计算机导论上课课件(第4讲：信息处理)

1、课程内容课程内容第第1 1讲讲 计算机如何思考计算机如何思考第第2 2讲讲 计算机如何记忆计算机如何记忆第第3 3讲讲 计算机如何感知计算机如何感知第第4 4讲讲 计算机如何处理信息计算机如何处理信息第第5 5讲讲 计算机如何通信计算机如何通信第第6 6讲讲 计算机的前世今生计算机的前世今生第第7 7讲讲 常用软件的使用常用软件的使用第第4 4讲讲 计算机如何处理信息计算机如何处理信息从数字电影谈起从数字电影谈起o 完全由计算机制作出来的第一部电影是什么？完全由计算机制作出来的第一部电影是什么？o 数字电影是怎样制作的？数字电影是怎样制作的？本章内容本章内容o 文字的表示原理文字的表示原理o

2、声音的表示原理声音的表示原理o 图像的表示原理图像的表示原理o 影像的表示原理影像的表示原理o 游戏的制作原理游戏的制作原理o 虚拟现实的概念虚拟现实的概念o 数据和信息的概念（信息检索）数据和信息的概念（信息检索）计算机如何表示文字计算机如何表示文字o 什么是文字编码？什么是文字编码？n 文字的计算机代码表示。文字的计算机代码表示。n 编码字符集像一本字典，每个文字都用其中的一个编码字符集像一本字典，每个文字都用其中的一个编号表示。编码字符集只是一种约定，并不物理上编号表示。编码字符集只是一种约定，并不物理上存在。存在。o 常见的编码字符集：常见的编码字符集：n ASCII / EBCDIC

3、ASCII / EBCDICn Unicode / GB13000-1993Unicode / GB13000-1993n GB2312-1980 / GB18030-2000GB2312-1980 / GB18030-2000，GB18030-2005GB18030-20056举例举例o 文字：文字：We are studentsWe are studentso 存储：存储：01010111 01100101 00100000 01010111 01100101 00100000 01100001 01110010 01100101 01100001 01110010 01100101 00

4、100000 01110011 01110100 00100000 01110011 01110100 01110101 01100100 01100101 01110101 01100100 01100101 01101110 01110100 0111001101101110 01110100 01110011o 规则：规则：0/10/1串按串按8 8位分隔一个字符，查位分隔一个字符，查找找ASCIIASCII码表映射成相应符号码表映射成相应符号计算机如何显示文字计算机如何显示文字-1-1o 什么是字库？什么是字库？n关于文字字形的字典，通过文字编码可找到相应文字的字形，关于文字字形的字典

5、，通过文字编码可找到相应文字的字形，使计算机使计算机“绘出绘出”文字。文字。n字库是物理存在的。字库是物理存在的。n每种字型都有一个字库，例如，宋体、黑体每种字型都有一个字库，例如，宋体、黑体8计算机如何显示文字计算机如何显示文字-2-2o 两种字库两种字库n点阵字库：用点阵描述文点阵字库：用点阵描述文字，不能随意缩放字，不能随意缩放n矢量字库（矢量字库（TrueTypeTrueType）：）：用曲线描述文字，可以随用曲线描述文字，可以随意缩放意缩放问题：问题：WindowsWindows中的字库在哪里？中的字库在哪里？C:windowsfontsC:windowsfonts9计算机如何输入文

6、字计算机如何输入文字o 什么是输入法？什么是输入法？n将键盘的按键组合映射为文字的编码。将键盘的按键组合映射为文字的编码。“大大” 拼音：拼音：dada 五笔字型：五笔字型：ddddoooooo1111oooooooooooooo1111oooooooooooooo1111oooooooooooooo1111ooooo1 1oo11111111111111111111111111111111oooooo1111oooooooooooooo1111oooooooooooooo1111oooooooooooooo1111oooooooooooooo111111oooooooooooo1111oo1

7、 1oooooooooo1111oooo1 1oooooooo1111ooooo1111ooooooo1 1ooooooo1111ooooo1 1ooooooooo111111o 1111ooooooooooo1 1oo计算机如何表示声音？计算机如何表示声音？o 电脑主板上有一个部分称为声卡。电脑主板上有一个部分称为声卡。o 计算机产生声音的方法：计算机产生声音的方法：n 录音：麦克风配合声卡完成声音的数字化（采样）录音：麦克风配合声卡完成声音的数字化（采样）n 放音：数字化的声音还原成模拟信号输出放音：数字化的声音还原成模拟信号输出声音的采样与编码12计算机如何表示音乐？计算机如何表示音乐？

