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關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；計(jì)算機(jī)視覺；可視化技術(shù)

中圖分類號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0054-02

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺以及可視化技術(shù)三者均是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域重要組成部分，要做好計(jì)算機(jī)知識，就要先學(xué)好計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，但計(jì)算機(jī)圖形學(xué)學(xué)習(xí)相對枯燥，尤其是算法教學(xué)難以理解，為解決這一問題，計(jì)算機(jī)視覺與可視化技術(shù)被應(yīng)用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中。可見，三者之間存在一定的聯(lián)系，因此，有必要對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺以及可視化技術(shù)展開研究。

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述

1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)目的

所謂的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)際上就是怎樣利用計(jì)算機(jī)表示圖形，并利用計(jì)算機(jī)完成圖形計(jì)算與處理，而這一過程的實(shí)現(xiàn)需要得到相關(guān)算法的支持。學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的目的是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)為人們呈現(xiàn)既帶有美感又不缺真實(shí)的圖形（如下圖1所示），為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要按照圖形的要求創(chuàng)設(shè)合適的場景，并在一些光照模型的作用下，做好光照效果設(shè)計(jì)，在這一過程中需要計(jì)算機(jī)圖形學(xué)能夠與其他計(jì)算機(jī)技術(shù)相配合。經(jīng)過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)出來的圖像，多會以數(shù)字圖像的方式展示出來，總的來說，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖像處理之間存在著一定的聯(lián)系[1]。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的涉及范圍相對寬泛，不僅有圖形硬件設(shè)計(jì)，還包括動(dòng)畫制作，虛擬現(xiàn)實(shí)等多個(gè)部分。此外，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在動(dòng)畫制作中的應(yīng)用頻率也很高，如45分鐘一集的動(dòng)畫影片中，85%的畫面都需要用算機(jī)圖形學(xué)來完成，由此可見，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用頻率極高，并在動(dòng)畫制作中發(fā)揮著不可替代的作用。因此，應(yīng)重視計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用。

1.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，它被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，并發(fā)揮著重要作用。首先，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用，這是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用最多的領(lǐng)域，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)被應(yīng)用以后，不僅可以設(shè)計(jì)出更精準(zhǔn)的圖形，還能做好人機(jī)交互設(shè)計(jì)，強(qiáng)化修改能力。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)還被應(yīng)用到三維形體重建中，利用該技術(shù)可以將原理的二維信息轉(zhuǎn)化為三維信息，如在某次工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中就應(yīng)用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，經(jīng)過一系列的處理以后，三維形體逐漸形成，最終實(shí)現(xiàn)了重建。其次，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用多以計(jì)算可視化的形式展示出來，如在腦部手術(shù)中，醫(yī)生為看清患處真實(shí)情況，經(jīng)常需要利用在可視化技術(shù)的作用下將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像，這時(shí)就體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在其中的應(yīng)用[2]。再者，在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中的應(yīng)用，人們看到的動(dòng)畫影片就是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作用的結(jié)果，以動(dòng)畫人物的行走為例，為保證動(dòng)畫人物的行走與自然人不存在過大差異，就需要應(yīng)用大量的計(jì)算機(jī)技術(shù)，并在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的作用下完成設(shè)計(jì)。最后，在計(jì)算機(jī)藝術(shù)中的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在計(jì)算機(jī)藝術(shù)中也有廣泛應(yīng)用，它不僅可以用于藝術(shù)制作，很多場景都是通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來完成的，現(xiàn)階段，一些人正在利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)創(chuàng)設(shè)人體模擬系統(tǒng)，其目的是讓已故人士再次出現(xiàn)在熒屏上，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)就需要得到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的支持。

2 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)

2.1 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)含義

所謂的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，實(shí)際上就是用計(jì)算機(jī)取代人眼做識別、跟蹤以及測量等，同時(shí)也兼顧圖形處理，其目的是讓圖像在計(jì)算機(jī)被處理以后更適于識別。對于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來說，意在實(shí)現(xiàn)人工智能，主要是從圖像與多維數(shù)據(jù)等方面實(shí)現(xiàn)人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]。計(jì)算機(jī)視覺是一種在相關(guān)理論與模型基礎(chǔ)上發(fā)展起來的視覺系統(tǒng)，其主要構(gòu)成部分有以下幾種：

（1）程序控制，這一點(diǎn)主要體現(xiàn)在機(jī)器人設(shè)計(jì)上；（2）事件檢測，多體現(xiàn)在圖像監(jiān)測上；（3）信息組織，主要體現(xiàn)在圖像數(shù)據(jù)庫等方面。計(jì)算機(jī)視覺三個(gè)階段如圖2所示，通過觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)視覺存在于圖像處理始終，從早期處理直到后期結(jié)束都存在，最終實(shí)現(xiàn)了3D描述，可見，計(jì)算機(jī)視覺具有十分重要的作用[4]。

2.2 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，現(xiàn)代社會已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)也被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，并發(fā)揮著重要作用。計(jì)算機(jī)視覺的應(yīng)用促使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了智能化，在該技術(shù)的支持下，計(jì)算機(jī)可以像人一樣透過視覺看待世界萬物，且具有良好的適應(yīng)能力，但這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)還需要很長時(shí)間，需要一系列的努力才能實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)階段，計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用最多的就是車輛視覺導(dǎo)航，然而，這種導(dǎo)航還沒有實(shí)現(xiàn)完全自主導(dǎo)航，這也是需要進(jìn)一步研究的地方。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的適應(yīng)性較好，特別適合在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，即便是存在電子在干擾或溫度變化較大的地方都能很好的運(yùn)行，其整體效果也不會受到影響，再者，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的嵌入性較好，成本相對較低，尤其適合在PC方案中使用，同時(shí)，具有一定的非接觸能力，能夠獲取大量信息，且不受距離限制，總的來說，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)總體效果較好，適合利用在各種工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，因此，應(yīng)重視計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用[5]。同時(shí)計(jì)算機(jī)視覺還被應(yīng)用到移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)中，主要是利用小波模板展示人體形態(tài)，然后做圖像掃描，這樣就可以順利完成小波變換，進(jìn)而了解到人的存在。同樣，將計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用到機(jī)器人設(shè)計(jì)上，可以自動(dòng)檢測出正在行動(dòng)的人或車輛，而無法檢測到靜止的人，之所以會出現(xiàn)這樣情況，主要是由于其中采用率步態(tài)分析法。

3 可視化技術(shù)

3.1 可視化技術(shù)含義

可視化技術(shù)是一種綜合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖像處理于一體的技術(shù)，它可以將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像并在屏幕上展示出來。在可視化技術(shù)中，融合了以上兩種技術(shù)的特點(diǎn)，并在多個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，隨著可視化技術(shù)的應(yīng)用，不僅有效實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)表示，還強(qiáng)化了數(shù)據(jù)處理能力，更對數(shù)據(jù)決策分析有一定作用[6]?，F(xiàn)階段，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為可視化技術(shù)主要發(fā)展方向。

3.2 可視化技術(shù)的應(yīng)用

首先，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相對枯燥，相關(guān)知識也很抽象，不便于學(xué)生理解，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中最重要的部分是曲線曲面，而這些曲線曲面多是與數(shù)學(xué)模型有關(guān)，具有一定的抽象性，學(xué)生理解難度較大，以往教師只能通過一系列的公式演算幫助學(xué)生理解，盡管這樣依然難以讓學(xué)生掌握曲線變化情況，學(xué)生依舊無法正確理解。為減少這種情況的發(fā)生，可視化技術(shù)被應(yīng)用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中，教師將抽象的知識用動(dòng)畫的形式展示出來，學(xué)生只要觀看動(dòng)畫，拖動(dòng)一定的控制點(diǎn)就可以了解到曲線變化情況，這樣一來不僅增加了教學(xué)趣味性，學(xué)生也可以隨意變動(dòng)曲線，讓復(fù)雜的知識變得簡單，深化學(xué)生對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識的深度理解，同時(shí)，利用可視化技術(shù)在一定條件下，還可以完成代碼編譯，如在Actoin ScriPt中做編譯，這樣也可以增強(qiáng)學(xué)生的理解能力[7]。

其次，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)τ诳梢暬夹g(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在放射治療與矯正手術(shù)上。通過可視化技術(shù)可以屏幕上看到手術(shù)整個(gè)過程，并將原來細(xì)節(jié)部位放大，手術(shù)醫(yī)生觀察的更加細(xì)致，手術(shù)成功幾率也會大幅度提升，患者生命也能得到保證（如圖3所示）。如在對某名患者進(jìn)行身體檢查的過程中需要應(yīng)用到可視化技術(shù)，由于通過檢查會獲得大量數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)又相對復(fù)雜，但在可視化技術(shù)下就可以通過圖表、曲線圖或立柱圖的方式展示出來，經(jīng)過可視化技術(shù)的作用，了解到患者的血糖為5.6mmol/L，醫(yī)生可以根這一數(shù)據(jù)做出診斷，而不必再分析這些數(shù)據(jù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，80%的醫(yī)療檢查工作都是需要利用可視化技術(shù)。

地質(zhì)勘探是我國最重要的工作之一，由于多數(shù)礦藏都深埋地下，即便使用探測儀受多種因素影響也無法了解到實(shí)際礦藏情況，這就需要應(yīng)用到可視化技術(shù)，在可視化技術(shù)的作用下，相關(guān)工作人員可以了解到地下有無礦藏，如果存在礦藏，相關(guān)工作人員也可以了解到礦藏所在位置與實(shí)際儲備量，進(jìn)而為礦藏開采奠定基礎(chǔ)。如在地質(zhì)勘探中，相關(guān)工作人員利用可視化技術(shù)做地形圖整理，然后從中提取地形數(shù)據(jù)，再用CATIA做導(dǎo)入，這樣就可以完成地形模型創(chuàng)建，這樣就完成了三維地質(zhì)模型創(chuàng)建工作，同時(shí)在相關(guān)工作臺的影響下，還可以完成地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入，進(jìn)而生成一定的地形云點(diǎn)，如果其中存在錯(cuò)誤，可視化技術(shù)也可以將其中的錯(cuò)誤內(nèi)容刪除，這些都是可視化技術(shù)所帶來的好處[8]。由此可見，可視化技術(shù)已經(jīng)成為地質(zhì)勘探中不缺少的技術(shù)。

