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篇1

>> 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革探討 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革思考 《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》教學(xué)改革初探 《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》教學(xué)改革探索 信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)改革實(shí)踐 基于OpenGL實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革研究 淺談“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐 融合CDIO教育理念的“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程教學(xué)改革 非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革初探 “計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程建設(shè)探究 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討 基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革 基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革探討 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)思考 “計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程教學(xué)探討 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程雙語教學(xué)感想 “計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程改革經(jīng)驗(yàn)與探索 高職高?！队?jì)算機(jī)圖形學(xué)》教學(xué)改革探討 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革方法探索 地學(xué)專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：.

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關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；VRML；三維建模

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）01-0209-04

1 概述

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）也稱虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，是指用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對(duì)這一生成的虛擬世界客體進(jìn)行瀏覽和交互考察。簡單的說，虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，提供了先進(jìn)的人機(jī)交流技術(shù)。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用視景仿真現(xiàn)實(shí)、軍事駕駛模擬、3D游戲開發(fā)、虛擬設(shè)計(jì)與規(guī)劃、仿真培訓(xùn)、遠(yuǎn)程操作控制等領(lǐng)域之中[1]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)同時(shí)也是一項(xiàng)綜合性計(jì)算機(jī)圖形交互技術(shù)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的一些方法，如三維造型與變換、光照模型、科學(xué)計(jì)算可視化等為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展帶動(dòng)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用也使圖形學(xué)的各個(gè)研究方向得到充分發(fā)展[2]。在高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課件的教學(xué)中，虛擬現(xiàn)實(shí)不算是一個(gè)重要的、必修的知識(shí)點(diǎn)，但如能在掌握三維造型方法的基礎(chǔ)上輔以虛擬現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用，那么將能有效地提升實(shí)踐操作的實(shí)際應(yīng)用意義，激發(fā)學(xué)生研究探索興趣，令圖形學(xué)課程的相關(guān)知識(shí)綜合運(yùn)用起來，達(dá)到學(xué)以致用，相得益彰。

2 虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)有四個(gè)主要特征：多感性；沉浸感；交互性；自主性。理想的、最高境界的VR技術(shù)是：虛擬場景具備與真實(shí)環(huán)境一樣的真實(shí)感、能調(diào)動(dòng)一切人所具有的感知功能、操作者完全感受與自然環(huán)境一樣的自由度和人-物交互感應(yīng)。但實(shí)現(xiàn)中由于技術(shù)的限制，達(dá)到高度逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)比較困難。目前，從技術(shù)難度和體驗(yàn)程度來劃分，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要分成以下三類：

1） 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)（Desktop VR）：利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和工作站進(jìn)行仿真，將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口，通過各種輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)世界的充分交互。

2） 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)（Immersive VR）：利用頭盔式顯示器、位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套等多種交互設(shè)備，為參與者提供一個(gè)新的、虛擬的感覺空間，并產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。

3） 分布式虛擬現(xiàn)實(shí)（Distributed VR）：將不同用戶通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，共享同一個(gè)虛擬空間并協(xié)同工作達(dá)到一個(gè)更高的參與協(xié)作境界[3]。

其中，桌面虛擬現(xiàn)實(shí)是最基礎(chǔ)的VR方式，雖然現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)真實(shí)感不足，但該方式成本低最易容實(shí)現(xiàn)，且其應(yīng)用也最為廣泛。在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)學(xué)習(xí)程度的不同，可以引導(dǎo)學(xué)生通過以下三種方式實(shí)踐桌面虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)：（1） 基于VRML的VR實(shí)現(xiàn)；（2） 基于三維建模技術(shù)的VR實(shí)現(xiàn)；（3） 基于Web3D技術(shù)的VR實(shí)現(xiàn)。

3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)探索

3.1 基于VRML的VR實(shí)現(xiàn)

VRML（Vritual Reality modeling Language，虛擬實(shí)現(xiàn)建模語言）于1997年作為國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)正式，它揭開VR技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用序幕，也推動(dòng)了后來Web3D技術(shù)的發(fā)展更新。

VRML提供對(duì)三維基本對(duì)象如長方體、球體、圓錐、圓柱等的描述，同時(shí)定義了三維應(yīng)用中常用的語言描述，如層次變換、光源、視點(diǎn)、材質(zhì)和紋理映射等，并且有簡單的行為特征描述功能。一個(gè)VRML文件一般由文件頭、腳本和路由組成，其基本語法結(jié)構(gòu)如下：

#VRML V2.0 utf8 #文件頭，放在第一行，是VRML文件的標(biāo)志

節(jié)點(diǎn)名{

域 域值

… …

}Script{ #腳本節(jié)點(diǎn)

… …

}

ROUTE … … #路由，把入事件與出事件相關(guān)聯(lián)

以一個(gè)簡單的程序?qū)嵗f明VRML的編程模式。該程序建立了三個(gè)3D對(duì)象：長方體、球體和圓錐并賦予了不同的方位、顏色等屬性。

#VRML V2.0 utf8

DEF box Transform{ #定義一個(gè)變換節(jié)點(diǎn)box

translation -5 0 0 #設(shè)置空間坐標(biāo)位置

children [ #定義節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)

Shape { #定義形狀

geometry Box{size 2.0 3.0 1.0} #長方體定義

appearance Appearance{ #定義外觀

material Material{ #定義材質(zhì)

diffuseColor 1 0 0 #設(shè)置漫射色顏色

} } } ] }

DEF sphere Transform{

translation 0 0 0

children [

Shape {

geometry Sphere{} #定義一個(gè)球體

appearance Appearance{

material Material{ diffuseColor 0 1 0 }

} } ] }

DEF cone Transform{

translation 5 0 0

children [

Shape {

geometry Cone{ } #定義一個(gè)圓錐體

appearance Appearance{

material Material{ diffuseColor 0 0 1 }

} } ] }

VRML程序保存成.wrl文件格式。另外，要使瀏覽器提供VRML的瀏覽功能，還必須安裝VRML插件，常用的插件有Contact、Cosmoplayer、Cortona等，圖1是上述程序在安裝了BS Contact VRML插件的IE瀏覽器中的顯示效果。在瀏覽器中用戶可通過系統(tǒng)提供的工具實(shí)現(xiàn)對(duì)三維對(duì)象的交互式顯示操作。

基于VRML的虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)可展示虛擬場景中各部件的位置及相互之間的關(guān)系，其文件短小，適用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。但其不足之處是三維圖象質(zhì)量一般，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜場景展示及交互，與外界的通信能力也比較差。

3.2 基于三維建模技術(shù)的VR實(shí)現(xiàn)

在掌握一定三維建模方法的基礎(chǔ)上，也可借助三維建模軟件的功能進(jìn)行VR實(shí)現(xiàn)。三維建模軟件能夠提供虛擬現(xiàn)實(shí)中所需要的各種三維模型，較常用的軟件有3DSmax、Maya及Creator等，這些軟件把復(fù)雜的建模過程變得非常簡單和易于理解。以下以3DSmax實(shí)現(xiàn)擺球仿真為例介紹VR實(shí)現(xiàn)方法：（1）在軟件平臺(tái)中建立了仿真擺球模型，并實(shí)現(xiàn)擺球的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，如圖2如示。（2）使用3DSmax“導(dǎo)出”功能將該模型導(dǎo)出為VRML97（*.WRL）格式文件。（3）使用安裝了VRML插件的瀏覽器打開該wrl文件實(shí)現(xiàn)擺球的虛擬運(yùn)動(dòng)展示及交互。圖3為擺球在IE瀏覽器中的VR顯示效果，用戶可用工且以任意方位和角度觀察擺球的運(yùn)動(dòng)。

該方法可在實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜模型、動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上現(xiàn)實(shí)VR。其最終顯示方式仍是VRML描述模式，由于受插件的限制，瀏覽器達(dá)不到理想的實(shí)時(shí)展示和實(shí)時(shí)交互效果。

3.3 基于Web3D技術(shù)的VR實(shí)現(xiàn)

目前更主流的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是憑借Unity3D、Wirefusion、Cult 3D、Virtools、C3d、Truntool等一類引擎下實(shí)現(xiàn)的Web3d技術(shù)。這些軟件使用專用的文件格式和瀏覽器插件，在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)渲染、圖像質(zhì)量、造型技術(shù)、交互性以及數(shù)據(jù)的壓縮與優(yōu)化上均優(yōu)于VRML。此外，這些軟件也可與3DSmax等三維建模軟件配合使用。

以Unity3D為例，它是一款VR應(yīng)用程序開發(fā)引擎，具有跨平臺(tái)、強(qiáng)大的地形編輯功能、高效高質(zhì)渲染效果、支持用戶定制交互要求等特點(diǎn)，非常適合開發(fā)高逼真虛擬和交互展示的需求?；赨nity3D的虛擬現(xiàn)實(shí)是用Unity3D引擎開發(fā)的一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)加載和展現(xiàn)3D模型的Web Player應(yīng)用。通過安裝Unity3D插件就可以實(shí)現(xiàn)在瀏覽器上運(yùn)行Web Player來加載產(chǎn)品模型展示[4]。

在虛擬展示系統(tǒng)中，用戶對(duì)場景中具體的產(chǎn)品的選取及操作是交互性最充分的體現(xiàn)，即當(dāng)用戶在虛擬場景中用鼠標(biāo)點(diǎn)擊或指向某一產(chǎn)品時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)做出相應(yīng)設(shè)定的響應(yīng)[5]。Unity3D 的GUI接口提供了各種控件（如按鈕、窗口等）以支持編輯用戶交互界面；通過重寫鼠標(biāo)事件可以檢測用戶的各種輸入信息并作出相應(yīng)的響應(yīng)；通過變換組件又可以完成產(chǎn)品的平移、旋轉(zhuǎn)、比例變換等各種操作。圖4及圖5是運(yùn)用Unity3D和3Dsmax開發(fā)的“運(yùn)動(dòng)與健康虛擬現(xiàn)實(shí)展廳”。作品通過VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)主題為“運(yùn)動(dòng)與健康”的漫游展廳，并以Web3D網(wǎng)頁形式提供了一個(gè)實(shí)時(shí)交互的參觀平臺(tái)，使用戶可以身臨其境地感受展廳內(nèi)的景觀。

就目前而言，大多數(shù)的Web3D技術(shù)主要用于三維顯示技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)，這也決定了Web3D技術(shù)主要特點(diǎn)就是對(duì)3D模型的網(wǎng)上三維交互演示。

4 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與圖形學(xué)技術(shù)緊密關(guān)聯(lián)，圖形學(xué)三維造型等技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)的一個(gè)堅(jiān)實(shí)臺(tái)階，VR技術(shù)又是圖形學(xué)的拓展延伸，具有廣泛的應(yīng)用前景。該文嘗試在高校計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中引入桌面虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)，并由淺入深地提出三種VR實(shí)現(xiàn)方法，旨以使計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的實(shí)驗(yàn)開展更具實(shí)用及研究意義。

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篇3

摘要：隨著游戲產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)外越來越多的高校開始開設(shè)游戲開發(fā)專業(yè)或游戲開發(fā)方向，在該專業(yè)的課程設(shè)置中，“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，如何在講授“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的同時(shí)，考慮游戲?qū)I(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合游戲設(shè)計(jì)的實(shí)例來進(jìn)行實(shí)踐，使得學(xué)生能將圖形學(xué)理論和游戲設(shè)計(jì)實(shí)踐很好地結(jié)合起來，是一個(gè)值得深入探討的問題。本文從“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的特點(diǎn)分析開始，結(jié)合當(dāng)前教學(xué)過程中存在的問題，給出了面向游戲開發(fā)專業(yè)方向的“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程建設(shè)思路。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；游戲開發(fā)；課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1引言

