Atividade 2: Colorindo com Números - Representação de Imagens

Apresentação

Os computadores armazenam desenhos, fotografias e outras imagens usando apenas números. A atividade seguinte demonstra como eles podem fazer isso.

Disciplinas e conteúdos relacionados

Matemática: Exploração de Formas e Espaços; Coordenadas no plano.
Computação: Estruturas de dados; Compactação de dados.

Habilidades

BNCC: EF01MA01 - Utilizar números naturais como indicador de quantidade ou de ordem em diferentes situações cotidianas e reconhecer situações em que os números não indicam contagem nem ordem, mas sim código de identificação.
CIEB: PC08RP01 Entender a importância da identificação de padrões (redundâncias) para a compressão de dados.
CIEB: TD09RD01 Compreender fundamentos do armazenamento e da compressão de imagens.

Nível de Ensino

Anos Iniciais do Ensino Fundamental

Material

Projeção da folha “Para projetar: Colorindo com números”.

Cada criança precisará de:

Folhas de atividades disponibilizadas abaixo.

Colorindo com Números

Introdução

Você pode iniciar essa atividade com perguntas sobre o fax, uma vez que estudantes jovens não devem conhecer esse dispositivo. Apesar de ter caído em desuso, o seu funcionamento ilustra questões relevantes para a computação, como representação e compactação de dados, até hoje. As seguintes questões podem ser discutidas com os estudantes:

Vocês já ouviram falar em fax? (Há uma explicação na seção “De que se trata tudo isso?”.)
Em quais situações os computadores precisam armazenar imagens? (Um programa para desenhar, um jogo com gráficos ou um sistema multimídia.)
Como os computadores armazenam fotos, se estes só podem utilizar números?

Demonstração utilizando um projetor

Com auxílio de um projetor ou usando um desenho na lousa, você pode ilustrar o conceito de pixel e a maneira de representar imagens que será utilizada na atividade.

As telas dos computadores são divididas em uma grade de pequenos pontos chamados pixels (do inglês, picture elements - elementos de imagem). Em uma foto em preto e branco, cada pixel ou é preto ou é branco.

Na imagem acima, a letra “a” foi ampliada para mostrar os pixels. Quando um computador armazena uma imagem, basta armazenar quais pontos são pretos e quais pontos são brancos.

A figura acima nos mostra como uma imagem pode ser representada por números. A primeira linha consiste de um pixel branco, seguido de três pixels pretos e, por fim, de um pixel branco. Assim, a primeira linha é representada por 1, 3, 1.

O primeiro número sempre se refere ao número de pixels brancos. Se o primeiro pixel for preto, a linha começará com um zero.

A seção Soluções e dicas apresenta algumas imagens que as crianças podem decodificar utilizando este método.

Folhas de Atividades e Materiais Adicionais

Você também pode baixar todas as folhas de atividade e materiais adicionais em formato editável aqui.

Variações e Extensões

Tente desenhar com uma folha de papel sobre a grade, de modo que a imagem final possa ser vista sem a grade. A imagem será mais clara.
Ao invés de colorir a grade, as crianças podem utilizar quadrados de papel colante ou colocar objetos em uma grade maior.

De que se trata tudo isso ?

Uma máquina de fax é basicamente um computador simples que efetua uma varredura sobre uma página em preto e branco, armazena-a em, aproximadamente, 1000 × 2000 pixels, que são transmitidos através da rede de telefonia (não pela internet) para outra máquina de fax. Esta última, por sua vez, imprime os pixels em uma página. Imagens impressas por fax geralmente têm grandes blocos de pixels brancos (por exemplo, as margens) ou pretos (por exemplo, uma linha horizontal). Imagens coloridas também possuem áreas repetidas. A fim de economizar o espaço de armazenamento necessário para guardar essas imagens, os programadores podem usar diversas técnicas de compressão. O método utilizado nesta atividade é chamado de ‘run-length coding’, uma maneira eficaz de compressão de imagens. Se as imagens não fossem comprimidas, estas levariam muito mais tempo para serem transmitidas e exigiriam muito mais espaço para armazenamento. Isto tornaria inviável enviar páginas de fax ou colocar fotos em uma página da Internet. Por exemplo, imagens de fax são geralmente comprimidas para aproximadamente um sétimo do seu tamanho original. Sem a compressão, estas demorariam sete vezes mais para serem transmitidas!

Fotografias e imagens são frequentemente comprimidas para um décimo ou até mesmo um centésimo do seu tamanho original (utilizando uma técnica diferente). Isto permite que um número bem maior de imagens seja armazenado em um disco e significa que vê-las na Internet levará bem menos tempo.

Um programador pode escolher a técnica mais adequada à compressão das imagens que está transmitindo. Embora a técnica ‘run-length coding’ não seja mais utilizada, ela representa o conjunto de técnicas usadas para compactar informações atualmente.