Каким образом представлена графическая информация в компьютере и цифровых устройствах

Кодирование информации

Ежедневно человек сталкивается с кодированием информации. Огромное количество данных из окружающего мира поступает к нему в форме разнообразных сигналов, звуков, вкусовых и тактильных ощущений. Вместе оно составляет своеобразный код, совокупность условных обозначений. Кодирование информации – это преобразование исходных данных с помощью определенного алгоритма.

План урока:

Примеры кодирования информации:

• трансляция письменных сообщений с использованием русских букв (АБВГД…ЭЮЯ);
• запись чисел цифрами (0123456789);
• использование языка жестов при общении глухонемых людей

Другими словами, переход сообщения из одной формы ее в другую, согласно определенным правилам, и выражает в чем суть кодирования информации.

Информация проходит кодирование в целях:

• упрощения сбора исходных данных;
• сокращения объема занимаемой памяти информационными сообщениями;
• удобства хранения материалов;
• эффективной обработки и обмена информацией;
• сокрытия необходимых сведений.

История кодирования информации насчитывает сотни веков. Издавна люди использовали криптограммы (зашифрованные сообщения).

В 19 веке с изобретением телеграфа С. Морзе был придуман и принципиально новый способ шифрования. Телеграфное сообщение передавалось по проводам последовательностью коротких и долгих сигналов (точка и тире).

Вслед за ним Ж. Бодо создал основополагающий в истории современной информатики метод бинарного кодирования информации, который заключается в применении всего двух различающихся электрических сигналов. Кодирование информации в компьютере также подразумевает использование двух чисел.

Разработанная в 1948г. К. Шенноном «Теория информации и кодирования» стала основополагающей в современном кодировании данных.

Кодирование информации в информатике, одна из базовых тем. Понимание для чего нужна процедура кодирования передаваемой информации, каким образом она осуществляется, поможет в изучении принципов работы компьютера.

Кодирование графической информации

Из курса информатики 7 — 9 классов вы знакомы с общими принципами компьютерной графики, с графическими технологиями. Здесь мы немного подробнее, чем это делалось раньше, рассмотрим способы представления графических изображений в памяти компьютера.

Принцип дискретности компьютерных данных справедлив и для графики. Здесь можно говорить о дискретном представлении изображения (рисунка, фотографии, видеокадров) и дискретности цвета.

2 Графические форматы и их преобразование

Как и изображения, графические форматы делятся на растровые и векторные. В компьютерной графике применяют, по меньшей мере, три десятка форматов файлов для хранения изображений. Единого формата графических файлов, пригодного для всех приложений, не существует, поэтому возникает проблема сохранения изображений для последующей их обработки. Однако некоторые форматы стали стандартными для целого ряда предметных областей.

Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый, векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия). Сжатие применяется для растровых графических файлов, так как они имеют достаточно большой объем.

Существуют различные алгоритмы сжатия, причем для различных типов изображения целесообразно применять подходящие типы алгоритмов сжатия. В таблице 1 приведена краткая характеристика часто используемых графических форматов.

Таблица 1 — Характеристика часто используемых графических форматов.

Тип графической информации

Рисунки типа аппликации, содержащие большие области однотонной закраски.

Заменяет последовательность повторяющихся величин (пикселей одинакового цвета) на две величины (пиксель и количество его повторений).

Рисунки типа диаграмм

Осуществляет поиск повторяющихся в рисунке «узоров».

Отсканированные фотографии, иллюстрации

Основан на том, что человеческий глаз очень чувствителен к изменению яркости отдельных точек изображения, но гораздо хуже замечает изменение цвета. При глубине цвета 24 бита, компьютер обеспечивает воспроизведение более 16 млн. различных цветов, тогда как человек вряд ли способен различить.

Крайне важно различать векторные (WMF, DXF, CGM и др.) и растровые (TIFF, GIF, JPG и др.) форматы.

Файлы векторного формата содержат описания рисунков в виде набора простейших графических объектов. В файлах же растровой графики запоминается цвет каждого пикселя на рисунке, поэтому такие файлы занимают, как правило, большой объем памяти.

Таблица 2 — Векторные форматы графических файлов.

Программы, которые могут открывать файлы

WMF( Windows MetaFile)

Большинство приложений Windows.

Большинство настольных издательских систем и векторных программ, некоторые растровые программы.

DXF(Drawing Interchange Format)

Все программы САПР, многие векторные редакторы, некоторые настольные издательские системы.

CGM(Computer Graphics Metafile )

Большинство программ редактирования векторных рисунков, САПР и издательские системы.

