计算机图形学课程篇1

1 引言

随着计算机技术和网络技术的发展，网络化教学已成为现代教育技术发展的趋势和方向，具体到实际应用中就是课程网站的建立。目前各个地方院校纷纷建立自己重点学科的课程网站，依靠强大的教学队伍和丰富的教学资源，精品课程网站促进了各个院校优势学科的进一步发展。[1]针对课程网站的巨大优势，有必要建立各专业的专业基础课程网站，《计算机图形学》作为军事测绘本科各专业的一门专业基础必修课，依托地图制图与地理信息工程部级重点学科的优势，经过几年的教学，积累了大量的教学资源和教学经验，利用课程网站的建设，可以整合这些优势资源，推广教学经验，展示课程独具特色的优秀成果，体现学院的办学特色。

2 网站设计流程

计算机图形学课程网站设计流程分成网站功能与设计要求确定、网站框架设计、设计任务规划、计划任务执行、测试完善网站等五大步骤，如图1所示，我们没有单独列出网站素材的收集工作，因为此项工作是贯穿网站建设始末，伴随网站不断完善的。[2]

第一步工作主要的任务是明确建设网站的目的，确定网站的功能，网站规模、投入费用，进行必要的需求分析，搜集相关素材，进行资料整理等，内容涉及网站建设的各个方面，对网站建设起到计划、指导和定位的作用，本课程网站建设的定位思想是建设具有军事测绘特色，覆盖《计算机图形学》教学过程，满足师生不同层次相互学习、相互交流，为培养军事测绘人才服务的智能计算机辅助教学系统icai （智能精品课程网站）。

从设计网站框架开始就真正进入网站的开发工作，网站框架是一个网站的骨架，应能很好的体现网站的主题，这部分内容将在后面详细介绍。设计好网站框架就可以安排任务规划，确定网站的硬件环境、需要的人员、开发的时间进度等，具体细分到各个部分工作的完成情况。之后就可以开始执行计划任务，在执行计划任务的过程中，可能会遇到网站建设中的一些问题，根据实际工作和进度表情况，还需调整规划任务，甚至重新设计网站框架，以满足实际建网的要求，最终基本建立好一个网站。

在网站前还要进行细致周密的测试，以保证正常浏览和使用，测试如果存在问题，还需要从设计网站框架、安排规划任务等步骤入手，从新对网站进行修改。网站经过测试后，就可以在校园网或者广域网上进行，供用户使用。除此之外，在日常使用中还应注意网站的维护，通过网站维护工作不断的完善网站。

3 网站框架设计

首先，根据教学大纲和教材，确立教学内容和教学目标。在设计时，紧密围绕教学内容，确定教学中的难点和重点，选择恰当的教学素材，利用计算机以及网络将教学内容合理布局并实现，达到知识技能准确、难易程度适中以及呈现顺序合理的设计目标。此外，网站设计要体现界面友好，交互性强的特点，设计中注意易操作性和谐调性。色彩搭配自然，背景音乐优美，创建和谐的学习环境，激发学生的学习兴趣。为使教学内容灵活丰富，可使用超级链接技术将计算机图形学发展的新技术、新知识链接到课件之中，利用图像、视频等素材，提供丰富的交互功能，不仅扩大了学生的视野，还可以更好地培养学生的自主学习和接受新知识的能力。

3.1 整体框架

在参考其它院校的精品课程网站基础上，[3] [4]我们设计出计算机图形学课程网站的整体框架，如图2所示：

总体上，计算机图形学课程网站分为新版和老版，新版是我们计划自己开发的课程网站，老版则是沿用总参军训部配发的软件所制作的网站。在首页上利用两个链接可以进入老版和新版的网站界面，可考虑在首页再建立一个英文版的网站页面连接，英文版的网站其结构和内容与新版的网站一致。以下内容主要介绍新版的课程网站建设。

计算机图形学课程网站新版首页主要介绍该网络课程网站的板块组成及其各模块的功能。当然，首页还有网站介绍、网站公告、新闻动态、友情链接等

内容。首页设计应该注意美丽、赏目，给人耳目一新的视觉冲击，另外功能的介绍非常重要，一定要便于师生了解如何使用该网站进行教与学，最后，还需注意从主界面可以根据不同身份的用户以及同一用户不同时期不同的要求，快速进入相应模块而不会有误解。

3.2 课程介绍

课程介绍对本课程基本情况进行介绍。主要包括：课程简介、历史沿革、教学条件、名人堂等内容，如图3所示。

其中历史沿革可以从国际发展、国内发展和我院学科发展的角度进行对比介绍，以展示我院的学科发展历程，体现学科的浓厚历史积淀；教学条件部分则可以通过图片、视频等形式展示我院在教学硬件建设方面的现代化和先进性；名人堂收录在学科的发展过程中有着突出贡献的专家、学者的故事、传记等，以激发学员的学习热情，便于学员进一步了解学科的发展。

3.3 教学资料

教学资料设置了九个子栏目[5]，包括：教学大纲、教学研究、基本理论、教学进度、实习指南、教学制度、课程设计、课程教材、参考文献，如图4所示。

教学大纲是教师授课的基础，通过本栏目，教学组的成员可以相互交流、共同提高；教学研究一方面展示计算机图形学教研组的主要教学成果，包括教学研究项目、教研著作与参编教材、发表教学研究论文、教学方法改革等内容，另一方面结合建构主义思想，提供学员对教学方式中存在的问题发表看法，进行讨论，学员还可以在这里发表自己的教学研究论文。教学资料汇集了大量的数据、资料等学习资源，这些资源是实行网络共享的，学生可以搜索所需的内容，没有时间和空间的限制，有利于打开学生思路和提高学生自学能力。

3.4 教学团队

教学团队：主要是介绍课程的人员组成，人员的基本信息情况，包括职称学历、学识水平、教学能力及联系方式、电子邮箱、个人论坛等，在这个模块中主要是让学员充分了解课程组成员，从而能有针对性地请教，达到最快、最有效、最理想的学习效果。

3.5 网络课堂

网络课堂：网络课堂是计算机图形学课程网站建设的重点和难点内容，主要包括多媒体课件（指教室中讲授课件）、网络课程、教学视频、电子教案、学生作品和相关课题等，如图5所示。

多媒体课件方便学员在线浏览，复习课堂所学知识内容，考虑到网络带宽的影响，提供多媒体课件的下载功能。网络课程是提供学员在网上自主学习的主要手段，在制作时要考虑课程内容与网络环境的有机结合，首先本着精选经典、联系前沿和突出应用的原则取舍教材内容，融入课程多年的教学经验，进行重新排版和总结，使之在结构上条理更清晰，内容上更精炼而系统，满足网络教学的需求，其次发挥计算机多种展现手法的特点，利用动画、图片等多媒体技术完美的将图形学课程展示在学员面前，通过收集、整理与教学内容相关的文本、图片、图像、动画、音频、视频等媒体资料，以章节为中心进行结构化重组，制作成具有较强交互性的网络教学课件。整体上应有章节导航，每堂课应包括教学目标、教学要求、重点难点、教学内容、参考资料、例题和习题等，其中重点难点对于重点部分进行总结和归纳，达到提纲挈领的目的；难点部分则用动画形式呈现，达到易懂易学的目的；教学内容运用多媒体手段力求精确到每个知识点的知识要点；参考资料提供本堂课的相关趣闻、术语和科研论文；例题和习题提供练习指导、经典例题等。网络课程有较高的概括性，全面性，形式新颖，易于理解及应用，可以加强学生对《计算机图形学》课程的理解，既有利于课前预习的重点突出，又适合课后复习的难点理解，是整个课程网站的精髓所在。教学视频了课堂教学视频信息。电子教案是教师课堂教学的基础，在网络上的格式设计与传统教案相一致，主要包括：授课名称、教师、课时、使用的教材版本、每次课授课主题、时间、目的、讲授内容与时间分配、重点难点、方法手段、实习实验、授课内容介绍、作业思考题和参考资料等。学生作品展示多年来，在教学过程中积累了学员的一些优秀成果，包括图形学中经典的算法实现、各种重大赛事中的获奖作品、参与的各项科研项目、发表的科研论文等。相关课题介绍一些与学科有关的科研项目，这些项目成功将课堂理论知识转换成社会实际生产力，通过案例展示，提高学员学习的积极性，拓宽学员的知识面，启发学员的思路研究性学习。

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3.6 课程实习

课程实习：《计算机图形学》是一门实践性、操作性很强的课程，根据课程标准的要求和学员今后发展的需要，学员需要进行大量的编程实践，因此课程实习平台的建设是网络教学的必要内容。参考编写的《计算机图形学与数字地图制图实习教程》，课程实习应包括实习目地、实习对象、实习内容、实习要求、实习算法原理介绍、实习项目的源码分析、注释、实习项目结果的可视化、撰写实习报告等内容，考虑学员学习层次的不同，将课程实习分为两大方向：对于编程能力强的学员，可从底层设计开发，构造完整系统，从整体的角度出发，策划、设计并实现一个包括创建、编辑、渲染、处理、变换等功能，能够显示操作图形的造型系统；对于编程能力弱的学员，可以在提供的系统框架下添加部分关键代码，以某个（或某类）图形学算法为目标，进行深入研究，继而策划、设计并实现一个能够表现算法完整过程的演示系统，并能从某些方面做出评价和改进意见；两种实习最终都交由学生登陆并在线提交实习报告。

3.7 课堂社区

课堂社区，实际就是一个课程在线论坛，主要是为师生提供一个交流的场所，在这个场所中，教师和学生是平等的，可以很容易地建立一种轻松的气氛，教师和学生之间可以方便地实现相互之间的理解和信任，并能充分发挥学生的自主性和创造性。另外，学生在这“面对面”地交流，相互提出问题，发表自己的观点或意见，共同完成学习任务。因为此社区是属于bds型的，为了管理方便，设置了网站管理员账号和密码，管理员可以打开数据库文件修改相关记录，如增删信息，公告等。通过课堂社区一方面解决学生的疑难问题，并收集师生的反馈信息，调查课程开设的效果；另一方面通过课程评价部分把收集的评价信息公布并公开课程的开设效果，根据反馈信息和开设效果及时的调整授课内容，适应教与学的要求。

3.8 其它板块

开设联系我们和留言本板块，及时听取学生或同行的建议，联系我们提供网站维护人员的邮箱，留言本构架简洁明了，点击“查看留言”可以浏览所有的留言，点击“签写留言”可以留下对计算机体图形学课程网站建设的看法。

最后应注意网站使用者的权限分配，便于不同访问者注册和登陆。教师可进行学生管理、课件维护、在线答疑；学生可进行网络课程、练习测试、虚拟实习和在线讨论；一般来宾只可以浏览课程内容。

4 总结

计算机图形学课程网站的建设是计算机图形学精品课程建设的重点和关键。通过计算机图形学课程网站，不仅使得不同院校的广大的师生共享了最优秀的教学资源，能与教师进行交流和沟通，而且各校教师之间也可以互相借鉴、互相提高，教案和教学内容上网还能为远程教育提供资源和促进国际交流，由此不断完善计算机图形学专业的课程教学体系，以适应现代化、高新技术下对测绘人才培养的需求。

参考文献

[1] 龙毅,汤国安,闾国年.立体化教学模式的gis部级精品课程建设[j].测绘通报,2006,(12):69.

