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關(guān)鍵詞：計算機圖形學(xué)；計算機視覺；可視化技術(shù)

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

計算機圖形學(xué)、計算機視覺以及可視化技術(shù)三者均是計算機領(lǐng)域重要組成部分，要做好計算機知識，就要先學(xué)好計算機圖形學(xué)，但計算機圖形學(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，計算機視覺與可視化技術(shù)被應(yīng)用到計算機圖形學(xué)中。可見，三者之間存在一定的聯(lián)系，因此，有必要對計算機圖形學(xué)、計算機視覺以及可視化技術(shù)展開研究。

1 計算機圖形學(xué)概述

1.1 計算機圖形學(xué)目的

所謂的計算機圖形學(xué)實際上就是怎樣利用計算機表示圖形，并利用計算機完成圖形計算與處理，而這一過程的實現(xiàn)需要得到相關(guān)算法的支持。學(xué)習(xí)計算機圖形學(xué)的目的是利用計算機技術(shù)為人們呈現(xiàn)既帶有美感又不缺真實的圖形（如下圖1所示），為實現(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，在這一過程中需要計算機圖形學(xué)能夠與其他計算機技術(shù)相配合。經(jīng)過計算機圖形學(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，計算機圖形學(xué)與圖像處理之間存在著一定的聯(lián)系[1]。計算機圖形學(xué)的涉及范圍相對寬泛，不僅有圖形硬件設(shè)計，還包括動畫制作，虛擬現(xiàn)實等多個部分。此外，計算機圖形學(xué)在動畫制作中的應(yīng)用頻率也很高，如45分鐘一集的動畫影片中，85%的畫面都需要用算機圖形學(xué)來完成，由此可見，計算機圖形學(xué)的應(yīng)用頻率極高，并在動畫制作中發(fā)揮著不可替代的作用。因此，應(yīng)重視計算機圖形學(xué)的應(yīng)用。

1.2 計算機圖形學(xué)應(yīng)用

隨著計算機圖形學(xué)的發(fā)展，它被應(yīng)用到各個領(lǐng)域中，并發(fā)揮著重要作用。首先，在計算機輔助設(shè)計與制造中的應(yīng)用，這是計算機圖形學(xué)應(yīng)用最多的領(lǐng)域，在計算機圖形學(xué)被應(yīng)用以后，不僅可以設(shè)計出更精準(zhǔn)的圖形，還能做好人機交互設(shè)計，強化修改能力。計算機圖形學(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，如在某次工程圖紙設(shè)計中就應(yīng)用了計算機圖形學(xué)，經(jīng)過一系列的處理以后，三維形體逐漸形成，最終實現(xiàn)了重建。其次，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。計算機圖形學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用多以計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，這時就體現(xiàn)了計算機圖形學(xué)在其中的應(yīng)用[2]。再者，在計算機動畫中的應(yīng)用，人們看到的動畫影片就是計算機圖形學(xué)作用的結(jié)果，以動畫人物的行走為例，為保證動畫人物的行走與自然人不存在過大差異，就需要應(yīng)用大量的計算機技術(shù)，并在計算機圖形學(xué)的作用下完成設(shè)計。最后，在計算機藝術(shù)中的應(yīng)用。計算機圖形學(xué)在計算機藝術(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算機圖形學(xué)來完成的，現(xiàn)階段，一些人正在利用計算機圖形學(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)的實現(xiàn)就需要得到計算機圖形學(xué)的支持。

2 計算機視覺技術(shù)

2.1 計算機視覺技術(shù)含義

所謂的計算機視覺技術(shù)，實際上就是用計算機取代人眼做識別、跟蹤以及測量等，同時也兼顧圖形處理，其目的是讓圖像在計算機被處理以后更適于識別。對于計算機視覺技術(shù)來說，意在實現(xiàn)人工智能，主要是從圖像與多維數(shù)據(jù)等方面實現(xiàn)人工智能系統(tǒng)設(shè)計[3]。計算機視覺是一種在相關(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，這一點主要體現(xiàn)在機器人設(shè)計上；（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。計算機視覺三個階段如圖2所示，通過觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)，計算機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，最終實現(xiàn)了3D描述，可見，計算機視覺具有十分重要的作用[4]。