Таблица 3 — Растровые форматы графических файлов.

Программы, которые могут открывать файлы

BMP(Windows Device Independent Bitmap)

Все программы Windows, которые используют растровую графику.

GIF(Graphic Interchange Format)

Почти все растровые редакторы; большинство издательских пакетов; векторные редакторы, поддерживающие растровые объекты.

TIFF(Tagged Image File Format)

Большинство растровых редакторов и настольных издательских систем; векторные редакторы, поддерживающие растровые объекты.

IMG(Digital Research GEM Bitmap)

Некоторые настольные издательские системы и редакторы изображений Windows

JPEG(Joint Photographic Experts Group)

Последние версии растровых редакторов; векторные редакторы, поддерживающие растровые объекты.

Таким образом, знание особенностей форматов графических файлов имеет значение для эффективного хранения изображений и организации обмена данными между различными приложениями.

Преобразование форматов графических файлов можно выполнить с помощью графических редакторов, воспринимающих файлы разных форматов.

При преобразовании файлов можно уточнить желаемые параметры. Например, выполнить преобразование из цветного в черно-белый формат, выбрать количество цветов, степень сжатия файла, либо фактор качества — большой файл и лучшее качество изображения, или же маленький файл с более низким качеством изображения.

Виды компьютерной графики

Компьютерная графика — это одно из направлений информатики, которая изучает методы и способы создания и редактирования изображений при помощи специализированных программ, а также позволяет оцифровать визуальную информацию, взятую из реального мира.

Для успешной сдачи ЕГЭ по информатике, конечно, нет большой необходимости погружаться во все тонкости этой сферы. Особое внимание лишь стоит уделить кодированию растровых изображений.

Растровая графика (используется в заданиях ЕГЭ по информатике)

Часто можно услышать фразу: «Растровое изображение» или «Картинка в растре». Что это значит? Все достаточно просто!

Если мы имеем в наличии растровое изображение, то по факту нам предстоит работать с двухмерным массивом точек (графическая матрица), называемых пикселями. То есть растровое изображение — мозаика, каждый элемент которой закрашен определенным цветом. Также каждый пиксель изображения, помимо цвета, еще имеет координты.

Файлы, хранящие растровые изображения, имеют следующие расширения:

*.bmp

*.tif

*.jpg

*.gif

*.png

Как видите, все графические файлы, с которыми вы сталкивайтесь в повседневной жизни, оказывается имеют растровую природу.

Самый громадный недостаток растровой графики заключается в том, что при изменении габаритов картинки, как правило, при увеличении, существенно падает качество отображения.

Связано это с тем, что при увеличении габаритов, нужно добавлять новые пиксели, а поскольку их цвет точно неизвестен, то при помощи аппроксимации им назначаются схожие цвета. Изображение резко теряет в качестве, появляются «ступеньки» и угловатости.

Векторная графика

Во-первых, с векторной графикой, с вероятностью $99.9%$, на официальном экзамене ЕГЭ по информатике вы не столкнетесь. Практически все задания на кодирование графической информации ориентированы на растровую графику.

Во-вторых, анатомия изображений «в векторе» кардинально отличается от анатомии изображений «в растре».

В векторной графике изображения состоят из простейших графических примитивов, таких как:

точка

линия

окружность

сплайн

кривая Безье

многоугольник

Иногда векторную графику называют математической графикой! Думаю, что теперь вы знаете, почему.

Векторная графика обладает рядом преимуществ по сравнению с растровой графикой:

Картинка «в векторе» занимает незначительный объем памяти на жестком диске.

При масштабировании векторного изображения его качество остается неизменно высоким.

Используя специальные компьютерные программы, достаточно легко вносить правки в структуру векторного изображения.

Думаю, что для общего введения, этой информации про векторную графику достаточно. В любом случае на ЕГЭ вам не придется иметь дело с кодированием изображения «в векторе», менять формулу, описывающую сплайн, или наклон и ширину прямой линии.

Фрактальная графика

Напишу буквально несколько слов лишь для повышения вашего «графического» кругозора. На ЕГЭ по информатике вы $100%$ не столкнетесь с кодированием этого типа графики.

Фрактальная графика в настоящий момент времени очень быстро развивается и является одной из самых перспективных видов компьютерной графики. Этот тип графики сумел объединить математику и искусство, математику и красоту живой природы.

Логично предположить, что фрактальная графика состоит из фракталов.

Фрактал — это структура гомотетичных/подобных объектов.