[2] 庄启昕,郑安呐,承建军等.高分子化学精品课程网站开发设计[j].化工高等教育,2006,(2):40-42

计算机图形学课程篇2

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）23-0273-02

一、计算机图形学教学的重要性

随着信息技术的发展，与计算机图形学（以下简称图形学）相关的理论与方法，越来越受到关注与重视。图形学是研究与讨论用计算机把数据转换为图形，并在显示终端上显示的学科[1]。由于图形所携带的信息比纯文本方式要丰富多彩，图形数字化的应用迅速在各领域快速发展，计算机图形学技术深入人们工作、生活的各个领域，从航空航天飞行器以及汽车外形的设计、天气预报，到电影电视广告、游戏制作、可视电话、微信等，都因为计算机图形学技术的应用而精彩。

目前国内高校的计算机以及相关专业多数开置了“计算机图形学”课程，也是计算机及相关专业的重要课程之一。该课程理论与实用并重，又是如数字图像与模式识别、3D动画编程等实用性强的课程的前置课程，因此，学生对计算机图形学课程充满好奇与期待。

二、计算机图形学课程特点、教学过程中存在的问题及教学改革

1.计算机图形学课程特点。首先，涉及内容广，是计算机图形学课程的特点之一。计算机图形学是一门涉及多学科的综合性课程，其内容包括计算机硬件、软件、空间解析几何、算法原理、编程等，因此要求学生具备多方面的知识。如较好的数学基础，特别是空间解析几何、线性代数、矩阵论等数学基础知识，计算机语言编程、数据结构等方面的知识。

其次，课程在理论方面，涉及的原理需要一定的数学基础才能较好理解，繁多又抽象的图形生成算法增加了学习的难度。

第三，理论与实验并重的课程。用计算机语言描述并实现图形学的问题的过程。也就是其内容包括计算机语言及图形学知识。一般而言，对图形学相关的基本算法描述的理解是学生学习计算机图形学的一个难点，是一个从理论到实践的认识过程。

2.存在的问题。由于计算机图形学课程的特点，在教学过程中，学生普遍反映：都能认识到计算机图形学是一门重要的、有用的、实用的课程，对学习计算机图形学课程开始时抱着极大的兴趣学习，但是，随着课程的深入学习，图形算法越来越复杂，虽然课堂上能听懂算法的原理与流程，但是课后上机实现算法却感到困难，理论与实践不能很好结合。随着时间的推移，不能解决的问题的累加，旧的内容未理解、问题还没解决，又要忙于学习新内容，学习变成了一种压力，积极性和自信心受到打击，学习主动性逐渐下降，这样一来，教学效果不理想。总之，学生感到图形学的内容不易理解、不好学，理论与实验总是存在一定的距离。

3.教学方法的改革。为了解决面对教学过程遇到的问题，提高计算机图形学课程教学质量、收到更好的教学效果，不少计算机图形学的老师们在教学实践中，尝试用不同的教学方法进行课堂教学，收到了很好的教学效果[2]。

计算图形学的内容中，其重点与难点都会涉及到复杂算法的内容，而这些内容对学生来说，是最难理解的，用常规的教学方法，其效果相对较低，因此，计算机图形学教学过程中，不同的教学内容，应选取和采用合适的教学方法才能收到更好的教学效果，使教学方法的效率最大化，实现教学方法精准化。为了在计算机图形学的教学实现教学方法的精准应用，本文提出：在涉及复杂算法内容教学过程中，引入虚拟现实技术[3]，用三维交互技术对复杂算法的流程及运行机理进行描述，使复杂算法问题具体化、简单化，更易于理解，把理论与实验这两者这间更好地融会贯通，更好地抓住学习计算机图形学的重点与难点，把握学好计算机图形学的关键，化解学习过程中的难题。

三、计算机图形学虚拟现实技术教学改革

1.虚拟现实技术引入计算机图形学课堂教学的必要性和重要性。要实现与理论与实践相结合，首先要充分理解算法的原理、算法的核心、流程。但是，大部分计算机图形学的算法，都以数学理论为支撑，要求学生具备如空间解析几何、线性代数、矩阵理论及应用等数学基础知识，换言之，良好的数学基础，是学好计算机图学算法的有利条件。而良好的数学基础，需要通过专业训练。一般情况下，我们面对的学生其数学基础都不是很好，这也是学生对算法学习感到相对困难的原因。针对这种情况，在算法教学过程中，利用现代信息技术替代传统的粉笔和黑板，引入计算机技术进行算法的模拟演示，使算法的描述和实现的流程形象化、具体化，也就是通过虚拟现实技术，把抽象的算法转化虚拟环境进行动画演示，让学生易于接受与理解，从而激发学生主动学习的积极性，让教学效果达到最佳，为学生课后上机实现算法做好充分的准备，实现理论与实践的结合。因此，在教学过程中引入虚拟现实技术，是很有必要的。

2.虚拟现实技术引入计算机图形学课堂教学的过程。教学过程中，将抽象、无形的数学模型通用虚拟现实技术将其具体化、形象化。具体实现如下：将算法实现的过程分解，用虚拟技术的方法将算法运行中的步骤和中间结果一步一步演示，以课件的形式在课堂演示，让学生建立数学模型、算法与代码之的对应关系，达到更深刻地理解各种图形算法的原理及实现过程。

本文选择Virtools4.0+3Ds MAX作为课件的开发环境。3DsMax具有很强的建模功能，由于图形学算法实现流程中的计算单元（内存、函数等）在对应的虚拟实验场景中可用简单的几何体（正方体、园柱体、球体等）表示，在单一的场景中，3DsMax可以实现快速、高效的建模，此外，Max带有许多批量建模的工具，如使用镜像、散布、阵列等工具，可实现任意多个精确（几何体的坐标）的建模，完全满足了图形学虚拟实验场景建模的需要。Virtools是一款比较成熟具有三维交互式的最后合成软件，其良好的兼容性突显其优势，通过相应的插件直接导入经过转换输出的3DsMax构建的虚拟场景及动画（3DsMax中预设的动画），Virtools中支持多场景功能，可通过交互功能实现多场景间的切换、跳转等，使虚拟实验表现力更强、更灵活和多样，表现出虚拟实验直观、交互、多样性等优势。

现过程：将图形学算法实现过程中涉及的内存单元、变量以及函数在虚拟场景中实体化（在虚拟场景中可用长方体或球体等表示），构成图形算法实现的虚拟的场景，在3DsMAX中建好的（单一）场景导入Virtools中，按算法的流程进行动画编排。由于Virtools支持多场景功能，可根据需要，将复杂的图形算法的实现过程分解为若干个子算法（过程），在Virtools中用不同的场景表现不同的相对独立的子算法，即依次在不同场景中编排相应的场景动画实现子算法，在各场景上设计交互界面，实现场景间的切换和跳转，最后导出生成具有交互功能的三维虚拟实验课件。

四、结语

实践证明，将虚拟现实技术引入有效促进了计算机图形学教学的展开，特别计算机图形学中的重点与难点，如图形算法的教学内容，教学效果明显提高，调动了学生的学习热情，提高了学生的实践应用能力。将虚拟现实技术引入计算机图形学教学，提供了一种新的、解决计算机图形学教学上的重点与难点的方案与方法，是一种新的尝试。

参考文献：

[1]伏玉琛，周洞汝.计算机图形学原理、方法与应用[M].武汉：华中科技大学出版社，2003.

[2]严圣华.计算机图形学教学研究与实践[J].计算机教育，2010，10（13）：114-116.

[3]赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学（F辑：信息科学），2009，39（1）：2-4.

Virtual Experiment Teaching Exploration of Computer Graphics Curriculum

ZHAO Zhi，CHEN Bing

计算机图形学课程篇3

计算机图形学是计算机应用领域中一个非常重要的学科。该学科主要研究如何利用计算机表示图形以及生成和处理图形的基本原理、方法和技术。它的应用渗透到了社会生活和生产的各个领域，如虚拟现实、地理信息系统、科学计算可视化等，是现代信息技术不可或缺的重要内容。计算机图形学不仅是高校计算机专业的基础课，也是理、工、农、医等专业的必修课。该课程是一个多学科相互交叉、相互渗透的学科，综合了数学、计算机科学和图学理论等相关学科的知识，其原理抽象、算法复杂、具有很强的理论性、综合性和实践性[1]。作为山西省应用型本科试点院校，课程建设课题组积极探索转型路线，赴国内多家院校探讨学科前沿和先进教学方法；与多家知名企业合作探讨人才培养需求。在山西省精品资源共享课的基础上，从企业对人才的实际需求出发，与企业合作修订人才培养方案，修订教学大纲，以计算机科学与技术专业学生为试点，增强“以能力为导向”的计算机图形学应用课程建设。经过恰当地组织教学内容，有效调整教学模式，采用了“案例引导、传输理论、算法可视化”的新授课模式，突出以学生为主体的“积累知识、积极思考、主动创新”的教学新理念，进一步提高了学生运用基本理论知识分析和解决问题的能力，培养的学生得到了市场和用人单位的认可，并与多家公司签订了人才订单培养协议，实现了人才与市场的无缝对接。

一、计算机图形学教学现状

近年来，随着计算机硬件配置的提高、智能手机的普及，尤其是游戏产业、三维数字城市的迅速发展，计算机图形学课程已经成为计算机专业或数字媒体技术专业的核心课程[2]，在培养方案中占有重要的地位。由于该课程是一门原理算法复杂、抽象，实践应用性很强的课程，对教师和学生的编程能力要求较高，因此普遍反映教学有一定难度。通过文献研究，国内高校在计算机图形学课程教学中存在以下问题。

