Задание 2
|
Ответьте на вопросы методического характера:
1. Обобщенная схема изучения информационной технологии:
- режим работы; - система команд; - данные. 2. Область применения технологии В настоящем постиндустриальном обществе роль информационных технологий (ИТ) чрезвычайно важна, они занимают сегодня центральное место в процессе интеллектуализации общества, развития его системы образования и культуры. Их широкое использование в самых различных сферах деятельности человека диктует целесообразность наискорейшего ознакомления с ними, начиная с ранних этапов обучения и познания. Система образования и наука являются одним из объектов процесса информатизации общества. Информатизация образования в силу специфики самого процесса передачи знания требует тщательной отработки используемых ТИ (технологий информатизации) и возможности их широкого тиражирования. Кроме того, стремление активно применять современные информационные технологии в сфере образования должно быть направлено на повышение уровня и качества подготовки специалистов. “Отработка” применяемых в сфере образования ИТ должна ставить своей целью реализацию следующих задач:
В течение ряда лет информационные технологии в области высшего образования развивались, в том числе, в рамках выполнения НИОКР по межвузовским научно-техническим программам “Информатизация высшего образования” и “Перспективные информационные технологии в высшей школе”. В основном поддерживались НИОКР по так называемым базовым и прикладным технологиям информатизации. В конечном счете, все достижения в области применения информационных технологий в сфере образования, создание сетей телекоммуникаций и поддержка информационных потоков в них, создание и сопровождение банков данных и баз знаний, экспертных систем и других видов ИТ должны служить одной цели — разработке методологической основы применения информационных технологий в процессе образования и обучения. По существу в настоящее время общество стоит перед задачей — научиться правильно, оптимально и безвредно применять компьютер во всей системе образования в целом. 3. Теоретические основы технологии Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами: как растровое или каквекторное изображение. Для каждого типа изображения используется свой способ кодирования.
Растровое изображение представляет собой совокупность точек, используемых для его отображения на экране монитора.
 Информационный объём растрового изображения (V) определяется как произведение числа входящих в изображение точек (N) на информационный объём одной точки (q), который зависит от количества возможных цветов, т. е. V=N⋅q.
При чёрно-белом изображении q = 1 бит (например, \(1\) — точка подсвечивается и 0 — точка не подсвечивается). Поэтому для хранения чёрно-белого (без оттенков) изображения размером 100x100 точек требуется 10000бит.
Если между чёрным и белым цветами имеется ещё шесть оттенков серого (всего 8), то информационный объём точки равен 3 бита (log28 = 3). Информационный объём такого изображения увеличивается в три раза: V = 30000бит.
Рассмотрим, сколько потребуется бит для отображения цветной точки: для 8 цветов необходимо 3 бита; для 16 цветов — 4 бита; для 256 цветов — 8 битов (1 байт). В таблице ниже представлено кодирование цветовой палитры из 16 цветов.
 Разные цвета и их оттенки получаются за счёт наличия или отсутствия трёх основных цветов (красного, синего, зеленого) и степени их яркости. Каждая точка на экране кодируется с помощью 4 битов.
Цветные изображения могут отображаться в различных режимах, соответственно изменяется и информационный объём точки (см. таблицу ниже).
 Описание цвета пикселя является кодом цвета.
Количество бит, отводимое на каждый пиксель для представления цвета, называют глубиной цвета(англ. color depth). От количества выделяемых бит зависит разнообразие палитры.
Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 или 32 бита.
Чем больше глубина цвета, тем больше объем графического файла.
Для хранения растрового изображения размером 32x32пикселя отвели 512 байтов памяти.
Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?
Решение. Число точек изображения равно 32⋅32 = 1024. Мы знаем, что 512 байтов = 512⋅8=4096бит. Найдём глубину цвета 4096÷1024=4. Число цветов равно 24 = 16.
Цвет на Web-страницах кодируется в виде RGB-кода в шестнадцатеричной системе: #RRGGBB, где RR, GG и BB — яркости красного, зеленого и синего, записанные в виде двух шестнадцатеричных цифр; это позволяет закодировать 256 значений от 0 (0016) до 255 (FF16) для каждой составляющей.