最后，在氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用（如圖4所示）。利用可視化技術(shù)能夠?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像，通過觀察圖像就可以了解到云層變化情況，同時(shí)也能了解到實(shí)際風(fēng)力大小與風(fēng)走向等，氣象預(yù)報(bào)人員就可以根據(jù)圖像做出精準(zhǔn)分析，需要了解氣象變化的人也能了解到現(xiàn)實(shí)情況，如果氣象條件惡劣，相關(guān)工作人員也可以及時(shí)做出工作調(diào)整，減少危險(xiǎn)事件的發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，可視化技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用頻率高達(dá)100%，由此挽回的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)13.2億元，可見，可視化技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用十分有必要，因此，應(yīng)重視可視化技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。

4 結(jié)語

通過以上研究得知，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺以及可視化技術(shù)三者各具特色，三者間也存在一定的關(guān)系，尤其是可視化技術(shù)綜合了前兩者的特點(diǎn)，并融合了其他技術(shù)，在很多領(lǐng)域中都有應(yīng)用。可視化技術(shù)是現(xiàn)階段應(yīng)用最多的一種技術(shù)，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中也有應(yīng)用，并發(fā)揮著不可替代的作用。本文分析了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺以及可視化技術(shù)的含義與應(yīng)用，希望能為相關(guān)人士帶來有效參考，正確利用這些技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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篇2

伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)圖形圖像理論的的發(fā)展產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)，其在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛。本文闡述了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 圖形圖像處理技術(shù) 應(yīng)用

利用計(jì)算機(jī)對圖像處理從20世紀(jì)50年代開始，是伴隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而產(chǎn)生的，當(dāng)時(shí)人們嘗試?yán)糜?jì)算機(jī)對圖形和圖像信息進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為一門學(xué)科大約形成于20世紀(jì)60年代初期。進(jìn)入新世紀(jì)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和圖形圖像處理技術(shù)相關(guān)理論的不斷完善， 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛重視并取得了重大的開拓性成就，該技術(shù)成為一門引人注目、前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科。

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的主要內(nèi)容包括在計(jì)算機(jī)中通過什么技術(shù)或手段進(jìn)行圖形的計(jì)算，圖形的處理最終現(xiàn)顯示圖形，因此可以用于圖形硬件、實(shí)物造型、虛擬現(xiàn)實(shí)等。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要用于完成真實(shí)感的圖形，那么就要求建立圖形描述的場景的幾何表示。在設(shè)計(jì)圖形的過程中，需要借助光照模型，通過對光照強(qiáng)度、材質(zhì)屬性的合理想像形成良好的圖形設(shè)計(jì)效果。所以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)有著密切的關(guān)系。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的圖形需要對圖形再進(jìn)行處理，因此只有計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)圖形圖象處理技術(shù)緊密結(jié)合才能產(chǎn)生良好的效果。

2 計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)

計(jì)算機(jī)的圖形圖像完善技術(shù)手段主要通過一定的概念和幾何方式，運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件完成相關(guān)操作的步驟，由圖形編制的二維技術(shù)和三維技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。圖形圖像處理需要借助一定的圖形處理系統(tǒng)，比如計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備像鼠標(biāo)、鍵盤、圖形處理器等，還需要圖形圖像軟件系統(tǒng)如CAD系統(tǒng)等。通過計(jì)算機(jī)圖形處理的硬件和軟件系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對圖像的幾何形變，把圖像變成不同的形態(tài)；把圖形進(jìn)行數(shù)字化處理并進(jìn)行圖像的分割和復(fù)原等；對光線的明暗處理形成不同的光源效果；對色彩的處理能形成不同的色彩視覺效果。利用計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)通過上述操作能在計(jì)算機(jī)輔助教育CAI、計(jì)算機(jī)藝術(shù)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)的與應(yīng)用

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)由于技術(shù)先進(jìn)在社會各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)揮的作用越來越大，本文從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造――工業(yè)領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫――商業(yè)領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)藝術(shù)――藝術(shù)領(lǐng)域、科學(xué)計(jì)算的可視化、在多媒體方面的應(yīng)用這五個(gè)方面探討其應(yīng)用。

3.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造――工業(yè)領(lǐng)域

CAD/CAM是CG在工業(yè)界最廣泛、最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域?？捎脵C(jī)、汽車、船舶、機(jī)電、輕工、服裝的外形設(shè)計(jì)；集成電路、印刷電路板的設(shè)計(jì)；建筑設(shè)計(jì)；基于工程圖紙的三維形體重建 。比如在飛機(jī)制造工業(yè)中，法國空客飛機(jī)公司已經(jīng)率先采用有關(guān)的CAD系統(tǒng)對空客飛機(jī)A300大型運(yùn)輸客機(jī)的整體進(jìn)行設(shè)計(jì)和模擬，具體包括飛機(jī)外型設(shè)計(jì)、內(nèi)部各部位的組合和安裝，節(jié)省了大量時(shí)間并且使其設(shè)計(jì)制造成本下降30%以上 。

3.2 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫――商業(yè)領(lǐng)域

可用于廣告設(shè)計(jì)、電腦游戲、卡通動(dòng)畫片、影視特技。比如通過計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)將書法藝術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代設(shè)計(jì)中的作品隨處可見，例如，黃玉老藝術(shù)家為酒鬼酒做的設(shè)計(jì)包裝，其字體行云流水，讓人琢磨不定，甚是詭異，配合棕色的壇子和一個(gè)醉鬼，是傳統(tǒng)書法藝術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)的典范，彰顯了酒鬼酒的神韻，使宣傳效果深入人心。比如計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)還被廣泛用于電影電視中的特技鏡頭的制作，產(chǎn)生以假亂真而又驚險(xiǎn)的特技效果，如模擬大樓被炸、橋梁坍塌等。

3.3 計(jì)算機(jī)藝術(shù)――藝術(shù)領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)藝術(shù)是科學(xué)與藝術(shù)相結(jié)合的一門新興的交叉學(xué)科，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)嶄新、富有時(shí)代氣息的領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)藝術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工具，可以完成多種藝術(shù)品的制作和設(shè)計(jì)，如繪畫（平面圖形）、雕塑（立體圖形）、音樂、平面構(gòu)成、空間結(jié)構(gòu)，還有體操舞蹈設(shè)計(jì)等等。其中，美術(shù)作品占比重最大因此，計(jì)算機(jī)藝術(shù)由主要指計(jì)算機(jī)美術(shù)。比如計(jì)算機(jī)繪畫（Computer Painting）主要指人們利用鼠標(biāo)或數(shù)字壓感光筆直接在屏幕或數(shù)字化板上進(jìn)行的繪畫。軟件包括：Corel Painter 或 Adobe Photoshop 等。該類繪畫最接近于傳統(tǒng)繪畫，其畫風(fēng)細(xì)膩、形象生動(dòng)自然。但畫幅一般較小，要求繪畫者有較高的美術(shù)功底。優(yōu)勢為：易于修改、效果豐富、成本較低、但對于電腦設(shè)備要求較高。

3.4 科學(xué)計(jì)算的可視化

科學(xué)計(jì)算的可視化是運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)或者利用圖形學(xué)處理的原理和方法，將科學(xué)計(jì)算的結(jié)果中含有的大規(guī)模復(fù)雜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可視化的圖形或圖象，能幫助人們以直觀形象的形式顯示出來。它涉及多個(gè)研究領(lǐng)域，已成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的重要方向?？蓱?yīng)用于氣象預(yù)報(bào)、環(huán)境保護(hù)、分子生物學(xué)等許多領(lǐng)域。比如通過對天空的氣象數(shù)據(jù)通過搜集、分析、整理形成可視化的衛(wèi)星云圖，幫助人們進(jìn)行科學(xué)的天氣預(yù)報(bào)。

3.5 在多媒體方面的應(yīng)用

在多媒體方面的應(yīng)用是指在計(jì)算機(jī)控制下，對多種媒體信息進(jìn)行生成、操作、表現(xiàn)、存儲、通信、或集成的信息系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)通過對多媒體信息如圖形、圖像、語音、視頻等的處理能增加多媒體的圖形信息的多樣性和操作的交互性、系統(tǒng)的集成性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

羅春平（1970-），男，廣東省梅州市人，大學(xué)本科學(xué)歷。研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)多媒體技術(shù)。

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【關(guān)鍵詞】圖形學(xué) 圖形圖像 處理技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)在近年來的發(fā)展速度極為迅速，如今在各個(gè)領(lǐng)域中都應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)。從20世紀(jì)50年代開始，人們開始利用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理圖形，而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，人們開始利用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理圖形與圖像信息，隨著這種圖形與圖像處理技術(shù)的不斷成熟與完善，最終形成了備受人們重視的新型學(xué)科。這種計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)的應(yīng)用，對于各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展有很重要的意義，因此對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)進(jìn)行研究分析，對各領(lǐng)域的發(fā)展非常重要。

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述

1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要內(nèi)容

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的研究內(nèi)容包含了許多方面，其中包含了圖形硬件、圖形交互技術(shù)、曲面曲線建模、虛擬實(shí)現(xiàn)以及實(shí)物造型等。這是一種利用數(shù)學(xué)算法將相應(yīng)二維與三維圖形轉(zhuǎn)化到計(jì)算機(jī)中顯示出來。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)學(xué)科成立的主要目的是為了讓計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換出來的圖像更加的真實(shí)，而要讓計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化的圖形具備更強(qiáng)的真實(shí)感，就必須要建立圖形描述場景的幾何表示，從中計(jì)算出虛擬的光源、紋理以及材質(zhì)屬性產(chǎn)生的效果。因此計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與幾何設(shè)計(jì)學(xué)的聯(lián)系非常緊密。在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，主要的研究內(nèi)容包括幾何場景中的曲線曲面造型技術(shù)以及實(shí)體造型技術(shù)。而由計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化出的圖形，通常都需要對圖形進(jìn)行再一次的處理，因此計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與相應(yīng)的圖形圖像處理技術(shù)需要緊密聯(lián)系起來，這樣才能夠產(chǎn)生更好的圖形真實(shí)感。