（一）实践教学资源匮乏由于案例源程序匮乏[3]，这导致在课堂上教师主要以讲解原理为主，学生存在理论学习和实践应用脱节的现象，存在学习完理论后仍然不会编程实现的情况，这不能满足应用型人才培养的要求。

（二）教学模式单一传统的教学方法以教师课堂讲授为主，教师一次性地将知识灌输给学生[4-5]。教学过程以教师为主体，教师教什么，学生就学什么；教师怎么教，学生就怎么学。这种教学方式忽视了学生的主体性及教师与学生的互动性，限制了学生的主观能动性，制约了对学生在知识、能力和素质方面的综合教育。

（三）教材选择不当教材选择不当，培养目标与企业需求不对接目前，国内计算机图形学教材主要存在“面向理论和面向应用”两种典型教学体系[6]。面向理论的教材是传统教学体系，其重点放在对概念的解释与原理的讲解；面向应用的教材是当前主流的教学体系，它注重培养学生在掌握计算机图形学理论知识的基础上，学会应用典型的图形学API。在这些计算机图形学教材中，多数教材适合高校硕士生与博士生从事科学研究，而面向本科生、按照市场需求基于底层算法开发的计算机图形学的教材相对较少。市场对本科生计算机图形学技术的应用人才需求量巨大，这导致人才培养与工程应用和企业需求不对接。

二、以能力为导向，构建计算机图形学教学内容

应用型工科院校本科人才培养在遵循本科人才培养自身的教育规律基础上，应注重夯实理论、突出实践、强化应用，既不能沿袭普通本科的教育模式办成学科型或研究型的本科，也不能为了突出应用而弱化基础理论的教学。应该是理论教学和实践应用相结合，突出工程特色，培养既有基本的理论素养，又有很强动手能力的应用型人才。应用型工科院校应结合市场和企业的能力需求，积极探索以能力为导向的培养目标，构建突出工程实践能力的教学体系。针对该课程教学存在的不足之处，课题组以培养目标为核心，提出了“教材建设系列化，理论教学目标化，教学过程案例化，实践资源数字化”的课程建设方案[7]，为学生搭建可视化课程的整体构架，打造了“精品资源共享课程+系列化教材+微视频”立体化的教学平台。

（一）系列化教材建设课题组从企业对人才的实际需求出发，在注重培养学生系统了解计算机图形学理论知识的同时，又强调培养学生正确使用图形学知识进行软件开发的能力。在教学内容上，主要以能力为导向确定必备的知识点和理论算法，摒弃不必要的偏向数学的公式推导，开发了与理论相对应的实现案例。基于VisualC++中的MFC框架，采用案例教学法建设了丰富的教学资源，解决了实践教学资源匮乏的问题。先后编写了适合应用型本科院校使用的理论和实践相对应的立体化教材，即《计算机图形学基础教程（VisualC++版）》《计算机图形学实践教程（VisualC++版）》和《计算机图形学基础教程（VisualC++版）习题解答与编程实践》《计算机图形学课程设计教程（VisualC++版）》等部级“十二五”规划系列教材。教材内容从编程角度讲授计算机图形学原理和算法，强调真实感光照模型的实现，在不使用任何图形库的前提下，使用MFC的绘制像素点函数，按照计算机图形学的基本原理开发出可与OpenGL或Direct3D显示效果相媲美的真实感图形。

（二）实践教学案例建设实践教学资源选用VisualC++的MFC作为开发工具，以生成真实感光照模型作为教学主线，开发了满足课堂教学、实验教学、课程设计以及工程化训练需要的“验证性、综合性、创新性和工程化”4个层次的教学资源[8]。在验证性资源方面，主要对应教学内容每一个原理开发了60个源程序案例，此外以出版“习题解答”教材的形式给出了200个习题答案，以及拓展案例，这些资源有益于学生形象化地理解图形学原理和算法。该资源应用于案例化课堂教学和课后练习。在综合性资源方面，开发了金刚石图案的绘制、任意斜率的直线段的绘制、交互式多边形、二维、三维几何变换、裁剪、地理划分线框球、透视投影、简单光照模型、Phong光照模型、Gouraud光照模型、纹理映射等18个源程序案例。该层次资源应用于实验教学，指导学生综合运用所学的图形绘制原理和算法绘制较为复杂的图形。在创新性资源方面，开发了基本图元光栅扫描演示系统、动态光源演示系统、3DS接口演示系统、递归动态球体演示系统和圆环动态纹理演示系统等源程序案例。该层次的资源应用于课程设计，旨在提高学生绘制图形的创新性思维和编程能力。在工程化资源方面，开发了基于3DSMax绘制的建筑物几何模型、基于Maya绘制的人物角色等模型，用户能够将绘制的模型导入到场景内进行驱动。该层次的资源主要应用于毕业设计、大学生创新项目；该资源应用于游戏开发、虚拟现实，以满足企业工程项目开发的需求。4个层次的资源构成了图形学实践教学资源库，资源从单个知识点的学习、到多个知识点的综合应用以及图形系统的开发和基于真实建筑物的场景的绘制，全方位地强化了学生的动手能力。该资源库既覆盖了计算机图形学教学全部知识点及教学全过程，又体现了工程应用特色。同时，该资源库使教学模式由传统的灌输式转换为案例化教学法，有效地培养了学生的逻辑思维能力、实际动手能力和应用创新能力。

（三）““微课程”建设随着数字信息时代的到来，以“微课程”为基础的“微教学”模式逐渐在教育领域发展起来。为提高教学效果、增加学生获取知识的方式，课题组进行了“微课程”资源建设。首先，选取课程的重要知识点和难点，再针对某一知识点进行教学设计，结合案例资源制作演示文稿PPT、微教案、微反思、测试题及教师点评等。其次，采用“录屏”方式录制短小精悍的微视频。“微课程”具体建设项目为：1.直线的Bresenham算法；2.圆的中点算法；3.直线的反走样算法；4.有效边表填充算法；5.二维几何变换算法；6.三维几何变换算法；7.正交投影算法；8.Bezier曲线算法；9.Bezier曲面算法；10.斜投影算法；11.透视投影算法；12.背面剔除算法；13.简单光照模型算法；14.三维纹理映射算法；15.函数纹理映射算法。

三、“案例化”+“微课程”教学方法

（一）““案例化”教学方法使教学重点从传授知识转向能力培养在教学过程中，采用“公式原理-算法实现-实践拓展”的教学法取代传统的知识讲授教学方法，将编程实践贯穿于整个授课过程中，让枯燥的理论在实践中得到检验。教师在讲解原理和算法时，引导学生分析和归纳，设计编程思路，实现所需图形的开发。这样既传授了图形学的理论算法，又提高了学生的编程实践能力。

（二）““微课程”教学方法使教学模式由传授方式转向引导方式“微课程”作为一种教学资源在电子书包、线上线下学习和翻转课堂教学中有着非常重要的作用，它可以作为课堂教学讲授的实例演示与补充，微课还可成为翻转课堂的教学资源。“微课程”具有“碎片化学习”和“情景化学习”的特点，有利于学生课前预习、课后复习，让学生能根据自身掌握的情况反复学习。这种学习方法，更符合学生的认知心理特点[10]。案例化课堂教学是面对面教学，它的优点是可以和学生互动教学，有利于激发学生学习的主动性，有利于学生实践能力的培养；缺点是教学过程不可重复，无法兼顾学生的差别化学习进度与节奏。而微课具有学习可重复性的优点，学生可以根据自己的学习节奏灵活选择，但缺乏课堂互动是微课的缺点。将“课堂案例化”和“微课程”线上线下教学方法相结合，这既改变了传统教学方法的弊端，又激发了学生学习的主动性，能为培养适应社会需求的应用型人才奠定基础。

（三）教学考核评价由于该课程是实践型很强的课程，因此课程考核评价采用以编程操作为主的上机考核。通过建立注重过程评价、突出能力导向的多元化考核评价体系，提高学生参与课堂教学的积极性，从而实现对学生能力导向的全面客观评价。考核评价分为课堂过程性考核+实验考核+期末大型作业上机编程考核。课堂过程考核分值占总分的50％，实验占总分的30%，期末占总分的20％。课堂过程性考核的方法是将学生分组、定期轮流进行考核，要求学生完成课后作业后，按要求进行程序演示并回答教师的提问，最后提交全部的源代码与相关文件的电子档。实验考核方法是根据完成实验项目的情况进行评定成绩，包括程序代码是否符合编写规范、运行程序是否实现了预期效果。期末大型作业通过上机编程进行评价成绩，包括程序运行效果评价、设计报告评价，设计报告内容要求有源代码和说明书。

计算机图形学课程篇4

中图分类号：TP391.41-4 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 07-0000-01

Teaching Methods of Computer Graphics Technology Courses

Zhang Kan

(Hangzhou Vocational and Technical College,Hangzhou310018,China)

Abstract:This paper analyzes the"Computer Graphics Technology"course subject characteristics and the current form of teaching,that students in vocational colleges can develop their own characteristics and target platform for the construction of teaching,teaching content and experimental content of the organization Arrangements and other aspects,the use of some new teaching ideas and methods to improve the curriculum and learning fun and easy to understand.

