Jak se zapisují obrázky pomocí pixelů

Žáci v 6. ročníku poznávají bitmapový obrázek jako mřížku pixelů, z nichž každý má v obrázku určitou barvu. Obrázek lze zapsat jako údaje o barvách uspořádané podle řádků a sloupců. Téma navazuje na kódování dat pro uložení a přenos (INF-INF-001-ZV9-002): podobu obrázku lze zaznamenat různými způsoby podle toho, jak podrobný obraz a kolik barev potřebujeme zachovat.

Rozlišení, tedy počet pixelů na šířku a výšku, a počet rozlišovaných barev ovlivňují podobu obrázku i množství dat potřebných k jeho záznamu. Při jednoduchém nekomprimovaném zápisu znamená více pixelů nebo více možných barev více údajů. Žáci porovnávají černobílou mřížku, obrázek s několika barvami a RGB zápis se třemi barevnými složkami. Uvažují, proč menší množství dat může být vhodné, pokud účel obrázku — například ikona, náčrt nebo fotografie — nevyžaduje jemné detaily.

Vektorové kreslení a kompresi souborů zde žáci pouze zahlédnou jako další způsoby práce s obrázky a daty. Těžištěm tématu je rastr, pixel a vztah mezi podrobností záznamu, počtem barev a množstvím dat. V navazujícím ročníku lze téma rozšířit o porovnání bitmapy a vektoru.

Předpoklady

• Různé způsoby zápisu stejných dat a důvody, proč způsob kódování volíme podle účelu uložení a přenosu.
• Bit a bajt jako jednotky množství dat a představa, že delší zápis obvykle zabírá více místa.
• Obrázek jako zpráva složená z políček nebo znaků, ne jako samotná fotografie.
• Kódování informací barvou a symbolem v mřížce.

Klíčové pojmy

Pixel

Základní bod rastrového obrázku, který má své místo v mřížce a při zobrazení určitou barvu.

Bitmapa / rastr

Obrázek zaznamenaný jako mřížka pixelů. Při zvětšení bez přidání obrazových údajů se zvětší i jednotlivé čtverečky, ale nepřibudou detaily.

Rozlišení

Počet pixelů na šířku a výšku obrázku, například 16 × 16. Vyšší rozlišení umožňuje zaznamenat jemnější tvary, ale při stejném způsobu zápisu vyžaduje více údajů.

Barevná hloubka

Počet bitů použitých k zápisu barvy jednoho pixelu. Jeden bit umožňuje dvě hodnoty, osm bitů až 256 hodnot; konkrétní barvy nebo odstíny závisí na způsobu kódování.

RGB

Způsob popisu barvy pomocí červené, zelené a modré složky. Zápis všech tří složek obvykle vyžaduje více údajů než zápis jedné ze dvou hodnot pro černobílý pixel.

Množství dat obrázku

Pro jednoduchý nekomprimovaný zápis lze množství dat přibližně odhadnout jako počet pixelů krát počet bitů na pixel. Skutečná velikost souboru závisí také na formátu a kompresi.

Kvalita podle účelu

Pro jednoduchou ikonu může stačit malé rozlišení a málo barev, zatímco fotografie pro rozpoznání obličeje potřebuje více detailů. Vhodný způsob kódování se volí podle toho, k čemu obrázek slouží.

Časté miskoncepce

• Častá chyba

  „Když obrázek v editoru zvětším tažením za roh, přibudou v něm detaily jako při pohledu lupou.“

  Jak na to

  Porovnejte tentýž obrázek v původní velikosti a po zvětšení. Žáci sledují, že se zvětšily jeho pixely, ale nové detaily nepřibyly; poté porovnají obrázek stejného motivu s vyšším rozlišením.