2.2 計算機視覺技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，現(xiàn)代社會已經(jīng)進入信息化時代，計算機技術(shù)也被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，并發(fā)揮著重要作用。計算機視覺的應(yīng)用促使計算機實現(xiàn)了智能化，在該技術(shù)的支持下，計算機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)的實現(xiàn)還需要很長時間，需要一系列的努力才能實現(xiàn)?，F(xiàn)階段，計算機視覺應(yīng)用最多的就是車輛視覺導(dǎo)航，然而，這種導(dǎo)航還沒有實現(xiàn)完全自主導(dǎo)航，這也是需要進一步研究的地方。計算機視覺技術(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行，其整體效果也不會受到影響，再者，計算機視覺技術(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，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，計算機視覺技術(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)重視計算機視覺技術(shù)的應(yīng)用[5]。同時計算機視覺還被應(yīng)用到移動機器人設(shè)計中，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，進而了解到人的存在。同樣，將計算機視覺應(yīng)用到機器人設(shè)計上，可以自動檢測出正在行動的人或車輛，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)是一種綜合了計算機圖形學(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，并在多個領(lǐng)域都有應(yīng)用，隨著可視化技術(shù)的應(yīng)用，不僅有效實現(xiàn)了數(shù)據(jù)表示，還強化了數(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，在計算機圖形學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，計算機圖形學(xué)相對枯燥，相關(guān)知識也很抽象，不便于學(xué)生理解，在計算機圖形學(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)用到計算機圖形學(xué)教學(xué)中，教師將抽象的知識用動畫的形式展示出來，學(xué)生只要觀看動畫，拖動一定的控制點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)生也可以隨意變動曲線，讓復(fù)雜的知識變得簡單，深化學(xué)生對計算機圖形學(xué)知識的深度理解，同時，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，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際儲備量，進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，進而生成一定的地形云點，如果其中存在錯誤，可視化技術(shù)也可以將其中的錯誤內(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，同時也能了解到實際風(fēng)力大小與風(fēng)走向等，氣象預(yù)報人員就可以根據(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)實情況，如果氣象條件惡劣，相關(guān)工作人員也可以及時做出工作調(diào)整，減少危險事件的發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計，可視化技術(shù)在氣象預(yù)報中的應(yīng)用頻率高達100%，由此挽回的經(jīng)濟損失高達13.2億元，可見，可視化技術(shù)在氣象預(yù)報中的應(yīng)用十分有必要，因此，應(yīng)重視可視化技術(shù)在氣象預(yù)報中的應(yīng)用。

4 結(jié)語

通過以上研究得知，計算機圖形學(xué)、計算機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，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)，在計算機圖形學(xué)教學(xué)中也有應(yīng)用，并發(fā)揮著不可替代的作用。本文分析了計算機圖形學(xué)、計算機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：

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篇2

國際先進工程教育理念CDIO方法，讓學(xué)生以主動、實踐、課程之間存在有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)，該方法有實踐可操作性、全面系統(tǒng)性和廣泛適應(yīng)性這三方面優(yōu)點，文獻融合該理念方法進行了圖形學(xué)課程教學(xué)改革，設(shè)計了一個分層次的完整實驗體系，包括基礎(chǔ)驗證實驗、綜合強化實驗和創(chuàng)新培育實驗三個層次。通過分析以上三種方法，總結(jié)出以下共同的觀點：實驗設(shè)計要以學(xué)生為中心，充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，內(nèi)容難度要分層次，具有可操作性。