Keywords:Computer;Graphics technology;Teaching methods

一、引言

计算机图形技术是计算机科学与技术专业的必修课，也是数字媒体艺术专业的必修课程，教学目的是使学生掌握图形生成、处理、显示的基本原理和方法，培养学生利用计算机解决图形问题的程序设计能力，为开发图形软件打下必要的基础。该课程涉及计算机图形学的原理、方法和技术，主要讲授各种图形的生成算法，理论性强，比较抽象。近年来，随着应用型本科的发展，学生的数学基础、程序设计等能力又相对比较薄弱，所以对于图形学算法的理解和实现更是难上加难。课程的实践性也很强，要求学生具有较强的动手操作能力和编程能力，如果理论与实践互动性不够，容易造成学生实践动手能力薄弱。

二、采用的教学方法

（一）课程定位。计算机图形技术是计算机科学与技术专业和数字媒体艺术专业的必修课程，该课程以面向对象语言（C#）为工具，从计算机图形学基本原理和基本方法入手，使学生牢固掌握计算机图形的生成技术，配合基本图元的实现能够自行开发和设计一个小型的图形系统；在此基础上将图形的变换、实体造型、消隐及三维成像等基本理论及基本技术纳入教学内容中，生成具有光照和纹理的真实感图形。符合培养应用型高职人才的办学定位。（二）教材的选择。通过调查发现，大部分学校在讲授这门课程时，主要的精力都放在图形的基本概念和算法原理的讲解，这些教学内容是任何计算机图形生成技术的基础，可潜移默化在学生以后计算机图形应用开发中。（三）教学平台的建设。为帮助同学们更好地理解算法，可以制作《计算机图形技术教学辅助平台》，该系统利用.NET平台下的C#结合OpenGL进行开发，主要包括：点、线、圆、多边形等常见的基本图形算法演示；二维图形变换、裁减以及区域填充等算法演示；三维图形变换等算法演示；光照明模型、纹理等算法演示以及交互式图形绘制。采用该教学辅助平台后，在学习相关算法时，可以清楚地看到算法的分步执行结果，帮助学生从直观角度理解各种抽象算法，以此提高学生的学习兴趣，增强教学效果。（四）教学内容的组织。计算机图形技术算法中涉及到比较复杂的公式推导，在理解算法时要求有比较强的空间想象能力。根据学生的接受程度，教学内容首先注重基础，强调基本概念、基本原理；其次突出重点，对一些要求掌握的算法，仔细分析，剖析其基本思想。只要算法的基本思想掌握了，算法的实现就容易理解了。对于一些重要的算法，可以采用理论加实践的方法，有利于学生掌握。以多边形扫描转换的扫描线算法为例，首先介绍基本思想，再指导学生阅读教材上的伪码，最后运行《计算机图形技术教学辅助平台》的相应模块，其结果如下图所示。对于一些重要的中间结果，学生可以在程序中设置断点，通过调试方式读到各个变量的值，加深对算法基本思想的理解。学生掌握基本思想后，要再介绍如何处理算法的特殊情况，培养学生思维的缜密性和程序设计的完备性。仍以该算法为例，将算法输入修改为另一组顶点，运行程序，得到的运行结果不是预期的结果，或者说是错误的结果（如下图中，圆圈标注的点不应该出现）。这样就可以引导学生发现问题，并让他们自己修改程序来解决这些问题。成功的教学应该鼓励学生在学习过程中变被动接受对象为主动学习者，教学的目标应该是尽最大的可能激发学生的理解和创新。仅仅强调基本的概念和算法，无法调动学生的学习热情，而采用以下方法可以促进教学：1.“计算机图形技术教学辅助平台”将抽象的算法可视化，给学生以直观的印象，既有助于算法的理解又调动了学生“动手一试”的热情；2.在课堂教学中应该注意理论与实用软件之间的关系，适当介绍计算机图形技术理论、算法在流行的图形设计和动画制作软件（如AutoCAD、3DMAX等）中的应用，增加课堂教学的趣味性；3.在教学内容中适时补充介绍一些当前的研究热点，使学生了解学科发展的前沿情况，激发学生的学习兴趣。

（五）实验内容的安排。从培养目标看，计算机多媒体技术专业学生不是图形应用软件的操作使用者，更应具有成为开发应用软件人员的潜力。计算机图形技术涉及大量图形造形、图形生成和变换的算法，结合课程特点设计了四个实验内容：直线、多边形、Bezier曲线和真实感场景的绘制，完成实验的难度依次递增，强调学习、研究和实验的有机结合，鼓励创新性。由于配套课程有.NET开发，编程语言选择了C#结合OpenGL的方式，学生在完成计算机图形技术的课程实验的同时，也进行了C#编程语言的训练。两门课程相辅相成，激发了学生的学习热情。从学生的实际出发，学生可以“计算机图形技术教学辅助平台”为框架来完成各个实验。学生无需考虑输入、输出的细节，而只需关注算法的实现，大部分学生在经过努力之后都可以完成实验。

三、结语

“计算机图形技术”这门课程要建立较为完善的备课、实验及多媒体辅助教学平台体系，需要更好地处理教学与科研的关系，能够多从事与教学内容相关的科研工作，将最新研究成果与教学实践相结合，才能把该课程建设成为优质课程。

参考文献：

计算机图形学课程篇5

关键词：教学内容研究 教学方法 讲练结合教学法实践教学法 启发引导教学法 谈论式教学法 思维训练 考核方法

一、引言

“计算机图形设计基础”是图形图像制作专业的一门专业基础课。该课程注重培养学生利用计算机制作图形的基本技能和图形设计的制作能力，并着重培养学生进行标准化图形设计制作的操作能力、创新的设计思维方式、自主学习能力和应用能力的培养和训练，为后续平面设计实训课程的制作奠定基础。

二、课程教学内容体系构建的研究

1、理论内容体系的构建

1）理论内容包括平面构成、色彩构成、字体设计、图形创意设计、广告设计、版式设计、包装设计、VIS企业视觉形象识别设计内容。制作方法与创新理论类内容各占一定比例，使学生能够在较宽的课程面上构建知识结构。

2）课程各部分内容设置目的明确，主次分明，课程内容之间联系紧密，可归纳为：计算机图形设计基础的造型基础部分、构成部分、图形创意思维设计部分、广告排版部分，包装部分、综合表现部分，六位一体，内容互相联系支撑，构成了一个有机整体，充分体现计算机图形设计基础课程的综合性、多学科交叉性和融合性特征。

2、实践内容体系的构建

实践教学体系以培养学生创新精神、创新实践能力和综合素质培养为目标，设置了形式多样的、目的明确的实践教学类型，总体上由课内实践、集中实践、课外实践构成。实践教学时数占总教学时数的52%，有目的、有次序、分阶段、分层次地进行培养。

1）掌握造型的基本原理、形态空间、结构素描等基本知识，实践完成设计素描一系列手绘作品成果。

2）学习掌握平面构成、色彩构成的基本内容设计制作规律，实践完成构成设计部分设计制作并提交作品成果。

3）掌握字体笔画、结构、编排、内容、字体组合设计，实践完成字体设计在平面设计中运用的成果。掌握图形创意设计概论、图形创意思维联想、图形创意视觉表现，实践完成图形创意设计在平面设计中运用的成果；

4）运用图象、文字、色彩、版面、图形等表达广告的元素和版式设计内容，完成实践成果。

5）掌握产品包装设计的基本构成要素；掌握书籍的护封设计、书籍内页字体与版面的编排完成实践成果。

6）理解企业视觉形象识别设计的基本概念及其设计的基本性质与特点、熟悉VIS设计的程序；运用综合的学习方法和技巧，实践完成具有独特、新颖、别致的VI系统设计手册。

3、课程教学学时分配的分布：总学时：104学时；理论学时50学时；实践学时：54学时，

第一部分设计素描内容，理论14学时、实践14学时；

第二部分构成设计内容，理论6学时、实践8学时；

第三部分字体设计内容，理论4学时、实践2学时；

图形创意设计内容，理论4学时、实践4学时；

第四部分广告设计内容，理论4学时、实践2学时；

版式设计内容，理论4学时、实践4学时；

第五部分包装设计内容，理论10学时；实践10学时；

第六部分VIS企业视觉形象识别设计内容， 理论4学时；实践10学时。

三、课程教学方法与手段的研究

结合课程实际，采用多种教学方法和手段完成教学实施过程。

1）讲练结合教学法

讲练结合是传统的教学方法。先以教师讲授理论知道为前提，让学生了解掌握其知识；然后在通过实践表现的方法实现对知识的掌握和理解；最后，教师根据不同学生的掌握情况，在对其内容的重点和难点再次进行辅导和讲授，从而达到很好教学效果。

2）启发引导教学法

对设计基础知识的学习，采用启发引导教学法，在课堂上只是教师单方面的去讲授知道还不够，不能让知识去摆在那儿，而是让知识内容去牵引学生的思维，吸引学生主动的去理解、去思考问题；让知识点渗透在学生的大脑里，这个从每位学生回答出来的问题的过程，也就能体现学生的思维设计过程。是有助于使学生变被动学习为主动学习，培养学生的自主创新学习能力。

3）案例分析教学法

在本课程的内容里，案例设计是非常重要的，因为在讲授过程中，大多数都是通过案例来去发现问题、分析问题和解决问题的。有利于教师对课程内容知识的讲授；有利于培养学生对专业知识的学习。

4）谈论式教学法

谈论式教学法，是教师提出问题，师生互动，共同找到解决问题的方法。

5）任务驱动教学法

任务驱动教学法是学生在教师指导下，围绕一个共同任务为活动中心，在问题动机驱动下，通过对学习资源的积极主动应用，进行自主探索和互动协作的学习；并在完成既定任务的同时，引导学生产生一种学习实践活动。

四、课程考核方法的研究

本课程是专业必修考查课，注重平时考核与阶段性的成果考核方式。

平时考核包括平时出勤和课堂表现情况；出于高职高专学生上课的特点，出勤是保证上课学习效果的一种方法所以在出勤占的比例效多，一方面培养学生学习的态度，把被动学习养成习惯变成主动学习；一方面提高学生学习质量，只有量的积累才有质的飞跃。

阶段性的成果考核包括按要求提每次课程内容提交一次与案例相关的作业成果。

五、结语

计算机图形设计基础课程，通过在教学内容、教学方法、教学模式和考核等方面进行全面系统的研究。达到以就业为目的的教学方法，培养学生利用计算机制作图形的基本技能和具有创新思维设计的能力，为后续课程奠定基础。为社会培养技能型的设计制作人才。

参考文献：

计算机图形学课程篇6

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）46-0114-02

目前，计算机图形学及相关课程在国内高校的信息计算科学专业中进行了开设。不同学校的信息计算科学专业依托的专业背景及师资队伍不一样，其对应课程体系及人才培养目标差异较大，进而导致了计算机图形学课程的教学内容、教学模式不尽相同。

本文以湖北民族学院信息与计算科学专业及其人才培养目标为基础，结合课程教学实际，对计算机图形学课程的教学内容设置及其后续课程的设置等问题的教学改革进行了探讨研究。

一、专业现状及课程特点

湖北民族学院信息与计算科学专业开办于2002年，依托于数学学科。本专业开设的主干课程包括：数学基础（分析、代数、几何）、概率统计、微分方程、数学模型、物理学、计算机基础（计算机概论、算法与数据结构、软件系统基础）、信息科学基础、理论计算机科学基础、数值计算方法、计算机图形学、运筹与优化等。