• Častá chyba

  „Barevná fotka zabírá víc místa jen proto, že vypadá hezčí.“

  Jak na to

  Porovnejte na tabuli mřížku 8 × 8 zapsanou černobíle jedním bitem na pixel a mřížku se čtyřmi barvami, pro které stačí dva bity na pixel. Při stejném počtu pixelů tak žáci uvidí, že způsob zápisu barev ovlivňuje množství dat nezávisle na rozlišení.

• Častá chyba

  „Když změním monitor, změní se pixely a rozlišení uložené v souboru.“

  Jak na to

  Zobrazte tentýž malý obrázek na projektoru a na notebooku. Počet pixelů v souboru zůstává stejný; mění se jejich velikost na obrazovce.

• Častá chyba

  „Když uložím obrázek jako menší soubor, zmenší se jen místo na disku a kresba zůstane stejná.“

  Jak na to

  Porovnejte tentýž rastr zaznamenaný s méně barvami nebo v menším rozlišení. Žáci pojmenují, které odstíny nebo jemné hrany se změnily, a popíší, co se při zmenšení množství dat ztratilo.

Jak učit

2–3 hodiny

1. Evokace: Ukažte rozpixelovaného smajlíka v mřížce 8 × 8 a zeptejte se, jaké údaje by stačilo předat spolužákovi, aby ho dokázal překreslit.
2. Uvědomění: Společně porovnejte množství údajů potřebných pro černobílou mřížku, mřížku se čtyřmi barvami a RGB zápis. Sledujte, jak se mění podrobnost při stejném a vyšším rozlišení.
3. Reflexe: Žáci jednou větou vysvětlí, jaké rozlišení a počet barev by zvolili pro ikonu aplikace a pro fotografii na třídní nástěnku a proč.

Nápady na aktivity

• Na čtverečkovaném papíře dvojice zakódují jednoduchý znak pomocí čísel přiřazených barvám a další dvojice ho podle zápisu vybarví. Poté zmenší počet použitých barev a sledují, co se na obrázku změní.
• V editoru nebo tabulce žáci porovnají tři varianty téhož motivu a seřadí je podle zobrazené podrobnosti a odhadovaného množství údajů potřebných pro nekomprimovaný zápis. Výsledek stručně zaznamenají do tabulky.

Hodnocení

Žák na mřížce 8 × 8 určí počet bitů potřebných pro zadaný počet barev a vysvětlí, že při zdvojnásobení šířky i výšky se počet pixelů, a tedy i množství dat při stejném počtu bitů na pixel, zečtyřnásobí.

Žák pro dva účely, například ikonu a fotografii na web, navrhne přiměřené rozlišení a počet barev a zdůvodní kompromis mezi podobou obrázku a množstvím dat (INF-INF-001-ZV9-002).

Zdroje

• RVP ZV — informatika, data a kódování (prohlednout.rvp.cz)
• Metodická podpora informatického myšlení (archiv iMYŠLENÍ NPI)
• Digitální učební materiály RVP

Co pro vás ScioBot připraví k tématu Jak se zapisují obrázky pomocí pixelů

Interaktivní aktivity, které žáci spustí na tabletu či tabuli, tisknutelné kartičky a hry pro celou třídu – každý formát na téma Jak se zapisují obrázky pomocí pixelů jedním klikem.

Základní materiály

• Příprava na hodinu

  Kompletní příprava s cíli, průběhem a aktivitami.

• Pracovní list

  List s úlohami, klíčem a variantou.

• Písemka

  Časovaná písemka s body a variantami.

• Aktivita

  Aktivita do hodiny, kterou žáci hned spustí.

• Prezentace

  Sada slajdů k výkladu a procvičení.

• Kartičky

  Materiál k tisku (kartičky, plakát, pracovní list).

• QR hra

  Interaktivní hra k procvičení tématu.

Interaktivní aktivity 15

• Křížovka s tajenkou

  Legendová křížovka, kde se ve sloupci skrývá tajenka. Skvělá na opakování pojmů.