1.2 圖形圖像處理技術(shù)的基本概念

圖形圖像處理技術(shù)主要是將數(shù)學(xué)描述中的幾何數(shù)據(jù)與幾何模型，用計(jì)算機(jī)技術(shù)將其進(jìn)行相應(yīng)的修改、存儲以及完善。其主要處理技術(shù)包括幾何變換、圖像數(shù)字化、建模造型設(shè)計(jì)、隱線與隱面的消除以及各種色彩設(shè)計(jì)等。在圖形與圖像處理技術(shù)中，通常需要用的計(jì)算機(jī)軟件包括一般的輔助設(shè)計(jì)軟件CAD、制造軟件CAM、輔助教育軟件CAI等，同時(shí)還需要應(yīng)用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)藝術(shù)設(shè)計(jì)、模擬、動(dòng)畫以及虛擬實(shí)現(xiàn)等知識技術(shù)領(lǐng)域。

1.3 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)與功能

計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)主要由相應(yīng)的硬件設(shè)備以圖形圖像軟件組成，計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)中的硬件設(shè)備主要有圖形輸入、輸出設(shè)備以及相應(yīng)的圖形處理設(shè)備。其中圖形處理設(shè)備是硬件設(shè)備中的核心，圖形處理設(shè)備的主要功能是存儲于處理圖形，同時(shí)也能夠完成圖形處理過程中復(fù)雜的函數(shù)計(jì)算，因此圖形處理設(shè)備也能夠減輕系統(tǒng)CPU的負(fù)擔(dān)，最終能夠?qū)D形系統(tǒng)的顯示速度與質(zhì)量進(jìn)行提升。圖形系統(tǒng)中的硬件輸入設(shè)備主要是鍵盤與鼠標(biāo)，通過鼠標(biāo)與鍵盤執(zhí)行相應(yīng)的命令來完成各種圖形的繪制，比如在輔助設(shè)計(jì)軟件CAD中就主要依靠這兩種硬件設(shè)備。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，如今的硬件設(shè)備還有空間球、數(shù)據(jù)手套、光筆以及觸摸屏等。圖形系統(tǒng)硬件設(shè)備中的圖形輸出設(shè)備主要是指系統(tǒng)中的顯示系統(tǒng)、繪圖系統(tǒng)等，顯示系統(tǒng)是為了讓圖形可以快速的生成與處理，而匯通系統(tǒng)則是為了讓圖形能夠永久的保存，如顯示器、繪圖儀以及打印機(jī)等。

圖形系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與繪制各種圖形的過程中，必須具備輸入、輸出、存儲、對話以及計(jì)算等能力，因此圖形系統(tǒng)的功能主要包括：能夠輸入各種命令與幾何參數(shù)的輸入功能、能夠讓圖形保持顯示狀態(tài)且可永久保存的輸出功能、能夠存放所有幾何數(shù)據(jù)并能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)與檢測的存儲功能、能夠進(jìn)行人機(jī)通信的對話功能以及設(shè)計(jì)過程中需要的各種計(jì)算分析功能。

2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)不斷發(fā)展與成熟，這種技術(shù)應(yīng)用開始在許多領(lǐng)域中進(jìn)行了應(yīng)用，其中主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)領(lǐng)域、商業(yè)領(lǐng)域、藝術(shù)領(lǐng)域等。

2.1 工業(yè)領(lǐng)域

工業(yè)領(lǐng)域是計(jì)算機(jī)圖像學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，人們在制造各種精密的儀器以及設(shè)計(jì)各種機(jī)械產(chǎn)品的過程中，都需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)中的圖像學(xué)以及相應(yīng)的圖形圖像處理技術(shù)，其中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造軟件CAD與CAM，已經(jīng)在如今的工業(yè)領(lǐng)域中進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，比如各種汽車、船舶以及飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造，各種廠房的建造布局等，都需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)以及圖形圖像處理技術(shù)。如法國的空客飛機(jī)公司就是因?yàn)閼?yīng)用了CAD系統(tǒng)，對空客A300飛機(jī)的外形設(shè)計(jì)、內(nèi)部組裝等進(jìn)行了模擬，從而使得制造成本降低了30%以上。

2.2 商業(yè)領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要包括各種廣告設(shè)計(jì)、游戲開發(fā)設(shè)計(jì)、動(dòng)畫制作以及各種影視中的特技制作。人們可以利用計(jì)算機(jī)的圖形圖像處理技術(shù)將書法中的藝術(shù)添加到各種廣告設(shè)計(jì)中，比如在各種包裝中添加的廣告字體，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠?qū)⒏鞣N廣告字體變得新云流水，將字體的藝術(shù)性添加進(jìn)去，可在很大程度上提升這種宣傳效果，在顧客心中留下深刻印象。還比如在影視行業(yè)中，同樣可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)，來制作各種特寫鏡頭，像各種驚險(xiǎn)的特技效果以及各種大型建筑物的倒坍效果等。

2.3 藝術(shù)領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)在藝術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，是一種新興的學(xué)科，同時(shí)也是一種具有時(shí)代氣息的新型領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在藝術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，正是計(jì)算機(jī)與藝術(shù)學(xué)結(jié)合的一種代表，這種結(jié)合可讓兩者皆得到發(fā)展與進(jìn)步。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)在藝術(shù)領(lǐng)域中完成各種藝術(shù)品的制造與設(shè)計(jì)，可以讓藝術(shù)品表現(xiàn)的更加完美，比如在在繪制二維與三維圖形時(shí)，可利用各種計(jì)算機(jī)軟件讓圖形變得更加完美精確，而在設(shè)計(jì)空間結(jié)構(gòu)、體操舞蹈等藝術(shù)設(shè)計(jì)過程中，人們可以利用計(jì)算機(jī)的圖形圖像處理技術(shù)，在虛擬空間中讓其變得更加細(xì)膩、生動(dòng)與自然，如計(jì)算機(jī)中的三維軟件3DMAX、Maya等。通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來完成藝術(shù)設(shè)計(jì)，一般需要設(shè)計(jì)人員具備較高的藝術(shù)功底，同時(shí)也需要配置高端的硬件與軟件設(shè)備。

2.4 科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域

人類在進(jìn)行各種科學(xué)研究與計(jì)算分析的過程中，往往需要轉(zhuǎn)換大量的數(shù)據(jù)才能夠?qū)⑾鄳?yīng)的圖形與圖像轉(zhuǎn)換過來，并且對最后得到的圖像還有非常高的要求。通過計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)，能夠?qū)⒆尭鞣N虛擬的圖像更直觀的展現(xiàn)出來，同時(shí)也能夠幫助人們處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，因此這種圖形圖像處理技術(shù)已經(jīng)成功在各個(gè)科學(xué)研究領(lǐng)域中進(jìn)行了應(yīng)用。如在環(huán)境保護(hù)、生物分析等領(lǐng)域，人們通過計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)，可讓其中的各種圖像以及模型分析更加的生動(dòng)，對科學(xué)研究有很重要的意義。

3 圖形與圖像的關(guān)系

圖形圖像處理技術(shù)中，圖形與圖像之間存在著一定的區(qū)別，但同時(shí)也存在一定的聯(lián)系。它們之間的區(qū)別包括數(shù)據(jù)來源、處理方法、理論基礎(chǔ)以及用途四個(gè)方面。數(shù)據(jù)來源中：圖像是來自客觀世界，而圖形來自主觀世界。處理方法中：圖像的處理方法是幾何修正以及圖像的各種變換、識別以及理解等。而圖形的處理方法是幾何變換以及圖形的各種修剪、消除以及隱藏等。在理論基礎(chǔ)上：圖像的主要理論基礎(chǔ)是以概率統(tǒng)計(jì)、模糊數(shù)學(xué)等相關(guān)理論作為理論基礎(chǔ)。而圖形時(shí)以計(jì)算幾何、樣條幾何等相關(guān)的理論做為理論基礎(chǔ)。最后的在用途上：圖像的處理用途主要是應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)等方面，而圖形處理則主要應(yīng)用于動(dòng)畫、藝術(shù)等方面。

隨著圖形圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，圖形與圖像之間在各個(gè)方面也開始出現(xiàn)了一些聯(lián)系，并且兩者在一定條件下還能夠相互轉(zhuǎn)換，如圖1所示。圖形與圖像的模型轉(zhuǎn)換一般需要用到計(jì)算機(jī)的輔助幾何設(shè)計(jì)技術(shù)，如CAGD技術(shù)，利用這種計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)，能夠更加靈活的分析各種幾何形體，并且能夠?qū)⑶媾c曲線中的各種數(shù)據(jù)擬合。

4 結(jié)語

伴隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)逐漸成熟，如今已應(yīng)用到了我們的日常生活工作中，并且在多個(gè)領(lǐng)域中都需要應(yīng)用這種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。同時(shí)計(jì)算機(jī)圖形圖像的處理技術(shù)對各領(lǐng)域的發(fā)展也產(chǎn)生了很大的作用，這種技術(shù)能給創(chuàng)造出一個(gè)新奇的視覺效果，能給讓人們的設(shè)計(jì)能力以及創(chuàng)造力全面發(fā)揮出來。因此將讓計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)融入到各個(gè)領(lǐng)域中，促進(jìn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)的發(fā)展有很重要的意義。

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篇4

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 教材 OpenGL

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（c）-0178-02

從學(xué)科角度來看，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門理論和實(shí)踐都很強(qiáng)的綜合性學(xué)科；從技術(shù)層面來看，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到社會的各個(gè)方面，例如計(jì)算機(jī)游戲產(chǎn)業(yè)和影視動(dòng)畫，人們使用手機(jī)和計(jì)算機(jī)時(shí)操作的圖形用戶接口，這些應(yīng)用與人們的生活密不可分。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)等等，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在科學(xué)研究、生產(chǎn)實(shí)踐和人們的日常生活中均占有重要地位。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程之前對該課程具有一定的好奇和期待，但是如果按照當(dāng)前市場上流行的教材組織教學(xué)會使學(xué)生很失望，從而失去學(xué)習(xí)該課程的熱情。