该专业设置了两个核心方向：信息科学和科学计算（计算数学）。在信息科学方向中，其核心方向由：（1）信息处理（图像处理、信号分析等）;（2）信息编码与信息安全（编码理论等）;（3）计算智能（人工智能、模式识别等）等组成。

计算机图形学是方向（1）中的图像处理课程和方向（3）中的模式识别课程的先修课程，也是虚拟现实、计算机视觉等课程的先修课程，由此计算机图形学的重要地位是不言而喻的。

二、课程教学现状

湖北民族学院最新人才培养方案中，计算机图形学课程在第六学期开设，之前已经开设了高等代数、数学分析、离散数学、程序设计基础、数据结构等基础课程，学生有了一定的数学基础及计算机基础。然而计算机图形学涉及到的内容广泛并且理论性很强，在课堂上和实际应用结合起来比较难，导致在课程的讲授过程中枯燥，学生的学习积极性不能够很好地调动起来。

目前，计算机图形学课程教学过程中存在以下几方面的问题：

1.教学内容丰富而教学深度不够。计算机图形学课程研究内容丰富、理论性很强。在传统教学内容设置中，需要从计算机图形系统及图形硬件介绍入手，介绍用户接口和交互式技术、图形的表示与数据结构、图形的生成、变换、消隐、光照等直到真实感图形生成。然而专业培养计划中，该课程总学时为56学时，其中实验10学时，课堂上很难对内容进行深入的讲解，导致学生一知半解，不能很好地理解计算机图形学，从而失去学习兴趣。

2.理论和实践结合不紧密。计算机图形学课程中的算法（如DDA算法、Bresenham算法、Cohen-Sutherland算法、Weiler-Atherton算法等）都很巧妙，需要学生有很好的数学基础和编程基础以便对算法进行理解并实现。而实践学时相对较少，学生对算法的掌握程度一般，也会影响学生的学习兴趣。

三、课程教学改革

1.理清计算机图形学与相应方向课程间的关系，突出图形学的重要性。目前修订的湖北民族学院信息与计算科学专业培养方案中，计算机课程主要包括高级语言程序设计、数据结构、操作系统、计算机图形学、图形图像处理、模式识别等。计算机图形学是信息科学方向中比较重要的一门课程，它是信息处理方向中的图像处理课程以及计算智能方向中的模式识别等课程的先修课程，它们之间的关系如图1。事实上，把计算机图形学作为计算机类课程的一门核心课程，能弥补计算机应用软件编程系统训练的不足，能较好地促进学生的计算机开发能力培养[1-3]。

2.优化理论教学内容，突出教学重点。计算机图形学的最终目的就是用计算机程序的方法在计算机显示器屏幕上生成图像效果，特别是生成类似照相机拍摄的三维图像[3]。从基本的图形元素到真实感图形生成，中间要经过生成、裁剪、变换、消隐、光照等处理过程。

图2中粗线部分为本科生教学核心内容，要求学生必须掌握其基本算法原理及实现方法，细线部分实现从算法的角度来说难度较高，结合目前流行的OpenGL、Direct3D等技术，直接调用函数等构件类来实现，教学时以案例的形式进行分析。通过理论授课将知识框架展示给学生，剩下的内容由学生通过自学、合作讨论给予填充，从而完成整个课程体系的学习过程。

3.构建教学网站，加强课外教学。为加强师生课外交流互动，在程序设计类课程教学改革[4]构建的课程平台基础上，开设计算机图形学课程网站。按周次及时教学任务，与学生进行交流互动，促进学生课外学习。

4.构建实验教学内容，强化实践教学。实践教学内容设置如表1所示。实验内容贯穿整个学习过程，在理论学习的基础上，加深学生对所学理论知识的理解。

四、总结

计算机图形学是一门综合性很强的课程。我们结合湖北民族学院信息与计算科学专业实际，分析了计算机图形学课程在信息科学方向课程中的地位，从优化课程理论教学内容、设置实验主题、实验内容及实验项目，强化学生基于计算机图形学的应用开发能力等方面对计算机图形学课程进行了教学改革探讨。

参考文献：

[1]刘圣军，韩旭里.信息与计算科学专业《计算机图形学》课程教学改革探索[J].数学理论与应用，2011，31（3）：97-102.

计算机图形学课程篇7

[3] 孙迪,余胜泉. 建构基于学习对象的网络课程教学设计模板[J]. 开放教育研究,2005,11(2):71-77.

The Exploitation and Application Research of Web-based Course of Computer Graphics

DU Hui, SHU Lian-qing

计算机图形学课程篇8

Abstract At present， computer graphics has become an important part of undergraduate computer education， and it is also plays an important role to cultivate innovative talents to adapt to the information age. Based on the teaching of computer graphics course by the author as an example， analyzes the existing problems in the teaching of computer graphics， and put forward improvement ideas from three aspects： according to the different needs of students utilizing the third party demonstration teaching and cross curriculum interpretation， introducing course group to replace single course， employing group practice examination instead of individual， and other forms to improve the quality of teaching.

Keywords computer graphics； third party demonstration； course group； group practic

计算机图形学是一门介绍显示、生成和处理计算机图形的原理和方法的课程。它在计算机总体教学体系中属内容综合性较强且发展迅速的方向之一。该课程既有具体的图形软硬件实现，又有抽象的理论和算法，旨在为学生从事相关工作打下坚实基础。学生须以高等数学和线性代数的基本理论和较熟练的程序设计能力作为本课程学习的基础。课程的难点在于计算机图形学研究范围广，与其他学科交叉性强，且知识不断更新变化。在教学实施过程中，难点是理解和掌握相应的基础理论和算法，以及利用计算机图形学相关工具进行图形学实际问题的解决。

本课程对学生的培养学生围绕以下三个方面展开： （1）建立对计算机图形学的基本认识，理解图形的表示与数据结构、曲线曲面的基本概念。（2）理解并掌握基本图形的生成算法，并能对现有的算法进行改进，理解图形的变换和裁减算法。 （3）面向算机图形的程序设计能力，以底层图形生成算法为核心构建应用程序。相应的考查方式由理论授课、上机实习和课外作业三个单元构成。从近年的授课实践和考试情况分析，该教学内容难度设置合理，深入浅出且相互承接成为体系，学生总体反馈良好。但也存在一些矛盾和问题。以下将对几个问题进行重点阐述与思考，并提出课程改革思路。

1 计算机图形学与计算机辅助设计衔接问题

笔者所在院校是具有航空航天背景的工科院校，“CAD计算机辅助设计”是飞行器设计、机械设计与制造等多学科的重要课程。相关学科学生期望通过对计算机图形学知识的深入理解，促进CAD设计工具诸如Catia、Solidwork和Rhino等先进工具的运用能力。然而，目前的计算机图形学课程的教学和考察环节倚重低层算法讲解与基于OPENGL等的程序设计，除综述外并未具体引入CAD相关内容。产生的问题是，一方面，飞行器设计及机械设计与制造等专业的学生由于程序设计能力不足，难以驾驭较复杂的程序设计任务，在学习过程中心理压力较大；另一方面，由于授课均为教师为计算机相关专业背景，该课程的讲授并未衔接CAD相关技术，学生难以构建二者之间的联系。

解决方案：

本质上，该问题是由于选课学生的学习动机和基础不同造成的。以单一的教学和考查方式难以兼顾这类面向具体应用的学习需求。在教学方法上，采用第三方案例教学法和交叉讲解法相结合以解决此问题。具体的，将CAD等应用场合以具体案例形式讲解，授课教师邀请飞行器、机械设计相关教研组研究生以4～6学时的讲台演示的形式呈现CAD工具完整设计过程。授课教师则以交叉讲解方式为学生讲解运用到的计算机图形学知识点，同时与学生交互式的问答和探讨。在考查形式上，考虑到不同的学习动机和基础，采用多样化实践环节考查。计算机专业学生以OPENGL程序设计为考点，而外专业学生以CAD等面向应用的实践工具为考点，以兼顾各专业的学习需求。

2 计算机图形学与计算机视觉相结合的问题

当前，虚拟现实技术（VR）和人工智能技术（AI）两个最重要最热门的研究领域。虚拟现实的基础理论支撑是计算机图形学，例如三维场景的生成与显示。而人工智能的一个重要应用场景是计算机视觉，例如基于图像智能识别的自动驾驶技术和场景理解技术。很多学生对以计算机视觉为代表的人工智能技术怀有浓厚兴趣，同时，学生又难以区分计算机图形学和计算机视觉的关系。同时，二者在近年来的研究中呈现相互融合的趋势。如基于三维立体视觉的机器人与场景实时定位与重建。如何在计算机图形学课程中，很好地体现两门课程的不同，避免学生的混淆，拓展学生的知识面，都是具有现实意义的课题。

解决方案：

实际上，计算机图形学和计算机视觉可不失一般性的概括为互逆的关系：计算机图形学是由概念设计到模型生成，最终绘制图形图像的过程；而计算机视觉则是从原始图像中再加工并分析理解、以产生新图像（如二维到三维）或输出语义信息（如图像自动标注与理解、目标检测与识别）。将计算机图形学纳入“视觉处理课程群”框架，使学生首先掌握课程群中各课程的侧重点，着重理解图形学在课程群中的作用。精心选取2～3个计算机视觉和图形学交叉的当前主流研究方向，展开概念层面的演示讲解，不深究具体算法，着重阐述两种技术的相互依赖关系并对比二者的区别。相关领域的演示还包括增强现实、人机交互、计算机辅助诊断等等。鼓励学生自主学习，最终使学生在做中学、用中学，提高独立分析新问题和综合运用知识解决问题的能力。

3 如何平衡算法讲解和程序应用技能

计算机图形学涉及的算法多，核心算法是该课程的必讲内容，在算法细节的讲解过程中学生容易产生畏难厌学情绪，注意教学方法以调动学生的兴趣尤为重要。另一方面，对学生的考察方式最终是通过编程实践完成。学生在编程实践中常常遇到大量调试问题，同时要阅读大量文档以了解OPENGL接口函数的调用方法，这个过程占用了很大工作量。