Коды некоторых цветов:
 При обозначении цветов в HTML-документах вначале ставят знак номера #. В HTML: #FF0000 — интенсивно красный цвет, #00FF00 — зелёный цвет, #0000FF — синий цвет. Отсутствие цветов (#000000) даёт чёрный цвет, а самое интенсивное сочетание всех трёх каналов (#FFFFFF) даёт белый цвет.
FF — наибольшая яркость цветовой компоненты, для получения различных оттенков одного и того же цвета изменяют яркость.
Чтобы получить светлый оттенок какого-то «чистого» цвета, нужно одинаково увеличить нулевые составляющие; например, чтобы получить светло-красный цвет, нужно сделать максимальной красную составляющую и, кроме этого, одинаково увеличить остальные — синюю и зелёную: #FF9999 (сравните с красным: #FF0000).
Чтобы получить тёмный оттенок чистого цвета, нужно одинаково уменьшить все составляющие, например,#660066 — это тёмно-фиолетовый цвет (сравните с фиолетовым #FF00FF). Заметим, что если старший бит в коде (первая, третья или пятая цифра) находится в диапазоне от 0 до 3, то можно считать, что эта цветовая компонента отсутствует в цвете, то есть #0F0F0F — это чёрный цвет.
Также следует отметить, что равное или почти равное сочетание цветовых компонент обозначает серый цвет разной интенсивности.
Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов. Каждый примитив состоит из элементарных отрезков кривых, параметры которых (координаты узловых точек, радиус кривизны и пр.) описываются математическими формулами.
Для каждой линии указываются её тип (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная), толщина и цвет, а замкнутые фигуры дополнительно характеризуются типом заливки.
Рассмотрим, например, такой графический примитив, как окружность радиуса r. Для её построения необходимо и достаточно следующих исходных данных:
- координаты центра окружности;
- значение радиуса r; - цвет заполнения (если окружность не прозрачная); - цвет и толщина контура (в случае наличия контура). Информация о векторном рисунке кодируется обычным способом, как хранятся тексты, формулы, числа, т. е. хранится не графическое изображение, а только координаты и характеристики изображения его деталей. Поэтому для хранения векторных изображений требуется существенно меньше памяти, чем растровых изображений.
4. Аппаратные средства обеспечения технологии
Устройства вывода информации Монитор.
Монитор является универсальным устройством вывода информации и подключается к видеокарте, установленной в компьютере. Изображение в компьютерном формате (в виде последовательностей нулей и единиц) хранится в видеопамяти, размещенной на видеокарте. Изображение на экране монитора формируется путем считывания содержимого видеопамяти и отображения его на экран. Частота считывания изображения влияет на стабильность изображения на экране. В современных мониторах обновление изображения происходит обычно с частотой 75 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность восприятия изображения пользователем компьютера (человек не замечает мерцание изображения). Для сравнения можно напомнить, что частота смены кадров в кино составляет 24 кадра в секунду.
Принтеры.
Световое перо используется для ввода информации в самых маленьких персональных компьютерах — в карманных микрокомпьютерах. Оно также применяется в различных системах проектирования и дизайна. Графический планшет, или дигитайзер
Большое распространение в наше время прибрели устройства сканирования изображений, таких как тексты или рисунки. Термин «сканирование» происходит от английского глагола to scan, что означает «пристально всматриваться».
Сканеры находят широкое применение в издательской деятельности, системах проектирования, анимации. Эти устройства незаменимы при создании презентаций, докладов, рекламных материалов высокого качества. Разрешающая способность сканеров составляет 600 dpi и выше, то есть на полоске изображения длиной 1 дюйм сканер может распознать 600 и более точек. Цифровые камеры и ТВ-тюнеры
5. Программные средства для работы с растровой и векторной графикой
Для обработки изображений на компьютере используются специальные программы — графические редакторы. Графический редактор — это программа создания, редактирования и просмотра графических изображений. Графические редакторы можно разделить на две категории: растровые и векторные.
Растровые графические редакторы. Растровые графические редакторы являются наилучшим средством обработки фотографий и рисунков, поскольку растровые изображения обеспечивают высокую точность передачи градаций цветов и полутонов. Среди растровых графических редакторов есть простые, например стандартное приложение Paint, и мощные профессиональные графические системы, например Adobe Photoshop.