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教材存在的問題

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的一門學(xué)科，本科段的主要教學(xué)內(nèi)容由以下幾個(gè)部分組成：光柵圖形學(xué)、圖形變換、圖形裁剪、可見面判斷、曲線和曲面、簡單的真實(shí)感圖形生成?；谶@些內(nèi)容，國內(nèi)教材基本上以計(jì)算機(jī)基本圖形的生成原理及其相應(yīng)的經(jīng)典算法為核心，注重算法的推導(dǎo)過程，也就是數(shù)學(xué)演算過程，使得教材內(nèi)容理論性很強(qiáng)，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高。這樣的教材適合培養(yǎng)學(xué)術(shù)研究型的學(xué)生，所學(xué)知識為他們進(jìn)一步學(xué)習(xí)、從事計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是應(yīng)用型本科院校計(jì)算機(jī)專業(yè)的絕大多數(shù)學(xué)生畢業(yè)后走向職場，即使考上研究生進(jìn)一步深造的學(xué)生，選擇計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為研究方向的可以說是鳳毛麟角。更加重要的是，應(yīng)用型本科院校計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生普遍數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較差，沒有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)來學(xué)習(xí)這種數(shù)學(xué)演算式的算法推導(dǎo)過程。由于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)前在軟件開發(fā)領(lǐng)域也用不到教材中這樣底層的經(jīng)典圖形算法，一般的圖形軟件開發(fā)都是基于某種圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)，例如實(shí)際的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)OpenGL（Application Programming Interface），微軟公司的DirectX?；谲浖?biāo)準(zhǔn)，學(xué)生可以學(xué)到開發(fā)圖形學(xué)軟件的一些實(shí)用技術(shù)，掌握繪制真實(shí)感圖形的完整流程。因此，當(dāng)前急需解決應(yīng)用型本科院校計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教材問題，以及由此帶來的該課程在應(yīng)用型本科院校的定位問題。

2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革探索

應(yīng)用型本科院校的學(xué)生普遍數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較差，優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)手能力比較強(qiáng)，其中不乏玩游戲的高手。絕大多數(shù)認(rèn)真學(xué)習(xí)的學(xué)生都對程序開發(fā)比較感興趣，并且學(xué)得快。但是由于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和抽象思維能力比較差，對理論性強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容不感興趣，學(xué)起來吃力。針對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教材的現(xiàn)狀和應(yīng)用型本科院校學(xué)生的特點(diǎn)，對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了一定的研究探索。將教學(xué)目標(biāo)定位為使學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)有一個(gè)概括性的全面了解，理解計(jì)算機(jī)基本圖形的生成原理及其相應(yīng)的經(jīng)典算法的基本思路，掌握其中的重要技術(shù)；學(xué)習(xí)一種圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)，加大實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)力度，使學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，能夠設(shè)計(jì)簡單的圖形場景，掌握繪制真實(shí)感圖形的基本流程。對于教學(xué)內(nèi)容，采用一本教材為主，多本參考書為輔，在吃透這些教材的基礎(chǔ)上重新整合教學(xué)內(nèi)容，力求使學(xué)生能夠?qū)W到實(shí)際有用的知識和技術(shù)，掌握必要的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論基礎(chǔ)和開發(fā)圖形應(yīng)用軟件的初步能力。OpenGL是一種跨平臺的應(yīng)用程序接口，已經(jīng)成為實(shí)際的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，而微軟公司的DirectX僅適用于Windows操作系統(tǒng)。另外，OpenGLES是OpenGL的子集，應(yīng)用于多種嵌入式系統(tǒng)，如控制臺、移動(dòng)電話、手持設(shè)備、家電設(shè)備和汽車等。把JavaScript和OpenGL ES 2.0結(jié)合在一起構(gòu)成了WebGL，為HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染，Web開發(fā)人員可以用WebGL構(gòu)建具有豐富圖形的網(wǎng)站頁面和設(shè)計(jì)網(wǎng)頁游戲等。所以教學(xué)中選用了OpenGL作為實(shí)驗(yàn)平臺。

教學(xué)內(nèi)容整合以教材為依據(jù)，對應(yīng)每個(gè)教學(xué)模塊增加相應(yīng)的OpenGL內(nèi)容，例如光柵圖形學(xué)模塊增加OpenGL的基本圖元繪制、圖形變換模塊增加OpenGL實(shí)現(xiàn)圖形變換的內(nèi)容、曲線和曲面模塊增加利用OpenGL繪制Beizer曲線曲面和B樣條曲線曲面的方法、真實(shí)感圖形生成模塊增加OpenGL的光照（包括光源的位置、光的類型）和材質(zhì)內(nèi)容，等等。整合后的教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了理論與實(shí)踐并重、理論與實(shí)踐相結(jié)合的教育思想，每一次課的教學(xué)內(nèi)容由兩部分組成：一是理論部分，講授計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本原理和概念、經(jīng)典算法的設(shè)計(jì)；二是實(shí)踐部分，講授與理論教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的OpenGL繪圖程序設(shè)計(jì)。對于理論教學(xué)內(nèi)容突出重點(diǎn)，精選有代表性的算法講解透徹，使學(xué)生掌握算法思想的精髓、主要技術(shù)手段，對類似算法能夠舉一反三，自行學(xué)習(xí)。實(shí)踐教學(xué)部分強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)際動(dòng)手能力，針對教學(xué)內(nèi)容演示基于OpenGL繪制的圖形或者場景，引導(dǎo)學(xué)生分析設(shè)計(jì)過程以及實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的OpenGL函數(shù)，以便學(xué)生通過學(xué)習(xí)能夠獨(dú)立自主地設(shè)計(jì)出具有真實(shí)感的圖形或者簡單場景。由于教學(xué)內(nèi)容由理論和實(shí)踐兩個(gè)主題構(gòu)成，所以教學(xué)過程中要特別注意將這兩個(gè)部分有機(jī)地融合在一起，具體做法是講清楚OpenGL函數(shù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，下面以圖形的幾何變換為例說明。圖形的幾何變換以齊次坐標(biāo)為基礎(chǔ)，用矩陣表示變換，將變換矩陣乘以點(diǎn)的原始坐標(biāo)，運(yùn)算結(jié)果即為變換后的點(diǎn)的坐標(biāo)；OpenGL的變換函數(shù)是以程序員給定的參數(shù)、按照函數(shù)功能先構(gòu)造相應(yīng)的變換矩陣，然后將變換矩陣與點(diǎn)坐標(biāo)相乘得到變換后的點(diǎn)坐標(biāo)。通過這種剖析將理論知識與實(shí)踐技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，使學(xué)生知其然，也知其所以然，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)知識的熱情。

教學(xué)過程以建構(gòu)主義教學(xué)理念為指導(dǎo)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法為主結(jié)合多種教學(xué)方法以提高課堂教學(xué)質(zhì)量。建構(gòu)主義教育思想認(rèn)為學(xué)習(xí)的本質(zhì)是知識的建構(gòu)過程，教學(xué)的目的在于幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識建構(gòu)，而不是單向的給學(xué)生傳授知識，教師的作用是引導(dǎo)學(xué)生對原有知識進(jìn)行改造和重組，實(shí)現(xiàn)新知識建構(gòu)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的核心是以任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)過程，教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)合適的任務(wù)，通過分析這個(gè)任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識。例如，講授真實(shí)感圖形生成時(shí)，首先演示一個(gè)編程繪制的具有真實(shí)感的圖形，在光照的作用下圖形逼真、美觀，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過分析這個(gè)圖形的生成原理和技術(shù)，引出光照模型和顏色理論的基礎(chǔ)知識，通過設(shè)問、啟發(fā)等多種教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)相關(guān)的理論知識；通過分析OpenGL實(shí)現(xiàn)光照、材質(zhì)的技術(shù)，完成利用計(jì)算機(jī)繪制真實(shí)感圖形的教學(xué)任務(wù)。

最近幾年，市場上出現(xiàn)了一些面向應(yīng)用型本科院校的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教材，其中計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)理論的深度和難度都比傳統(tǒng)教材降低了，闡述也比較通俗易懂，但是沒有配套的上機(jī)實(shí)踐教材。因此，編寫了基于OpenGL的電子版實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由以下模塊組成：熟悉編程環(huán)境、基本圖元生成、二維圖形變換、三維圖形變換、光照和材質(zhì)、曲線和曲面。實(shí)驗(yàn)類型分為驗(yàn)證型，設(shè)計(jì)型和綜合型。每次上機(jī)實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容分為兩個(gè)部分：一是運(yùn)行課堂教學(xué)中講授的OpenGL程序、分析運(yùn)行結(jié)果，然后修改這個(gè)程序生成新的圖形，從而加深對所學(xué)知識的理解；二是利用所學(xué)知識設(shè)計(jì)一個(gè)物體或者簡單的場景。課外作業(yè)是根據(jù)所學(xué)知識自由創(chuàng)造一個(gè)具有真實(shí)感的場景，從第一次上機(jī)實(shí)驗(yàn)開始，從簡單到復(fù)雜構(gòu)造一個(gè)場景，每次上機(jī)后增加本次實(shí)驗(yàn)所學(xué)知識的內(nèi)容，上機(jī)實(shí)驗(yàn)課結(jié)束時(shí)上交，作為該課程的實(shí)驗(yàn)考試成績。這樣，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了利用計(jì)算機(jī)生成真實(shí)感圖形的完整流程，而且親自實(shí)踐了這個(gè)完整流程。

4 結(jié)語

通過教學(xué)內(nèi)容的整合，使學(xué)生能夠?qū)W到利用計(jì)算機(jī)生成真實(shí)感圖形的完整流程，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的軟件開發(fā)能力，如果不進(jìn)行上述教學(xué)改革是不可能達(dá)到這個(gè)目的的。當(dāng)前國內(nèi)教材太注重經(jīng)典算法的剖析，學(xué)生即使努力學(xué)習(xí)，也是只見樹木不見森林，非常不適合應(yīng)用型本科院校的學(xué)生使用。由于OpenGL的強(qiáng)大功能，教學(xué)中可以演示利用OpenGL編程繪制的逼真圖形，學(xué)生通過學(xué)習(xí)也可以自行設(shè)計(jì)、編程繪制這樣具有真實(shí)感的圖形，極大地激發(fā)了學(xué)生的求知欲，使得學(xué)生想學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程，有效地提高了該課程的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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篇5