解决方案：

在理论教学部分，着重讲清计算机图形学原理和概念、全面解析经典算法思想。课程强调对理论核心思想的阐述，用通俗易懂的语言，条例清晰的逻辑，进行简明透彻的阐述，附以直观、形象的动态演示系统，力图使学生在较短的时间内、有效地掌握基本理论。分析图形学各种经典算法的原理、可行性及几何复杂性，尽可能多地比较算法之间的思想差异，分别指出它们的优缺点和应用场合，并促进学生思考如何在保证算法的准确性、可靠性的前提下，提高算法的效率。同时注重接近国际前沿的研究内容，注重讲授经典知识和最新进展相结合，以激发学生的学习兴趣，提高课堂效率和活跃度，力争以较少的课时阐述计算机图形学的基本原理、基本方法，加大实践环节比重。通过往年学生完成的优秀课程作业作品的展示，激发学生的创造热情。改革实践环节的考查方式，以项目小组形式取代对个体的考查。原则上每组3～5人，自由组合。在课程结束前，采用小组现场演示讲解的方式，展示小组成员通过编程实践环节完成的一个项目。学生在项目小M中锻炼了团队协作能力，降低了个人工作强度，同时互相学习和督促的氛围使课程作业的质量得以大幅提高。以基础实验――目标性重建实验――自主性训练的层次化实践框架模式，逐步培养学生自主研究，独立解决问题、分析问题，确定解决方案的能力，树立正确的科学研究习惯，培养学生的科学研究能力。

总之，合理设计实践教学案例，进一步实现课程体系和实践内容的统一，建立一个多层次、立体化的实践教学体系，注重学生的参与性与实践性，引导和鼓励学生进行创新实践和课外研学。改革考核方式和考试形式，加大实践环节在成绩中的比重，强化实践能力培养，寓教于乐的同时引导学生追求卓越。此外，计算机图形学技术是发展非常快的一个研究及应用领域，且对编程要求较高，应注重实验室机房投入更新必要硬件，并保障软件编程环境的正常运行。

L鼙疚氖苤泄┦亢蠡YBA15035，江苏省教改项目JGLX13_008资助

参考文献

[1] 孙家广，胡事民.计算机图形学基础教程.北京：清华大学出版社，2005.2.

[2] 唐荣锡，汪嘉业，彭群生等.计算机图形学教程（修订版）.北京：科学出版社，2000.

[3] LIU Hailan.On development and application of computer graphics[J].Computer Knowledge and Technology，2010（3）：9551-9552.

计算机图形学课程篇9

计算机图形学是研究如何利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科，在计算机辅助设计制造、科学计算可视化、地理信息系统、虚拟农业等领域有着非常广泛的应用，是计算机、地理信息系统、电子工程、机械设计等本科专业一门重要的专业基础课，也是许多后续课程(图像处理、模式识别、多媒体技术、虚拟现实、计算机视觉等)的基础课程，在教学计划中占有重要地位和作用。

培养学生的创新和实践能力是研究型大学教育改革目标的核心。通过该课程的学习，不仅使学生能系统地获得计算机图形学的基本知识、必要的基础理论和常用的图形生成算法，同时能提高学生的综合素质，使学生具备一定的研究和创新能力。另外，随着近几年信息技术在农业领域的广泛应用，在农业遥感、地理信息系统、农作物模拟和仿真中涉及大量的计算机图形算法和技术。因此在这门课的讲授内容上增加了一些和遥感、地理信息系统、虚拟农业技术相关的图形基础和算法，并结合教师的研究成果和科研工作的进展，及时将其增加到教学内容中，使这门课程逐渐形成有农业特色的专业基础课。

课程改革决不仅仅是教学内容的更新，更为重要的是学习方式、思维方式转换以及新教育技术的应用。这需要我们从“知识型教学”转换成为“研究型教学”，即以知识为载体，传授本学科的方法论，注重学科发展，提升教学中学生思维能力、交流沟通能力等持久性综合能力的培养。

1研究型教学的实施方案

研究型教学是以提高学生的综合素质和创新研究能力为目标的。为了达到这个目标，我们从跟踪学科前沿能力、发现问题能力、理论联系实际能力、文献阅读能力等以下7个方面来综合培养学生的能力[1]，如图1所示。

围绕这几方面的能力，具体做法是强化基础、突出实践、重在素质、面向创新。我们主要在以下几个方面展开了创新性的教学改革研究。

1.1像计算机工程师那样去思考和解决问题

本课程教学理念为：“以应用为背景、以理论为主线、以算法为核心、以合理先进的教学方法为手段、以提高学习兴趣和创新能力的培养为目标”。

学完这门课程，学生应掌握两个技能并达到一个目标，两个技能是：1)学生能编写小规模的图形程序(这里的小并不是贬义，只是代表你有能力做事的规模而已)；2)掌握的第二个技能是有能力来理解别人编写的程序。因此要能写、能读程序。

最终的目的是开启学生从其他领域中提炼概述，并研究出如何将其转入计算机图形领域的能力。通过图形学算法的提出背景以及发现、发展和完善过程的讲解，对学生的思维进行训练，提高学生面向问题的求解能力，培养学生的科研素质。

在教材的选取上，不局限于一本教材[2-4]，而是选用国内较有影响的几本教材作为参考书。注重基本原理和概念的讲解。因为图形技术的发展日新月异，新的技术和算法层出不穷，学生学习的技术几年后可能会过时，但基本的原理和概念是长期不变的。

1.2突出讲授图形算法中蕴含的思想

计算机图形学课程的主要内容就是讲授图形生成、显示、处理的算法。那么，一个普通、常规的图形算法是如何通过改进和完善变成一个优秀算法的？

算法分析是一种理论研究，是关于计算机程序性能和资源利用的研究，重点是性能。我们是在学习如何计算机程序运行的更快。算法还涉及到其它资源，但我们的关注点主要还是在性能上。

例如，直线生成算法是计算机图形学较底层的一个算法。该算法的性能严重决定着图形生成的效率。因为当完成一个动画算法或真实感图形算法时，直线算法可能被几十万、上百万次地反复调用，因此这种算法要求效率要高。在加、减、乘除、开方、三角函数等运算中，加法是最快的运算，其中整数加法又快于浮点加法。因此像画直线这种底层算法，能够减少一个乘法都是一个了不起的事情。

从讲授通过直线方程的画线算法到数值微分(DDA)算法、再到中点画线算法，最后到Bresenham算法。一步步给学生展示了一个开始需要一个乘法和一个加法的普通直线算法，是如何通过改进和完善其性能，把乘法演变一个浮点运算加法，又把浮点加法变成整数加法的一个精彩过程。计算机科学问题的核心就是算法。

学术大师们在提出、改进和完善算法的过程中所体现出来的一些闪光的思想正是我们所要深刻认识和领会的。什么是创新？这些闪光的思想就是真正的创新！

在讲授其他一些图形算法如多边形的扫描转换和区域填充、裁剪算法、消隐算法等时，并不强调学生掌握和实现算法的具体细节，更重要的是阐述这些算法所蕴涵的一些创新思想，像增量思想、编码思想、图形连贯性思想、分而治之思想等。这些思想不仅用在图形学算法中，而且还用在了数据挖掘、人工智能等领域。

1.3算法讲解与程序演示相结合

计算机图形学课程具有很强的实践性，上机编程实验是其重要环节，基本目标是将学生的计算机操作能力、分析能力、设计能力与编程实践结合起来，引导学生由浅入深地掌握计算机图形学基本理论和算法。

为了让枯燥的算法讲解变得生动起来，作者在教学手段上充分发挥图形学自身特点，将许多算法的原理用Flash做成动画片嵌入到教学幻灯片中，采用生动形象的动画算法讲解，使学生对抽象的图形学算法不仅有一个直观的了解，而且还调节了课堂气氛。许多同学在看过演示之后，不仅对算法有了更为深入的了解，还纷纷跃跃欲试，想要做出更好的程序来，这极大地激发了学生自己动手编程实践的欲望。这些课件对于提高学习兴趣、增强算法的理解性具有很大的作用。

我们安排了8～10个上机编程实验，内容包括画直线圆弧算法、区域填充算法、编码裁剪和梁友栋裁剪算法、二维、三维变换算法、透视变换算法、Bezier曲线算法、B样条算法和简单光照模型的实现。学生通过这些算法的编程实现并改进一些重要算法， 既可以增强对算法本身的理解，也可感受编程的乐趣。

2教学与科研相结合

2.1教师科研与教学相结合

科研是提高课程教学质量的源动力。将科研成果引入教学，一方面丰富了教学内容，提高了学生的学习兴趣；另一方面，也培养了学生的科研创新能力。

我们主持和参与的国家科技基础条件平台中国数字科技馆项目“虚拟农场体验区”、科技支撑项目 “面向农民科技培训的人机交互式三维可视化平台研究”、虚拟农场等课题中都使用到了图形算法和技术，通过课题引导学生将图形学中的各类知识集成到引擎中，面向二次开发和快速开发，大大提高了学生对图形学技术的理解和实践动手能力。

2.2教学与专业文献阅读相结合

一门学科的内容终归是不可能全部在课堂上讲授完的，以“授人以渔”为己任的教师也没有必要这样做。在网络时代没有绝对的老师，所有老师必须成为学生。同样，在网络时代也没有绝对的学生，所有的学生必须学会做自己的老师。

为了培养学生研究创新的能力，除了把教师自己的科研成果介绍给学生，更重要的是培养学生跟踪学科前沿的文献检索、文献阅读与文献综述能力。

基于期刊的影响力和SCI影响因子等标准，我们选择国内外一流期刊20余种，国内期刊如《计算机辅助设计与图形学学报》、《地理学报》、《计算机图形图像学报》等；国外期刊如《Computer Graphics》、《IEEE Computer Graphics and Application》、《International Journal of Geographical Information Science》等。相对来说，这些权威的期刊发表的文章基本上都是高质量的文章。除了从这些期刊里选出一些和计算机图形学算法有关的高质量文献以外，还搜集一些有关计算机图形经典算法的经典文献，主要是一些具有里程碑式的文献！这些经典的文献犹如文学界的世界名著，长久不衰，他们的贡献直到今天都无可忽略！最新文献犹如现代流行小说，要与时俱进，了解计算机图形学领域的一些最新进展。

要求每个学生在这门课程的学习期间，能够阅读至少2～3篇中文文献和1～2篇英文文献(既阅读世界名著，也要浏览现代流行小说)。这样既提高了学生的英语阅读能力，了解该领域的热点和前沿进展，又使得学生能领会大师们的研究思路、逻辑推论和技术方法。

通过两届学生的实验，教学取得了良好的效果。尽管他们只是大二的学生，但已经有几位学生对教科书上的一些经典算法在性能上做了进一步的改进，提高了算法的效率，撰写的几篇学术论文被国内外学术会议录用。

3结语

在研究型课程教学中，教师的作用发生了变化：教师不再是“讲台上的圣人”，而更多地起“场外教练”的作用[5]；他们不仅仅传授知识，而是遵循认知规律，以学生为中心，设计教学过程、提供教学资源、提供学习建议，对整个学习过程进行控制，包括在关键环节上对学生进行启发、激励、引导和指导。教师的战略目标都是为了帮助学生们能像一个计算机科学家一样去思考。换句话说，希望赋予学生一种能力，让学生可以用计算机做他想做的任何事。

参考文献：

[1] 苏小红,李东,唐好选. 面向能力培养的计算机图形学课程教学方法[J]. 计算机教育,2010(3):47-51.