То есть изображение состоит из одинаковых фигур разного размера, наклона, ширины. Но математически описываются они все одинаково. То есть, если мы рассмотрим один элемент изображения, какой-то один фрактал и изучим его, то мы получим информацию обо всем изображении.

Главное направление фрактальной графики — создание красивейших абстрактных композиций живой/неживой природы.

Посмотрите, какая красота! На самом деле все лепестки этого цветка описываются одной и той же формулой. Просто подставляются разные коэффициенты. В это трудно поверить, не правда ли.

Устройства вывода графической информации

Монитор

Монитор является одним из основных устройств, которое позволяет нам считывать информацию благодаря использованию подключения к видеокарте. В настоящий момент существует множество различных мониторов, причём они различаются как по размеру диагонали, так и по цветопередаче, функционалу и внешнему виду.

Согласно одной из базовых классификаций, можно выделить жидкокристаллические мониторы, графические, монохромные, цветные или устройства на базе электронно-лучевой трубки.

Если про жидкокристаллические все слышали, то электронно-лучевой тип мониторов может вызвать массу вопросов, но на самом деле всё просто. Электронная пушка выпускает пучок электронов, который затем разгоняется по люминофорной поверхности экрана высоким напряжением. Благодаря покрытию, происходит свечение экрана, а благодаря возможности управления, электроны разгоняются по экрану с равной интенсивностью и равной степени заполнения поверхности. При работе такого монитора выделяется множество элементов (таких как рентгеновские и электромагнитные волны, например), которые оказывают нежелательное воздействие на организм человека. В связи с этим, несмотря на функциональные возможности таких мониторов, возникла необходимость в создании жидкокристаллических мониторов.

Жидкокристаллические мониторы: устройство и плюсы

В целом, такой тип монитора является предпочтительным типом устройства вывода информации пк благодаря безопасности своего использования. Конечно, любые устройства так или иначе имеют воздействие на организм человека, но задача технического прогресса состоит, во многом, и в минимизации рисков использования электронных средств для человека. Это и является большим преимуществом, по сравнению с ранее рассмотренным типом мониторов. Также такие мониторы являются более компактными за счёт усовершенствованной технологии работы.

Устройство таких мониторов при этом схоже в некоторых моментах. Так, уже исходя из названия можно понять из чего они состоят — из жидких кристаллов, а если быть точнее – из жидкого вещества, которое имеет свойство переходить в состояние кристаллов под воздействием электрического напряжения. В ходе этого процесса меняется не только форма вещества, но и свойства светового луча – направление, ориентация и тд.

Если говорить об аспектах внутренней работы внешнего устройства, то считывание информации монитором происходит за счёт считывания содержимого видеопамяти, в которой и хранится цифровой вариант изображений.

Для того, чтобы избежать эффекта мерцания монитора, важно было учесть такой факт как частота обновления мониторов. По этому критерию современные мониторы шагнули далеко вперёд и сейчас представляется затруднительным найти мониторы со скоростью обновления до 75 в секунду.

Принтеры

Определение 2
Так или иначе, каждому приходилось иметь дело с этим типом устройств. Они позволяют вывести графическую информацию на бумагу. Принтеры также можно назвать устройствами для вывода текстовой информации. В зависимости от принципа работы, можно выделить три типа таких устройств – матричные, лазерные и струйные.

Матричный принтер является устаревшим типом, так как такие устройства не могут похвастаться ни скоростью, ни качеством, ни бесшумностью печати. Они устроены таким образом, что печатная головка выталкивается стержнями, и ударным действием оставляет на бумаге следы.

Лазерный принтер имеет высокую скорость печати за счёт того, что страница печатается сразу, а не отдельными знаками. Благодаря своему принципу работы, такой принтер можно назвать бесшумным, а разрешающая способность помогает не рисковать качеством печати.

Струйный принтер производит свою работу за счёт печатной головки, которая перемещается по бумаге и оставляет целые полосы текста или изображения. Работа таких принтеров отличается качеством, бесшумностью и быстротой за счёт того, что чернила выбрасываются на бумагу из маленьких отверстий.

Графопостроители

Определение 3
Также этот вид устройств называют плоттером. Они используются в тех случаях, когда есть необходимость напечатать большие графические объекты (например, чертежи или плакаты).

За счёт того, что производится перьевое нанесение объектов, появляется возможность создания более детализированных и точных схем, карт, чертежей и планов.

Проекторы

Определение 4
Проектор – это прибор, позволяющий проецировать информацию, содержащуюся в различных устройствах (это может быть как стационарный компьютер, так и ноутбук, и различные мультимедийные устройства), на большой экран.