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)技術(shù) 計(jì)算機(jī)圖形 圖新圖像技術(shù)

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

據(jù)了解，從上世紀(jì)開始，計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)就已經(jīng)和圖形圖像有了一定的結(jié)合，只是在當(dāng)時(shí)的社會條件下仍不夠成熟，但經(jīng)過日后的繼續(xù)發(fā)展和改進(jìn)，計(jì)算機(jī)圖形和圖形圖像技術(shù)的結(jié)合得到了很好的發(fā)展，截止到目前，該技術(shù)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)現(xiàn)代化應(yīng)用的主要手段。只是對于該技術(shù)在未來的發(fā)展方向，專家們?nèi)匀皇歉鲌?zhí)一詞，但不可否認(rèn)的是，通過對計(jì)算機(jī)圖形和圖形圖像技術(shù)的發(fā)展空間和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行總結(jié)概括和分析，加強(qiáng)對該技術(shù)的深刻了解具有非常重要的意義。

1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是通過計(jì)算機(jī)來處理圖像、修改圖片并完成存儲的一系列過程的學(xué)科，而計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)是指把通過概念或者數(shù)字來表達(dá)出事物的幾何圖形或者幾何數(shù)據(jù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)來顯示、修改直到完成的過程，由此便可發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)是必定要組合一起的，只有相互結(jié)合才能完成圖像制作。

總的說來，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的范圍非常廣泛，包括了圖形標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)物造型、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、圖形硬件等等。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要是通過計(jì)算機(jī)來研究這些圖形的學(xué)科，通過計(jì)算機(jī)來表達(dá)真實(shí)的圖形。但是要表達(dá)出這些真實(shí)的圖形需要借助圖形描述的場景的幾何表示，所以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與計(jì)算機(jī)幾何設(shè)計(jì)有著非常密切的關(guān)系，但是真實(shí)感圖形計(jì)算是以數(shù)字圖像的形式呈現(xiàn)出來的，所以計(jì)算圖形學(xué)與圖形圖像有著不可分割的關(guān)系。

2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷程具有非常悠久的歷史，該學(xué)科的研究開始于麻省理工，通過該校對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究，確立了該學(xué)科在計(jì)算機(jī)技術(shù)中的一席之地。隨著時(shí)間的推移，該技術(shù)在世界經(jīng)濟(jì)中的各個(gè)領(lǐng)域都有了很好的發(fā)展。據(jù)了解，通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論和技術(shù)的不斷創(chuàng)新，在未來其應(yīng)用前景也將更加廣闊。

例如：計(jì)算機(jī)圖形化的用戶接口應(yīng)用，一個(gè)優(yōu)秀的圖形化用戶界面可以大大提高軟件的實(shí)用性，隨著某公司圖形界面操作系統(tǒng)的提出，這一切都標(biāo)志著圖形學(xué)滲透進(jìn)了計(jì)算機(jī)的各個(gè)領(lǐng)域。再者更具代表性的圖形應(yīng)用領(lǐng)域就是計(jì)算機(jī)動(dòng)畫和藝術(shù)設(shè)計(jì)，因?yàn)閯?dòng)畫和藝術(shù)設(shè)計(jì)在中國運(yùn)行時(shí)間已久，為該技術(shù)生產(chǎn)的軟件不在少數(shù)，但是能像二維平面的應(yīng)用程序和三維動(dòng)畫建模的軟件仍然是屈指可數(shù)，由此可見，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在中國的各大領(lǐng)域發(fā)揮著無可替代的作用。

3計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的應(yīng)用

3.1二者之間的相互作用

在計(jì)算機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域里，計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)是專家學(xué)者研究和開發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容，但值得一提的是，要學(xué)計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)必須依附于計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)圖形的完成和處理必須要依靠計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的幫助，一般來說，它是由計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)備和計(jì)算機(jī)圖形圖像軟件所組成，計(jì)算機(jī)的圖形硬件主要包括圖像處理器、圖形輸入和輸出設(shè)備以及存儲設(shè)備。而圖像處理器是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最重要的一部分，它是連接顯示器和計(jì)算機(jī)內(nèi)部的重要紐帶，通過該處理器可以大大減少計(jì)算機(jī)cpu的工作量，同時(shí)也能減少大量圖形的數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)間?？梢哉f，通過二者的結(jié)合，計(jì)算機(jī)所制作出來的圖形在視覺上會更加的完美，質(zhì)量上也會更有保證。隨著科技的進(jìn)步，這兩者之間的關(guān)系變得越來越密切，而且二者的完美配合幾乎可以變成一個(gè)整體來發(fā)揮效用。

3.2計(jì)算機(jī)圖形和計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

在工業(yè)生產(chǎn)中，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用可謂是最廣泛的，其中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是這些計(jì)算機(jī)技術(shù)中最為活躍的計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)，計(jì)算機(jī)的圖形操作被廣泛運(yùn)用到這些技術(shù)領(lǐng)域里，比如說在汽車行業(yè)、土木工程技術(shù)領(lǐng)域、數(shù)控車床、建筑設(shè)計(jì)和室內(nèi)設(shè)計(jì)等，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)將會大大減少人工設(shè)計(jì)的時(shí)間，提高工作效率。另外，在部分的網(wǎng)絡(luò)分析上也運(yùn)用了該項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)是在國內(nèi)工程建筑圖紙上常見的設(shè)計(jì)軟件。

除了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，可視化軟件、土地的地形地貌圖、計(jì)算機(jī)輔助制造軟件等都是通過該項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)出來的高科技技術(shù)產(chǎn)品，通過這些產(chǎn)品的投入使用，不僅給人們的日常生活和工作帶來了便利，更是推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展腳步，為世界技術(shù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了不可忽視的作用。

4結(jié)束語

計(jì)算機(jī)圖形和計(jì)算機(jī)圖像圖像技術(shù)的相互結(jié)合是計(jì)算機(jī)技術(shù)史上一個(gè)非常經(jīng)典的里程碑，是計(jì)算機(jī)技術(shù)的重要進(jìn)步和發(fā)展。隨著圖形圖像技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)為人們創(chuàng)作出了很多豐富多彩的視覺景象；隨著圖形圖像技術(shù)的發(fā)展，人們的生活環(huán)境越來越好，工作越來越便利；隨著圖形圖像技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來，世界將是另一番美好景象。

參考文獻(xiàn)

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篇6

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；研究型教學(xué)；算法

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何利用計(jì)算機(jī)來顯示、生成和處理圖形的原理、方法和技術(shù)的一門學(xué)科，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造、科學(xué)計(jì)算可視化、地理信息系統(tǒng)、虛擬農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，是計(jì)算機(jī)、地理信息系統(tǒng)、電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)等本科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是許多后續(xù)課程(圖像處理、模式識別、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)視覺等)的基礎(chǔ)課程，在教學(xué)計(jì)劃中占有重要地位和作用。

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力是研究型大學(xué)教育改革目標(biāo)的核心。通過該課程的學(xué)習(xí)，不僅使學(xué)生能系統(tǒng)地獲得計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本知識、必要的基礎(chǔ)理論和常用的圖形生成算法，同時(shí)能提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，使學(xué)生具備一定的研究和創(chuàng)新能力。另外，隨著近幾年信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)遙感、地理信息系統(tǒng)、農(nóng)作物模擬和仿真中涉及大量的計(jì)算機(jī)圖形算法和技術(shù)。因此在這門課的講授內(nèi)容上增加了一些和遙感、地理信息系統(tǒng)、虛擬農(nóng)業(yè)技術(shù)相關(guān)的圖形基礎(chǔ)和算法，并結(jié)合教師的研究成果和科研工作的進(jìn)展，及時(shí)將其增加到教學(xué)內(nèi)容中，使這門課程逐漸形成有農(nóng)業(yè)特色的專業(yè)基礎(chǔ)課。

課程改革決不僅僅是教學(xué)內(nèi)容的更新，更為重要的是學(xué)習(xí)方式、思維方式轉(zhuǎn)換以及新教育技術(shù)的應(yīng)用。這需要我們從“知識型教學(xué)”轉(zhuǎn)換成為“研究型教學(xué)”，即以知識為載體，傳授本學(xué)科的方法論，注重學(xué)科發(fā)展，提升教學(xué)中學(xué)生思維能力、交流溝通能力等持久性綜合能力的培養(yǎng)。

1研究型教學(xué)的實(shí)施方案

研究型教學(xué)是以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新研究能力為目標(biāo)的。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，我們從跟蹤學(xué)科前沿能力、發(fā)現(xiàn)問題能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力、文獻(xiàn)閱讀能力等以下7個(gè)方面來綜合培養(yǎng)學(xué)生的能力[1]，如圖1所示。

圍繞這幾方面的能力，具體做法是強(qiáng)化基礎(chǔ)、突出實(shí)踐、重在素質(zhì)、面向創(chuàng)新。我們主要在以下幾個(gè)方面展開了創(chuàng)新性的教學(xué)改革研究。

1.1像計(jì)算機(jī)工程師那樣去思考和解決問題

本課程教學(xué)理念為：“以應(yīng)用為背景、以理論為主線、以算法為核心、以合理先進(jìn)的教學(xué)方法為手段、以提高學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為目標(biāo)”。

學(xué)完這門課程，學(xué)生應(yīng)掌握兩個(gè)技能并達(dá)到一個(gè)目標(biāo)，兩個(gè)技能是：1)學(xué)生能編寫小規(guī)模的圖形程序(這里的小并不是貶義，只是代表你有能力做事的規(guī)模而已)；2)掌握的第二個(gè)技能是有能力來理解別人編寫的程序。因此要能寫、能讀程序。

最終的目的是開啟學(xué)生從其他領(lǐng)域中提煉概述，并研究出如何將其轉(zhuǎn)入計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域的能力。通過圖形學(xué)算法的提出背景以及發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和完善過程的講解，對學(xué)生的思維進(jìn)行訓(xùn)練，提高學(xué)生面向問題的求解能力，培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)。

在教材的選取上，不局限于一本教材[2-4]，而是選用國內(nèi)較有影響的幾本教材作為參考書。注重基本原理和概念的講解。因?yàn)閳D形技術(shù)的發(fā)展日新月異，新的技術(shù)和算法層出不窮，學(xué)生學(xué)習(xí)的技術(shù)幾年后可能會過時(shí)，但基本的原理和概念是長期不變的。

1.2突出講授圖形算法中蘊(yùn)含的思想

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的主要內(nèi)容就是講授圖形生成、顯示、處理的算法。那么，一個(gè)普通、常規(guī)的圖形算法是如何通過改進(jìn)和完善變成一個(gè)優(yōu)秀算法的？

算法分析是一種理論研究，是關(guān)于計(jì)算機(jī)程序性能和資源利用的研究，重點(diǎn)是性能。我們是在學(xué)習(xí)如何計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行的更快。算法還涉及到其它資源，但我們的關(guān)注點(diǎn)主要還是在性能上。

例如，直線生成算法是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)較底層的一個(gè)算法。該算法的性能嚴(yán)重決定著圖形生成的效率。因?yàn)楫?dāng)完成一個(gè)動(dòng)畫算法或真實(shí)感圖形算法時(shí)，直線算法可能被幾十萬、上百萬次地反復(fù)調(diào)用，因此這種算法要求效率要高。在加、減、乘除、開方、三角函數(shù)等運(yùn)算中，加法是最快的運(yùn)算，其中整數(shù)加法又快于浮點(diǎn)加法。因此像畫直線這種底層算法，能夠減少一個(gè)乘法都是一個(gè)了不起的事情。

從講授通過直線方程的畫線算法到數(shù)值微分(DDA)算法、再到中點(diǎn)畫線算法，最后到Bresenham算法。一步步給學(xué)生展示了一個(gè)開始需要一個(gè)乘法和一個(gè)加法的普通直線算法，是如何通過改進(jìn)和完善其性能，把乘法演變一個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算加法，又把浮點(diǎn)加法變成整數(shù)加法的一個(gè)精彩過程。計(jì)算機(jī)科學(xué)問題的核心就是算法。

學(xué)術(shù)大師們在提出、改進(jìn)和完善算法的過程中所體現(xiàn)出來的一些閃光的思想正是我們所要深刻認(rèn)識和領(lǐng)會的。什么是創(chuàng)新？這些閃光的思想就是真正的創(chuàng)新！

在講授其他一些圖形算法如多邊形的掃描轉(zhuǎn)換和區(qū)域填充、裁剪算法、消隱算法等時(shí)，并不強(qiáng)調(diào)學(xué)生掌握和實(shí)現(xiàn)算法的具體細(xì)節(jié)，更重要的是闡述這些算法所蘊(yùn)涵的一些創(chuàng)新思想，像增量思想、編碼思想、圖形連貫性思想、分而治之思想等。這些思想不僅用在圖形學(xué)算法中，而且還用在了數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等領(lǐng)域。

1.3算法講解與程序演示相結(jié)合

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，上機(jī)編程實(shí)驗(yàn)是其重要環(huán)節(jié)，基本目標(biāo)是將學(xué)生的計(jì)算機(jī)操作能力、分析能力、設(shè)計(jì)能力與編程實(shí)踐結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本理論和算法。

為了讓枯燥的算法講解變得生動(dòng)起來，作者在教學(xué)手段上充分發(fā)揮圖形學(xué)自身特點(diǎn)，將許多算法的原理用Flash做成動(dòng)畫片嵌入到教學(xué)幻燈片中，采用生動(dòng)形象的動(dòng)畫算法講解，使學(xué)生對抽象的圖形學(xué)算法不僅有一個(gè)直觀的了解，而且還調(diào)節(jié)了課堂氣氛。許多同學(xué)在看過演示之后，不僅對算法有了更為深入的了解，還紛紛躍躍欲試，想要做出更好的程序來，這極大地激發(fā)了學(xué)生自己動(dòng)手編程實(shí)踐的欲望。這些課件對于提高學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)算法的理解性具有很大的作用。

我們安排了8～10個(gè)上機(jī)編程實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容包括畫直線圓弧算法、區(qū)域填充算法、編碼裁剪和梁友棟裁剪算法、二維、三維變換算法、透視變換算法、Bezier曲線算法、B樣條算法和簡單光照模型的實(shí)現(xiàn)。學(xué)生通過這些算法的編程實(shí)現(xiàn)并改進(jìn)一些重要算法， 既可以增強(qiáng)對算法本身的理解，也可感受編程的樂趣。

2教學(xué)與科研相結(jié)合

2.1教師科研與教學(xué)相結(jié)合

科研是提高課程教學(xué)質(zhì)量的源動(dòng)力。將科研成果引入教學(xué)，一方面豐富了教學(xué)內(nèi)容，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面，也培養(yǎng)了學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。

我們主持和參與的國家科技基礎(chǔ)條件平臺中國數(shù)字科技館項(xiàng)目“虛擬農(nóng)場體驗(yàn)區(qū)”、科技支撐項(xiàng)目 “面向農(nóng)民科技培訓(xùn)的人機(jī)交互式三維可視化平臺研究”、虛擬農(nóng)場等課題中都使用到了圖形算法和技術(shù)，通過課題引導(dǎo)學(xué)生將圖形學(xué)中的各類知識集成到引擎中，面向二次開發(fā)和快速開發(fā)，大大提高了學(xué)生對圖形學(xué)技術(shù)的理解和實(shí)踐動(dòng)手能力。

2.2教學(xué)與專業(yè)文獻(xiàn)閱讀相結(jié)合

一門學(xué)科的內(nèi)容終歸是不可能全部在課堂上講授完的，以“授人以漁”為己任的教師也沒有必要這樣做。在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代沒有絕對的老師，所有老師必須成為學(xué)生。同樣，在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代也沒有絕對的學(xué)生，所有的學(xué)生必須學(xué)會做自己的老師。

為了培養(yǎng)學(xué)生研究創(chuàng)新的能力，除了把教師自己的科研成果介紹給學(xué)生，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生跟蹤學(xué)科前沿的文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)閱讀與文獻(xiàn)綜述能力。

基于期刊的影響力和SCI影響因子等標(biāo)準(zhǔn)，我們選擇國內(nèi)外一流期刊20余種，國內(nèi)期刊如《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)》、《地理學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)圖形圖像學(xué)報(bào)》等；國外期刊如《Computer Graphics》、《IEEE Computer Graphics and Application》、《International Journal of Geographical Information Science》等。相對來說，這些權(quán)威的期刊發(fā)表的文章基本上都是高質(zhì)量的文章。除了從這些期刊里選出一些和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法有關(guān)的高質(zhì)量文獻(xiàn)以外，還搜集一些有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形經(jīng)典算法的經(jīng)典文獻(xiàn)，主要是一些具有里程碑式的文獻(xiàn)！這些經(jīng)典的文獻(xiàn)猶如文學(xué)界的世界名著，長久不衰，他們的貢獻(xiàn)直到今天都無可忽略！最新文獻(xiàn)猶如現(xiàn)代流行小說，要與時(shí)俱進(jìn)，了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的一些最新進(jìn)展。

要求每個(gè)學(xué)生在這門課程的學(xué)習(xí)期間，能夠閱讀至少2～3篇中文文獻(xiàn)和1～2篇英文文獻(xiàn)(既閱讀世界名著，也要瀏覽現(xiàn)代流行小說)。這樣既提高了學(xué)生的英語閱讀能力，了解該領(lǐng)域的熱點(diǎn)和前沿進(jìn)展，又使得學(xué)生能領(lǐng)會大師們的研究思路、邏輯推論和技術(shù)方法。

通過兩屆學(xué)生的實(shí)驗(yàn)，教學(xué)取得了良好的效果。盡管他們只是大二的學(xué)生，但已經(jīng)有幾位學(xué)生對教科書上的一些經(jīng)典算法在性能上做了進(jìn)一步的改進(jìn)，提高了算法的效率，撰寫的幾篇學(xué)術(shù)論文被國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議錄用。

3結(jié)語

在研究型課程教學(xué)中，教師的作用發(fā)生了變化：教師不再是“講臺上的圣人”，而更多地起“場外教練”的作用[5]；他們不僅僅傳授知識，而是遵循認(rèn)知規(guī)律，以學(xué)生為中心，設(shè)計(jì)教學(xué)過程、提供教學(xué)資源、提供學(xué)習(xí)建議，對整個(gè)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行控制，包括在關(guān)鍵環(huán)節(jié)上對學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)、激勵(lì)、引導(dǎo)和指導(dǎo)。教師的戰(zhàn)略目標(biāo)都是為了幫助學(xué)生們能像一個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣去思考。換句話說，希望賦予學(xué)生一種能力，讓學(xué)生可以用計(jì)算機(jī)做他想做的任何事。

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Research Teaching of Computer Graphics for Undergraduate Students in Agricultural Universities

ZHAO Ming

(College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)

篇7

關(guān)鍵詞：分形幾何；計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

中圖分類號：TP391.41

分形幾何學(xué)從70年代創(chuàng)立以來，在近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中，已越來越為人們所重視。傳統(tǒng)幾何學(xué)的研究對象是整數(shù)維數(shù)，比如一維、二維平面內(nèi)的點(diǎn)線等，而分形幾何學(xué)則研究的是分?jǐn)?shù)維數(shù)，它的研究對象一般是那些不規(guī)則形狀的。分形幾何學(xué)與動(dòng)力系統(tǒng)中的混沌理論結(jié)合在一起，在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用取得很大的成功。很多學(xué)科領(lǐng)域都開始對分形理論展開研究，取得理論突破的同時(shí)，也能夠應(yīng)用到具體的學(xué)科當(dāng)中去。物理學(xué)中，可以用分形理論來研究基本粒子；生物學(xué)中，可以對蛋白質(zhì)進(jìn)行研究；地質(zhì)學(xué)中，借助分形可以提高地震預(yù)報(bào)水平；信息科學(xué)中，可以研究通信中噪聲的結(jié)構(gòu)和模式以及語音識別；經(jīng)濟(jì)學(xué)中，可以對商品價(jià)格浮動(dòng)的規(guī)律加以研究；此外分形理論還可以用于教育學(xué)、管理學(xué)等更多領(lǐng)域。

目前，在傳統(tǒng)幾何學(xué)的基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展比較迅速，能夠?qū)σ恍┮?guī)則圖形進(jìn)行比較好的繪制。但是隨著對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)要求的不斷提高以及自然景物模擬的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)圖形學(xué)已經(jīng)不能取得很好的效果，當(dāng)面對自然景物中的非規(guī)整形狀，傳統(tǒng)圖形學(xué)顯得束手無策。而在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中引入分形幾何學(xué)，就能夠?qū)δ切┎灰?guī)則的圖形進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗屠L制。通過分形幾何，可以從大量的數(shù)據(jù)中，按照一定的方法選取合適的少量數(shù)據(jù)，就可以生產(chǎn)復(fù)雜的自然景物，繪制的效果比較逼真。通過分形幾何和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的結(jié)合，能夠逼真的描述海岸線、地形圖等自然風(fēng)景。下面先對分形幾何的理論基礎(chǔ)進(jìn)行介紹，再討論一下分形幾何在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的一些應(yīng)用。

1 分形幾何理論基礎(chǔ)

分形幾何之所以能夠結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)現(xiàn)對不規(guī)則事物進(jìn)行逼真描述，是因?yàn)榉中螏缀嗡哂械囊恍┨卣鳌７中问挛锏慕M成部分與整體存在某種方式相似，比如自相似和自仿射.自相似就是事物的局部與整體相似，通過適當(dāng)?shù)姆糯蟪叽?，任何一個(gè)小的局部都可以與整體重合；自仿射則更加復(fù)雜、更加一般，自仿射事物的局部事物通過在各個(gè)方向的不同伸縮比可以得到整體事物。自相似和自仿射的性質(zhì)使得分形幾何結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)可以逼真的描述大自然景物，兩者兩比，自仿射分形更為復(fù)雜，但更接近現(xiàn)實(shí)，研究意義更加重要。

分形有效的解決了局部與整體的關(guān)系問題，借助空間結(jié)構(gòu)的對稱性、自相似性以及自仿射性，可以得到比較逼真的圖形模型，整個(gè)生成的景物豐富多彩，細(xì)致逼真，具有獨(dú)特的藝術(shù)魅力。所生成的景物可以是結(jié)構(gòu)性強(qiáng)的山峰，也可以是結(jié)構(gòu)性弱的云煙。這其中的關(guān)鍵是要選擇一個(gè)合適的模型來進(jìn)行描述。根據(jù)分形造型模型的不同，可以分為四種分形圖形的方法：基于L-系統(tǒng)的分形圖形；迭代函數(shù)系統(tǒng)IFS方法；粒子系統(tǒng)模型方法；隨機(jī)插值法。下面主要介紹常用的兩種方法：基于L-系統(tǒng)的分形和迭代函數(shù)系統(tǒng)的分形方法。

2 基于L-系統(tǒng)的分形圖形

L-系統(tǒng)方法是將L-系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)進(jìn)行有效的結(jié)合，能夠有效的模擬自然界的景物，其中的L-系統(tǒng)是用形式語言對植物形態(tài)進(jìn)行描述的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

在L-系統(tǒng)方法中，比較重要的是并行重寫系統(tǒng)，它可以不斷的進(jìn)行迭代以達(dá)到最終需要的結(jié)果。在重寫規(guī)則確定后，可以從一個(gè)初始圖形進(jìn)行迭代嵌套，最終生成圖形。L-系統(tǒng)方法的生成過程需要大量的時(shí)間，但是相關(guān)的公式比較簡單。

L-系統(tǒng)方法中進(jìn)行迭代時(shí)，經(jīng)過一兩次的迭代后，圖形的樣子還比較簡單，圖形的特征還不夠明顯，但是隨著迭代次數(shù)的不斷增加，圖形的特征越來越明顯，從而可以得到清晰逼真的圖形。所以我們制作分形數(shù)時(shí)，可以根據(jù)L-系統(tǒng)方法進(jìn)行不斷的迭代，從而得到完美的樹形。

除了L-系統(tǒng)的分支結(jié)構(gòu)類型外，還有參數(shù)L-系統(tǒng)、隨機(jī)L-系統(tǒng)等類型，這些方法的基本思想是一樣的，只是他們的繪圖技巧不一樣，繪圖使用更靈活，得到的圖形也就越逼真。

3 分形幾何的應(yīng)用

分形圖形所依據(jù)的函數(shù)是混沌的，所以當(dāng)相應(yīng)的參數(shù)發(fā)生微小的變化時(shí)，便會得到不同的結(jié)果。當(dāng)選取合適的參數(shù)時(shí)，能夠使圖形顏色的設(shè)置更加合理，得到的圖形更加逼真。借助計(jì)算機(jī)，我們可以清楚的看到這種變化的過程，可以了解到圖中許多重復(fù)出現(xiàn)的地方，具有無限嵌套的精細(xì)內(nèi)容，分形之美得到了充分體現(xiàn)。分形幾何在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的應(yīng)用，不但充分展現(xiàn)了分形幾何所具有的優(yōu)勢，而且促進(jìn)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。

分形幾何中的遞歸迭代可以得到精美的分形圖案，根據(jù)變換的不同，可以得到不同的分形圖案。當(dāng)在三維空間定義變換時(shí)，還能夠得到三維立體圖形。雖然迭代函數(shù)參數(shù)的分布比較復(fù)雜，但是分形的計(jì)算機(jī)生產(chǎn)方法有很多種，都能夠找到控制形狀的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)化。分形幾何在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的應(yīng)用，不僅僅給研究數(shù)學(xué)的學(xué)者指出了一條啟發(fā)道路，而且應(yīng)用得到的精美圖形可以供人欣賞，還能用于圖案設(shè)計(jì)等。

根據(jù)分形布朗運(yùn)動(dòng)，可以在計(jì)算機(jī)圖形中產(chǎn)生逼真的海岸線。在對平面地圖的海岸線進(jìn)行繪制時(shí)，想要得到很逼真的效果，則需要采取大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這樣不僅僅浪費(fèi)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，而且整個(gè)收集繪制的工程量也非常大。根據(jù)分形布朗運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)的方法，只需要少量的數(shù)據(jù)點(diǎn)便能夠達(dá)到逼真的效果。同理，可以產(chǎn)生逼真的三維地形圖以及粗糙表面的紋理，不同的是需要在三維空間上進(jìn)行模擬。

分形圖形之所以能夠得到大家的認(rèn)可，是因?yàn)榉中螆D形的內(nèi)涵比較深刻、圖形層次豐富，體現(xiàn)了混沌和有序之美，而且這是需要借助計(jì)算機(jī)圖形學(xué)才能夠得到，任何再高明的畫家也不能做到。但是一般的設(shè)計(jì)人員并不是很熟悉分形的相關(guān)理論，所以將計(jì)算機(jī)分形圖形進(jìn)行進(jìn)一步的推廣還具有一定的難度，需要采取有效的簡化措施。

為此，可以將分形圖形計(jì)算機(jī)生成實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，只要改變少量的參數(shù)便能夠得到不同的相似圖形。參數(shù)化技術(shù)可以使設(shè)計(jì)人員跳過復(fù)雜的數(shù)學(xué)理論、計(jì)算機(jī)算法和編程等問題，可以直接進(jìn)行創(chuàng)作，得到獨(dú)具特色的逼真圖形。參數(shù)化技術(shù)大大減少了設(shè)計(jì)人員的繪制時(shí)間，使普通人也能夠進(jìn)行創(chuàng)作，這有利于推廣分形技術(shù)的應(yīng)用，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

根據(jù)分形幾何中的迭代函數(shù)系統(tǒng)還可以用來壓縮圖像信息量，它的壓縮比可以達(dá)到1/500以上。對于生物、醫(yī)學(xué)及衛(wèi)星等需要提取和識別圖像信息的學(xué)科具有重要的應(yīng)用價(jià)值，還能夠優(yōu)化電視和通訊中的圖像處理和傳輸。分形幾何學(xué)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合后，以壓縮圖像為基礎(chǔ)，形成了一個(gè)新的研究方向。

4 結(jié)束語

分形幾何與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合，已經(jīng)成為了一個(gè)具有重要研究價(jià)值的嶄新領(lǐng)域。分形幾何中，在進(jìn)行迭代的時(shí)候，只要對相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行少量的更改，就可得到各種不同的圖形，選取合適的話，便能夠取得復(fù)雜逼真的效果。這不僅僅能夠得到精美的圖案供人欣賞及設(shè)計(jì)用，而且為研究數(shù)學(xué)的學(xué)者指出了一條啟發(fā)道路。分形幾何的另一個(gè)重要領(lǐng)域便是圖像壓縮，利用分形幾何進(jìn)行繪圖的過程是選取關(guān)鍵點(diǎn)過程，反過來的話，根據(jù)壓縮儲存的關(guān)鍵數(shù)據(jù)點(diǎn)便可以恢復(fù)圖形，實(shí)現(xiàn)圖像壓縮。分形向人們展示了與眾不同的一面，這大大吸引了人們?nèi)ふ移渲械男乱?guī)律和新特征，促使人們?nèi)ヌ剿鞣中卧诂F(xiàn)實(shí)生活中所具有的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

篇8

國際先進(jìn)工程教育理念CDIO方法，讓學(xué)生以主動(dòng)、實(shí)踐、課程之間存在有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)，該方法有實(shí)踐可操作性、全面系統(tǒng)性和廣泛適應(yīng)性這三方面優(yōu)點(diǎn)，文獻(xiàn)融合該理念方法進(jìn)行了圖形學(xué)課程教學(xué)改革，設(shè)計(jì)了一個(gè)分層次的完整實(shí)驗(yàn)體系，包括基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、綜合強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新培育實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次。通過分析以上三種方法，總結(jié)出以下共同的觀點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要以學(xué)生為中心，充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，內(nèi)容難度要分層次，具有可操作性。

然后對目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行分析。一是與前導(dǎo)課程的銜接問題，該課程一般在大三以上開設(shè)，線性代數(shù)等數(shù)學(xué)課程內(nèi)容間隔時(shí)間較長，而C/C++程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程又缺乏實(shí)踐，有的專業(yè)VC程序設(shè)計(jì)課程還沒開課；二是很多圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都是基于OpenGL圖形API，整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)變成了OpenGL圖形平臺的應(yīng)用熟悉過程，一些圖形學(xué)基本算法的實(shí)驗(yàn)變成了OpenGL函數(shù)的調(diào)用，圖形學(xué)算法實(shí)驗(yàn)無法起到應(yīng)有的實(shí)踐練習(xí)作用；三是圖形學(xué)算法知識點(diǎn)分散，學(xué)生難以融會貫通、完整地掌握相關(guān)算法之間的聯(lián)系；四是實(shí)驗(yàn)效果不理想，由于同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的學(xué)生過多，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)無法面面俱到，有些學(xué)生不認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告來應(yīng)付。通過以上問題分析，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)要選擇合適的練習(xí)平臺，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)要考慮到課程延續(xù)性、整體實(shí)驗(yàn)展示和實(shí)驗(yàn)管理考核問題。

2.層次性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)學(xué)院信息與計(jì)算科學(xué)屬于理科，該專業(yè)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)很強(qiáng)，對于課程中涉及到的圖形算法內(nèi)容容易理解，但是該專業(yè)學(xué)生的編程基礎(chǔ)相對薄弱，對于課程中算法的程序?qū)崿F(xiàn)有一定難度；軟件工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)兩個(gè)專業(yè)則剛好相反。兼顧三個(gè)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，需要選擇理論與實(shí)踐并重的理論課程教材，這里選用的是清華大學(xué)出版社出版、孔令德編著的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程（VisualC++版）(第2版)》。該書配套的實(shí)踐教輔書內(nèi)容太廣，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)綜合性太強(qiáng)，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容陳舊且與新教材不匹配，因此需要精選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、重新制定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。根據(jù)第2節(jié)對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和問題的分析和三個(gè)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用分層次方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括整體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的層次性以及每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目難度的層次性。

首先是整體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的層次性，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目順序時(shí)，要采用自頂而下的思想，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要能使學(xué)生對圖形學(xué)的渲染繪制流程形成整個(gè)概念，能明白圖形學(xué)是用來做什么的，都包括哪些步驟，后續(xù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目則對應(yīng)每一個(gè)繪制步驟具體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)練習(xí)；然后是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目難度的層次性，設(shè)計(jì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，要考慮到不同層次學(xué)生的練習(xí)效果，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行難度劃分，這里將每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目劃分為基本練習(xí)、拓展練習(xí)和思考練習(xí)三項(xiàng)，其中基本練習(xí)用來對教材算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證，拓展練習(xí)用來綜合應(yīng)用所學(xué)算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜問題，思考練習(xí)用來分析還要做什么工作，激發(fā)學(xué)生探索后續(xù)章節(jié)知識理論的興趣，達(dá)到促進(jìn)理論課程學(xué)習(xí)的目的。

所有實(shí)驗(yàn)都是基于VC的MFC，版本選擇較新的VisualStudio2005，圖形生成、填充、幾何變換、投影變換、光照等全部從底層進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后，則通過分組課程設(shè)計(jì)的形式進(jìn)行綜合性練習(xí)。根據(jù)整體教學(xué)任務(wù)課時(shí)情況，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為8次16學(xué)時(shí)，為保證教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的連貫性，其中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排對應(yīng)教材知識點(diǎn)和示例。受實(shí)驗(yàn)課時(shí)限制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)可以采用“先授之以魚，再授之以漁”方式進(jìn)行，先演示實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果，再讓學(xué)生進(jìn)行模仿、探索實(shí)驗(yàn)，以提高實(shí)驗(yàn)效率。實(shí)驗(yàn)成績主要考核學(xué)生對具體算法的理解和實(shí)現(xiàn)能力，由平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績和課程設(shè)計(jì)成績組成，為使成績判定公平合理，平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績通過考勤和現(xiàn)場提交實(shí)驗(yàn)成果判定，課程設(shè)計(jì)成績通過分組答辯、綜合打分判定。

3.結(jié)語

篇9

英文名稱：Journal of Image and Graphics

主管單位：中國科學(xué)院

主辦單位：中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所;中國圖象圖形學(xué)學(xué)會;北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所

出版周期：月刊

出版地址：北京市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1006-8961

國內(nèi)刊號：11-3758/TB

郵發(fā)代號：82-831

發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時(shí)間：1996

期刊收錄：

中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

期刊榮譽(yù)：

聯(lián)系方式

期刊簡介

《中國圖象圖形學(xué)報(bào)》是由中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所、中國圖象圖形學(xué)會、北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所共同創(chuàng)辦，是集計(jì)算機(jī)圖像圖形高科技理論、技術(shù)方法與應(yīng)用研究成果產(chǎn)業(yè)化于一體的綜合性學(xué)術(shù)期刊。《中國圖象圖形學(xué)報(bào)》是被國內(nèi)主要檢索系統(tǒng)收錄的核心中文期刊，是圖像圖形學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的權(quán)威性雜志。

篇10

1 計(jì)算思維的理念和表達(dá)體系

1.1 計(jì)算思維的理念

2006年3月，美國卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communicat

ions of the ACM》雜志上給出，并定義的計(jì)算思維（Computational Thinking）。周教授認(rèn)為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[1]。通俗點(diǎn)來理解，計(jì)算思維就是面對任何一個(gè)復(fù)雜的問題，對它進(jìn)行求解方法分析、過程設(shè)計(jì)、最終解決問題的一種思維。

1.2 計(jì)算思維的表達(dá)體系

計(jì)算思維在宏觀層面，揭示了計(jì)算機(jī)的泛在特性；大自然中的萬物都存在計(jì)算屬性，社會、人物之間也存在計(jì)算屬性；計(jì)算是人工科學(xué)，也是自然科學(xué)。在微觀層面，它挖掘了計(jì)算的內(nèi)涵特性；整理一個(gè)學(xué)科的本質(zhì)特征和核心方法以及原理的歸類、分析。我們通過分類的“核心概念”方法來構(gòu)建計(jì)算思維的表述體系：計(jì)算、抽象、自動(dòng)化、設(shè)計(jì)、通信、協(xié)作、記憶、評估。如圖1所示

2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革的需求

2.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（Computer Graphics，通常簡稱為CG）是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)[2]。它包含了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、三維建模（3D）以及實(shí)物仿真等等內(nèi)容，范圍涉及面非常廣泛，而現(xiàn)有的教學(xué)模式仍然停留在非常守舊的階段。

2.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革需求

需求：（1）我們需要構(gòu)建相對穩(wěn)定、能夠體現(xiàn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)思想和方法的核心內(nèi)容。（2）我們需要更加突出思維方法的訓(xùn)練。

滿足：（1）有限的課時(shí)應(yīng)對教學(xué)改革的壓力和不斷更新的技術(shù)。（2）更好地詮釋課程建設(shè)的目標(biāo)，更好地體現(xiàn)學(xué)科特征。

3 圍繞計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革的實(shí)施模式

3.1 對計(jì)算思維的基礎(chǔ)認(rèn)識

計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)的是培養(yǎng)計(jì)算能力，但它并不是要顛覆原本的課程內(nèi)容，而是通過對內(nèi)容的再組織與優(yōu)化，甚至二次優(yōu)化，突出核心內(nèi)容和方法；而在教學(xué)方法改革方面強(qiáng)調(diào)的是加強(qiáng)思維方法的訓(xùn)練。

3.2 計(jì)算思維如何在課程中被融入

首先要讓廣大教師理解計(jì)算思維的理念，并且讓教師能夠體會計(jì)算思維的先進(jìn)性，從而對學(xué)生進(jìn)行分類培養(yǎng)定位。其次過程需要分類分層次的逐步進(jìn)行，不可一步促成。

3.3 教師在實(shí)際課程中如何應(yīng)用計(jì)算思維

在任何課程的學(xué)習(xí)中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是最為重要的，因此計(jì)算思維運(yùn)用的第一步就是觸發(fā)學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣，然后使學(xué)生了解相關(guān)內(nèi)容的核心問題和核心解決方法；通過對問題的引入、尋求解決問題的思路、引出問題的解決方法或?qū)崿F(xiàn)方法、進(jìn)一步的拓展和思考。其中，選取合適的案例非常重要，案例必須能夠體現(xiàn)本知識點(diǎn)的運(yùn)用并且全面具體?；镜膶?shí)施模式有下列三種模式：（1）教學(xué)方法驅(qū)動(dòng)：不改變內(nèi)容，而改變或者改進(jìn)具體的教學(xué)方法。（2）內(nèi)容整合或重組：對內(nèi)容進(jìn)行局部調(diào)整，突出其核心和重點(diǎn)，并適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行刪減。（3）全面整改：擴(kuò)大內(nèi)容面，全面提升，大面積更新。

4 案例分析：浙江東方職業(yè)技術(shù)學(xué)院“3Ds Max三維制作”課程建設(shè)

4.1 提出問題

（1）現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容如何組織和梳理。（2）實(shí)踐教學(xué)如何安排。（3）計(jì)算思維核心概念如何滲透和掌握。（4）如何讓學(xué)生更好的理解課本知識點(diǎn)。

4.2 核心―教學(xué)方法推進(jìn)（教學(xué)方法驅(qū)動(dòng)模式）

（1）針對高職學(xué)生的理解力和掌握計(jì)算機(jī)能力的程度，將內(nèi)容進(jìn)行刪減，確定課程內(nèi)容由基礎(chǔ)+應(yīng)用組成，而把高級工業(yè)設(shè)計(jì)部分進(jìn)行刪減。（2）傳統(tǒng)的3D課程模式一般有兩種：一是前半部分課時(shí)講解理論知識點(diǎn)，后半部分進(jìn)行實(shí)際操作課安排；二是任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，一講一練的模式；而基于計(jì)算思維的教學(xué)安排，應(yīng)該采取發(fā)散的思維去安排課程模式。（3）通過課程講解過程中適當(dāng)?shù)囊胗?jì)算思維的概念，并按照計(jì)算思維的理念去引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生主動(dòng)自發(fā)的去滲透其理念。（4）通過計(jì)算思維的引入，合理的利用案例，能夠讓學(xué)生更好的理解和掌握知識點(diǎn)。然而教學(xué)方法如何推進(jìn)？新方法又有何優(yōu)勢？這里將它和傳統(tǒng)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法進(jìn)行對比（舉例制作雪人模型）。