8、o 对音乐采样（数据量大，音色好）对音乐采样（数据量大，音色好）n 采样的采样的音乐音乐o 用各种频率的声音合成出声音（用各种频率的声音合成出声音（MIDIMIDI）（数据）（数据量小、音色差）量小、音色差）n 合成的音乐合成的音乐o 通过压缩的格式（通过压缩的格式（MP3MP3）n 压缩压缩的音乐的音乐MP3MP3o 使用软件编辑乐谱使用软件编辑乐谱13o WAVWAV为为微软公司微软公司（Microsoft)Microsoft)开发的一种声音开发的一种声音文件文件格式格式，它符合，它符合RIFF(Resource Interchange RIFF(Resource Interchange

9、File Format)File Format)文件规范，用于保存文件规范，用于保存WindowsWindows平台平台的的音频音频信息资源，被信息资源，被WindowsWindows平台及其平台及其应用程应用程序序所广泛支持，该格式也支持所广泛支持，该格式也支持MSADPCMMSADPCM，CCITT A LAWCCITT A LAW等多种压缩运算法，支持多种等多种压缩运算法，支持多种音频数字，取样频率和音频数字，取样频率和声道声道，标准格式化的，标准格式化的WAVWAV文件和文件和CDCD格式一样，也是格式一样，也是44.1K44.1K的取样频的取样频率，率，1616位量化数字，因此在声音

10、文件质量和位量化数字，因此在声音文件质量和CDCD相差无几！相差无几！ WAVWAV打开工具是打开工具是WINDOWSWINDOWS的的媒媒体播放器体播放器。计算机如何表示音乐？计算机如何表示音乐？o MIDIMIDI(Musical Instrument Digital Interface)(Musical Instrument Digital Interface)乐器数字接口乐器数字接口 ，是，是20 20 世纪世纪80 80 年代初为解决年代初为解决电声乐器之间的通信问题而提出的。电声乐器之间的通信问题而提出的。MIDI MIDI 传输的不是声音信号，传输的不是声音信号， 而是音符、控制

11、参而是音符、控制参数等数等指令指令, , 它指示它指示MIDI MIDI 设备要做什么，怎设备要做什么，怎么做，么做， 如演奏哪个音符、多大如演奏哪个音符、多大音量音量等。它等。它们被统一表示成们被统一表示成MIDI MIDI 消息消息(MIDI Message) (MIDI Message) 。传输时采用传输时采用异步串行通信异步串行通信, , 标准通信波特率标准通信波特率为为31.2531.25( 1( 10.01) KBaud0.01) KBaud。计算机如何表示音乐？计算机如何表示音乐？o MP3MP3是一种音频压缩技术，其全称是动态影是一种音频压缩技术，其全称是动态影像专家压缩标准音

12、频层面像专家压缩标准音频层面3 3（Moving Picture Moving Picture Experts Group Audio Layer IIIExperts Group Audio Layer III），简称为），简称为MP3MP3。它被设计用来大幅度地降低音频数据。它被设计用来大幅度地降低音频数据量。利用量。利用 MPEG Audio Layer 3 MPEG Audio Layer 3 的技术，将的技术，将音乐以音乐以1:10 1:10 甚至甚至 1:12 1:12 的压缩率，压缩成容的压缩率，压缩成容量较小的文件，而对于大多数用户来说重放量较小的文件，而对于大多数用户来说重放

13、的音质与最初的不压缩音频相比没有明显的的音质与最初的不压缩音频相比没有明显的下降。下降。计算机如何表示音乐？计算机如何表示音乐？计算机如何表示图像？计算机如何表示图像？o 两种表示图像的方法：两种表示图像的方法：n 位图图像：用像素表示图像位图图像：用像素表示图像n 矢量图像：用矢量表示图像矢量图像：用矢量表示图像计算机图像的分类计算机图像的分类o 二维图像：平面图像二维图像：平面图像o 三维图像：立体图像三维图像：立体图像计算机如何显示图像？计算机如何显示图像？o 什么是图像的分辨率？什么是图像的分辨率？n 图像像素矩阵的大小图像像素矩阵的大小800X480320X240计算机如何表示颜色？

14、计算机如何表示颜色？o 红（红（R R）绿（）绿（G G）蓝（）蓝（B B）三基色）三基色o 亮度、色度、饱和度亮度、色度、饱和度三类颜色图像三类颜色图像o 彩色：表示每个像素的数据位数越长，颜色彩色：表示每个像素的数据位数越长，颜色越丰富越丰富o 灰度：每个像素的红绿蓝成分都相同灰度：每个像素的红绿蓝成分都相同o 黑白：每个像素只需黑白：每个像素只需1 1个位，个位，0 0和和1 1表示黑和白表示黑和白影像的表示原理影像的表示原理o 什么是数字视频？什么是数字视频？n 用数字表示的影像。用数字表示的影像。o 如何产生动感？如何产生动感？n 应用人眼的应用人眼的“视觉暂留视觉暂留”效应，即快速