Растровое изображение хранится с помощью точек различного цвета (пикселей), которые образуют строки и столбцы. Любой пиксель имеет фиксированное положение и цвет. Хранение каждого пикселя требует некоторого количества бит информации, которое зависит от количества цветов в изображении.
Качество растрового изображения определяется размером изображения (числом пикселей по горизонтали и вертикали) и количества цветов, которые могут принимать пиксели.
Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию (увеличению или уменьшению). Когда растровое изображение уменьшается, несколько соседних точек превращаются в одну, поэтому теряется разборчивость мелких деталей изображения. При укрупнении изображения увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который виден невооруженным глазом.
  Векторные графические редакторы. Векторные графические изображения являются оптимальным средством для хранения высокоточных графических объектов (чертежи, схемы и т. д.). для которых имеет значение наличие четких и ясных контуров. С векторной графикой вы сталкиваетесь, когда работаете с системами компьютерного черчения и автоматизированного проектирования, с программами обработки трехмерной графики. К векторным графическим редакторам относятся графический редактор, встроенный в текстовый редактор Word. Среди профессиональных векторных графических систем наиболее распространены CorelDRAW и Adobe Illustrator. Векторные изображения формируются из объектов (точка, линия, окружность и т. д.), которые хранятся в памяти компьютера в виде графических примитивов и описывающих их математических формул. Например, графический примитив точка задается своими координатами (X, Y), линия — координатами начала (XI, У1) и конца (Х2, Y2), окружность — координатами центра (X, Y) и радиусом (К), прямоугольник — величиной сторон и координатами левого верхнего угла (Xl, Y1) и правого нижнего угла (Х2, Y2) и т. д. Для каждого примитива назначается также цвет. Достоинством векторной графики является то, что файлы, хранящие векторные графические изображения, имеют сравнительно небольшой объем. Важно также, что векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества.
 В растровых редакторах инструментом Надпись (буква А на панели инструментов) создаются текстовые области на рисунках. Установив курсор в любом месте текстовой области, можно ввести текст. Форматирование текста производится с помощью панели Атрибуты текста. В векторных редакторах тоже можно создавать текстовые области для ввода и форматирования текста. Кроме того, надписи к рисункам вводятся посредством так называемых выносок различных форм. Масштабирующие инструменты в растровых графических редакторах дают возможность увеличивать или уменьшать масштаб представления объекта на экране, не влияя при этом на его реальные размеры. Обычно такой инструмент называется Лупа. В векторных графических редакторах легко изменять реальные размеры объекта с помощью мыши. Данные об изображениях хранятся в графических файлах. Способ организации графических файлов называется графическим форматом. От него сильно зависит размер графического файла а значит, и цифрового документа, в котором он используется. Пользователю графической программы не требуется знать, как именно в том или ином формате хранится информация. Однако умение разбираться в особенностях форматов имеет большое значение для эффективного хранения изображений и передачи их между различными программными средами. Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле - растровый или векторный, а также форму хранения информации - используемый алгоритм сжатия. Форматы графических файлов бывают универсальными, то есть обрабатываются большинством графических редакторов, или оригинальными, то есть распознаются самой создающей программой (иногда только ей). BMP (Bit MaP image) – универсальный формат растровых графических файлов, используется в среде Windows и её приложениях, поддерживается большинством современных редакторов, является «родным» форматом MS Paint. GIF (Graphics Interchange Format) - универсальный растровый формат, поддерживается программами в различных операционных системах; включает алгоритм сжатия без заметной потери качества с уменьшением размера файла в несколько раз. Разработан для хранения изображений, создаваемых программно (рисунков, диаграмм, графиков и т.