Dydaktyka Informatyki-grafika komputerowa

Instytut Matematyki Uniwersytet Gdański

Projekt na zaliczenie z GIMPa (wysłać do 05.06.17) Przygotować w programie GIMP plakat zawiadamiajacy o wystawie poświęconej współczesnym trenda w rozwoju informatyki. Na plakacie powinna być informacja gdzie, kiedy i dlaczego warto przyjść na tę wystawę. Powinień być on zarówno czytelny jak i atrakcyjny pod względem graficznym.

Wprowadzenie do multimediów Komputer multimedialny jest wyposażony w różne urzadzenia do prezentacji informacji, która może być tekst, obraz lub dźwięk. Standardowym wyposażeniem komputera sa karta dźwiękowa, głośniki, czytnik CD, DVD lub Blu-ray. Aby można było korzystać ze sprzętu, niezbędne jest odpowiednie oprogramowanie. Współczesne systemy operacyjne wyposażone sa w podstawowe sterowniki multimedialne (np. biblioteka DirectX w systemie Microsoft Windows) oraz odpowiednie oprogramowanie użytkowe (np. Windows Media Player-pozwala słuchać muzyki, ogladać filmy czy korzystać z internetowego radia).

Wprowadzenie do multimediów Podział urzadzeń multimedialnych ze względu na przeznaczenie: 1) prezentacja i przetwarzanie dźwięku głośnik, mikrofon, karta dźwiękowa, 2) prezentacja i przetwarzanie obrazu monitor, drukarka, kamera cyfrowa, cyfrowy aparat fotograficzny, czytnik CD (DVD, Blu-ray), tuner TV. 3) przechowywanie informacji płyta CD, DVD, Blu-ray, pendrive, karta pamięci, dysk trwardy.

Rodzaje grafiki komputerowej Programy graficzne umożliwiaja tworzenie i obróbkę zdjęć i obrazów za pomoca komputera. Używajac określonych narzędzi, można poprawiać wyrazistość, dodawać lub usuwać efekty, kadrować zdjęcia, regulować jasność i kontrast. Piksel to najmniejszy element obrazu wyświetlony na monitorze komputera. Jeden piksel to najczęściej kwadrat (lub prostokat) o bardzo małych rozmiarach, wypełniony w całości jednolitym kolorem. Najprostszy sposób zapisywania obrazu przez komputer polega na zapamiętywaniu ich "punkt po punkcie". Powstaje wówczas tzw. bitmapa albo inaczej obraz rastrowy.

Rodzaje grafiki komputerowej Grafika rastrowa - obraz powstaje przez odpowiednie zabarwienie punktów (pikseli) na ekranie i jest pamiętany w postaci bitmapy (mapy bitowej, czyli zbioru pikseli). Dobrym określeniem obrazu bitmapowego jest płótno, ponieważ w rzeczywistości praca z bitmapa przypomina malowanie. Do tworzenia grafiki rastrowej służy m.in. Paint, czy Gimp.

Rodzaje grafiki komputerowej Grafika wektorowa - sposób tworzenia i przechowywania w komputerze ilustracji, które sa reprezentowane w postaci równań figur geometrycznych (odcinków, łuków, okręgów, elips). Dzięki temu poszczególne elementy obrazu moga być przekształcane niezależnie i obraz nie traci na rozdzielczości. Zajmuje mniejszy obszar pamięci, niż zapisany w graficie rastrowej. Łatwo poddaje się zmianom wielkości, nie tracac przy tym na jakości. Do tworzenia grafiki wektorowej służy m.in. OpenOffice. org Draw, Inkscape, czy CorelDRAW.

Rodzaje grafiki komputerowej W grafice trójwymiarowej, zwanej również grafika 3D, podobnie jak w grafice wektorowej, opis obrazu jest matematyczny, zawiera jednak dodatkowo informacje o położeniu obiektu w trzecim wymiarze (głębokość). Definiowane sa położenie patrzacego w przestrzeni trójwymiarowej, informacje o oświetleniu (liczba źródeł światła, ich kolor i natężenie), określany jest rodzaj powierzchni obiektów (matowy, błyszczacy, przezroczysty, lustrzany) itp. Można zdefinioważ również ruch obiektów (obrót, przesunęcie), zaprogramować ruch obserwatora, ruch świateł itp. Ten typ grafiki daje niezwykle realistyczne efekty i jest wykorzystywany m.in. w filmach (np. Park Jurajski, Avatar) oraz w grach komputerowych (np. Wiedźmin, Crysis). Niestety ten typ grafiki komputerowej wymaga olbrzymiej ilości obliczeń, a więc i komputera o odpowiedniej mocy. Do tworzenia grafiki trójwymiarowej służy m.in. 3DStudio Max, czy Lightwave 3D.

GIMP-podstawy GIMP jest objęty Powszechna Licencja Publiczna GNU, co oznacza, że jest wolnym oprogramowaniem i zgodnie z założeniami licencji użytkownik może udostępniać i zmieniać kod źródłowy, dokonywać własnych przeróbek w obrębie tego oprogramowania oraz dowolnie je wykorzystywać do tworzenia nowych programów. Program GIMP oferuje kilkanaście narzędzi rysowniczych, domyślnie zgrupowanych w dolnej części paska narzędzi. Ich cecha wspólna jest to, że pociagnięcie powstaje przy pomocy przeciagania kursora myszy na obrazie.

GIMP-podstawy Otwórz program GIMP. Otwórz Nowy arkusz (Plik->Nowy) i ustaw jego rozmiary: 15 cm na 12 cm. Zwróć uwagę w jakich jednostkach możemy podawać wymiary obrazu. Kliknij na plus przy opcjach zaawansowanych i zapoznaj się z nimi. Zapoznaj się z elementami przybornika. Zwróć uwagę w jaki sposób wybieramy kolor narzędzia. Narysuj dowolny obrazek. Zapisz pracę. Zwróć uwagę na rozszerzenie pliku. Wybierz z menu polecenie Obraz i sprawdź działanie zamieszczonych tam funkcji.

GIMP-podstawy Na żółtym tle narysuj: a) za pomoca pędzla w kształcie gwiazdki niebieska linie prosta o rozmiarze 200. (przy pomocy shifta); b) za pomoca stalówki czerwony prostokat bez wypełnienia (zaznaczenie prostokatne, Edycja >Rysuj wzdłuż zaznaczenia); c) elipse z wypełnieniem (Edycja >Wypełnij kolorem pierwszoplanowym).

GIMP-podstawy Otwórz nowy arkusz o wymiarach kartki A4 ułożonej pionowo. Zwróć uwagę jakie szablony mamy do wyboru. Narysuj dowolny przedmiot. W oknie warstwy utwórz nowa warstwę. Narysuj nowy przedmiot tak, aby częściowo zasłaniał on ten pierwszy przedmiot. Zmień krycie na około 60%. Jaki to dało efekt? Przy jednej z warst wyłacz oczko. Następnie włacz je ponownie. Wybierz Obraz >Spłaszcz obraz. Jaki jest tego efekt? Bardzo ważne jest to, że w programie Gimp mamy możliwość rysowania na warstwach. Umożliwia to nam zmianę konkretnego elementu obrazu bez naruszania reszty obrazu. Jeśli już zapoznamy uczniów z podstawowymi funkcjami programu (Tux Paint, Paint czy Gimp) to ciekawym zadaniem dla uczniów może być:

GIMP-podstawy 1 Zilustruj piosenkę Kubusia Puchatka. Plik zapisz pod nazwa chmurka. Jak to miło chmurka być, Niebem płynać jak po wodzie. Mała chmurka na dzień dobry Taka piosenkę śpiewa co dzień: Jak to miło chmurka być, Niebem płynać jak po wodzie. I od rana na dzień dobry Taka piosenkę śpiewa co dzień: Jak to miło chmurka być... 2 Wykonaj ilustrację do ostatnio obejrzanego filmu.

GIMP-podstawy 3 Wykonaj kartkę świateczn a wielkości koperty. Czy podanie zadania wymagaja kreatywności od uczniów? Które z zadań nadaje się dla starszych a które dla młodszych dzieci? Jak myślisz czy wybór tematu pracy powinien zależeć też od wieku dzieci? Co musimy wiedzieć przed wykonaniem zadania 3? Czego takie zadania ucza oprócz samego posługiwania się programem graficznym? (do domu) Zapoznać się z tekstem: D. Lula, GIMP-podstawy str. 1 8.

Modele barw Kolor na ekranie powstaje przez zmieszanie trzech podstawowych barw: czerwonej, zielonej i niebieskiej. Jeżeli na ekranie nie występuje żadna z powyższych barw składowych uzyskujemy kolor czarny. Maksymalnie natężenie wszystkich barw składowych daje kolor biały. Ten model barw nazywamy modelem RGB (z ang. Red, Green, Blue). Dla człowieka wybór właściwej barwy w tym modelu jest niestety skomplikowany.

Modele barw Znacznie łatwiej jest określić barwę za pomoca trzech parametrów: odcienia barwy (np. zielona, niebieska, czerwona itd), nasycenia (od nasyconej do pastelowej), intensywności lub jasności (od jasnej do ciemniej). Taki model barw nazywamy modelem HSV lub HSB. Jeszcze inny jest sposób uzyskania barw w druku. Tutaj pożadany kolor otrzymujemy przez zmieszanie barw: zielononiebieskiej (ang. cyan), purpurowej (ang. magenta) i żółtej (ang. yellow). Teoretycznie zmieszanie tych trzch składowych w maksymalnym natężeniu powinno dać kolor czarny, jednak w praktyce, ze względu na niedoskonałość pigmentów w farbach drukarskich, kolor ten jest ciemnoszary. Aby uzyskać pełna paletę dodajemy czwarta składowa czarna. Ten model nazywami modelem CMYK (ang. Cyan, Magenta, Yellow, black).

Modele barw Program GIMP daje nam możliwość zobaczenia zdjęcia w wybranym kolorze z modelu RGB. Otwórz dodwolne kolorowe zdjęcie. W oknie Warst kliknij na ikone trzech kolorowych warstw. Wyłacz kolejno odpowiednie barwy, aby została tylko jedna. Zmieszaj po dwie barwy.

Modele barw Ponieważ we wszystkich urzadzeniach wyświetlajacych jest wykorzystywany model RGB, a w urzadzeniach drukujacych model CMYK, zwykle nie jest możliwe dokładnie odwzorowanie zawartości ekranu na drukarcie ani np. zeskanowanie zdjęcia przy zachowaniu wszystkich odcieni. W najprostszym przypadku kolor każdego piksela można przedstawić dwustanowo: piksel zapalony (kolor biały) lub piksel zgaszony (kolor czarny). Te dwa stany można zapisać za pomoca dwóch wartości: 1 i 0, a więc jednego bitu. Tryb ten (z ang. lineart) nadaje się do przedstawienia tekstów, prostych schematów itp.

Modele barw Inny rodzaj obrazów to obraz w skali szarości (ang. greyscale). Rozróżnamy tutaj stany pośrednie pomiędzy biela a czernia odcienie szarości. Najczęściej wszystkich możliwych odcieni jest 256 = 2 8, wówczas do zapisu jednego piksela potrzeba 8 bitów (1 bajt). W trybie koloru indeksowanego (ang. indexed colour) mamy ściśle określona liczbę kolorów i wynosi ona 16 (4 bity/piksel) lub 256 (8 bitów/piksel). Tryb ten nadaje się do prostych rysunków i animacji (cliparty, przyciski na stronach WWW, banery reklamowe), nie nadaja się natomiast do zapisu fotografii.

Modele barw Zaawansowana metoda opisu barwy punktu jest tryp tzw. prawdziwego lub pełnego koloru (ang. true colour). W trybie tym mamy do dyspozycji ponad 16 milionów barw (dokładnie 2 24 ). Każdy piksel jest opisany przez 3 składowe, a każda składowa przez liczbę z zakresu od 0 do 255. Jest to najbardziej dokładny sposób, ale jego wada jest duża objętość obrazu w pamięci komputera. Oblicz, ile miejsca w pamięci komputera zajmuje obraz o rozdzielczości 800 600 pikseli, zapisany w trybie dwukolorowym, w odcieniach szarości oraz w pełnym kolorze.

Podstawowe formaty graficzne Format graficzny - to sposób, w jaki zostaja zapisane informacje o obrazie. Od rodzaju formatu zależy sposób zapisu oraz kompresji (pod warunkiem że dany format obsługuje kompresję). Kompresja obrazu to taki sposób zapisu pliku graficznego, który umożliwia zmniejszenie jego rozmiarów. BMP to standardowy format systemu Windows. Obraz zapisany w tym formacie jest mapa bitowa, mogac a zawierać bezstratna kompresje RLE.

Podstawowe formaty graficzne Wykonaj w programie Paint rysunek składajacy się z kilku figur geometrycznych (użyj kilku kolorów). Zapisz go w palecie 24-bitowej, a następnie jako mapę bitowa 256-kolorowa, 16-kolorowa i monochromatyczna. Sprawdź rozmiary zapisanych plików. Zapisz wnioski. Otwórz w Paincie zdjęcie zapisane w formacie JPEG. Zapisz je wybierajac typy plików: GIF, następnie - mapę bitowa 24-bitowa, mapę bitowa 256-kolorowa, 16-kolorowa i monochromatyczna. Sprawdź rozmiary zapisanych plików. Zapisz wnioski.

Podstawowe formaty graficzne W przypadku zapisu pliku w formacie GIF następuje zmniejszenie rozmiaru pliku poprzez redukcje palety barw do 256 (lub mniejszej liczby) kolorów. Format GIF stosuje się do kompresji algorytmów bezstratnych, ale po zapisaniu obrazu w tym formacie zostaja utracone informację o kolorach, co wynika z ograniczonej liczby kolorów GIF-a. Kompresja bezstratna to sposób zapisu pliku graficznego bez utraty jakości, przy jednoczesnym zmniejszeniu jego rozmiarów.

Podstawowe formaty graficzne Kompresja w pliku w formacie JPEG ma charakter stratny, co oznacza, że obrazy zapisane w tym formacie traca na jakości podczas kompresji. Format JPEG stosuje się do zapisu fotografii, a GIF do zapisu obrazów, ikon, rysunków, linii, ramek z niewielka liczba kolorów i z dużymi kontrastami.

Ciekawostka (zastosowanie kompresji) Przykładem bazy danych w której przechowuje się ogromna ilość danych jest baza danych odcisków palców dla FBI. Baza ta zawiera trzysta milionów rekordów a w każdym z nich jest zapisanych dziesięć odcisków. Dawniej odciski uwieczniano na papierowych fiszkach i przechowywano je w takiej postaci. Przeszukiwanie tak przygotowanego zbioru było bardzo niewygodne. Postanowiono przenieś te dane do postaci cyfrowej.

Ciekawostka (zastosowanie kompresji) Całe archiwum zajmuje przestrzeń trzech tysięcy terabajtów i nadal rośnie. Władze FBI podjęły decyzje, że trzeba dane te poddać kompresji. Format JPEG nie spełniał wymogów stawianych przez biuro, więc w 2002 roku zdecydowało opracować własny system kompresji. W ten sposób powstała metoda WSQ kwantyzacja falkowo-skalarna. Standard WSQ pozwala zmniejszyć objętość danych do 5% jej wartości poczatkowej przez usunięcie z obrazu drobnych szczegółów odcisków. Ani ludzkie oko, ani dzisiejsze komputery nie potrafia analizować obrazów z tak duża dokładnościa, więc dane te sa zbędne. (do domu) Terabajt, gigabajt, megabajt i kilobajt ile to bajtów? Jakie maja znaczenie te przedrostki w układzie SI a jakie w układzie dwójkowym?

GIMP-podstawy Używajac narzędzi służacych do zaznaczania obszaru narysuj czerwony kwadrat oraz elipsę bez wypełnionego tła. UWAGA: Po zakończeniu pracy nad figura, należy w Przyborniku wybrać zaznaczenie prostokatne a następnie kliknać myszka w dowolny obszar w oknie roboczym, aby linia przerywana dookoła naszej figury zniknęła. Tak należy postępować z każdym elementem, jeżeli jest on otoczony przerywana linia i znajduje się w naszym oknie roboczym! Wybierajac z menu głównego Filtry >Redendowanie >Gfigury narysuj kilka figur. W jaki sposób zmieniamy grubość pisaka i kolory? Do czego służy narzędzie promyki?

GIMP-podstawy Przykłady zadań szkolnych. 1 Narysuj łańcuch zbudowany z 12 kół (jak korale). Wypełnij koła odpowiednia barwa tak, aby układały się w tęczę. 2 Narysuj dwa prostokaty. W każdym z nich narysuj po 5 różnej wielkości kół. Koła moga na siebie nachodzić. Wypełnij koła barwami: w pierwszym prostokacie barwami należacymi do ciepłej gamy kolorów, a w drugim barwami zimnej gamy. 3 Narysuj cztery zachodzace na siebie kwadraty. Pokoloruj kompozycję, zachowujac symetrie w układzie barw. Jakie umiejętności kształtuja u uczniów powyższe zadania. Wykonaj zadania od 1 do 3 w programie GIMP. Narysuj twarz i sporzadź w osobnych warstwach trzy fryzury. Nazwij warstwy fryzura 1 itd

(do domu) Przeczytać rozdz. Nasza niewyraźna planeta. Matematyczne zasady fotografii cyfrowej. Str. 57-65 z ksiażki R. Elwes Matematyka i już. Na podstawie tej literatury odpowiedzieć na pytania: 1) Od czego zależy rozdzielczość obrazu cyfrowego? Jaka jest przeciętna rozdzielczość współczesnych aparatów? 2) W jaki sposób sa uzyskiwane kolory na obrazach cyfrowych? Jak to było robione w latach osiemdziesiatych XX wieku? A jak to jest robione teraz? 3) Omów w jak najprostszy sposób (na konkretnym przykładzie) na czym polega kompresja obrazu. 4) Omów w kilku zdaniach w jaki sposób obraz jest kompresowany w formacie JPEG. 5) Czy liczba obrazów jakie kiedykolwiek moga być zrobione aparatem cyfrowym jest skończona? Dlaczego? (Zakładamy, że zdjęcia można by robić wiecznie.)

GIMP-podstawy Aby stworzyć ciekawe tło można n.p. użyć narzędzie gradient (tzw. przejście pomiędzy kolorami). Narzędzie gradient przynosi bardzo ciekawe efekty kolorystyczne przy zmianie opcji trybu i kształtu gradientu. Użyj narzędzia gradientu na całym obszarze roboczym. W oknie gradientu wypróbuj różne gradienty, tryby, krycia i kształty. Użyj gradientu tylko w wybranym prostokatnym fragmencie obszaru roboczego. Wstaw w tym fragmencie jakiś napis. W jaki sposób zmieniamy wielkość i rodzaj czcionki.

GIMP-podstawy UWAGA: Tekst można jeszcze poprawiać, jeżeli istnieje zaznaczenie wokół niego. Aby usunać zaznaczenie wokół tekstu wybieramy: Obraz > Spłaszcz obraz lub Obraz > Połacz widoczne warstwy... Aby wyciać element z jednego obrazu i wkleić do drugiego zaznaczamy najpierw obszar który chcemy wyciać (narzędzia zaznaczania obszaru lub nożyczki) a następnie robimy kopiuj (lub wytnij) i wklejamy do drugiego obrazu. Zaznacz niewielki element z jednego obrazu zaznaczeniem eliptycznym. Zaznacz zmiękczanie krawędzi i ustaw na 100%. Wklej element do nowego obszaru roboczego. Powiększ go. Zaznacz za pomoca inteligętnych nożyczek. Zmniejsz i wklej do innego obrazu. Wybierz Warstwy >Zakotwić warstwę.

GIMP-podstawy Program GIMP ma wiele narzędzi służacych do zmiany wygladu obrazu. Możemy to uczynić za pomoca bardzo wielu filtrów. Np. Filtry >rozmycie > >pikselizacja do zamazywania twarzy, >rozmycie w ruchu, >rozmycie Gaussa umożliwia zmianę ostrości zdjęcia >selektywne rozmycie Gaussa umożliwia uwypuklenie elementów na pierwszym planie. Filtry > Uwydatnianie > >wyostrzenie, >usuwanie efektu czerwonych oczu. Filtr >artystyczne >film rysunkowy. Aby zmienić kolorystykę zdjęcia: narzędzia > narzędzia kolorów > krzywe.

GIMP-podstawy Wypróbuj podane wyżej narzędzia na swoich obrazach. Otwórz jeden obraz. Wybierz Plik >Otwórz jako warstwę i wybierz drugi obraz. Zmień krycie drugiego obrazu. Wybierz Obraz >Spłaszcz obraz lub połacz widoczne warstwy.

GIMP-podstawy Spróbuj stworzyć swój fotomontaż. Użyj kilku obrazów. Skorzystaj z poznanych narzędzi i odkryj nowe. (praca domowa) Zapoznać się z tekstem: D. Lula, GIMP-podstawy str. 9 32.

Ciekawostka (kompresja fotografii) Zawodowy grafik potrafi dostrzec ślad kompresji, jeśli w jej wyniku obraz zostanie zmniejszony do 10% pierwotnego zdjęcia, natomiast laik dostrzeże zmiany, dopiero gdy rozmiar zdjęcia spadnie do 2 3%. Oznacza to, że dzisiejsze aparatu moga zapisać nawet dziesięć razy więcej obrazów skompresowanych na karcie pamięci, a eksperci i tak moga mieć jeszcze trudności z ocenieniem, czy do kompresji rzeczywiście doszło.

Ciekawostka (kompresja fotografii) Gdy robisz zdjęcia, które sa zapisywanie w formacie JPEG zostaja one automatyczne poddane kompresji. W fotografii profesjonalnej używa się sprzętu zapisujacego pliki w formacie RAW, w sposób kompletny bez żadnej kompresji. Plik uzupełniony jest dodatkowymi informacjami, zawierajacymi datę i godzinę wykonania zdjęcia, ekspozycję itp. Pliki RAW sa bardzo duże, ale w dzisiejszych czasach karty pamięci staja się coraz bardziej pojemne.

GIMP-podstawy Napisać słowo ZAPROSZENIE, ustawić rozmiar czcionki 40 i krój czcionki Segoe Print Bold. Wybierz porzuć informacje o tekście i pokoloruj litery. Napisać słowo ZAPROSZENIE, ustawić odpowiedni rozmiar i krój czcionki. Wybierz kanał alfa zaznaczenie (różowy kwadracik). Utwórz nowa warstwę kolorowanie. Pokoloruj pędzlem litery. Użyj kilku kolorów. Wyłacz wszystkie warstwy oprócz tło. Utwórz nowa warstwę gradient. Użyj wybrany gradient na napisie. Wybierz Filtry >Światło i Cień >Rzucanie Cienia.

Praca z fotografia Wykonaj następujace czynności na dowolnych zdjęciach: kadrowanie zdjęcia (str. 18) prostowanie zdjęcia (str. 20) zmiana kolorów fotografii (str. 24) retusz starego zdjęcia (str. 27) usuwanie niechcianych fragmentów zdjęcia (str. 29) retusz twarzy (usuwanie pieprzyków, zmiania koloru oczu i włosów) (str. 51)