然后對目前計算機圖形學(xué)實驗設(shè)計中存在的問題進行分析。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)容間隔時間較長，而C/C++程序設(shè)計語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程又缺乏實踐，有的專業(yè)VC程序設(shè)計課程還沒開課；二是很多圖形學(xué)實驗設(shè)計都是基于OpenGL圖形API，整個實驗的設(shè)計變成了OpenGL圖形平臺的應(yīng)用熟悉過程，一些圖形學(xué)基本算法的實驗變成了OpenGL函數(shù)的調(diào)用，圖形學(xué)算法實驗無法起到應(yīng)有的實踐練習(xí)作用；三是圖形學(xué)算法知識點分散，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；四是實驗效果不理想，由于同時進行實驗的學(xué)生過多，導(dǎo)致實驗指導(dǎo)無法面面俱到，有些學(xué)生不認(rèn)真進行實驗、抄襲實驗報告來應(yīng)付。通過以上問題分析，在進行實驗設(shè)計時要選擇合適的練習(xí)平臺，設(shè)計實驗項目時要考慮到課程延續(xù)性、整體實驗展示和實驗管理考核問題。

2.層次性實驗設(shè)計

計算機學(xué)院信息與計算科學(xué)屬于理科，該專業(yè)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)很強，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、計算機科學(xué)與技術(shù)兩個專業(yè)則剛好相反。兼顧三個專業(yè)學(xué)生的特點，需要選擇理論與實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《計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)教程（VisualC++版）(第2版)》。該書配套的實踐教輔書內(nèi)容太廣，實驗項目設(shè)計綜合性太強，現(xiàn)有實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容陳舊且與新教材不匹配，因此需要精選實驗項目、重新制定實驗指導(dǎo)書。根據(jù)第2節(jié)對實驗設(shè)計方法和問題的分析和三個專業(yè)學(xué)生的特點，實驗項目采用分層次方法進行設(shè)計，包括整體實驗項目設(shè)計的層次性以及每個實驗項目難度的層次性。

首先是整體實驗項目設(shè)計的層次性，設(shè)計實驗項目順序時，要采用自頂而下的思想，第一個實驗項目要能使學(xué)生對圖形學(xué)的渲染繪制流程形成整個概念，能明白圖形學(xué)是用來做什么的，都包括哪些步驟，后續(xù)實驗項目則對應(yīng)每一個繪制步驟具體進行實驗練習(xí)；然后是實驗項目難度的層次性，設(shè)計每個實驗項目時，要考慮到不同層次學(xué)生的練習(xí)效果，對實驗內(nèi)容進行難度劃分，這里將每個實驗項目劃分為基本練習(xí)、拓展練習(xí)和思考練習(xí)三項，其中基本練習(xí)用來對教材算法進行實現(xiàn)驗證，拓展練習(xí)用來綜合應(yīng)用所學(xué)算法實現(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，達到促進理論課程學(xué)習(xí)的目的。

所有實驗都是基于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行設(shè)計實現(xiàn)。實驗課程結(jié)束后，則通過分組課程設(shè)計的形式進行綜合性練習(xí)。根據(jù)整體教學(xué)任務(wù)課時情況，計算機圖形學(xué)實驗課程為8次16學(xué)時，為保證教學(xué)和實驗的連貫性，其中實驗內(nèi)容安排對應(yīng)教材知識點和示例。受實驗課時限制，實驗教學(xué)時可以采用“先授之以魚，再授之以漁”方式進行，先演示實驗的預(yù)期效果，再讓學(xué)生進行模仿、探索實驗，以提高實驗效率。實驗成績主要考核學(xué)生對具體算法的理解和實現(xiàn)能力，由平時實驗成績和課程設(shè)計成績組成，為使成績判定公平合理，平時實驗成績通過考勤和現(xiàn)場提交實驗成果判定，課程設(shè)計成績通過分組答辯、綜合打分判定。

3.結(jié)語

篇3

關(guān)鍵詞：計算機圖形學(xué)；可視化；計算機動畫；教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）13-3088-02