“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域一門重要的學(xué)科，也是計(jì)算機(jī)學(xué)科方向的核心課程之一，作為一門不斷發(fā)展的學(xué)科，“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)應(yīng)該跟上學(xué)科的快速發(fā)展以及社會(huì)對(duì)本學(xué)科的人才需求。當(dāng)前，伴隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與媒體技術(shù)的相互融合，形成了數(shù)字媒體技術(shù)這一新的學(xué)科，越來越多的國內(nèi)外高校開始開設(shè)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)，而相當(dāng)多的高校將“游戲開發(fā)”作為數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的一個(gè)主要方向進(jìn)行發(fā)展。游戲設(shè)計(jì)以高質(zhì)量的3D技術(shù)來展現(xiàn)游戲畫面，從角色建模、燈光、渲染、紋理等，無不是基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的算法和理論，因此，“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”也成為數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。

如何在講授“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的同時(shí)，考慮游戲?qū)I(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合游戲設(shè)計(jì)的實(shí)例來進(jìn)行實(shí)踐，使得學(xué)生不至于因?yàn)樗惴ê屠碚摰目菰锒a(chǎn)生厭學(xué)情緒，同時(shí)又能將圖形學(xué)理論和游戲設(shè)計(jì)實(shí)踐很好地結(jié)合起來，是一個(gè)值得深入探討的問題。

本文分析了“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的特點(diǎn)及其在游戲開發(fā)專業(yè)培養(yǎng)課程體系中的地位以及圖形學(xué)授課過程中存在的問題，給出了面向游戲設(shè)計(jì)專業(yè)的“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程教學(xué)改革的思路。

2 “計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的特點(diǎn)及其在游戲開發(fā)專業(yè)培養(yǎng)課程體系中的地位

游戲開發(fā)專業(yè)的教育目標(biāo)是幫助學(xué)生了解游戲從策劃、設(shè)計(jì)、開發(fā)、測試、運(yùn)營過程的整個(gè)環(huán)節(jié)，使學(xué)生獲得扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)使學(xué)生具備較強(qiáng)的實(shí)踐能力，掌握最先進(jìn)的主流游戲開發(fā)技術(shù)。

“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”是游戲設(shè)計(jì)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，當(dāng)前的主流圖形API是對(duì)圖形學(xué)的基本原理和算法的實(shí)現(xiàn)，因此，對(duì)圖形學(xué)算法和原理的掌握，能夠幫助學(xué)生更快更好地理解和掌握主流的圖形API，而這些主流的圖形API也是當(dāng)前游戲開發(fā)過程中必不可少的工具。

由此也可看出，“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程應(yīng)該理論與實(shí)踐并重，既要講解清楚圖形學(xué)的基本理論和算法，又能給學(xué)生充分的實(shí)踐機(jī)會(huì)和時(shí)間，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)游戲開發(fā)技術(shù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

處理好圖形學(xué)授課過程中的理論講授和實(shí)踐的關(guān)系，對(duì)于這門課程的學(xué)習(xí)效果至關(guān)重要。

當(dāng)前的圖形學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀與游戲?qū)I(yè)的教學(xué)目標(biāo)相比，存在如下一些問題。

3 “計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”授課過程中存在的問題

(1) 傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的內(nèi)容可以分為二維、三維兩部分，其中二維部分即光柵圖形學(xué)部分，包括：基本圖形(直線、圓弧、橢圓等)的生成算法、二維裁剪算法、填充算法、曲線曲面、圖形反走樣等內(nèi)容。三維圖形學(xué)算法則圍繞三維物體的建模、運(yùn)動(dòng)、三維場景的建立組織，包括：物體建模(物體在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示模型、幾何造型)、三維圖形的顯示(三維圖形的幾何變換、三維圖形的投影變換、三維裁剪)、真實(shí)感圖形學(xué)(消隱算法、光照模型、光線跟蹤技術(shù)、陰影、紋理、輻射度算法等)，有些圖形學(xué)教材還增加了計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)、交互技術(shù)、圖形處理高級(jí)技術(shù)等內(nèi)容。

分析上述內(nèi)容，其中與游戲設(shè)計(jì)關(guān)系最為密切的部分是：基本的圖形學(xué)數(shù)學(xué)算法，包括向量部分的內(nèi)容、圖形變換、視圖變換、圖形渲染、材質(zhì)、紋理貼圖、模型動(dòng)畫等三維圖形學(xué)的內(nèi)容；而二維圖形學(xué)的內(nèi)容在游戲開發(fā)中使用的相對(duì)較少。

而在傳統(tǒng)的圖形學(xué)教材中，二維圖形學(xué)的內(nèi)容占據(jù)相當(dāng)大的比例，學(xué)生在學(xué)習(xí)這一部分內(nèi)容的時(shí)候，普遍感到算法較為枯燥，而無法和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來，易產(chǎn)生厭學(xué)的情緒。

(2) 對(duì)于當(dāng)前主流圖形庫的學(xué)習(xí)安排

為了更好的開發(fā)出具有豐富3D效果的游戲，必須學(xué)會(huì)使用3D技術(shù)，而當(dāng)前主流的3D圖形API為OpenGL和DirectX，早期的很多游戲的底層引擎是基于OpenGL開發(fā)的，如“3D游戲之父”Carmack的經(jīng)典游戲“DOOM”、“Quake”，在當(dāng)前的游戲行業(yè)中，微軟開發(fā)的DirectX多媒體引擎大有后來居上之勢，當(dāng)前基于Windows操作系統(tǒng)的游戲絕大多數(shù)都是基于DirectX開發(fā)。雖然如此，在其他操作系統(tǒng)的游戲開發(fā)和工作站上的圖形應(yīng)用程序開發(fā)，OpenGL仍然是不二的選擇。

因此掌握好這兩種圖形庫，是游戲?qū)I(yè)的學(xué)生必須掌握的技能；在兩種圖形庫的偏重上，DirectX所占的分量應(yīng)該更重一些，而當(dāng)前的圖形學(xué)理論和實(shí)踐教材基本上都是基于OpenGL，缺少合適的基于DirectX的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材。

(3) 對(duì)于圖形學(xué)課程理論和實(shí)踐的安排

一般圖形學(xué)課程的安排是先講授圖形學(xué)理論，之后進(jìn)行圖形學(xué)課程設(shè)計(jì)，目的是在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)，鍛煉實(shí)踐能力。但也存在一些弊病：理論講授和實(shí)踐環(huán)節(jié)割裂，學(xué)生在學(xué)習(xí)圖形學(xué)算法和理論時(shí)對(duì)枯燥的內(nèi)容感到較難，缺少實(shí)踐，而在實(shí)踐環(huán)節(jié)，由于時(shí)間有限，很難真正掌握開發(fā)工具并作出具有一定深度的作品。

基于上述問題，結(jié)合游戲開發(fā)專業(yè)的特點(diǎn)，我們認(rèn)為必須從以下幾方面入手做工作，確保“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的教學(xué)效果，加快課程建設(shè)。

4面向游戲開發(fā)專業(yè)方向的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程建設(shè)思路

(1) 針對(duì)游戲?qū)I(yè)的特色，在內(nèi)容選擇上，應(yīng)有所取舍，有所補(bǔ)充，不拘泥于某本計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教材的具體內(nèi)容作為授課內(nèi)容，而是根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)特色，靈活安排。

首先，重點(diǎn)講授三維圖形學(xué)的內(nèi)容；另外，將一些游戲開發(fā)過程中較為關(guān)鍵的圖形學(xué)相關(guān)算法和內(nèi)容補(bǔ)充到圖形學(xué)的授課內(nèi)容中，例如以下兩種算法：

場景管理及相關(guān)算法：場景管理是3D游戲引擎最核心的部分，對(duì)于一個(gè)3D場景來說，有很多的物體，最簡單的組織方法就是把它們用一個(gè)List連接起來，然后在繪制每一幀的時(shí)候一次送入渲染器進(jìn)行處理，這樣的方法即使處理一個(gè)簡單的場景都會(huì)顯得非常慢。因此，如何合理有效地管理3D場景中物體之間的相關(guān)、從屬、互相影響的關(guān)系，如何組織這些關(guān)系，并將它們與3D引擎的其他部分的功能聯(lián)系起來，就是場景管理需要完成的工作。牽涉到空間排序，有多種算法來實(shí)現(xiàn)，基本的方法為：N叉樹算法，包括：二叉樹算法、四叉樹算法和八叉樹算法。

現(xiàn)有的各種圖形學(xué)教材，有些根本沒有提到上述算法，有些在圖形消隱的章節(jié)講授其中的某種算法。而上述算法是游戲引擎的核心算法，對(duì)游戲?qū)I(yè)學(xué)生這一部分的內(nèi)容應(yīng)補(bǔ)充進(jìn)授課內(nèi)容。

三維模型動(dòng)畫及動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)：在游戲開發(fā)過程中，有了模型之后，需要為三維模型添加相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)游戲效果。對(duì)于當(dāng)前的三維圖形庫，比如Direct3D，也支持豐富的三維模型動(dòng)畫，包括：關(guān)節(jié)動(dòng)畫、單一網(wǎng)格模型動(dòng)畫、骨骼動(dòng)畫和Morp。這一部分內(nèi)容對(duì)于游戲開發(fā)人員來說也是必須掌握的一部分，但在現(xiàn)有的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》教材中，絕大多數(shù)沒有涉及這部分內(nèi)容，但也有一些《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課本增加了三維模型動(dòng)畫及動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容，如美國加州州立大學(xué)斯坦尼斯洛斯分校Steve Cunningham所著的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》一書中，就將動(dòng)力學(xué)和動(dòng)畫作為專門的一章內(nèi)容進(jìn)行介紹。

(2) 理清圖形學(xué)各部分內(nèi)容和具體的游戲應(yīng)用之間的關(guān)系，采用多種方式，有針對(duì)性地講述。

游戲?qū)I(yè)方向的“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程在講授的時(shí)候，不能完全沿用傳統(tǒng)的“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的授課方式，而應(yīng)該找出相關(guān)內(nèi)容和具體的游戲開發(fā)實(shí)踐之間的關(guān)系，教師在講述相關(guān)理論和算法的時(shí)候，應(yīng)將游戲開發(fā)過程中如何應(yīng)用該算法或理論以及如何實(shí)現(xiàn)該算法和理論進(jìn)行講解，將相對(duì)枯燥的理論和實(shí)際聯(lián)系起來，讓學(xué)生能學(xué)以致用。

下表對(duì)圖形學(xué)的內(nèi)容和游戲開發(fā)實(shí)踐中的應(yīng)用作了粗略的總結(jié)。

教師在具體講授時(shí)可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行豐富，使得授課內(nèi)容生動(dòng)起來。并在課程結(jié)束的時(shí)候，按照構(gòu)造游戲的流程，從角色建模講起，用游戲設(shè)計(jì)這一根主線找出各部分內(nèi)容之間的聯(lián)系，使得學(xué)生對(duì)課程的內(nèi)容和游戲開發(fā)之間的關(guān)系有一個(gè)全貌性的認(rèn)識(shí)。

(3) 在理論環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的安排上，采用理論課+實(shí)驗(yàn)課+課程設(shè)計(jì)的方式，在平時(shí)圖形學(xué)理論講授的過程中，穿插實(shí)驗(yàn)課，在最后安排課程設(shè)計(jì)，加大實(shí)踐環(huán)節(jié)所占比重。

(4) 建設(shè)與開發(fā)面向游戲方向的圖形學(xué)案例庫

欲使課堂講授的內(nèi)容生動(dòng)起來，必須有實(shí)際的案例支撐，因此建設(shè)面向游戲方向的圖形學(xué)案例庫，使得學(xué)生能夠快速理解和掌握相關(guān)理論和技術(shù)，對(duì)于提高圖形學(xué)課程的授課質(zhì)量至關(guān)重要。