15、播效应，即快速播放形状关联的景物时，人的头脑中会产生放形状关联的景物时，人的头脑中会产生连续的印象（连续的印象（25-3025-30帧帧/ /秒）。秒）。o 动态影像是用一系列静态的图像表示动态影像是用一系列静态的图像表示的。的。o 可以采用压缩方法减少数据量。可以采用压缩方法减少数据量。视觉暂留效应视觉暂留效应23计算机动画计算机动画o 什么是动画？什么是动画？n 由人或计算机绘制出来的动态影像。由人或计算机绘制出来的动态影像。计算机如何制作动画？计算机如何制作动画？o 不同的分类不同的分类n 二维或三维二维或三维n 造型动画造型动画或帧动画或帧动画o 二维动画的制作过程：二维动画的制作过程

16、：n 绘制关键帧绘制关键帧n 计算机自动插补其余的帧计算机自动插补其余的帧三维动画的制作过程三维动画的制作过程o 建模建模o 编辑材质编辑材质o 贴图贴图o 灯光灯光o 动画编辑动画编辑o 渲染渲染o 生成帧图象画面序列生成帧图象画面序列o 播放播放游戏游戏o 什么是电脑游戏？什么是电脑游戏？n 在动画的播放过程中，加入游戏规则和交互控制在动画的播放过程中，加入游戏规则和交互控制虚拟现实虚拟现实o 什么是虚拟现实？什么是虚拟现实？n 用一系列传感辅助设施来实现的一种三维体验用一系列传感辅助设施来实现的一种三维体验o 特点特点n 沉浸沉浸o 多感知性多感知性o 存在感存在感o 自主性自主性n 交

17、互交互n 想象想象29玩具总动员的玩具总动员的“数字报告数字报告”-1-1玩具总动员的玩具总动员的“数字报告数字报告”-2-2p “玩具总动员是一部充满幽默、趣味的惊险动画玩具总动员是一部充满幽默、趣味的惊险动画电影，其电脑制作耗时两年半电影，其电脑制作耗时两年半( (共有共有8080万个电脑工作小万个电脑工作小时时) )。全片。全片1111万万4 4千多格画面，每一格画面的平均制作时千多格画面，每一格画面的平均制作时间为间为2020个小时。个小时。p 世界上第一部电脑立体动画电影玩具总动员。参世界上第一部电脑立体动画电影玩具总动员。参与制作的工作人员超过与制作的工作人员超过110110人以上

18、，平均年龄不到人以上，平均年龄不到3030岁。岁。全片共有全片共有7676个角色、个角色、366366个物件，平均每个星期只能生个物件，平均每个星期只能生产出产出3 35 5分钟的片段，可谓慢工出细活。从角色剧本构分钟的片段，可谓慢工出细活。从角色剧本构思到真正完成，一共费时四年的时间，几乎是一般真人思到真正完成，一共费时四年的时间，几乎是一般真人电影的两倍多。电影里所有相关的电脑程序共有电影的两倍多。电影里所有相关的电脑程序共有450450万万行，每一个画面的基本数学运算至少是行，每一个画面的基本数学运算至少是5050万次以上，共万次以上，共有有110110部电脑部电脑2424小时不停地运算

19、画面。小时不停地运算画面。玩具总动员的玩具总动员的“数字报告数字报告”-2-2o 为了使人看起来像真的，而不是电脑画的，至少选用为了使人看起来像真的，而不是电脑画的，至少选用了了1010种不同的贴图质料，以达到雀斑、疹子、汗毛及油种不同的贴图质料，以达到雀斑、疹子、汗毛及油脂等细部效果。脂等细部效果。o 片中小主人安迪头上有片中小主人安迪头上有1238412384根头发，小狗头上的发根头发，小狗头上的发毛有毛有1597715977根，而且每一根头发都是会动的。安迪家附根，而且每一根头发都是会动的。安迪家附近出现的树木超过近出现的树木超过100100棵以上，共有一万片以上的树叶，棵以上，共有一万片以上的树叶，由专门的动画人员负责每一片树叶的活动情形，一万片由专门的动画人员负责每一片树叶的活动情形，一万片树叶就有一万种不同的活动方式。安迪脸上的控制点有树叶就有一万种不同的活动方式。安迪脸上的控制点有212212个之多，其中嘴巴又占了个之多，其中嘴巴又占了8 8个以上，连安迪的嘴巴因个以上，连安迪的嘴巴因为风吹而不断左右抽动的情况，电脑都能栩栩如生地表为风吹而不断左右抽动的情况，电脑都能栩栩如生地表现出来。现出来。”怎样寻找信息？怎样寻找信息？o怎样找到文本？怎样找到文本？n