[2] 孙家广,胡事民. 计算机图形学基础教程[M]. 北京:清华大学出版社,2009.

[3] 陈传波,陆枫. 计算机图形学基础[M]. 北京:电子工业出版社,2008.

[4] 孙正兴. 计算机图形学教程[M]. 北京:机械工业出版社,2006.

[5] 高虹. 从美国理工科本科教学改革看研究型教学[J]. 物理与工程,2004,14(2):12-14.

Research Teaching of Computer Graphics for Undergraduate Students in Agricultural Universities

ZHAO Ming

计算机图形学课程篇10

关键词：计算机图形学；游戏开发；课程建设

中图分类号：G642

文献标识码：B

1引言

“计算机图形学”是计算机领域一门重要的学科，也是计算机学科方向的核心课程之一，作为一门不断发展的学科，“计算机图形学”的教学应该跟上学科的快速发展以及社会对本学科的人才需求。当前，伴随着计算机科学与媒体技术的相互融合，形成了数字媒体技术这一新的学科，越来越多的国内外高校开始开设数字媒体技术专业，而相当多的高校将“游戏开发”作为数字媒体技术专业的一个主要方向进行发展。游戏设计以高质量的3D技术来展现游戏画面，从角色建模、灯光、渲染、纹理等，无不是基于计算机图形学的算法和理论，因此，“计算机图形学”也成为数字媒体技术专业重要的一门专业基础课。

如何在讲授“计算机图形学”课程的同时，考虑游戏专业人才的培养目标，结合游戏设计的实例来进行实践，使得学生不至于因为算法和理论的枯燥而产生厌学情绪，同时又能将图形学理论和游戏设计实践很好地结合起来，是一个值得深入探讨的问题。

本文分析了“计算机图形学”课程的特点及其在游戏开发专业培养课程体系中的地位以及图形学授课过程中存在的问题，给出了面向游戏设计专业的“计算机图形学”课程教学改革的思路。

2 “计算机图形学”课程的特点及其在游戏开发专业培养课程体系中的地位

游戏开发专业的教育目标是帮助学生了解游戏从策划、设计、开发、测试、运营过程的整个环节，使学生获得扎实的理论基础，同时使学生具备较强的实践能力，掌握最先进的主流游戏开发技术。

“计算机图形学”是游戏设计专业的一门重要专业基础课，当前的主流图形API是对图形学的基本原理和算法的实现，因此，对图形学算法和原理的掌握，能够帮助学生更快更好地理解和掌握主流的图形API，而这些主流的图形API也是当前游戏开发过程中必不可少的工具。

由此也可看出，“计算机图形学”课程应该理论与实践并重，既要讲解清楚图形学的基本理论和算法，又能给学生充分的实践机会和时间，为学生后续学习游戏开发技术打下坚实的基础。

处理好图形学授课过程中的理论讲授和实践的关系，对于这门课程的学习效果至关重要。

当前的图形学的教学现状与游戏专业的教学目标相比，存在如下一些问题。

3 “计算机图形学”授课过程中存在的问题

(1) 传统的计算机图形学的内容可以分为二维、三维两部分，其中二维部分即光栅图形学部分，包括：基本图形(直线、圆弧、椭圆等)的生成算法、二维裁剪算法、填充算法、曲线曲面、图形反走样等内容。三维图形学算法则围绕三维物体的建模、运动、三维场景的建立组织，包括：物体建模(物体在计算机内的表示模型、几何造型)、三维图形的显示(三维图形的几何变换、三维图形的投影变换、三维裁剪)、真实感图形学(消隐算法、光照模型、光线跟踪技术、阴影、纹理、辐射度算法等)，有些图形学教材还增加了计算机动画技术、交互技术、图形处理高级技术等内容。

分析上述内容，其中与游戏设计关系最为密切的部分是：基本的图形学数学算法，包括向量部分的内容、图形变换、视图变换、图形渲染、材质、纹理贴图、模型动画等三维图形学的内容；而二维图形学的内容在游戏开发中使用的相对较少。

而在传统的图形学教材中，二维图形学的内容占据相当大的比例，学生在学习这一部分内容的时候，普遍感到算法较为枯燥，而无法和实际应用联系起来，易产生厌学的情绪。

(2) 对于当前主流图形库的学习安排

为了更好的开发出具有丰富3D效果的游戏，必须学会使用3D技术，而当前主流的3D图形API为OpenGL和DirectX，早期的很多游戏的底层引擎是基于OpenGL开发的，如“3D游戏之父”Carmack的经典游戏“DOOM”、“Quake”，在当前的游戏行业中，微软开发的DirectX多媒体引擎大有后来居上之势，当前基于Windows操作系统的游戏绝大多数都是基于DirectX开发。虽然如此，在其他操作系统的游戏开发和工作站上的图形应用程序开发，OpenGL仍然是不二的选择。

因此掌握好这两种图形库，是游戏专业的学生必须掌握的技能；在两种图形库的偏重上，DirectX所占的分量应该更重一些，而当前的图形学理论和实践教材基本上都是基于OpenGL，缺少合适的基于DirectX的计算机图形学实验指导教材。

(3) 对于图形学课程理论和实践的安排

一般图形学课程的安排是先讲授图形学理论，之后进行图形学课程设计，目的是在课程设计环节让学生应用所学的理论知识，锻炼实践能力。但也存在一些弊病：理论讲授和实践环节割裂，学生在学习图形学算法和理论时对枯燥的内容感到较难，缺少实践，而在实践环节，由于时间有限，很难真正掌握开发工具并作出具有一定深度的作品。

基于上述问题，结合游戏开发专业的特点，我们认为必须从以下几方面入手做工作，确保“计算机图形学”课程的教学效果，加快课程建设。

4面向游戏开发专业方向的计算机图形学课程建设思路

(1) 针对游戏专业的特色，在内容选择上，应有所取舍，有所补充，不拘泥于某本计算机图形学教材的具体内容作为授课内容，而是根据培养目标和专业特色，灵活安排。

首先，重点讲授三维图形学的内容；另外，将一些游戏开发过程中较为关键的图形学相关算法和内容补充到图形学的授课内容中，例如以下两种算法：

场景管理及相关算法：场景管理是3D游戏引擎最核心的部分，对于一个3D场景来说，有很多的物体，最简单的组织方法就是把它们用一个List连接起来，然后在绘制每一帧的时候一次送入渲染器进行处理，这样的方法即使处理一个简单的场景都会显得非常慢。因此，如何合理有效地管理3D场景中物体之间的相关、从属、互相影响的关系，如何组织这些关系，并将它们与3D引擎的其他部分的功能联系起来，就是场景管理需要完成的工作。牵涉到空间排序，有多种算法来实现，基本的方法为：N叉树算法，包括：二叉树算法、四叉树算法和八叉树算法。

现有的各种图形学教材，有些根本没有提到上述算法，有些在图形消隐的章节讲授其中的某种算法。而上述算法是游戏引擎的核心算法，对游戏专业学生这一部分的内容应补充进授课内容。

三维模型动画及动力学的基础知识：在游戏开发过程中，有了模型之后，需要为三维模型添加相应的动作，实现游戏效果。对于当前的三维图形库，比如Direct3D，也支持丰富的三维模型动画，包括：关节动画、单一网格模型动画、骨骼动画和Morp。这一部分内容对于游戏开发人员来说也是必须掌握的一部分，但在现有的《计算机图形学》教材中，绝大多数没有涉及这部分内容，但也有一些《计算机图形学》课本增加了三维模型动画及动力学的内容，如美国加州州立大学斯坦尼斯洛斯分校Steve Cunningham所著的《计算机图形学》一书中，就将动力学和动画作为专门的一章内容进行介绍。

(2) 理清图形学各部分内容和具体的游戏应用之间的关系，采用多种方式，有针对性地讲述。

游戏专业方向的“计算机图形学”课程在讲授的时候，不能完全沿用传统的“计算机图形学”的授课方式，而应该找出相关内容和具体的游戏开发实践之间的关系，教师在讲述相关理论和算法的时候，应将游戏开发过程中如何应用该算法或理论以及如何实现该算法和理论进行讲解，将相对枯燥的理论和实际联系起来，让学生能学以致用。

下表对图形学的内容和游戏开发实践中的应用作了粗略的总结。

教师在具体讲授时可以在此基础上进行丰富，使得授课内容生动起来。并在课程结束的时候，按照构造游戏的流程，从角色建模讲起，用游戏设计这一根主线找出各部分内容之间的联系，使得学生对课程的内容和游戏开发之间的关系有一个全貌性的认识。

(3) 在理论环节和实践环节的安排上，采用理论课+实验课+课程设计的方式，在平时图形学理论讲授的过程中，穿插实验课，在最后安排课程设计，加大实践环节所占比重。

(4) 建设与开发面向游戏方向的图形学案例库

欲使课堂讲授的内容生动起来，必须有实际的案例支撑，因此建设面向游戏方向的图形学案例库，使得学生能够快速理解和掌握相关理论和技术，对于提高图形学课程的授课质量至关重要。

(5) 教材建设方面

编制面向游戏开发专业的计算机图形学教材以及编制面向游戏开发专业的图形学课程设计指导书是非常紧迫和必须的任务。

5总结

本文结合图形学教学的实际以及游戏开发专业方向的培养目标，对于面向游戏设计专业的“计算机图形学”课程教学改革进行了一些探讨，希望能对游戏开发专业的教学和课程建设有所促进。

参考文献：

[1] 培养具有创新意识的复合型数字媒体技术人才――山东大学软件学院数字媒体系人才培养[J]. 计算机教育,2008,(15).

[2] 博采众家智慧,培育复合型、创新型人才――山东大学软件学院孟祥旭院长谈数字媒体技术专业人才培养[J]. 计算机教育,2008,(15).