(5) 教材建設(shè)方面

編制面向游戲開發(fā)專業(yè)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教材以及編制面向游戲開發(fā)專業(yè)的圖形學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書是非常緊迫和必須的任務(wù)。

5總結(jié)

本文結(jié)合圖形學(xué)教學(xué)的實(shí)際以及游戲開發(fā)專業(yè)方向的培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)于面向游戲設(shè)計(jì)專業(yè)的“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程教學(xué)改革進(jìn)行了一些探討，希望能對(duì)游戲開發(fā)專業(yè)的教學(xué)和課程建設(shè)有所促進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》；教學(xué)方法；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）30-0191-03

一、引言

《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》是數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的一門理論基礎(chǔ)課，主要研究如何利用計(jì)算機(jī)來表示、生成、處理和顯示圖形的原理、方法和技術(shù)。目前，大多數(shù)高校計(jì)算機(jī)以及數(shù)字媒體等相關(guān)專業(yè)都會(huì)開設(shè)《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程。由于圖形學(xué)技術(shù)在計(jì)算機(jī)游戲、數(shù)字娛樂、平面設(shè)計(jì)、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)等行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，學(xué)生在選擇這門課程時(shí)都抱有很大的興趣和期待。然而，《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》要求學(xué)生具有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和較強(qiáng)的編程能力，所以隨著課程的深入，學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)比較吃力，達(dá)不到應(yīng)有的教學(xué)效果。

本文在分析《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》的學(xué)科特點(diǎn)以及當(dāng)前教學(xué)中存在問題的基礎(chǔ)上，從合理選擇教學(xué)內(nèi)容、靈活運(yùn)用多種教學(xué)方法和手段、注重實(shí)踐教學(xué)、重視過程考核等方面對(duì)《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》的教學(xué)思路進(jìn)行了一些探討。

二、學(xué)科分析及教學(xué)現(xiàn)狀

1.《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》的學(xué)科特點(diǎn)?！队?jì)算機(jī)圖形學(xué)》是建立在圖論、現(xiàn)代數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)上的一門新興學(xué)科，該學(xué)科涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)等其他學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，學(xué)科交叉繁雜，研究內(nèi)容非常廣泛，如圖形硬件、圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、基本圖形生成算法、建模、渲染、計(jì)算C動(dòng)畫等?？傮w來說，《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》是一門以應(yīng)用為背景，以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，以算法為核心的強(qiáng)理論，重實(shí)踐的課程。同時(shí)，該課程又以C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等為先導(dǎo)課程，因此，要將這樣一門課的內(nèi)容較好的傳授給數(shù)字媒體專業(yè)的學(xué)生，不是一件容易的事情，需要積極探討新的教學(xué)思路和教學(xué)方法。

2.教學(xué)中存在的主要問題?！队?jì)算機(jī)圖形學(xué)》內(nèi)容豐富，理論性和實(shí)踐性都比較強(qiáng)，造成該課程講授起來比較枯燥；同時(shí)，由于數(shù)字媒體專業(yè)的學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和編程基礎(chǔ)都不是太好，學(xué)生普遍感到對(duì)于圖形學(xué)的內(nèi)容難以接受，學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性都受到了影響，學(xué)習(xí)效果較差。在教學(xué)實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)目前的圖形學(xué)教學(xué)普遍存在以下問題。

（1）理論性強(qiáng)，難度大，導(dǎo)致學(xué)生興趣減弱?！队?jì)算機(jī)圖形學(xué)》主要研究如何在二維的屏幕上顯示三維的圖形，其中涉及到三維形狀的建模，渲染以及動(dòng)畫等。圖形渲染流水線的背后，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)功底，特別是向量和矩陣的一些基礎(chǔ)知識(shí)，要熟練掌握。學(xué)生要能用向量的思想去解決圖形學(xué)中的一些基本問題。對(duì)于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較弱的數(shù)字媒體專業(yè)的學(xué)生，這種要求往往令他們產(chǎn)生畏懼心理，極大的影響了他們的學(xué)習(xí)興趣和信心。

（2）教學(xué)內(nèi)容多，知識(shí)點(diǎn)分散?！队?jì)算機(jī)圖形學(xué)》學(xué)科交叉繁雜，內(nèi)容豐富，不僅涉及圖形硬件、軟件和大量的實(shí)際算法，而且還與微電子學(xué)、計(jì)算幾何、圖論學(xué)等專業(yè)學(xué)科密切相關(guān)，并在發(fā)展過程中逐步與數(shù)字圖像處理、數(shù)字幾何處理、模式識(shí)別、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等相結(jié)合，這就要求授課教師要具有比較全面的知識(shí)結(jié)構(gòu)，對(duì)于內(nèi)容的講解有所側(cè)重，合理取舍，透徹了解各學(xué)科之間的關(guān)系。目前國內(nèi)大部分圖形學(xué)教材都是從底層的圖形硬件設(shè)備開始講起，然后是基本圖形元素的生成算法，最后逐步過渡到光照模型和紋理映射等高層的真實(shí)感圖形渲染方法，這容易導(dǎo)致學(xué)生只掌握了分散的知識(shí)點(diǎn)，很難將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)串連起來。另外，現(xiàn)在的圖形學(xué)教材一般都只局限于經(jīng)典的圖形學(xué)算法原理，而對(duì)于學(xué)科前沿的研究動(dòng)態(tài)少有涉及，這樣不利于開闊學(xué)生的視野，激發(fā)他們自主學(xué)習(xí)的興趣和意識(shí)。

（3）實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，學(xué)生缺乏實(shí)踐訓(xùn)練?！队?jì)算機(jī)圖形學(xué)》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的編程能力和動(dòng)手操作能力。上機(jī)實(shí)踐是鍛煉學(xué)生編程能力的主要手段，也是學(xué)好這門課的必要手段。沒有實(shí)驗(yàn)課的訓(xùn)練，學(xué)生很難真正理解圖形學(xué)中的算法原理。但是，由于總課時(shí)的壓縮，實(shí)驗(yàn)課時(shí)很少，僅提供6次實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，而且實(shí)驗(yàn)基本上都是驗(yàn)證性試驗(yàn)，學(xué)生很難在實(shí)驗(yàn)中獲得將來工作時(shí)需要掌握的編程知識(shí)，另外大部分學(xué)生本身的編程能力不強(qiáng)，上機(jī)興趣也不高，最終導(dǎo)致學(xué)生無法獲得充足的實(shí)踐鍛煉機(jī)會(huì)。

（4）考核形式單一，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。目前《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》的考核形式主要還是通過卷面筆試的形式來進(jìn)行。卷面筆試考核通?？疾斓氖菍W(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解能力，適用于基礎(chǔ)課教學(xué)，強(qiáng)調(diào)的是“記”和“背”。但是對(duì)于以實(shí)踐和應(yīng)用為主的專業(yè)課程而言，它強(qiáng)調(diào)的是“做”和“用”，因此，要求學(xué)生死記硬背相關(guān)理論和算法，無疑是一種資源浪費(fèi)，學(xué)生不能學(xué)以致用就等于白學(xué)。這種考核方法也無法調(diào)動(dòng)學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)積極性，他們大都寄希望于最后幾周的突擊復(fù)習(xí)，考試完之后很快就忘記了，達(dá)不到課程教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)。

三、教學(xué)思路探討

1.結(jié)合應(yīng)用上好第一節(jié)課。第一節(jié)課非常重要，因?yàn)樯虾玫谝还?jié)課就能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生能夠自愿、自主的學(xué)習(xí)。在《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》的第一節(jié)課上，教師應(yīng)該系統(tǒng)的給學(xué)生介紹圖形學(xué)的應(yīng)用以及研究前沿，并讓學(xué)生了解圖形學(xué)內(nèi)容的整體框架。

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【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)圖形學(xué);教學(xué)理念;實(shí)踐教學(xué)

一、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何利用計(jì)算機(jī)算法來生成、處理和顯示圖形的一門學(xué)科[1]。目前，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)學(xué)科中發(fā)展最活躍、應(yīng)用最廣泛的分支之一，成為許多計(jì)算機(jī)從業(yè)人員的必備素質(zhì)之一，也是本校信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)開設(shè)多年的一門專業(yè)選修課程。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)綜合性比較強(qiáng)，涉及內(nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，該課程主要講授計(jì)算機(jī)圖形中最基本、最廣泛應(yīng)用的理論和方法，包括基本圖形的掃描轉(zhuǎn)換、多邊形填充、二維變換和裁剪、三維變換和投影、自由曲線和曲面等計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本理論和算法等;另一方面，學(xué)好計(jì)算機(jī)圖形學(xué)對(duì)高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、解析幾何等基礎(chǔ)數(shù)學(xué)有較高的要求，其先修課程還包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)語言（如C++程序設(shè)計(jì)）等。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)對(duì)于學(xué)生的理論基礎(chǔ)要求較高，課程內(nèi)容較多、理論性強(qiáng)，各種算法的羅列容易使學(xué)生感到乏味，不明白學(xué)習(xí)的意義，失去學(xué)習(xí)的興趣;另一方面，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，需要學(xué)生將所學(xué)的理論應(yīng)用到實(shí)踐中，并在實(shí)踐的過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，合理安排上機(jī)學(xué)時(shí)和內(nèi)容對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力非常重要，但在傳統(tǒng)的教學(xué)理念和教學(xué)模式的影響下，教師仍然在教學(xué)過程中起主導(dǎo)作用，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)和能力還需要加強(qiáng)[2-4]。如何根據(jù)信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)特點(diǎn)，提高計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)質(zhì)量，這些問題需要在教學(xué)實(shí)踐中不斷思考和探索。

二、教學(xué)中存在的問題

1.學(xué)生對(duì)課程認(rèn)識(shí)不足，不夠重視

根據(jù)信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方案，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為專業(yè)選修課在大三上學(xué)期開設(shè)，部分同學(xué)對(duì)專業(yè)課期望較高，在開課之初認(rèn)為學(xué)完以后就能夠具備利用計(jì)算機(jī)做出逼真效果的圖片動(dòng)畫等能力，而在實(shí)際學(xué)習(xí)中卻要從基礎(chǔ)的算法學(xué)起，與理想中的情況相差甚遠(yuǎn)，對(duì)學(xué)習(xí)的目的和方向不明確，逐漸感到失望并失去興趣。也有一部分同學(xué)因?yàn)閭€(gè)人選擇的考研或就業(yè)方向與圖形學(xué)關(guān)系不大，因而對(duì)課程不夠重視，學(xué)習(xí)積極性自然受到影響，學(xué)習(xí)過程只是被動(dòng)接受以完成學(xué)分。

2.學(xué)生能力參差不齊，課程設(shè)置不夠優(yōu)化

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)點(diǎn)多，同時(shí)對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)等課程均有一定的要求，雖然培養(yǎng)方案中為信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)一二年級(jí)學(xué)生均開設(shè)了相關(guān)的基礎(chǔ)課程，但由于學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，有的同學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，一看到理論推導(dǎo)便產(chǎn)生畏難情緒失去信心;有時(shí)一些學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)因?yàn)闀r(shí)間較長已經(jīng)忘記，任課老師不得不對(duì)之前的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充而影響正常的教學(xué)進(jìn)度;在上機(jī)實(shí)踐中，部分同學(xué)的編程能力較差，課堂時(shí)間無法完成算法的實(shí)現(xiàn)，從而使上機(jī)課時(shí)沒有實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。

