входит в состав видеоадаптера?

8. Что такое дисплейный процессор? Какую работу он выполняет?

V. Домашнее задание.

Выучить записи в тетраде.

VI. Подведение итогов.