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[7] 庞晓溪. 游戏引擎教程[M]. 北京:中国水利水电出版社,2008.

计算机图形学课程篇11

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2016） 07-0106-02

一 计算机图形学课程教学中存在的问题

本科的计算机图形学教学对数学理论有一定要求，往往体现为公式推导、演化等形式，同时也涉及算法设计及其代码实现。而传统计算机图形学教学重点一般侧重于考核学生对知识点的掌握，课程实践所占比例较低。因此传统的教学模式不适用于计算机图形学课程，若仍沿用传统教学模式，则不仅不利于维持学生的学习兴趣，更不利于学生发现问题、解决问题以及创新能力的培养。

1 计算机图形学教学内容与学生的学习兴趣

传统的计算机图形学内容主要有：计算机图形系统概述；二维图形生成和变换技术；三维图形生成和变换技术；真实感图形生成技术；计算机动画技术与实践。该课程入门阶段需要的数学知识主要涉及代数、三角学和线性代数，数学原理与图形的结合在理论教学中占据了一定比重。

传统的计算机图形学教学目标是侧重于培养学生对计算机图形学理论知识的了解与掌握，在教学内容的设置上主要强调图形学知识、概念的系统性与整体性，重点是概念解释与原理讲解，体现为大量的公式推导。

未进入图形学教学前，学生们对该课程的理解大致分为两类：一类认为该课程主要讲述游戏开发。另一类认为是艺术设计。实际上，在本科阶段开设的计算机图形学课程，通常立足于计算机图形学科的入门，教学内容主要是理解与掌握基本的图形绘制原理及其实现算法，能进行基本图形的程序设计。由此，学习内容的枯燥、教学内容与现实应用的巨大落差会导致部分学生的学习兴趣随课程的深入而有所下降。

2 计算机图形学课程实验的设置

计算机图形学的实验内容主要集中于基本图形算法的实现，需要学生运用高级程序语言进行编程，然而作为专业基础课程学习的此类高级程序设计课程，往往以基本知识、程序设计、数据组织三方面为主要内容，一般不涉及图形库编程接口（API）。这导致在本课程的实验教学时，需要针对授课学生原先所学的高级程序语言，补充对应的图形库编程知识，这使得实际的有效实验学时被缩减，而且增大了学生实现算法的难度，以至于进一步加剧了理论与实践脱节的现象。

二 理论教学与实践教学的改革方法与目标

我们在大学本科的第7个学期开设计算机图形学课程，并将其分为理论课与实验课两门课程，两门课程单独核算成绩。其中理论课为32学时，2.0学分；实验课为16学时，0.5学分。在理论课程完成后开始实验课程，计算机图形学的实验不再是传统教学中对理论课知识点的简单重复与验证，而是对所学知识的综合运用与深化。由此，需要合理选择理论课教学内容，以完成与实验课程的衔接。同时，设计合适的实验项目使学生掌握课程基础知识，提高学生的动手能力，以提升计算机图形学的教学质量。

1 理论课教学内容的设计

计算机图形学技术在快速的发展着，与之相适应，图形学课程的教学也发生着变化。现阶段，在计算机图形学教学中主要有3种教学体系，大致分为：理论为主、编程为主、问题为主。其中，理论为主是传统的教学体系，强调对计算机图形学理论的理解与掌握，以公式推导为主要呈现方式，国内外此类教材有Floey的《计算机图形学原理及实践――C语言描述（原书第2版）》，孙家广的《计算机图形学》等。编程为主的教学体系侧重于培养学生初步掌握一种典型的图形学API，以图形学使用者的角度讲授计算机图形学所需的理论与概念，去除非必需的数学原理与公式推导。国内外此类教材有Donald的《计算机图形学（第四版）》，徐文鹏的《计算机图形学基础（OpenGL版）》等。问题为主教学体系的教学目标着重于培养利用计算机图形学知识建立与用户交流的能力，从而实现问题的图形化建模并解决问题。相应的教学内容既涵盖了图形学中的基本概念和技术，也涉及了实现这些概念和技术的图形学工具，然而重点在于介绍如何使用计算机图形学知识来解决实际问题以及如何有效地进行结果展示，Steve Cunningham的《计算机图形学》是此类教学体系的典型教材。此类问题为主的教学体系近年来在美国兴起。

在我们的本科教学中，考虑到学生前期课程的设置与掌握情况，采用了结合OpenGL实现算法的编程为主的教学体系。在实际教学中，既要保证计算机图形学基本概念、理论的完整讲述，也为后续的实践课程做铺垫，有针对性地介绍图形支撑软件，使学生在掌握图形学基本知识的同时，能够在一定程度上自主实践，保持与激发学生的学习兴趣。

2 以思维导图优化图形学教学的实践应用

思维导图（又称心智图），是英国教育学家东尼・博赞在20世纪60年代创造的，它作为模拟放射性思维的图形工具，能激发大脑的潜力。在人获得信息后，进入大脑的信息以新的思想中心与其他信息建立关联，形成向外发散的网状结构。此后，每一个发散出的节点，又将作为新的中心，再次发散形成新连接。

3 实验课教学内容的设计

计算机图形学课程篇12

数字媒体技术专业是近年来新增的专业，数字媒体技术是通过现代计算和通信手段，综合处理文字、声音、图形、图像等信息，使抽象的信息变成可感知、可管理和可交互的一种技术，主要包含场景设计、角色形象设计、游戏程序设计、多媒体后期处理、人机交互技术。图形学是该专业的核心课程之一。

“3D游戏图形学”是一门在对传统课程“计算机图形学”课程内容进行调整的基础上，针对数字媒体技术专业新开设的专业课。该课程主要介绍三维计算机图形学的基本概念、算法与编程实现，以及3D图形开发技术的最新进展。

本文首先对传统“计算机图形学”课程存在的问题进行了分析，提出了开设“3D游戏图形学”的必要性；然后就“3D游戏图形学”课程的教学内容和实验教学进行了讨论；最后总结我们的经验与不足。

二、开设“3D游戏图形学”课程的必要性

近年来，随着计算机软硬件技术的进步，计算机图形学技术发展很快，在各方面的应用也越来越广，特别是以动画、游戏为代表的数字娱乐产业的迅猛发展，极大地推动了计算机图形学相关学科的发展，但是目前计算机图形学的教学内容无法紧跟最新技术的发展，存在以下一些问题：

1.多以二维图形和理论讲述为主。对直线、圆、曲线等基本图形算法讲述较多，但是目前的图形学应用主要是三维的，二维图形算法已经非常成熟和硬件化了。

2.对当前应用领域中所用到的最新图形技术设计较少。随着动画、游戏等技术的发展，计算机图形技术涌现了越来越多的新方法和新技术，但传统课程“计算机图形学”的教学内容陈旧。

3.实践案例教学内容欠缺。目前计算机图形学的教学没有理论结合实践，缺乏讲解具体算法的实现方法，要么主要将理论，要么讲程序语言OpenGL的简单使用方法，与实际应用需要严重脱节，使得学生学习一学期后也无法进行具体的图形编程。

为此，迫切需要开设一门教学内容与时俱进、理论与实践并重的课程，不仅要把经典计算机图形学的基本原理讲透，而且能适当融合当前三维计算机图形技术的最新发展，并结合具体实践开展案例教学。基于这一考虑，我们开设了“3D游戏图形学”这门课程。

三、课程教学内容设计

“3D游戏图形学”总学时数48学时，理论教学33学时，实验教学15学时。理论教学内容分为以下9讲：

第1讲为计算机图形学基础，主要介绍计算机图形学的定义、研究范畴，计算机图形学的发展历史和应用领域，图形系统构成、输入输出设备，以及计算机图形学的发展热点，课时为2学时。

第2讲为基本图形生成算法，讲述图形光栅化的基本原理，直线的生成算法包括数值微分法和中点Bresenham算法，圆的生成算法包括简单方程生成圆和圆的中点Bresenham算法以及多边形的光栅化算法，课时为4学时。

第3讲为图形变换，图形变换是计算机图形学领域内的重要内容之一，为将绘制的图形转化成适合在屏幕上显示的二维图形，必须将其经过一系列的变换，包括平移、旋转、缩放、投影等，本讲主要讲述计算机图形系统中最常用的二维图形变换和三维图形变换，课时为4学时。

第4讲为三维场景绘制流水线，主要讲述三维场景显示到屏幕上需要的一系列变换，包括观察空间变换、投影变换、窗口到视区的变换和光栅化显示，课时为3学时。

第5讲为真实感图形光照处理，主要讲述简单光照模型，透明、明暗、阴影及纹理处理，整体光照模型与光线跟踪算法，课时为时。

第6讲为三维场景造型技术，主要讲述三维场景的组织方式，几何剖分技术包括四叉树、八叉树、BSP树等，快速可见性判断与LOD加速绘制技术，课时为4学时。

第7讲为游戏特效绘制技术，主要讲述常用的特效实现基本原理和方法，如广告牌技术、粒子系统技术、精灵动画技术、烟雾火特效技术和眩光特效技术等，课时为3学时。

第8讲为碰撞检测技术，主要讲述碰撞检测的基本原理、基本碰撞检测算法的原理与实现，包括基于图像空间的碰撞检测算法、基于一般表示模型的碰撞检测算法和面向可变形体的碰撞检测算法，课时为2学时。

第9讲为计算机动画技术，主要讲述几种最典型的动画运动生成方法，包括关键帧方法、过程动画、变形动画、基于物理模型的方法和人体动画，课时为2学时。

与传统的计算机图形学相比，本课程偏重最新的三维计算机图形学技术。用较少的课时介绍经典的二维图元绘制算法，然后重点介绍当前用得最广泛的三维图形技术，融合最新的三维游戏图形开发技术。另外，本课程注重理论和实际相结合，在每一章讲完理论后，紧接着介绍如何采用OpenGL进行具体编程，使学生可以利用所学知识做出自己的图形，提高学生的学习兴趣与编程能力。

四、课程实验教学设计

“3D游戏图形学”是一门实践性很强的课程，为了使学生能学以致用，真正掌握目前应用广泛的三维图形技术，做到与时俱进，除了理论教学外，必须辅以足够的实验教学，着重培养学生的编程实现能力，使得学生学习该课程后能够利用OpenGL或DirectX进行具体的三维图形编程。实验教学内容是在保留经典的二维图形编程的基础上增加了三维图形编程项目，实验类型包括基本型、设计型和综合型三种。