3.對(duì)實(shí)踐、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的不足

由于受到傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，教學(xué)中仍然以教師教學(xué)為主，往往是教師教什么，學(xué)生學(xué)什么，學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏自主性，這也是其他本科課程和人才培養(yǎng)中普遍存在的問題，學(xué)生學(xué)完以后不知道為什么而學(xué)習(xí)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是不利的。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，如果在教學(xué)過程中如果按照傳統(tǒng)教材對(duì)于基礎(chǔ)理論和算法的闡述過多，往往會(huì)使學(xué)生感到枯燥乏味，缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也容易讓一部分同學(xué)因?yàn)槲冯y或感到枯燥而難以堅(jiān)持下去。但如果過多偏重于算法的編程實(shí)現(xiàn)，又容易模糊本課程的主旨，使之成為程序設(shè)計(jì)課程的延伸，也難以達(dá)到良好的教學(xué)效果。

三、教學(xué)思路和方法探討

1.上好緒論課，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)

第一節(jié)課對(duì)于整個(gè)學(xué)期的教學(xué)至關(guān)重要，首先要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)究竟是什么，為了提高學(xué)生興趣，通?？梢岳枚嗝襟w展示一些前沿成果，如siggraph會(huì)議最新的視頻展示、動(dòng)畫游戲特效等，讓大家更直觀的感受到圖形學(xué)的魅力，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)生活中圖形學(xué)的廣泛應(yīng)用，充分認(rèn)識(shí)到圖形學(xué)學(xué)習(xí)的重要性。接下來要將課程的教學(xué)內(nèi)容和安排做一個(gè)整體的介紹，讓學(xué)生了解在課堂內(nèi)能夠?qū)W到哪些知識(shí)，演示一些課程中要求學(xué)生自己能夠完成的實(shí)踐案例，幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，能夠腳踏實(shí)地從基礎(chǔ)的算法學(xué)起，以免開始期望過高而逐漸感到厭煩。

2.調(diào)整教學(xué)理念，提高學(xué)生參與的主動(dòng)性

教學(xué)的目的是為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，因此在教學(xué)中教師要注意加強(qiáng)學(xué)生在教學(xué)過程中的主體意識(shí)，比起知識(shí)的傳授，學(xué)生能力的全面發(fā)展更加重要。在算法講授之前先提出問題讓同學(xué)們自己思考，鼓勵(lì)學(xué)生在互相討論的過程中自己分析問題、解決問題，再通過與經(jīng)典算法的比較，分析算法的優(yōu)缺點(diǎn)，避免單調(diào)的講授。基礎(chǔ)較差的學(xué)生可以在討論的過程中向同學(xué)請(qǐng)教，比起教師在課堂上補(bǔ)充要更加有效。對(duì)于基礎(chǔ)較好的學(xué)生，可以引導(dǎo)其查閱最新的文獻(xiàn)，了解學(xué)科前沿和研究進(jìn)展，嘗試對(duì)算法進(jìn)一步改進(jìn)等一系列科技創(chuàng)新活動(dòng)，逐步培養(yǎng)科研能力。

3.根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)合理設(shè)置授課內(nèi)容，優(yōu)化實(shí)踐環(huán)節(jié)

信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求比較高，在教學(xué)中應(yīng)強(qiáng)化針對(duì)具體問題建立數(shù)學(xué)模型并解決的能力，教學(xué)中應(yīng)該以重點(diǎn)理解像素級(jí)繪制算法，掌握基本概念和算法的思想，理解算法能解決的問題和能達(dá)到的效果。對(duì)于Bresenham算法、掃描線填充算法、幾何變換和裁剪等基本算法原理要重點(diǎn)講授，課堂上可以通過案例演示使問題更加具體形象，并通過上機(jī)實(shí)現(xiàn)三、四個(gè)算法來加強(qiáng)理解。對(duì)于曲線生成可以重點(diǎn)介紹Bezier曲線和B樣條曲線等，并對(duì)比其應(yīng)用特點(diǎn)，曲面生成由于理解起來難度相對(duì)較大，可根據(jù)學(xué)生的具體情況介紹原理并演示具體的生成效果。動(dòng)態(tài)消隱、真實(shí)感圖形等涉及概念和算法較多，不要求學(xué)生去掌握和實(shí)現(xiàn)算法的具體細(xì)節(jié)，只要求掌握基本概念和經(jīng)典的算法原理。上機(jī)實(shí)踐的除了直線生成算法等容易實(shí)現(xiàn)的簡單題目外，還可以增加一個(gè)綜合性較強(qiáng)的課程設(shè)計(jì)題目提供給學(xué)生鍛煉動(dòng)手能力。

4.通過全面考核引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)

在課程考核中要重視對(duì)學(xué)習(xí)過程控制，將平時(shí)的課堂討論、上機(jī)實(shí)踐成果演示等情況計(jì)入平時(shí)成績，主要目的在于提高學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性，起到一個(gè)督促的作用。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是不斷發(fā)展的交叉學(xué)科，也是信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，既要強(qiáng)調(diào)扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，也要具備一定的動(dòng)手實(shí)踐能力，需要在教學(xué)中不斷探索更有效的教學(xué)手段和方法，以適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展和人才培養(yǎng)的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]孔令德.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程（VC++版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008，5.

[2]魯敏，于慧穎，鄭平剛.信息工程專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)模式思考[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2006（3）：31-33.

篇6

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)13-3225-02

Probing the Teaching Reform of Computer Graphics

YANG Qing1, LI Xiao-hua2

(1. Department of Basic Courses, Xi'an Aerotechnical College, Xi'an 710077, China; 2. School of Science, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054, China)

Abstract: In this paper, it analyzes the characteristics of computer graphics based on the content of this subject, pointing out some problems in the course of teaching. Several innovative teaching thought and methods are put forward and applied in practice.

Key words: computer graphics; teaching reform; teaching practice

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是建立在傳統(tǒng)的圖學(xué)理論、現(xiàn)代數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)上的一門具有多學(xué)科交叉性和前沿性的新興學(xué)科。它綜合了數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的各種知識(shí)，而且隨著學(xué)科發(fā)展日新月異，新的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)不斷拓展，這使得計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門課程具有學(xué)科內(nèi)容豐富、理論性強(qiáng)、算法眾多、實(shí)踐性強(qiáng)等幾個(gè)方面的特點(diǎn)[1-3]。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門課程具有實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，這就要求學(xué)生必須具有較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力和編程能力；如果理論與實(shí)踐的互動(dòng)性不夠，就容易造成學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力薄弱的現(xiàn)象。從而，可以看出在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中采用傳統(tǒng)的課堂上講授理論，課后讓學(xué)生去做實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，急切需要探討新的教學(xué)思路和教學(xué)方法[4-5]。

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)內(nèi)容

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門邊緣性學(xué)科。它的核心技術(shù)是如何建立所處理對(duì)象的數(shù)學(xué)模型并生成該對(duì)象的圖形, 其主要研究內(nèi)容可概括為以下幾個(gè)方面：

1) 人機(jī)交互與用戶接口技術(shù)。例如用戶接口的常用形式，如子程序庫、專用語言和交互命令等；新型交互設(shè)備如定位設(shè)備、選擇設(shè)備等的研發(fā)；各種交互技術(shù)如選擇技術(shù)、定位技術(shù)、構(gòu)造技術(shù)、命令技術(shù)、響應(yīng)技術(shù)等的研究；各種交互方式如菜單驅(qū)動(dòng)方式、數(shù)據(jù)表格驅(qū)動(dòng)方式事件驅(qū)動(dòng)方式等的研究；以及用戶模型、命令語言、反饋方法、窗口系統(tǒng)、設(shè)計(jì)環(huán)境等完整用戶接口技術(shù)的研究。

2) 圖形生成技術(shù)。例如基本圖形生成算法，如線段的掃描轉(zhuǎn)換、圓弧和橢圓的掃描轉(zhuǎn)換、字符、區(qū)域的各種填充算法、線寬線型的處理技術(shù)；隱藏線，隱藏面消除算法；明暗模型、紋理映射、陰影、光照明模型、灰度與色彩等各種真實(shí)感圖形生成技術(shù)。

3) 圖形變換技術(shù)。例如圖形的幾何變換技術(shù)，如圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等各種幾何變換操作的方法及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)；形體的投影變換技術(shù)，如圖形的平行投影和透視投影的實(shí)現(xiàn)技術(shù)；圖形的裁剪技術(shù)等。

4) 幾何造型技術(shù)。例如不同類型幾何模型的構(gòu)造方法及性質(zhì)分析，常用的造型方法及技術(shù)研究；曲線曲面的參數(shù)表示與處理等等。

5) 動(dòng)畫技術(shù)。研究實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)畫的各種方法，開發(fā)工具，動(dòng)畫語言等。

從上面的內(nèi)容可以看出, 要將這樣一門課的內(nèi)容較好的傳授給學(xué)生，不是一件容易的事情。

2 課程改革

大學(xué)是現(xiàn)代社會(huì)的創(chuàng)造力中心, 是知識(shí)的傳授和生產(chǎn)之地，但是傳統(tǒng)的教學(xué)系統(tǒng)是由教師、學(xué)生和教材這三個(gè)要素組成。在這個(gè)系統(tǒng)中，教師通過講授、板書，把教學(xué)內(nèi)容傳遞給學(xué)生或灌輸給學(xué)生。教師是整個(gè)教學(xué)過程的主宰，學(xué)生則處于被動(dòng)接受知識(shí)的地位。顯然，僅僅依靠教師來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，依靠教師把當(dāng)前所學(xué)新知識(shí)、新概念與學(xué)生關(guān)于當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，無疑難度非常大。特別是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一個(gè)注重實(shí)踐掌握的新型學(xué)科，這種灌輸式的教學(xué)方法極大地阻礙了課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

本校針對(duì)現(xiàn)有教學(xué)中的不足，在總結(jié)多所學(xué)校在該門課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，制定了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教改目標(biāo)和教改方案，具體認(rèn)識(shí)和做法如下。

1) 板書與多媒體相結(jié)合

利用多媒體信息豐富的特點(diǎn)，采用多媒體講授圖形學(xué)課程部分內(nèi)容是一種很好的教學(xué)方式，加大案例教學(xué)的比重，豐富課堂內(nèi)容，提高學(xué)生認(rèn)知能力，使學(xué)生直觀的理解算法。多媒體教學(xué)信息量大，效率高，趣味性強(qiáng)，具有傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的優(yōu)勢，可以使教學(xué)達(dá)到最優(yōu)化。但在使用多媒體授課的同時(shí)，必須配合板書，圖形學(xué)課程中涉及到大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，例如圖形的幾何變換，這些推導(dǎo)過程對(duì)于學(xué)生來說，應(yīng)用板書理解的效果會(huì)更好。

2) 加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，上機(jī)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)能力與應(yīng)用實(shí)踐結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地掌握?qǐng)D形學(xué)基本理論和算法。除此之外，強(qiáng)調(diào)以學(xué)科發(fā)展帶動(dòng)教學(xué)改革，倡導(dǎo)教學(xué)與科研相結(jié)合，將科研成果和新技術(shù)、新方法不斷融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，保持實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的新穎性。通過設(shè)置一系列綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來模擬科研全過程，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研訓(xùn)練的有機(jī)結(jié)合。根據(jù)本校學(xué)生實(shí)際情況，將上機(jī)實(shí)驗(yàn)分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)具體簡單，以加強(qiáng)學(xué)生基本內(nèi)容的掌握；綜合性實(shí)驗(yàn)充滿了趣味性，又具有挑戰(zhàn)性，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)要注意加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程的管理，實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)過程中認(rèn)真完成，實(shí)驗(yàn)課后認(rèn)真總結(jié)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)定每次實(shí)驗(yàn)成績。