Можно выделить несколько видов проекторов.

• LCD. Эти проекторы имеют несложное устройство – жидкокристаллическая матрица формирует изображение с помощью трёх основных цветов. Благодаря этому такие проекторы, как правило, доступны по цене.
• DLP. Отображение трёх основных цветов происходит за счёт формирования изображения цветовым колесом и последовательно отражающей матрицей.
• CRT. Этот вид в данный момент не востребован, но всё же важно разъяснить способ его работы. Опять же – базовые цвета, которые формируют изображение с помощью трех электронно-лучевых трубочек.
• LED. Данные проекторы сейчас довольно востребованы за счёт их долговременности, портативности, мобильности и возможностей. Работа таких проекторов происходит за счёт светодиодов.
• LDT. Эти проекторы также можно отнести к новым, они работают за счёт лазеров. Также как предыдущий вид, имеют множество преимуществ – начиная от качества изображений и заканчивая компактностью.

Звуковая информация

Звуковая информация — это все что можно услышать: музыка, речь человека, шум машин за окном. С древних времен песни и музыкальные произведения передавались из уст в уста, от музыканта к музыканту. Позже придумали способ кодирования музыки с помощью специальных символов – нот.

С появление звукозаписывающих устройств появилась возможность хранения и распространения звуковой информации. Теперь достаточно купить музыкальный диск любимого исполнителя или найти в Интернете понравившуюся композицию.

Виды компьютерной графики

Компьютерную графику по способам создания изображений разделяют на 2 основные разновидности: двухмерную (2D) и трехмерную (3D). В двухмерной графике изображения создаются на плоскости, а в трехмерной — в пространстве.

В двухмерной векторной графике каждое изображение представляет собой набор простых геометрических объектов (точек, прямых, окружностей, многоугольников) с основными параметрами (цветом и толщиной линий). В растровой графике образ состоит из мельчайших точек — пикселей с заданными показателями цвета, прозрачности и яркости.

При работе с 2D графикой художник часто использует специальное устройство — планшет. С его помощью он на плоской поверхности электронным пером — стилусом, как пером или кистью рисует изображение на рабочей поверхности.

Принцип работы с трехмерной графикой кардинально отличается от предыдущего. Здесь действия художника очень схожи с творчеством скульптора. Каждый объект сначала моделируется в специальном трехмерном редакторе, а готовое изображение представляет собой плоскую проекцию совокупности всех исходных объектов.

Растровая графика

Растровые изображения представляет из себя, нечто, похожее на клетчатый лист бумаги, где одна клетка, это одна точка–пиксель, а образуемые ими строки и столбцы собираются в матрицу (растр). У каждого пикселя свой цвет и место, где он расположен. В комплексе, все пикселе образуют изображение.

Растровые изображения обладают следующими характеристиками:

• Разрешение – количество пикселей, приходящихся на единицу площади;
• Размер – ширина и высота в пикселях;
• Цветовое пространство – метод отображения цветов в координатах какой-либо цветовой системы;
• Глубина цвета – наибольшее количество оттенков цветов, которое может содержать изображение.

К плюсам растра относится:

• Реалистичность;
• Возможность автоматизированного ввода информации;
• Быстрая обработка трудных иллюстраций;
• Адаптивность под всевозможные устройства и программы просмотра.

К минусам растровых изображений можно отнести следующее:

• Большой размер занимаемой памяти;
• Невозможность деформации и масштабирования без потери качества.

Устройства звукового выведения информации

К устройствам выведения звуковой информации относятся различные встроенные динамики, колонки и наушники.

Встроенные динамики представляют собой простые устройства, разработанные для выведения звуковых данных. До появления специальных звуковых плат встроенные динамики были базовыми устройствами, воспроизводящими звук.

На сегодняшний день встроенные динамики выполняют функции подачи различных сигналов при работе с компьютером, например, сигналы ошибки, сигналы вызова в некоторых программах.

Устройства, подключаемые к выходам звуковых плат, называются наушниками и колонками. С помощью этих устройств мы можем слушать разнообразную музыку и другие звуковые данные.

Комбинация звуковых и зрительных приборов выведения информации позволяет нам без забот смотреть фильмы, видеоролики и прочие объекты, для восприятия которых необходимо видеть и слышать.

Не нашли нужную информацию?

Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.

Гарантия низких цен

Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.

Доработки и консультации включены в стоимость

В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.

Вернем деньги за невыполненное задание

Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.

Тех.поддержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.

Тысячи проверенных экспертов

Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».

Гарантия возврата денег

Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!

Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока

Гарантия возврата денег

В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы