多媒体中的图形图像

2.1多媒体作品中的图形、图像

发布：杨建荣 时间：2011/12/5 16:22:10 来源：宁夏教研网 点击：1962 讨论：0

第二章第一节 多媒体作品中的图形、图像 本节教学时数2课时 1．教学目标 维度 学习目标 （1）了解数字化图形、图像的概念和特点 （2）理解像图像数字化表示的基本原理 （3）理解图形、图像存储格式的含义，掌握常用存储格式类型和特点 （4）理解数据压缩的基本原理，掌握图形、图像文件存储和压缩的基本方法 （1）了解信息表达中对图形图像的需求 （2）明确运用图形、图像是实现有效表达、交流的重要方法 （3）能根据表达目标和信息技术环境，恰当地选择图形、图像 （4）能根据需求及环境，选择合适的工具，以恰当的方式和格式存储图像 知识与技能 过程与方法 （1）感受图像在信息表达的独特作用，激发学生探求图像处理技术的欲情感态度与价值观 望 （2）感受数字化图像对日常生活的影响 2．主要内容介绍

本节在信息技术基础课程的相关内容基础上，通过观看、欣赏图像信息表达的实例，感受图形、图像在改善人机交互的效果、提高信息交流的效率方面的价值。并通过对图像进行观察与分析，结合对教材的阅读，引领学生进一步理解像图像数字化表示的基本原理。

本节共有四部分，分别是：“图形、图像的视觉意义与特点”、“图形、图像的数字化表示”、“图形、图像的存储”、“图形、图像文件的压缩”。本节内容含量较大，教学难度也较大，而计划课时只有二课时，教学过程相对紧张，教师在教学时，应抓住重点，使学生把握本节所要掌握的最基本内容基础上，全面了解教材中的相关内容。本节建议课时分配为“图形、图像的视觉意义与特点”、“图形、图像的数字化表示”一课时、“图形、图像的存储”和“图形、图像文件的压缩”一课时。

第一部分通过阅读图文并茂的作品“纺织领域中一种新型的纺织材料—大豆蛋白纤维”，以及实践活动，使学生感受图形、图像的特殊魅力，分析图形、图像的表达特点，并总结出图形、图像有信息表达中的视觉意义，激发学生利用图形、图像表达信息的兴趣。在本部分教学中，也可采用一些更加生动、鲜活的图像，如表现奥运会运动员拼博精神的、或者5·12地震给人类带来巨大灾难的图像等等。使学生在观察图像的过程中，体验到更加丰富、细腻、真实的情感表达，体验到图像对人的情感的冲击。感受图形、图像在提高信息交流的效率方面的价值。我们还可以组织学生在课前找出一些贴近自己生活的生动的例子，并在课程上向同学展示，说明图片所要表达的主题，图片中所包含的信息及其对表达主题的作用，并从审美角度对图片进行评价。这样一方面使学生充分认识到图形、图像的视觉意义与

特点，在设计图片或多媒体作品时，能够恰当地利用图片表达自己的思想；另一方面使学生通过评价与鉴赏图片，体验其创作思想，明了其中所蕴含的意义，感受信息文化，增强信息意识，激发学生自主学习和主动探究本章学习内容的积极性。这部分内容的教学即是教学目标的要求，同时也为后续课程创设了良好的学习情境。

第二部分共有五个内容：“比较模拟图像和数字图像”、“图形、图像数字化原理”、“模拟图像转化为数字图像”、“图形、图像的分类”、“影响图形、图像显示效果的因素”。

第一个内容“比较模拟图像和数字图像”， 可采取先行组织者教学策略，首先对模拟图像和数字图像的概念作了简要的描述，因为学生在先前的学习和生活中，已经较多接触两种图像，因此，可以在教师的引导下，组织学生通过讨论总结出两种图像各自的特点。

“图形、图像数字化原理”介绍了采样的概念及相关的两个重要参数。其中，分辨率这个名词广泛应用于数字影像的整个领域，而在不同领域中的内涵和表示方法并不一致，因此，这里对多媒体技术中常用的几种分辨率的概念进行了解释。在学生先前的经验和知识结构中，与“图形、图像数字化原理”相关内容很少，在进行教学时，可通过实验、观察，运用发现式和启发式教学，使学生由简到繁、由浅入深，循序渐进地逐步推进最近发展区，认识图像的数字化过程。

“模拟图像转化为数字图像”通过实践活动使学生了解图像数字化的途径及其特点，使学生能够根据工作需求，恰当、高效地获取比较理想的数字化图像。在进行这个内容的教学时，可组织学生以小组讨论的形式，对先前学习和生活中采集图像的经验进行总结。

“图形、图像的分类”主要介绍位图图像与矢量图形的概念及特点，学生在学习《信息技术基础》时，就已经接触相关的概念，因此这部分的教学中，重点应放在位图图像和矢量图形的特点分析。同时，应使学生认识到数字图形、图像的获取有两种方式：将模拟图形、图像数字化和利用绘图软件制作图形、图像。将模拟图形、图像数字化后以位图图像存储在介质中；而利用绘图软件制作的图形、图像，根据使用的软件及制作方法的不同，可能是位图图像，也可能是矢量图形。

“影响图形、图像显示效果的因素”通过实践活动使学生对影响位图显示效果的最主要因素—分辨率有一个更深入的理解，在进行这段内容教学时，还可以组织学生利用扫描仪以不同的亮度、对比度和饱和度扫描图片，再利用视图软件或 Photoshop观察分析扫描结果。

第二部分的重点是“图形、图像数字化原理”，而其中的“采样”及其相关概念又是重点中的重点。“图形、图像的分类”在《信息技术基础》中学生学过相关知识，这里是对相关内容进行更深入的描述。“影响图形、图像显示效果的因素”的目的也是使学生加深对采样的相关概念的理解。

第三部分主要介绍了一些常见的图形、图像的存储格式及其特点，并通过实践活动使学生感受各种图形、图像的表现效果。图形、图像一般是经过一定的编码技术压缩后以文件的形式存储在介质中，因此，在教学过程中，将这部分内容放在第四部分后面，学生可能更加容易理解。

第四部分包括“数据压缩的基本原理”、“多媒体文件的压缩”两个内容。

在内容安排上，教材首先给出了“数据压缩的基本原理”这样的上位概念，介绍了数据压缩的相关概念、香农提出的基于信息熵的编码定理，以及无损压缩和有损压缩的概念。通过实践使学生感受文本文件与多媒体文件压缩的特点，以及有损压缩和无损压缩的特点，熟悉文件压缩的两类方法。

“多媒体文件的压缩”包括“图像文件压缩”、“压缩的基本过程”和“其它多媒体文件的压缩”三个内容。重点是“图像文件压缩”，主要介绍了图像文件压缩的理论依据及方法；“压缩的基本过程”是教学难点，在教学应充分利用自制的教学课件，通过示意图使教学内容更加直观、形象；音、视频文件的压缩与图像文件的压缩有着一些类似之处，“其它多媒体文件的压缩”为后续相关课程的教学做好了知识和方法的铺垫。

第四部分的重点是使学生理解无损压缩和有损压缩。 3．教学重点、难点分析 教学重点：

图形、图像的数字化表示：它是多媒体技术应用中三个数字化表示原理的第一个，在后续课堂教学中，“声音的数字化表示”、“视频的数字化表示”与图像的数字化表示有相通或类似的思想，图像的数字化表示的学习，对后续的两节课堂教学有着重要奠定基础和方法迁移的作用。

教学难点：

图像的数字化表示：学生没有相关或类似先前经验，以及学生二进制数字相关知识的缺乏，图像的数字化表示方法在本节甚至本课程中也是一个难点。

4．教学案例推介 案例一

图像的数字化表示

（一） 学习任务分析

本节课主要是向学生介绍在信息技术设备中存储的图像是如何用数字形式表示出来的。包括两部分：1.图像的分割，即以像素为基本单元，组成数字化图像；2.像素的数字化表示方法。本节课的教学的顺利完成，对后续的课堂教学有着重要奠定基础的作用。它是本课程理论部分教学的重点。

（二） 学习者分析

学生没有相关或类似先前经验，甚至由于初中的应试教育，导致学生对信息技术的更基础的二进制数字还相当陌生，因此，对学生进行课前针对性的补习辅导十分必要。

（三） 学习目标分析 1．知识与技能

（1）了解图像在多媒体技术中的表示方法 （2）理解图像数字化表示的相关概念 （3）能够估算图像在计算机中存储的大小

2．过程与方法

（1）体会图形、图像的视觉意义

（2）认识图形、图像表达信息的效果与特点

（3）能主动利用数字化图像解决日常生活、学习中遇到的的问题 （4）能主动利用数字化图像呈现信息、发表观点、交流思想、开展合作 3．情感态度与价值观

（1）通过观看演示文稿，使学生感受图像在信息表达的独特作用，激发学生探求图像处理技术的欲望

（2）感受数字化图像对日常生活的影响 （3）引导学生负责地、健康地使用信息技术 （四） 教学策略的选择与设计

教法：为了帮助学生正确理解图像的数字化表示方法，教师在每个教师环节努力为学生创设一个鲜活的教学情境，集中学生注意力，并激发学生学习兴趣，提出由浅入深、由表及里、循序渐进的启发性问题引起思考。教学活动以启发式教学为主，根据各环节教学内容，灵活运用各种教学策略。

学法：独立思考与小组讨论，通过一些计算强化对概念和方法的理解 （五）教学程序设计

环节一： 引入课题、体验和认识图像的信息化表达 （一）课题的引入，依次提出如下问题： 1． 信息是以什么形式存储在计算机中? 2． 信息的载体有哪些形式？ 3． 图像以什么形式存储在计算机中？

4． 我们要利用现代的信息技术存储、加工、传递图像，需要对图像进行如何处理？ 这四个问题中，第1、2问题是两个先前经验(在课前补习已经知道、在信息技术基础的学习中已经知道)，在此基础上，通过对第三个问题的回答，得出（构建）对新问题的理解（新的知识的意义），而第4个问题的回答，引出的本节的课题（板书：图像的数字化表示）。本步骤教学中，采用先行组织者策略，通过由上位到下位的几个问题，一步一步进行启发，使学生很快理解图像数字化的概念。

（二）数字化图像的体验

播放一组主题为“举重”的图像，组织学生讨论运动员在举重比赛过程中，抓举前、抓举中、抓举成功以及在领奖台上的表现，使学生在100秒的图像播放中，感受到丰富、细腻、真实的情感表达。

本步骤实现信息技术新课标中的情感目标，以及“多媒体技术应用”模块目标中的“体验和认识利用多媒体技术呈现信息、交流思想的生动性和有效性”。从而激发学生的学习动机，促使学生积极、主动地构建新的知识的意义。

本步骤还为下一教学环节提供了一个鲜活的问题情境。

环节二： 像素的概念 1．情境创设

本环节的情境与上环节情境相承接，在学生被运动员的奋力拼博、挑战自我、冲击极限的精神深深感染时，告诉学生还有几张更好的照片，因为某种原因，没有放入演示文稿，激发学生观看这些图像并发现问题的强烈愿望。

2．发现问题

在此情境下，组织学生打开事先已存入服务器中的这些图像，在教师的引导下、学生通过操作、观察，发现没有放入演示文稿的原由：

（1） 这些图像太小

（2） 这些图像放大后，发生模糊 3．问题启发，理解概念

然后，再组织学生利用编辑软件，打开这些图像，再反复放大，缩小，通过操作、观察，提出问题：

（1） 存储在计算机中的这几幅图像是由什么组成的？ （2） 为什么这几张图像小？

这两个问题为启发学生理解像素的概念，提供了问题性支架。其中问题（1）引出像素的概念；问题（2）启发学生加深对像素概念的理解。

4．列举生活实例

请学生列举生活中接触到像素的实例，并提问： （1）你接触到的数字图像设备是多少像素的？

（2）作为数字图像设备的重要指标，为什么像素数越大越好？

本步骤强化对知识的理解，并实现多媒体技术模块的课程目标中：“关注多媒体技术对人们的学习、工作、生活的影响”、及“了解多媒体技术在数字化信息环境中普遍性。

环节三： 像素的数字化

通过上一环节的学习，学生知道数字化图像是由像素组成的，这样探讨图像的数字化表示，只需要探讨像素的数字化表示方法。

本环节是本节课的重点，也是本节课的难点。学生没有先前的相关或类似的经验，且学生对二进制没有真正消化理解，只有课前临时性的补充，只具备感性的、表面的认识。为此，本环节采取由浅入深、循序渐近、通过问题启发，逐步推进最近发展区的策略。为了激发学生学习兴趣，使学生能够仔细观察思考，沿着老师所引导的路线一步一步地摸索下去，从而实现教学目标。本环节以学生普遍喜欢的一个明星照作为素材，并进行处理，形成四个图像作为学习情境，并作为学生观察分析的支架。

(一) 单色位图的数字化 1． 创设情境（展示图片）：

2．在此情境下，依次提问 （1） 图像特点？

（2） 图像中每个像素的特点？ （3） 每个像素如何用二进制表示？

本过程中提供的情境是最简单的数字图像，在启发学生回答第二个问题时，为帮助学生观察、分析，将图片放大并为像素加边框线，如图。

在启发学生回答第三个问题时，为帮助学生直观、形象理解每个像素的数字化表示方法，为学生播放如下图。

(二) 灰度图像

从复杂程度讲，灰度图像位于单色位图与彩色图像之间，本部分是本环节的难点，也就是本课的难点中的难点，为此将本部分再分为2位和8位两个步骤，从而降低学生的学习梯度。

1．2位灰度图像 （1）展示2位图像如图

（2）在此情境下，依次提问 a) 图像有几种颜色的像素？

b) 每个像素能否用一位二进数表示？为什么？ c) 每个像素如何用二进制表示？

在学生回答出问题a)时，展示2位颜色列表（下图中的左侧），使更多同学通过颜色列表与图像的对比，清晰观察出每个像素的特点。

问题b)是为了使学生产生认知冲突，从而激发学生的思维动机，驱使学生积极思索。 在学生回答出问题c)时，展示出颜色列表中每个颜色对应的二进制数（下图中的右侧），使更多学生更清楚理解如何用二进制数表示逐渐变化的每个颜色。

2．8位灰度图像 （1）展示8位灰度图像

（2）提示：表示这幅图的颜色列表中有由黑到白共256种颜色 （3）提问：

a) 表示这幅图像的每个像素应该用几位二进制数表示？

b) 颜色列表中最黑的颜色怎样用二进制表示，最白的颜色怎样用二进制数表示？

8位灰度图像共256种颜色，不能用单色位图和2位灰度图像的教学方法，通过观察来发现问题和解决问题。因此，这里需要老师进行必要的提示。在学生掌握单色位图和2位灰度图像以后，学生可以较容易回答本步骤的两个问题，并顺利实现最近发展区的推进。同样，这里也需要展示出颜色（示意图）列表及其对应的二进制数，使更多的学生清楚理解颜色列表与二进制数的对应关系。

(三) 彩色图像 2． 展示24位彩色图像

3． 依次提问：

（1） 电脑显示器的色彩模式是什么？ （2） RGB分别表示什么？

（3） （展示颜色列表，提示：在电脑中每种颜色是按照由亮到暗逐渐变化规定出颜色列表的。）彩色图像的每个像素是怎样呈现出来的？

（4） 如果每个列表中有256种颜色，那么每个列表中的每种颜色应怎样用二进制数表示呢？

（5） （展示组成图像的颜色列表，提示，图像中每个像素就是由这三个颜色列表中，每个列表中取出一种颜色，将这三种颜色相加而成。）图像中每个像素能不能用

一个二进制数表示呢（提示：每个列表中有256种颜色）？表示每个像素需要用几位二进制数呢？

（6） 白色、黑色、红色、绿色、蓝色像素如何用二进制表示？

在提出第（1）个问题时，由于前期理论课的不足，学生对每一个问题可能一时回答不出来，可以提供几个选项，从学生选择，这样可以调动学生先前不太清晰的经验。第（2）个问题由先前经验加上英语知识的迁移，学生也可较顺利回答。在第（1）（2）问题的回答基础上，学生很容易回答出第（3）、（4）、（5）问题。这样学生根据已有的认知结构，逐步回答出由上位到下位的问题，沟通新旧知识间的内在联系。

环节四： 巩固运用

通过前面的学习，使学生对图像数字化表示的概念及表示方法有了一定的理解，本环节的目的是加深对所学内容的认识，了解与图像数字化表示相关的一些概念，感受图形编码的意义。同时，促进陈述性知识向程序性知识转化，提高解决问题的能力。

1． 教学情境：

展示一幅由教师利用自己的数码相机拍摄的图像

2． 计算：

a) 学生打开服务器中文件“计算.xls”，由教师讲解表中相关概念

告诉学生，这幅图像也是由0、1组成(支架)，且这幅图像0、1个数与第二幅图像的相同，并提出问题：“这幅图像与前两幅比较，又有什么不同？”

学生很快回答出： 1．第三幅图像中0、1更小 2．第三幅图像中0、1距离更近 4．第三幅肖像看起来像一幅连续的画面

在此基础上，组织学生讨论：“通过刚才的观察、比较、分析，我们可以得出什么结论？” （二） 颜色列表的观察与分析

1．展示颜色列表，如下图，学生可以清晰看出相邻两种颜色的差别

2．展示颜色列表如下图，告诉学生，这也是由黑到白的一些颜色组成的颜色列表。利用图像编辑软件，将其放大、缩小。观察相邻两种颜色的区别。

3．展示颜色列表如下图，学生可以清晰看出相邻两种颜色的差别。

4．展示颜色列表如下图，告诉学生，这也是由黑到白的一些颜色组成的颜色列表。利用图像编辑软件，将其放大、缩小。观察相邻两种颜色的区别。

在此基础上，组织学生讨论：“通过刚才的观察、比较、分析，我们可以得出什么结论？” 教师：“现在我们知道，人的视觉具有一定的局限性，人们正是利用这种局限性，才做到了将现实的模拟的连续的图像，转化为近似的、看起来是真实的数字化的图像。就像我们在上节课看到的那些数字化图像那样。”

教师：“这节课我们以数码相机为例，探讨图像的数字化过程。” 本环节安排的主要目的：

1． 活跃课堂气氛，激发学生的学习兴趣，使学生的注意力迅速集中到课堂学习中； 2． 启发学生理解图像数字化表示的生理学基础—人眼分辨力，为本课后面教学建立最近发展区，为学生理解采样过程中图像的分割过程奠定基础；

3． 引入本节课题。 环节二： 采样 (一)灰度图像的采样 利用课件展示下图。 感光器

镜头

提示：

1． 这是一幅灰度图像(模拟照片)

2． 它反射的光线通过镜头照射到感光器上，感光器负责将光信号转变为电信号； 3． 我们知道，数字化的图像是由像素组成的，将连续的图像分割为像素阵列，就是在这一过程中完成的；

讨论：

怎样才能实现这一过程呢？ 教师总结:

1．在日常生活中，我们所使用的数码相机的感光器，一般是由M*N个光敏元件组成，这些光敏元件具有光电转换功能。其中每个光敏元件对应一个像素点，它采集的是一个像素点的信息，并将光信息号转变为电信号。

2．展示模拟光电反应的教学课件，向学生进行简单介绍。当光信号的幅度连续变化时，通过光敏元件转换成的电信号也是连续的，它也是模拟的，并向学生展示光信号与电信号变化关系曲线。(如下图中A到B的过程)

3．利用感光器中的光敏元件将光信号转变为电信号的过程被称为采样。 （二）颜色图像的采样 提示：

1． 感光器中光敏元件并不能分辨色彩，它仅仅是光电转换器。

2． 上节课我们已经知道，计算机中的彩色像素，是用表示R、G、B三种颜色的不同亮度二进制数字组合表示的。

讨论：

怎样才能实现彩色像素的采样呢？ 教师总结：

实现彩色摄影的方法有多种，包括给感光器表面加以CFA（Color Filter Array，彩色滤镜阵列），或者使用分光系统将光线分为红、绿、蓝三色，分别用3片CCD接收等。

设计思路:

1．本环节采用由浅入深、循序渐进的策略，先探索灰度图像的采样，在此基础上，探索彩色图像的采样，从而降低了学生学习的梯度。

2．在讲解灰度图像的采样时，首先通过课件的播放和两个提示对学生提供学习支架,在此基础上组织学生进行讨论，讨论过程可以仁者见仁、智者见智，不一定要与现实技术一

致。在讨论的过程中,培养学生的想象力和创造力，然后，与教师介绍目前采用的技术相对比，对本环节的知识有了更深刻的理解。

3．在学习彩色图像的采样时，以上节课学习内容和灰度图像的采样为基础，通过启发，推进邻近发展区。

4．学生在高三才学习光电效应，本环节需要通过课件，向学生进行简单介绍。 环节三：量化

教师讲解：物体反射的光线（光信号，模拟信号），通过镜头照射到感光器上，感光器上光敏元件阵列将其分割为像素并转换为模拟的电信号（如下图A→B的过程），而在信息技术设备中存储的都是数字信号，所以我们还要将模拟的电信号转换为数字信号。这个过程叫做量化。

依次提出问题，组织学生讨论：

1． 采样获得的电信号是连续的、模拟的，而数字信号是离散的、数字的，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的依据应该是什么？

2． 将模拟电信号变化范围进行分割（如8等分），那么，各等分点能不能用二进制表示呢？怎样表示？

3． 当各等分点用二进制数表示后，在任意时刻t，光信号转变成的电信号能否近似的用二进制数表示呢？如何表示？为什么？

4． 怎样做才能使数字化的图像与真实的物体颜色更加接近，看起来更加真实？ 教师边展示下图，边总结：

将模拟电信号按照由弱到强划分为若干个区间，每个区间端点对应一个二进制数，然后将表示像素的电信号强度提升或下降到邻近的二进制数。（由图B到图D，模拟信号（P1的纵坐标）转换为数字信号（P2的纵坐标）

设计思路：

1． 本环节中的问题1是在环节1基础上向前推进发展区，同时，问题1又题后续问题的基础；

2． 问题2、3的解答，使学生理解了量化的两个过程；

3． 上节课中二种灰度图像的分析和观察，使学生对本环节问题4有了感性的认识，本环节在此基础上向前推进最近发展区。同时，问题4的设计主要是为了加深学生对量化的理解。

环节三： 编码（压缩）

图形、图像的压缩原理比较深奥，学生原有的认知结构中，相关内容很少。因此，应采取直接教学方式，给出相关的压缩技术方法，然后通过学生的活动加深对知识的理解。

教师：在上节课的学习中，我们已经感受到图像数字化之后的数据量非常大。这样大的数据量，在因特网上传输时很费时间，存储介质中存储时很占“地盘”，因此就需要按照一定的编码规则对图像数据进行压缩，用比较少的数据量表达原始的图像，以满足存储容量和传输带宽的要求。

图像数据压缩技术主要有两类方法。一类是通过改变图像的描述方式，减少数据量。而图像在压缩前后完全一样，这种压缩称为无损压缩；另一类是利用人眼的视觉特性，有针对地简化不重要的数据，以减小总的数据量。这种压缩方法生成的图像与压缩前有一定程度的不同，称为有损压缩。

学生活动：

（1）有一种无损压缩的方法是将颜色值相同的相邻像素点用一个计数值和该颜色值来代替。有一幅彩色图像如图： 它可以记录为 5 4 3 2 1 6 4 请问这两种记录方式的数据长度与压缩比？

（2）下图为一图像示意图（在表示每个像素点的单元格内标明了该像素的RGB值），分析压缩策略，以及压缩后的数据存储形式、压缩比。

(251, (251, (246, (248, (248, (248, (248, (244, (248, (248, (248, (248, (248,

32, 33, 40, 6) 27, 4) 27, 4) 27, 4) 27, 4) 47, 8) 27, 4) 27, 4) 27, 4) 27, 4) 27, 4)

15) 12)

(0, (2, (0, (0, (44, (0,

(248, (248, (244, (248, (244, (248, (248,

128, 126, 128, 128, 124, 128,

27, 4) 27, 4) 47, 8) 27, 4) 8, 8) 27, 4) 27, 4)

0) 14) 0) 0) 4) 0)

(242, (240, (252, (248, (248, (248, (248, (248, (248, (248, (248, (248, (248,

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/g2hf.html