3) 利用網(wǎng)絡(luò)上的共享資源擴(kuò)充學(xué)生的知識(shí)視野

現(xiàn)代教學(xué)理念應(yīng)激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)生可以非常便捷的通過互聯(lián)網(wǎng)來獲取豐富的共享資源，因此，教師可以提供給學(xué)生一些與本課程相關(guān)的自主學(xué)習(xí)的參考文獻(xiàn)，提供一些可以深入學(xué)習(xí)的課題以及學(xué)習(xí)網(wǎng)站等等，指導(dǎo)學(xué)生合理的利用網(wǎng)絡(luò)資源來獲取自己所需要的知識(shí)。例如圖形學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢等了解性知識(shí)，它們的特點(diǎn)是更新快、信息量大，如果教師在傳授這些知識(shí)時(shí)還是采用傳統(tǒng)的講授型教學(xué)方法，由于時(shí)間的限制，會(huì)使學(xué)生不能系統(tǒng)的了解這些知識(shí)，而且感到枯燥乏味。因此，對(duì)于這一部分內(nèi)容需要學(xué)生做進(jìn)一步的信息查找，讓學(xué)生去網(wǎng)上查找資料以補(bǔ)充課堂中的內(nèi)容，相信這樣會(huì)起到事半功倍的效果。師生之間經(jīng)常進(jìn)行交流，搭建一個(gè)交流的平臺(tái)、形成信息反饋渠道，教師及時(shí)了解學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中反映出來的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題，有針對(duì)性地進(jìn)行指導(dǎo)和講解。

4) 綜合考評(píng)

在課程考核中建立有利于學(xué)生個(gè)性發(fā)展的綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)體系，改變過去以理論考試成績作為衡量教學(xué)效果的單一評(píng)價(jià)體系，采用綜合考評(píng)的方式?？荚u(píng)過程中，應(yīng)該考慮學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力等各方面的情況，考評(píng)可以分為卷面成績、完成大作業(yè)成績和上機(jī)開發(fā)實(shí)踐成績，這三個(gè)方面按比例進(jìn)行打分。對(duì)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)完成大作業(yè)較好的學(xué)生，例如對(duì)綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編程語言以及圖形學(xué)算法理論這些知識(shí)來編程實(shí)現(xiàn)某些重要算法，這些題目完成較好，并且在上機(jī)實(shí)踐中能夠充分利用先進(jìn)的圖形系統(tǒng)和工具獨(dú)立自主地進(jìn)行開發(fā)、設(shè)計(jì)的學(xué)生要加分。綜合考評(píng)的目的不僅是要求學(xué)生熟練掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、基本知識(shí)、基本算法，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來分析、解決實(shí)際問題的能力；是一種知識(shí)、能力和素質(zhì)的綜合考評(píng)，教學(xué)目的是要不斷提高教學(xué)質(zhì)量，以適應(yīng)我國市場經(jīng)濟(jì)的需要，要努力培養(yǎng)多層次、復(fù)合型的高質(zhì)量人才。

3 總結(jié)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門快速發(fā)展的前沿性學(xué)科, 它的教學(xué)還需要在今后的實(shí)踐中不斷進(jìn)行探索和發(fā)展。在我校2008級(jí)學(xué)生中，實(shí)施計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革。以培養(yǎng)學(xué)生能力為目的，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)了學(xué)生自己動(dòng)手解決實(shí)際問題的能力，改革后的教學(xué)能取得令人滿意的教學(xué)效果。該文僅從自己對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)體會(huì)中，提出了一些教學(xué)思路和方法，同時(shí)對(duì)其他課程也有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 張金區(qū),“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)實(shí)踐與改革探討[J].電腦知識(shí)與技術(shù):學(xué)術(shù)交流,2007(3):874-875.

[3] 曾巧明,何紅波.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)改革和創(chuàng)新探討[J].長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào):社科版,2003(3):111-113.

篇7

摘要：本文介紹了筆者針對(duì)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程教學(xué)中存在的問題所進(jìn)行的“14+4”教學(xué)改革的實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；教學(xué)研究；計(jì)算機(jī)圖形生成系統(tǒng)；OpenGL

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程傳統(tǒng)教學(xué)模式的重點(diǎn)是基本理論和算法的講解，學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程過程中只是了解了基本圖形的生成，而對(duì)于三維圖形的生成和幾何變換、曲面的生成、消隱算法、光照模型的模擬等理論不知如何去實(shí)現(xiàn)，針對(duì)這一現(xiàn)象，筆者提出以下幾點(diǎn)改革，供大家共同探討。

1計(jì)算機(jī)圖形生成系統(tǒng)

結(jié)合本課程教學(xué)內(nèi)容，我們開發(fā)了計(jì)算機(jī)圖形生成系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)課本中講解的基本算法外，還可實(shí)現(xiàn)三維圖形的生成與幾何變換、曲面的生成、消隱算法、光照模型的模擬等。使學(xué)生在學(xué)了本課程以后，不僅能實(shí)現(xiàn)簡單圖形的生成，還可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖形。

此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)教材中的基本算法，如DDA和Bresenham的直線生成算法、圓的Bresenham和中點(diǎn)生成算法、橢圓的生成、任一多邊形的生成、種子填充算法、掃描線填充算法、直線的Cohen_surtherland裁剪算法、曲線曲面的生成等。

對(duì)于比較抽象的算法，采取先講理論，再講程序，使學(xué)生能理解這些理論用計(jì)算機(jī)言怎樣去實(shí)現(xiàn)，從而加深理解。

另外本系統(tǒng)對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行了歸類講解：

(1) 系統(tǒng)可生成基本三維圖形，如球體、橢球體、圓柱、圓錐、任意多面體等，在講解相關(guān)理論后，再演示和詳細(xì)講解程序，可以使學(xué)生比較容易理解。例如可以把球體、橢球體、圓柱、圓錐歸為一類講解。先講解一個(gè)球體的生成程序，程序用球體的參數(shù)表達(dá)式去實(shí)現(xiàn)，其中用到了投影變換、三維形體的幾何變換、屏幕坐標(biāo)系的變換、簡單的反向面消隱算法，學(xué)生理解后，再把錐體、橢球體的參數(shù)表達(dá)式告訴學(xué)生，讓學(xué)生試圖生成錐體、橢球體或與球體相近的其他形體。對(duì)于多面體的生成，利用邊界模型和表面模型分別表示一個(gè)四面體，把理論與程序中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，比較具體，學(xué)生易于接受，這樣學(xué)生就可以對(duì)任意多面體怎樣利用實(shí)體構(gòu)造方法去實(shí)現(xiàn)了。

(2) 對(duì)于三維形體的幾何變換上，可以用兩種方法來實(shí)現(xiàn)：物體不變，視點(diǎn)位置變換；視點(diǎn)位置不變，物體發(fā)生幾何變換。在教學(xué)過程中，應(yīng)用一種三維形體，如任一四棱錐來用兩種方法實(shí)現(xiàn)這種變換效果，并講解兩種算法的實(shí)現(xiàn)程序，給學(xué)生布置一道相似的作業(yè)，讓學(xué)生嘗試實(shí)現(xiàn)。

(3) 在消隱算法的講解和實(shí)現(xiàn)上，因?yàn)樵谌S圖形的生成程序中已經(jīng)讓學(xué)生了解了簡單的反向面消隱法，所以在這部分內(nèi)容把Z-buffer算法和掃描線算法的理論講解結(jié)合實(shí)現(xiàn)程序講解，學(xué)生比較容易理解。

(4) 自由曲面的生成，利用Bézier曲面的DeCasteljau生成算法生成雙三次曲面，利用B樣條曲面的Deboor算法，生成雙三次B樣條曲面，并生成NURBS曲面，對(duì)之進(jìn)行幾何變換。

(5) 簡單模擬光的反射、環(huán)境光的漫射效果，以及對(duì)二維、三維圖形的紋理映射技術(shù)。

(6) 對(duì)于幾何造型方面，造型方法結(jié)合程序講解，效果較好。比如分形造型、邊界模型、表面模型等，結(jié)合理論，講一個(gè)實(shí)現(xiàn)程序，學(xué)生不僅可以更容易理解，還可以過到觸類旁通的教學(xué)效果。

2基于OpenGL的課件

目前本課程的實(shí)驗(yàn)只是使用某種高級(jí)語言環(huán)境(如Turbo C ++)作為上機(jī)實(shí)習(xí)的平臺(tái)，而當(dāng)前比較流行OpenGL、Direct等開發(fā)工具，學(xué)生并不能夠在Turbo C ++試驗(yàn)中獲得未來就業(yè)環(huán)境下真實(shí)需要掌握的編程知識(shí)。OpenGL的這些能力為實(shí)現(xiàn)逼真的三維渲染效果、建立交互的三維景觀提供了優(yōu)秀的軟件工具。OpenGL集成在Windows的內(nèi)核中，VB、VC ++均可直接調(diào)用，初學(xué)的學(xué)生也能利用OpenGL的圖形處理能力設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的三維圖形以及三維交互軟件。所以，筆者在本課程的課件中，每一部分的章節(jié)后面，都要講解在OpenGL中怎樣實(shí)現(xiàn)，如畫線、幾何變換、消隱、紋理映射、曲線和曲面的生成等，展示相應(yīng)的程序并講解程序。這樣可以拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生的就業(yè)機(jī)會(huì)。例如(1)圖形生成算法，OpenGL提供了定義點(diǎn)的函數(shù)，利用這個(gè)函數(shù)可以方便地向?qū)W生演示基本圖形生成算法的基本原理。(2)幾何變換。調(diào)用OpenGL的三個(gè)變換函數(shù)glTranslate3( )、glRotate3( )和glScale3( )，實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)近似的平移、旋轉(zhuǎn)和比例矩陣。(3)投影變換。OpenGL中只提供了兩種投影方式，一種是平行投影，另一種是透視投影。OpenGL平行投影函數(shù)共有兩個(gè)：一個(gè)是void glOrtho(GLdou2ble

left, GLdouble right, GLdouble bottom, GLdouble top, GLdou2ble near,GLdouble far)，另一個(gè)函數(shù)是void gluOrtho2D (GL2double left, GLdouble right, GLdouble

bottom, GLdouble top)。OpenGL透視投影函數(shù)也有兩個(gè)：一個(gè)是void glFrustum(GLdouble left, GLdouble right, GLdouble bottom, GLdouble top, GLdouble near, GLdouble far)，另一個(gè)函數(shù)是void gluPerspective(GLdouble fovy, GLdou2ble aspect, GLdouble zNear, GLdoube zFar)，利用這些函數(shù)就可以容易地實(shí)現(xiàn)透視投影的效果。(4)曲線曲面的生成。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，所有的光滑曲線都采用線段逼近來模擬，而許多有用的曲線在數(shù)學(xué)上只用少數(shù)幾個(gè)參數(shù)(如控制點(diǎn)等)來描述。OpenGL提供生成Bezier、B樣條、NURBS曲線和曲面的函數(shù)。OpenGL曲線坐標(biāo)計(jì)算采用的是void glEvalCoord1{fd} [v] (TYPE u)，如果是二維曲面的話，上述的函數(shù)名改變?yōu)閷?duì)應(yīng)的二維版本就可以了。(5)真實(shí)感圖形生成。真實(shí)感圖形繪制是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)重要組成部分，在OpenGL中設(shè)置光源顏色和對(duì)象本身顏色的函數(shù)為glLightfv()、glMaterialfv()，調(diào)用這些函數(shù)舉一些案例，使學(xué)生不僅能學(xué)到基本的圖形理論，還能自行開發(fā)基于OpenGL的幾何變換、投影、曲線曲面生成、光照明模型的建立、紋理映射技術(shù)等圖形，大大提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，使學(xué)生消除計(jì)算機(jī)三維圖形編程的神秘感，激發(fā)了學(xué)習(xí)的興趣。

3“14+4“的課程改革方案

由于本課程是一門實(shí)踐性比較強(qiáng)的課程，同時(shí)也為了使學(xué)生具有圖形開發(fā)的創(chuàng)造能力，本課程在教學(xué)過程中更適合“14+4”教學(xué)模式，即在教學(xué)計(jì)劃中，14周用于理論教學(xué)，4周用于做課程設(shè)計(jì)。學(xué)生可以運(yùn)用自己所學(xué)圖形學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一些大的繪圖程序，例如二維圖形幾何變換系統(tǒng)、三維圖形幾何變換系統(tǒng)、實(shí)體的幾何造型、二維或三維紋理映射技術(shù)的實(shí)現(xiàn)、面消隱算法的實(shí)現(xiàn)、分形圖形技術(shù)、應(yīng)用OPENGL生成一三維形體或?qū)崿F(xiàn)圖形學(xué)中相關(guān)算法、數(shù)字圖像處理技術(shù)等。學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過程中加深了對(duì)圖形學(xué)這門課的理論知識(shí)，鍛煉了算法實(shí)現(xiàn)技巧、提高了編程能力，教學(xué)效果良好，甚至有些學(xué)生也能開發(fā)出效果較好的圖形系統(tǒng)。

4后續(xù)建設(shè)的設(shè)想：

針對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展以及市場上流行的許多圖形圖像處理軟件，如Flash、3Dmax、Maya、Authorware、Dreamweaver等，可以在幾何造型或光照模型、紋理映射等理論的講解上結(jié)合這些軟件的實(shí)現(xiàn)過程來講解，一方面可以滿足學(xué)生渴望掌握這些軟件的心理，另一方面可以使本課程的講解更加形象、生動(dòng)和易于理解，也拓寬了本課程的應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)

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[2] 吳濤. 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革探討[J]. 福建電腦,2007,(5):199-201.

篇8

一、 高職高專計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

1. 課時(shí)安排不足

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在很多工科類高職高專院校都作為一門專業(yè)選修課，一般安排在第三學(xué)期進(jìn)行，在修完高等數(shù)學(xué)，C語言等先修課程以后開展。由于高職高專院校本身在學(xué)時(shí)方面較本科院校更為緊湊的原因，使得該門課程在高職高專院校開展更顯不足，一般控制在32學(xué)時(shí)左右。作為計(jì)算機(jī)類課程，上機(jī)時(shí)不可缺少的，其中還要安排40%左右的上機(jī)學(xué)時(shí)。這樣一來使得理論學(xué)時(shí)只有20學(xué)時(shí)左右。所以學(xué)時(shí)不足的問題還是比較嚴(yán)重的。

2. 沒有專用教材

由于目前沒有一本計(jì)算機(jī)圖形學(xué)高職高專專用教材，所以各學(xué)校多采用本科系列教材，只是在章節(jié)內(nèi)容上進(jìn)行壓縮，以適應(yīng)專科層次的課時(shí)教學(xué)要求。目前國內(nèi)大部分教材的章節(jié)目錄的設(shè)置基本一致, 都是從計(jì)算機(jī)圖形繪制最基本的硬件設(shè)備開始，由引入光柵化的概念開始，逐步轉(zhuǎn)化到各種數(shù)學(xué)算法。在有理論上的數(shù)學(xué)算法，通過計(jì)算機(jī)程序（OpenGL）在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)繪圖。壓縮后的課程，由于每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都不能充分展開，使得學(xué)生對(duì)掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)不夠清晰, 容易使學(xué)生在學(xué)完了這門課程之后, 只掌握了分散的知識(shí)點(diǎn), 卻不能將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)串連起來, 造成知識(shí)分散不連貫的情況。

3. 知識(shí)點(diǎn)深度不夠

由于課時(shí)安排的問題，以及教材內(nèi)容被機(jī)械的壓縮，使得每個(gè)知識(shí)點(diǎn)只能是點(diǎn)到為止很難進(jìn)行橫向縱向的展開。具體體現(xiàn)在對(duì)各種幾何要素算法的講解過程中，只能對(duì)其理論數(shù)學(xué)模型進(jìn)行講解，而在解決具體實(shí)際問題方面就不能深入展開。

二、 高職高專計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革思路

1.課時(shí)安排的調(diào)整

由于?？茖哟蔚慕虒W(xué)在總學(xué)時(shí)方面的限制，使得在該門選修課學(xué)時(shí)的擴(kuò)充方面難以實(shí)現(xiàn)，所以只能通過對(duì)有限學(xué)時(shí)的統(tǒng)籌安排來使每個(gè)學(xué)時(shí)都有其充實(shí)的內(nèi)容，這樣也是一種變相增加課時(shí)。具體體現(xiàn)為根據(jù)學(xué)生的接受程度，教學(xué)內(nèi)容首先注重基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)對(duì)基本概念的理解，對(duì)于一些復(fù)雜的基本算法，則要引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)際例子，對(duì)其基本原理基本思想加以理解。只要算法的基本思路掌握了，算法的實(shí)現(xiàn)就容易理解。對(duì)相關(guān)算法也就可以可舉一反三、觸類旁通了。另外教學(xué)內(nèi)容還應(yīng)根據(jù)具體專業(yè)內(nèi)容，結(jié)合專業(yè)中具體的問題來適當(dāng)?shù)臄U(kuò)充內(nèi)容，使學(xué)生了解該學(xué)科在專業(yè)中的具體應(yīng)用，也同時(shí)增加課堂教學(xué)的趣味性。以筆者所在學(xué)校專業(yè)為例，可將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與醫(yī)學(xué)影像學(xué)，醫(yī)學(xué)圖形信息學(xué)相結(jié)合，使得學(xué)生學(xué)習(xí)起來目的更加明確，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.增加輔助教材或課件

由于目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)高職高專教材的匱乏，在教學(xué)過程中，很多教師只能使用本科教材的刪節(jié)版，即某些章節(jié)或某些內(nèi)容略去不講。這樣機(jī)械的刪減內(nèi)容很容易增加學(xué)生對(duì)課本的理解難度。因此教師在刪減教材內(nèi)容時(shí)，第一應(yīng)注意其內(nèi)容的連貫性，第二應(yīng)考慮在略去某些章節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)上能夠選取一些更加貼近實(shí)際專業(yè)的輔助材料或講義?；蛘咧谱饕恍┬路f實(shí)用的課件來彌補(bǔ)由于刪減內(nèi)容而引起的課程松散、不連貫的問題。

3.教學(xué)方法的選擇

為了彌補(bǔ)時(shí)間緊，內(nèi)容多的情況，就要求教師在講課時(shí)多注意教學(xué)方法的選擇。應(yīng)強(qiáng)調(diào)啟發(fā)式教學(xué)，在講解必須掌握的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)算法之前，應(yīng)多做引導(dǎo)，提出課前思考題。這些思考題可以引導(dǎo)學(xué)生通過預(yù)習(xí)和自學(xué)，在上課之前先對(duì)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)有了以清晰的思路。通過這樣預(yù)習(xí)，一方面可使學(xué)生上課目的明確，另一方面也可縮短教師引導(dǎo)性講解的時(shí)間。從而減輕課堂內(nèi)容負(fù)擔(dān)，使課堂教學(xué)目標(biāo)清晰，任務(wù)簡化。如在講授圓弧的繪制算法之前，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在課后先復(fù)習(xí)直線段的繪制數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)直線段的繪制算法思考直線短線段運(yùn)算因子的構(gòu)成，是否可將其轉(zhuǎn)換為圓弧線段的運(yùn)算數(shù)學(xué)方法？如果可以轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)換的過程中主要存在的問題何在？應(yīng)如何解決？學(xué)生帶著這些問題開始聽課，在講課的過程中一一得到解答，這樣使得教學(xué)前后內(nèi)容銜接自然，學(xué)生容易接受。同時(shí)在掌握了這種連貫的推理過程以后，當(dāng)學(xué)生遇到解決同種問題時(shí)，就可以迎刃而解。另外，對(duì)解決同一問題的不同算法時(shí)可進(jìn)行比較，強(qiáng)調(diào)對(duì)比性學(xué)習(xí)。如圓弧的生成過程中中點(diǎn)畫圓法，Bresenham法等算法之間的區(qū)別與聯(lián)系，他們在描點(diǎn)過程中具體算法的區(qū)別，以及其優(yōu)缺點(diǎn)。通過這樣的比對(duì)學(xué)習(xí)使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不再孤立學(xué)習(xí)一種算法，而是學(xué)習(xí)了在面對(duì)同類問題的情況如何考慮采取不同的方法，不同的解決思路。

4.教學(xué)手段的應(yīng)用

篇9

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；教學(xué)模式；能力導(dǎo)向；教學(xué)改革

1研究背景

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)重要而又年輕的學(xué)科，它是隨著計(jì)算機(jī)硬件特別是圖形顯示設(shè)備的發(fā)展而逐漸產(chǎn)生發(fā)展起來的。該學(xué)科主要研究利用計(jì)算機(jī)顯示、生成和處理圖形的基本原理、方法和技術(shù)，涉及數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)、心理學(xué)等多個(gè)學(xué)科的交叉融合，相關(guān)問題的討論往往涉及比較復(fù)雜的算法和比較抽象的理論[1]。因此，該課程具有較強(qiáng)的綜合性、理論性和實(shí)踐性。

筆者將“以能力為導(dǎo)向”的教學(xué)理念融入計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)實(shí)踐過程中，研究如何恰當(dāng)?shù)亟M織教學(xué)內(nèi)容，有效調(diào)整教學(xué)模式，高效運(yùn)用教學(xué)手段，合理分配實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，使學(xué)生從“要我學(xué)”的被動(dòng)接受知識(shí)型學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變到“我要學(xué)”的主動(dòng)學(xué)習(xí)型模式。在基本理論和基本技能培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，達(dá)到知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)的有效結(jié)合。實(shí)踐證明，通過一系列改革，我校在提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生能力方面都取得了較好成果。

2教學(xué)現(xiàn)狀

由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，且該課程名稱本身具有吸引力，很多學(xué)生在剛剛接觸這門課時(shí)有極大的興趣，特別是影視動(dòng)畫和游戲愛好者，都抱著極大的期望，幻想能通過該課程的學(xué)習(xí)制作精美動(dòng)畫，開發(fā)精彩的游戲。然而，在后續(xù)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的積極性和主動(dòng)性逐漸消失，學(xué)習(xí)的信心所剩無幾，最終導(dǎo)致整個(gè)學(xué)習(xí)過程變?yōu)楸粍?dòng)接受。究其原因，主要有以下幾點(diǎn)。

1) 學(xué)科本身難度較大。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是建立在傳統(tǒng)的圖學(xué)理論、現(xiàn)代數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)上的一門新興學(xué)科，涉及多個(gè)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，學(xué)科交叉繁雜，且新的應(yīng)用領(lǐng)域又不斷拓展，使該學(xué)科內(nèi)容豐富、算法眾多、理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)。而當(dāng)前的教科書大多以基礎(chǔ)原理和理論講解為主，詳細(xì)展示了多種算法的推導(dǎo)、優(yōu)化和發(fā)展過程，對(duì)這些內(nèi)容的理解需要學(xué)生有很好的工科基礎(chǔ)，特別是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，也需要教師在講課過程中有清晰的思路和清楚的表達(dá)。即便是這樣，也往往造成課堂教學(xué)枯燥無味，而學(xué)生也經(jīng)常被這些算法所困擾，產(chǎn)生畏懼心理。

2) 教學(xué)觀念落后。傳統(tǒng)的教學(xué)觀念強(qiáng)調(diào)知識(shí)傳授，看重學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握、重難點(diǎn)的理解。因此，教師備課時(shí)往往根據(jù)知識(shí)點(diǎn)來安排課堂內(nèi)容，對(duì)大綱中要求的章節(jié)重要知識(shí)點(diǎn)作較詳細(xì)的講解。這樣很容易形成滿堂灌的課堂局面，學(xué)生也自然而然地習(xí)慣了老師講到哪兒就聽到哪兒，聽到哪兒就學(xué)到哪兒，學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性基本喪失。如果學(xué)生課下不看書復(fù)習(xí)，即使每節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)掌握了，也很難完整理解整個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)，很難融會(huì)貫通所學(xué)知識(shí)，對(duì)知識(shí)的理

解只能停留在“只見樹木，不見森林”的層面。教學(xué)觀念的落后也會(huì)導(dǎo)致較落后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大部分實(shí)驗(yàn)停留在算法驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)上，不能激發(fā)學(xué)生的興趣和主動(dòng)思考問題、解決問題的科學(xué)探索激情。

3) 考核方式單一?！耙灾R(shí)為導(dǎo)向”的傳統(tǒng)教學(xué)觀念也導(dǎo)致了考核方式具有單一性，主要以理論考試為主，試題形式主要是填空、選擇、判斷、名詞解釋、簡答、計(jì)算等，試題內(nèi)容要求盡可能多地涵蓋大綱中的知識(shí)點(diǎn)。這常常導(dǎo)致學(xué)生把大量的精力和時(shí)間放在對(duì)基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)的理解和記憶上，考試成績高的學(xué)生，有可能動(dòng)手能力差。因此，這種考核方式無法真正考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握及應(yīng)用能力，也不利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。有些教師也將實(shí)驗(yàn)成績按比例添加到總成績中，但對(duì)實(shí)驗(yàn)過程沒有好的管理方法，也很難對(duì)學(xué)生進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。

4) 現(xiàn)狀分析。通過以上分析，我們可以得知，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)若仍采用傳統(tǒng)的課堂上講授理論，課下讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，不利于學(xué)生各方面能力的培養(yǎng)，有悖于新時(shí)期的人才培養(yǎng)目標(biāo)。因此，探討新的教學(xué)思路和教學(xué)方法，就成了廣大教師需要研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

3教學(xué)觀念改革

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，培養(yǎng)單純技能型人才已不適應(yīng)社會(huì)需求，市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要大批具有一定創(chuàng)造性的專業(yè)人才。因此，教師要在教學(xué)過程中轉(zhuǎn)變思想認(rèn)識(shí)，更新教學(xué)觀念，改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，注重學(xué)生合理的智能結(jié)構(gòu)培養(yǎng)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)提高運(yùn)用知識(shí)、更新知識(shí)、擴(kuò)展知識(shí)的能力[2]。

1) 教學(xué)重點(diǎn)從傳授知識(shí)轉(zhuǎn)向能力培養(yǎng)。就計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程而言，學(xué)生能力的培養(yǎng)主要體現(xiàn)在邏輯思維能力、實(shí)際動(dòng)手能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力等方面。邏輯思維能力主要體現(xiàn)在形數(shù)轉(zhuǎn)換的能力方面，即對(duì)具體對(duì)象的幾何信息進(jìn)行分析、抽象和歸類，建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，最后再轉(zhuǎn)化成一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式。實(shí)際動(dòng)手能力是指編程能力和實(shí)際操作能力，能熟練編寫程序，處理復(fù)雜的圖形問題和結(jié)構(gòu)問題，能夠進(jìn)行簡單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)。應(yīng)用創(chuàng)新能力指創(chuàng)造性能力，是在掌握理論的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新，體現(xiàn)為在解決實(shí)際問題上有獨(dú)到見解[3]。此外，教師還可應(yīng)用靈活的教學(xué)手段培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、信息檢索和組織能力、表達(dá)能力、專業(yè)外語應(yīng)用能力等。

2) 課堂教學(xué)模式由傳授方式轉(zhuǎn)向引導(dǎo)方式。在課堂教學(xué)過程中，為了給學(xué)生提供積極思維和主動(dòng)思維的時(shí)間、空間和條件，教師要在“導(dǎo)”字上下功夫，使課堂的教學(xué)過程演變成學(xué)習(xí)知識(shí)、啟發(fā)思維的引導(dǎo)過程，形成探究性學(xué)習(xí)風(fēng)氣，使學(xué)生逐漸接受和喜歡“積累知識(shí)―積極思考―主動(dòng)創(chuàng)新”的新型學(xué)習(xí)模式[3]。

4教學(xué)內(nèi)容和方法改革

基于能力培養(yǎng)的教學(xué)觀念，在教學(xué)過程中，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)小型“虛擬魚建模”項(xiàng)目實(shí)例，該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)可以分解成多個(gè)步驟，而每一個(gè)步驟都對(duì)應(yīng)相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。因此，可將該項(xiàng)目作為一根主線貫穿在所有的教學(xué)內(nèi)容中。

4.1理論教學(xué)

1) 內(nèi)容組織。

我們以“虛擬魚”為主線，使其貫穿于整個(gè)教學(xué)內(nèi)容。要讓計(jì)算機(jī)“逼真”地模擬虛擬魚的水底世界，模擬過程可用圖形流水線給出，如圖1所示[4]。教師依次講解流水線上的每一步涉及的相關(guān)理論知識(shí)，并將相關(guān)技術(shù)處理的動(dòng)態(tài)效果實(shí)時(shí)展示出來，讓學(xué)生清楚地了解每堂課所講的理論知識(shí)在整個(gè)課程中的作用、地位，以及以該理論為基礎(chǔ)的程序或軟件所能完成的功能、任務(wù)。這樣，在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生有較高的學(xué)習(xí)興趣和熱情，同時(shí)會(huì)有清晰的學(xué)習(xí)思路和學(xué)習(xí)目標(biāo)，不會(huì)感到混亂無序。

因此，采用實(shí)例教學(xué)和圖形流水線順序組織課程內(nèi)容，符合學(xué)生理解問題的邏輯順序，有利于學(xué)生理解課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，便于他們掌握各知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系，可以解決“只見樹木，不見森林”的問題，使學(xué)生始終保持思路清晰，提高學(xué)習(xí)效果。

在講解每個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師也可結(jié)合它們在圖形編程(如OpenGL)和圖形制作軟件(如3D max等) 中的應(yīng)用來講解。如講授光照處理時(shí)，教師可以先給學(xué)生演示3D max 里面制作光源的過程，重點(diǎn)讓學(xué)生觀察不同參數(shù)選擇產(chǎn)生的不同光照效果。同時(shí)教師可以提出疑問，如“各個(gè)參數(shù)起到什么作用”、“表示什么含義”等，讓學(xué)生思考。然后，教師演示OpenGL中的光照程序和效果，再提出同樣的問題。帶著這些問題，教師引導(dǎo)學(xué)生回到光照模型的理論學(xué)習(xí)階段，學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)就更加明確了，學(xué)習(xí)效率和興趣也自然提高了，也就解決了學(xué)生諸如“學(xué)這個(gè)有什么用”、 “為什么要那樣計(jì)算”、“參數(shù)到底表示什么”等疑問。因此，在理論課堂上加入實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，讓學(xué)生看到理論和實(shí)際的融合點(diǎn)，會(huì)起到事半功倍的作用，也讓學(xué)生感到學(xué)有所用。筆者常常在CG的第一課時(shí)就給學(xué)生布置自學(xué)3D max的要求，因?yàn)閼?yīng)用軟件的學(xué)習(xí)能促進(jìn)他們更深入地理解理論知識(shí)。而后續(xù)的大部分課堂幾乎包括了應(yīng)用部分和理論部分的講解，如圖2所示。雖然應(yīng)用部分的講解只占10～15分鐘左右的課堂時(shí)間，但起到了非常大的作用。

2) 教學(xué)過程設(shè)計(jì)。

教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)分為5個(gè)環(huán)節(jié)，如圖3所示。上完緒論課后，教師便給學(xué)生演示虛擬魚系統(tǒng)，使學(xué)生對(duì)用程序編寫出來的栩栩如生、悠然自得、游來游去的小魚產(chǎn)生極大的興趣。教師接下來對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行簡要介紹，分解步驟，從而打開學(xué)生學(xué)習(xí)CG的大門，而每一個(gè)步驟的引入將引導(dǎo)學(xué)生充分學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)。因此，在每一次理論課前，教師都要布置相關(guān)步驟的學(xué)習(xí)任務(wù)，如小魚的曲面構(gòu)造、紋理映射等；學(xué)生通過自學(xué)、查閱資料，對(duì)問題進(jìn)行分析探討；上課時(shí)，教師先讓學(xué)生自由發(fā)言，說出自己的想法和思考，再由教師講解相關(guān)內(nèi)容；隨后，學(xué)生將自學(xué)和聽課中發(fā)現(xiàn)的問題與教師進(jìn)行進(jìn)一步交流探討；最后，教師提出下一步驟的任務(wù)。如此循環(huán)，不僅能使學(xué)生對(duì)每堂課所學(xué)的知識(shí)有深入的理解和認(rèn)識(shí)，明白該節(jié)課內(nèi)容在整個(gè)課程中的地位，還能使學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)具有系統(tǒng)性、連貫性和完整性。通過具體應(yīng)用實(shí)例的剖析和教師的“導(dǎo)”，學(xué)生對(duì)每一部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)都經(jīng)過了一番努力思考，這樣的知識(shí)一定會(huì)記憶深刻。因此，這種教師“導(dǎo)”，學(xué)生“學(xué)”的教學(xué)過程，既豐富了學(xué)生的思維過程，又給予他們主動(dòng)學(xué)習(xí)、理論結(jié)合實(shí)際的基點(diǎn)，便于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考的積極性和主動(dòng)性，自然也能培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考問題和解決問題等各方面的能力。

4.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)

作為實(shí)踐教學(xué)的最重要組成部分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神人才中有著十分重要的作用。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容大多為算法的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)或圖形庫的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)在一定程度上鍛煉了學(xué)生的編程能力和基礎(chǔ)應(yīng)用能力，但對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用理論知識(shí)能力、創(chuàng)新性思維能力和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)非常欠缺。本教學(xué)改革以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題能力和創(chuàng)新能力為主導(dǎo)思想，結(jié)合我校的學(xué)科專業(yè)特色和需求，綜合多門課程知識(shí)，大力開展綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

1) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排。我們將實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性四個(gè)層次，分別培養(yǎng)學(xué)生的基本技能、綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新等各方面的能力，如圖4所示。其中，基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)由學(xué)生在開放實(shí)驗(yàn)室自行完成，教師負(fù)責(zé)檢查；綜合、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)由教師提供多組選題，學(xué)生自由選擇，按項(xiàng)目管理方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組管理，要求學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作，合理分工，共同完成各個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)所要求的預(yù)期功能；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)為學(xué)有余力的學(xué)生提供一個(gè)創(chuàng)新平臺(tái)，將結(jié)合我校特色專業(yè)和多門學(xué)科知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，如虛擬植物建模、虛擬動(dòng)物仿真等。

2) 實(shí)驗(yàn)考核方式。為加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的過程管理，我們采用實(shí)際工程運(yùn)作中的項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)制度。在綜合實(shí)驗(yàn)過程中，我們將學(xué)生分成項(xiàng)目小組，小組成員扮演不同的角色，在項(xiàng)目經(jīng)理的組織下共同完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施、驗(yàn)收過程中，由項(xiàng)目組選派或教師隨機(jī)抽選一名學(xué)生進(jìn)行匯報(bào)答辯，其成績作為小組成績。在學(xué)生的最終成績評(píng)定時(shí)，以項(xiàng)目小組為單位，學(xué)生的成績由個(gè)人、整個(gè)團(tuán)隊(duì)成員、項(xiàng)目經(jīng)理和教師多方面決定，得分內(nèi)容由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)成果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等幾部分的得分組成。這種管理方式在訓(xùn)練學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的同時(shí)，也加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作和組織協(xié)調(diào)能力的培養(yǎng)。

5結(jié)語

計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的不斷發(fā)展，要求計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的內(nèi)容要不斷更新，教學(xué)手段、教學(xué)模式也要不斷改進(jìn)?！耙阅芰閷?dǎo)向”的教學(xué)模式，改變了傳統(tǒng)教學(xué)方法的弊端，能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力，能培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力，將“注入式教學(xué)”變?yōu)椤皢l(fā)式教學(xué)”，為培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的科技人才奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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Teaching Reform of Ability Oriented in Computer Graphic

PENG Hui, LIU Shanmei, ZHAI Ruifang

(College of Basic Sciences, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China )

篇10

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)法；案例設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）06-0226-02

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（Computer Graphics，以下簡稱CG）是利用計(jì)算機(jī)研究圖形的表示、生成、處理、顯示的學(xué)科[1]，該課程的目的是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、方法和算法。在教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，不少同學(xué)因?yàn)槭芩惴ㄋ绊?，感到這門課枯燥、難于理解，從而使其對(duì)該課程的學(xué)習(xí)積極性有所下降。還有一部分同學(xué)只傾向于研究算法，而忽視了算法的編程實(shí)現(xiàn)，缺乏實(shí)踐動(dòng)手能力。因此，我們在教學(xué)過程中引入了案例教學(xué)法，旨在通過設(shè)計(jì)具體的教學(xué)案例，引導(dǎo)學(xué)生參與分析、討論、表述、實(shí)踐等活動(dòng)，讓學(xué)生在具體的問題情境中積極思考、主動(dòng)探索，充分調(diào)動(dòng)自主學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)注重能力的培養(yǎng)，提高他們的實(shí)踐能力。

案例教學(xué)主要依賴的是案例材料，編寫一套與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度相適宜、與教材相配套的教學(xué)案例材料是實(shí)施案例教學(xué)的關(guān)鍵所在。沒有案例，案例教學(xué)無從談起，沒有好的案例，便沒有有效的案例教學(xué)，所以案例的設(shè)計(jì)在案例教學(xué)中至關(guān)重要。

一、CG中的案例設(shè)計(jì)原則

教學(xué)案例的設(shè)計(jì)，既要符合案例教學(xué)的特點(diǎn)，又要綜合考慮教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求及學(xué)生的特點(diǎn)，我們認(rèn)為CG案例教學(xué)中的案例設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下原則。

（一）針對(duì)性

針對(duì)性原則主要體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對(duì)象兩個(gè)方面。案例的設(shè)計(jì)要充分考慮教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)難點(diǎn)、教學(xué)重點(diǎn)，案例材料的設(shè)計(jì)選取應(yīng)圍繞教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)。對(duì)于重點(diǎn)內(nèi)容的案例，更應(yīng)精心設(shè)計(jì)，以期達(dá)到更佳的教學(xué)效果。

教學(xué)對(duì)象方面是指要因材施教，案例的設(shè)計(jì)應(yīng)緊密結(jié)合學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，體現(xiàn)一定的專業(yè)方向性。數(shù)學(xué)院的學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較好，編程能力比較弱，因此案例可適當(dāng)要求對(duì)算法做較深入探討，同時(shí)強(qiáng)調(diào)算法的編程實(shí)現(xiàn)，這樣能夠揚(yáng)長補(bǔ)短、有的放矢。

（二）典型性

典型性是指案例應(yīng)具有代表性。案例中的問題不是泛泛地提出，而是能反映某一類問題，具有普遍意義。通過對(duì)典型問題的分析、討論，學(xué)生能夠掌握相關(guān)理論知識(shí)，融會(huì)貫通，從而解決這一類問題。另外，案例中的問題也不必面面俱到，比如直線段掃描轉(zhuǎn)換問題，只考慮斜率大于0小于1的情況即可，不必考慮全部四種斜率，讓學(xué)生把精力和關(guān)注點(diǎn)放在中心問題上，等把中心問題解決了，通過對(duì)案例的擴(kuò)展，再考慮其他情況。

（三）趣味性

“興趣是最好的老師”，一個(gè)有趣的案例能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使之產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。CG中的理論知識(shí)和算法往往比較單調(diào)枯燥，容易使學(xué)生產(chǎn)生厭煩心理，因此，在進(jìn)行案例設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮怎樣能夠引起學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，從而使學(xué)生在極大的興趣下，產(chǎn)生積極探究的動(dòng)力。學(xué)生往往對(duì)實(shí)際接觸到的、用到的東西感興趣，那么在設(shè)計(jì)案例時(shí)就要盡量切合實(shí)際，把案例跟現(xiàn)實(shí)應(yīng)用結(jié)合起來。比如，讓學(xué)生思考常用的繪圖軟件中的“橡皮擦技術(shù)”是怎樣實(shí)現(xiàn)的？這比直接說畫線、畫多邊形和直線裁剪生動(dòng)有趣得多，同時(shí)這種繪圖方式也與商用繪圖工具如Windows繪圖軟件、Photoshop、AutoCAD等非常類似，極具實(shí)用性。而對(duì)于多邊形填充，學(xué)生通常感到非常抽象，那就可以以游戲“俄羅斯方塊”為例，讓學(xué)生思考游戲中各種形狀、各種顏色的方塊是如何繪制和填色的。趣味性是案例的驅(qū)動(dòng)劑，案例的設(shè)計(jì)應(yīng)突出趣味性、應(yīng)用性。

（四）多元性

CG中的問題，往往有多種算法，多個(gè)解法。多元性原則就是對(duì)于同一個(gè)問題不滿足于一種解法，而是探究不同的解法，讓學(xué)生在比較中學(xué)習(xí)，提高決策水平。學(xué)生一開始可能提不出多個(gè)解法，通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生分組協(xié)作，逐步思考、探索、歸納出問題的其他已知解法，甚至有可能提出新的未知的解法。最后通過對(duì)多種解法的比較鑒別，選出最優(yōu)答案。例如直線段的掃描轉(zhuǎn)換，學(xué)生最可能先想到的是DDA算法，在對(duì)該算法進(jìn)行剖析后，教師通過提出問題做適當(dāng)引導(dǎo)，使學(xué)生從另外的角度思考問題，進(jìn)而自發(fā)地發(fā)現(xiàn)中點(diǎn)畫線算法和Bresenham算法，并通過對(duì)三種算法的比較，總結(jié)歸納每種算法的特點(diǎn)，找出最佳算法。這種多元化及最佳化答案選擇，可以開拓學(xué)生的思路，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高他們的決策水平，同時(shí)形成了良好的教學(xué)氛圍，從而不斷提高教學(xué)效果。

（五）擴(kuò)展性

擴(kuò)展性指的是案例問題的橫向擴(kuò)展。一個(gè)案例有一個(gè)中心問題，圍繞這個(gè)中心問題，又可以進(jìn)行多方面的擴(kuò)展，使這個(gè)案例變得更豐滿，涵蓋更多內(nèi)容。例如，學(xué)生在用中點(diǎn)畫線算法解決了畫線問題后，可以再對(duì)該問題進(jìn)行擴(kuò)展，提出“怎樣畫任意斜率的直線段”、“采取什么樣的方法可以減少計(jì)算量，提高算法的效率”等問題，引導(dǎo)學(xué)生更全面地思考問題，從而提高學(xué)生的應(yīng)變能力和發(fā)散思維能力。擴(kuò)展問題是對(duì)案例中心問題的補(bǔ)充，應(yīng)在中心問題解決后再提出，精彩的擴(kuò)展是對(duì)案例的升華，沒有擴(kuò)展的案例就像直挺挺的樹干，有了擴(kuò)展的案例才是枝繁葉茂的綠樹。

（六）延續(xù)性

延續(xù)性指的是案例問題的縱向延伸。案例設(shè)計(jì)要符合人類認(rèn)知的規(guī)律，循序漸進(jìn)，問題由簡到繁，由易到難。教學(xué)內(nèi)容前后具有關(guān)聯(lián)性，案例中也要體現(xiàn)出來這種關(guān)聯(lián)。因此，可以設(shè)計(jì)一組案例來體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，前面的案例作為后面案例的鋪墊，由淺及深，層層深入，這樣有利于學(xué)生學(xué)結(jié)，使他們善于利用前面學(xué)過的知識(shí)解決新的問題。比如繪制具有一定寬度的直線段，需要先掌握繪制單位寬度的直線段的算法；要想對(duì)直線段進(jìn)行反走樣處理，也需要掌握直線段的掃描轉(zhuǎn)換算法，這些內(nèi)容存在關(guān)聯(lián)，后面的問題是前面問題的延續(xù)。再比如，中點(diǎn)法可以用于畫直線段，那么畫圓時(shí)可不可以用呢？畫橢圓呢？在設(shè)計(jì)案例時(shí)要考慮到這一點(diǎn)，利用案例的延續(xù)性，將學(xué)生一步一步引導(dǎo)到更深層次的問題上，提高他們探究問題的能力。

根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求，針對(duì)數(shù)學(xué)院學(xué)生的特點(diǎn)，按照以上案例設(shè)計(jì)原則，我們設(shè)計(jì)了十六個(gè)案例，涵蓋了光柵圖形學(xué)、幾何變換、曲線曲面、造型技術(shù)、圖形裁剪、圖形消隱、真實(shí)感圖形繪制、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫等主要內(nèi)容，這些案例有效地支持了案例教學(xué)的進(jìn)行。

二、案例的評(píng)估及改進(jìn)

案例設(shè)計(jì)好以后，要在教學(xué)過程中進(jìn)行實(shí)施，根據(jù)實(shí)施的效果進(jìn)行評(píng)估和改進(jìn)。案例的評(píng)估和改進(jìn)要注意以下幾個(gè)方面：（1）案例的難易指數(shù)。根據(jù)學(xué)生解決問題的用時(shí)等情況，評(píng)估案例的難易程度，為不同的案例確定難易指數(shù)。針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)，適時(shí)改動(dòng)案例，調(diào)整案例的難易指數(shù)，使之與教學(xué)相適應(yīng)。（2）案例的吸引力指數(shù)。該指數(shù)反映了案例對(duì)學(xué)生的吸引力大小，通過改變不同的案例敘述方法、問題提出方式等手段，評(píng)估學(xué)生對(duì)案例的興趣大小，找到學(xué)生喜歡的方式，從而提高案例的吸引力。（3）案例的教學(xué)效果。教學(xué)效果要看學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的掌握情況，對(duì)相似問題的分析能力和解決能力，還要了解學(xué)生對(duì)案例的認(rèn)可接受情況。

總之，教師設(shè)計(jì)好一個(gè)案例后，要通過案例實(shí)施、總結(jié)歸納，對(duì)案例進(jìn)行評(píng)估，依此對(duì)案例進(jìn)行改進(jìn)，以期使案例適應(yīng)教學(xué)，適應(yīng)學(xué)生，發(fā)揮出更佳的效果。

以上討論了CG案例教學(xué)中案例設(shè)計(jì)的原則，并結(jié)合具體案例進(jìn)行了解析。案例教學(xué)要取得好的效果，需要精心設(shè)計(jì)教學(xué)案例。同時(shí)，教學(xué)案例并不是一成不變的，教學(xué)內(nèi)容要跟上時(shí)代的發(fā)展和要求，教師必須不斷地進(jìn)行案例更新，使案例適應(yīng)時(shí)展，滿足新形勢下的教學(xué)要求。如果案例不作更新，多年不變，那么，學(xué)生也只能處理幾年前的事情和得到幾年前的知識(shí)。因此，案例更新是保持課堂活力的血液，案例的設(shè)計(jì)也要與時(shí)俱進(jìn)，這樣才能達(dá)到更好的教學(xué)效果。