1 計算機圖形學(xué)的相關(guān)理論

1.1 計算機圖形學(xué)的定義

隨著計算機在生活中的廣泛應(yīng)用，將計算機技術(shù)與傳統(tǒng)圖形學(xué)結(jié)合起來描述產(chǎn)品已經(jīng)并非難事。而計算機圖形學(xué)所研究的正是這方面的知識。因為在現(xiàn)代制造業(yè)中，用計算機圖形來模擬描述產(chǎn)品變得越來越廣泛，所以，現(xiàn)在國內(nèi)外大學(xué)，都將計算機圖形學(xué)作為一門必修的應(yīng)用課程。目前國內(nèi)被采納的定義是：計算機圖形學(xué)是研究怎樣利用計算機表示、生成、處理和顯示圖形的原理、算法、方法和技術(shù)的一門學(xué)科。

1.2 計算機圖形學(xué)的整體框架

2 計算機圖形學(xué)的現(xiàn)狀分析

2.1 計算機圖形學(xué)在教學(xué)中的發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)歷了近半個世紀(jì)的發(fā)展，計算機圖形學(xué)無論在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的算法研究，還是軟件應(yīng)用或是硬件發(fā)展方面都取得了巨大的進步空間?，F(xiàn)在，計算機圖形學(xué)已經(jīng)成為工程應(yīng)用領(lǐng)域傳遞信息的主要技術(shù)和工具，而與它相關(guān)的軟硬件產(chǎn)業(yè)也形成了一個巨大的產(chǎn)業(yè)，從事研究這個產(chǎn)業(yè)的隊伍十分龐大。正是由于此份需求，我國高等院校的理工科專業(yè)現(xiàn)在基本都開設(shè)了計算機圖形學(xué)這門課程。

從前面的計算機圖形學(xué)的整體框架可以看出，此門課課程涉及的內(nèi)容很廣泛，包含了，數(shù)學(xué)、物理、計算機科學(xué)等課程，是一門交叉學(xué)科，而且此門課程的學(xué)習(xí)是以數(shù)學(xué)基礎(chǔ)作為最基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)的，所以大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)開始的時候都感到這門課程難于理解，枯燥。另外，目前國內(nèi)的計算機圖形學(xué)課程的教材基本取材于幾本經(jīng)典教科書，而這幾本教科書主要講述的是上世紀(jì)七八十年代的圖形學(xué)技術(shù)，主要強調(diào)的亦是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。正是由于這些原因，目前我國計算機圖形學(xué)教學(xué)普遍存在以下問題：

第一、學(xué)生期望與教學(xué)要求之間的矛盾。在學(xué)期開學(xué)之初，學(xué)生們拿到課本的時候，往往會在計算機圖形學(xué)的課本上看到的是各種當(dāng)今最新的計算機圖形學(xué)的研究成果和各種可以亂真的圖形效果，他們認(rèn)為學(xué)習(xí)完后既可以繪制出像課本彩頁上一樣的效果圖，所以開始的時候總是對這門課程充滿期望。但是由于課時的限制，各個高校對此門課程的教學(xué)要求僅僅是掌握計算機圖形學(xué)的基本概念并且能夠完成一些基本圖形的繪制，即是計算機圖形學(xué)的入門課程，要想完成向課本彩頁上的那種效果圖還需要學(xué)生在學(xué)習(xí)完這門課程后畫上幾年的時間繼續(xù)學(xué)習(xí)和刻苦鉆研。學(xué)生們在學(xué)習(xí)這門課程之初的期望和學(xué)校對這門課程的教學(xué)要求之間存在巨大的落差，隨著學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)時間增長會慢慢的體現(xiàn)出來，而學(xué)生們對這門課程的興趣也會慢慢的遞減，最后慢慢失望導(dǎo)致放棄學(xué)習(xí)。