  10–20 min

• Kartičky

  Sada oboustranných kartiček na učení pojmů a definic. Žáci si je procvičí překlápěním.

  5–20 min

• Pexeso a spojovačka

  Dvojice kartiček s obrázky, pojmy nebo příklady. Spojovačka, pexeso i volné třídění – ideální na slovní zásobu i opakování.

  10–25 min

• Poslechové cvičení

  Vícehlasý dialog s namluvenými hlasy a navázanými otázkami k poslechu.

  5–30 min

• Rozhodovačka

  Rychlé rozhodování mezi možnostmi s okamžitou zpětnou vazbou.

  5–12 min

• Otázky

  Sada otázek s výběrem odpovědí; jedna nebo více správných. Okamžitá sebekontrola.

  5–15 min

• Vpisování

  Žáci dopisují krátké odpovědi a ihned vidí, zda se trefili.

  5–15 min

• Rozřazovačka

  Žáci přetahují kartičky do správných kategorií.

  5–15 min

• Rozbory

  Žák přiřazuje značky k částem věty nebo výrazu — větné členy, slovní druhy, větné rozbory. Sebevyhodnocovací procvičování.

  10–20 min

• Označování

  Žáci označují správná slova přímo v textu.

  5–15 min

• Doplňování textu

  Žáci doplňují chybějící slova přímo do vět nebo krátkého textu.

  5–15 min

• Krok po kroku

  Žáci řadí kroky procesu do správného pořadí.

  5–15 min

• Popis obrázku

  Diagram s očíslovanými špendlíky. Žáci přiřazují popisky k částem obrázku — biologie, zeměpis, anatomie.

  5–15 min

• Přesouvání

  Žáci přetahují kartičky do přesně určených slotů.

  5–15 min

• Čtení s porozuměním

  Žáci čtou krátký text a odpovídají na otázky k jeho obsahu.

  10–25 min

K tisku a rozstříhání 8

• Páry

  Kartičky se dvěma polovinami, které k sobě patří (např. datum–událost). Žáci je vystřihnou a párovají.

  10–20 min

• Výběr z možností (s tajenkou)

  Kartičky s úlohami a třemi možnostmi. Písmena u správných odpovědí složí tajenku — žák si tak řešení zkontroluje sám.

  10–20 min

• Doplňování do vět

  Věty s výběrem ze dvou možností uvnitř — žák zakroužkuje správnou.

  10–20 min

• Hra Riskuj

  Kvízová hra se třemi podtématy a otázkami různé hodnoty — klasický formát Riskuj / Jeopardy.

  15–30 min

• Hra AZ kvíz

  28 otázek na hexagonální hrací pole — cílem je spojit všechny tři strany.

  15–35 min

• Označ správnou možnost

  Kartičky s otázkou a čtyřmi možnostmi — žák označí správnou (např. kolíčkem).

  10–20 min

• Já mám, kdo má …?

  Kartičky s tvrzením a otázkou — žáci je čtou v kruhu a hledají navazující odpověď.

  10–25 min

• Hádej, kdo jsem

  Kartičky s popisem osobnosti, věci nebo zvířete v 1. osobě — žáci tipují, o koho/co jde.

  10–25 min

Hry pro celou třídu 4

• AZ kvíz

  28 otázek na hexagonálním hracím poli — cílem je spojit všechny tři strany. Včetně náhradních ANO/NE otázek.

  15–35 min

• Riskuj

  Klasická hra se 5 kategoriemi a otázkami za 100–500 bodů — týmy soutěží o nejvyšší skóre.

  15–40 min

• Pexeso

  Klasické pexeso s 10 dvojicemi (pojem ↔ popis) — dva týmy se střídají a hledají shody.

  10–25 min

• Šarády

  Šarády se 12 úkoly (mluvení, kreslení, pantomima) — dva týmy hádají, kdo uhodne první, dostane bod.

  15–30 min

Očekávané výstupy