д.) с количеством цветов до 256. Поддерживает анимацию и прозрачность фона. Используется для размещения изображений в сети Internet. Из-за небольшой цветовой палитры не может использоваться для хранения фотографий. TIFF (Tag Image File Format) - растровый формат, модернизация GIF (поддерживает прозрачность и даёт полноцветное изображение). Используется при размещении изображений в сети Internet. PNG (Portable Network Graphic) - растровый формат, модернизация GIF (поддерживает прозрачность и даёт полноцветное изображение). Не поддерживает анимацию. Используется при размещении изображений в сети Internet. JPEG или JPG (Joint Photographic Expert Group) - универсальный растровый формат с эффективным алгоритмом сжатия для отсканированных фотографий и иллюстраций с уменьшением размера файла в десятки раз, но с потерей части информации. Поддерживается программами для различных операционных систем. Широко используется для хранения изображений фотографического качества, для создания различных документов в различных программных средах, размещения изображений в сети Internet. Не поддерживает прозрачность и анимацию. WMF (Windows MetaFile) - универсальный векторный формат в среде Windows. Используется для коллекции графических изображений Clip Gallery в средах MS Office. CDR (CorelDraw files) – оригинальный векторный формат файлов графической среды CorelDraw, поддерживает многослойность. PSD – оригинальный растровый формат файлов графической среды Photo Shop, поддерживает многослойность. При сохранении графического изображения в соответствующем диалоговом окне всегда нужно указывать тип формата, если программа предоставляет такую возможность. Часто требуется преобразовывать файлы одного графического формата в другой, потому что:
7. На примере графического редактора GIMP раскрыть:
GIMP есть акроним от GNU Image Manipulation Program, что переводится как программа манипуляции образами проекта GNU. Она предназначена для решения таких задач, как ретуширование фотографий, наложение графических образов и их создание. По своим возможностям она не уступает таким программам, как Adobe Photoshop или Corel PhotoPaint. Однако она имеет перед последними то огромное преимущество, что свободно доступна через Интернет и в составе различных дистрибутивов Linux. GIMP славен также тем, что для него легко писать дополнения (плагины) на разных языках программирования, а поэтому существует уже обширный набор таких дополнений. GIMP в основном работает с изображениями в растровом формате (bitmap). Т. е. с изображениями, составленными из отдельных пикселей (pixels) — крошечных точек, каждая из которых окрашена каким-то своим цветом. Множество таких точек образуют целостную картину. Среда графического редактора В главном окне можно создать одно или несколько окон с различными изображениями. Стандартными элементами интерфейса в окне, характерными для Linux-приложений, являются строка заголовка, системное меню функций, полоса состояния 
Характерными элементами окна GIMP являются панель инструментов, панель свойств инструментов и палитры для быстрого выполнения функций. |
В настольных компьютерах обычно используются мониторы на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ). Изображение на экране монитора создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой. Этот пучок электронов разгоняется высоким электрическим напряжением (десятки киловольт) и падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытую люминофором (веществом, светящимся под воздействием пучка электронов).
ЖК-мониторы сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электрического напряжения могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча, проходящего сквозь них.
В последние годы широкое распространение получили черно-белые и цветные струйные принтеры. В них используется чернильная печатающая головка, которая под давлением выбрасывает чернила из ряда мельчайших отверстий на бумагу. Перемещаясь вдоль бумаги, печатающая головка оставляет строку символов или полоску изображения.
Для вывода сложных и широкоформатных графических объектов (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем и пр.) используются специальные устройства вывода — плоттеры.
Световое перо похоже на обычный карандаш, на кончике которого имеется специальное устройство — светочувствительный элемент. Соприкосновение пера с экраном замыкает фотоэлектрическую цепь и определяет место ввода или коррекции данных. Если перемещать по экрану такое перо, можно рисовать или писать на экране, как на листе бумаги.
Графический планшет, или дигитайзер, используется для создания либо копирования рисунков или фотографий. Он позволяет создавать рисунки так же, как на листе бумаги. Изображение преобразуется в цифровую форму, отсюда название устройства (от англ. digit — цифра).
Сканер предназначен для ввода в компьютер графической или текстовой информации с листа бумаги, со страницы журнала или книги. Для работы сканера необходимо программное обеспечение, которое создает и сохраняет в памяти электронную копию изображения. Все разнообразие подобных программ можно подразделить на два класса — для работы с графическим изображением и для распознавания текста.
Последние годы все большее распространение получают цифровые камеры (видеокамеры и фотоаппараты). Цифровые камеры позволяют получать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом (компьютерном) формате.
Панели инструментов графических редакторов. Графические редакторы имеют набор инструментов для создания или рисования простейших графических объектов: прямой линии, кривой, прямоугольника, эллипса, многоугольника и т. д. После выбора объекта на панели инструментов его можно нарисовать в любом месте окна редактора.