第二、計算機圖形學(xué)過分強調(diào)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。通過計算機圖形學(xué)的整體框架我們可以看出，計算機圖形學(xué)的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，這是毋庸置疑的，任何圖形要顯示出來都必須先構(gòu)造出數(shù)學(xué)模型，然后才能通過計算機程序?qū)崿F(xiàn)計算機圖形的顯示。而目前國內(nèi)的計算機圖形學(xué)課程的教材基本取材于幾本經(jīng)典教科書，而這幾本教科書主要講述的是上世紀(jì)七八十年代的圖形學(xué)技術(shù)，主要講述的是計算機圖形學(xué)的算法，因為這些算法的構(gòu)思比較獨特而且實現(xiàn)的方法又精巧，所以學(xué)生比較難于理解。這種算法的邏輯思維比較適合數(shù)學(xué)基礎(chǔ)良好的理科學(xué)生，相對工科學(xué)生來說，他們就往往會被這些算法所困擾，對這門課程產(chǎn)生畏難心理。

第三、計算機圖形學(xué)內(nèi)容過于豐富導(dǎo)致課程泛泛而談。計算機圖形學(xué)是一門交叉學(xué)科，涉及到微電子學(xué)，信息學(xué)，計算機科學(xué)，圖形學(xué)，幾何學(xué)等學(xué)科。另外由于計算機圖形學(xué)的不斷發(fā)展，它的軟硬件更新?lián)Q代和大量涌出的新算法這些都是計算機圖形學(xué)教學(xué)所要傳授的內(nèi)容。這樣就要求計算機圖形學(xué)的授課教師具有全面的知識結(jié)構(gòu)，并且在傳授課程的時候要分清主次，合理取舍。否則的話，各個知識點都講到就會使得學(xué)生在學(xué)期后只能學(xué)到分散的知識點，而不能將這些分散的知識點連成知識面，不知道學(xué)了什么，這樣會使他們喪失繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。

第四、傳統(tǒng)教學(xué)模式忽視應(yīng)用實踐。計算機圖形學(xué)是一門實踐性強的課程。它要求學(xué)生具有較強的動手操作能力和編程能力。如果理論與實踐互動性不夠，容易造成學(xué)生實踐動手能力薄弱。

通過以上分析，可以看出在計算機圖形學(xué)中采用傳統(tǒng)的課堂上講授理論，課下讓學(xué)生去做實驗的教學(xué)方式很難達到預(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。

2.2 計算機圖形學(xué)在教學(xué)中所能做的改革

根據(jù)計算機圖形學(xué)教改的總體計劃和總體目標(biāo)，我們進行了教學(xué)研究，實施了一些教學(xué)改革，具體有如下認(rèn)識和做法：

2.2.1 重視基礎(chǔ)知識、突出重點技術(shù)

計算機是工科類學(xué)科，而計算機的應(yīng)用專業(yè)又是其中應(yīng)用實踐性最強的專業(yè)，這使得很多職業(yè)高校在進行此專業(yè)的專業(yè)教學(xué)時有忽視理論基礎(chǔ)，片面注重操作應(yīng)用的傾向。這樣就違背了我們國家要培養(yǎng)兼顧理論與實踐操作的專門人才的培養(yǎng)目標(biāo)，所以，各大高校必須要重視理論基礎(chǔ)知識的教學(xué)，計算機圖形學(xué)的理論基礎(chǔ)包括：計算機圖形設(shè)備的輸入、圖形在計算機內(nèi)部的表示、圖形在計算機內(nèi)部的運算，變換原理算法、以及在計算機中存儲的圖形如何經(jīng)過圖形設(shè)備輸出，如何將這些點、線、面、體的幾何元素在計算機圖形設(shè)備上表現(xiàn)出來。這些內(nèi)容確實比較枯燥，甚至遠(yuǎn)離應(yīng)用，不像FLASH、PHOTOSHOP等用戶圖形系統(tǒng)那樣可以直接操作，具有所見即所得的圖形效果，但是這些卻是計算機圖形應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。傳授這些基礎(chǔ)知識可以為學(xué)生日后的學(xué)習(xí)與鉆研打下基礎(chǔ)，幫助他們在日后的學(xué)習(xí)中加深理解。但是由于計算機圖形學(xué)的知識太過于廣泛，這就要求教師在計算機圖形學(xué)的教學(xué)中分清主次，以點帶面，濃縮教學(xué)的內(nèi)容。如：在講二維圖形的生成技術(shù)時，就可以將拋物線的二維圖形生成技術(shù)作為重點，其他的稍作介紹，這樣的話即可保證計算機圖形學(xué)的理論基礎(chǔ)，又可突出圖形生成技術(shù)作為教學(xué)重點。

2.2.2 完善教學(xué)內(nèi)容、加強實踐能力

隨著計算機圖形學(xué)的飛速發(fā)展，這門課程已有相當(dāng)成熟的數(shù)學(xué)表示、變換、運算和算法，并且最重要的是它已經(jīng)被集成到許多圖形系統(tǒng)開發(fā)平臺中。我們的計算機圖形學(xué)教學(xué)的理論基礎(chǔ)還停留在最原始的概念上，如各種圖形的變換，利用單一的數(shù)學(xué)方法進行矩陣運算。而這些在現(xiàn)有的圖形系統(tǒng)中都可以使用相應(yīng)的函數(shù)和堆棧操作完成。也就是圖形學(xué)的教學(xué)內(nèi)容還是在矩陣的元素級的運算，而現(xiàn)有圖形系統(tǒng)在矩陣級的運算。三維幾何體的變換可以借助于操作矩陣堆棧直接應(yīng)用取景變換。這樣理解，我們把計算機圖形學(xué)教學(xué)分為三級：一級：如何用數(shù)學(xué)模型生成二維圖形，二級：如何用二維圖形生成三維圖像、三級：圖形軟件的教學(xué)。可以看出，在傳統(tǒng)的教學(xué)中我們只強調(diào)了一級教學(xué)，而對二級只是簡單帶過，三級更是由于時間的限制無法介紹。這種情況必須得到改善，我們必須通過這三個層次的教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識到：這三部分教學(xué)內(nèi)容的層次是越來越高的，而且每一層次對應(yīng)著不同應(yīng)用需求，如：第一層次主要對應(yīng)簡單的二維圖形制作；第二層次主要對應(yīng)二維或沒有規(guī)則的三維幾何體圖形制作，且可以有真實效果顯示；第三層次對應(yīng)規(guī)則幾何體的真實效果顯示，但開發(fā)工作量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于第二層次，主要用于游戲軟件、虛擬社區(qū)漫游、電腦廣告制作等的開發(fā)應(yīng)用。通過對教學(xué)內(nèi)容的完善，加強實踐知識傳授，使學(xué)生可以將所學(xué)的知識連貫起來，知道他們所學(xué)習(xí)的究竟是什么，并掌握如何應(yīng)用所學(xué)的知識。從而提高他們的學(xué)習(xí)興趣。

2.2.3 結(jié)合實際問題、提高應(yīng)用水平

從培養(yǎng)目標(biāo)看，計算機應(yīng)用專業(yè)學(xué)生不是應(yīng)用軟件的使用者，而是為這些使用者提供應(yīng)用軟件的軟件研發(fā)人員。教學(xué)時可用一些經(jīng)典案例，讓學(xué)生以角色帶入，通過這樣的教改實踐，教學(xué)內(nèi)容覆蓋了一、二、三級圖形軟件，這樣不僅可以拓寬學(xué)生的知識面，也可以讓他們在學(xué)校就感受到社會工作時團隊的力量。從而提高他們的實踐應(yīng)用水平。

3 結(jié)束語

由于計算機圖形學(xué)的應(yīng)用廣泛，不同學(xué)科的特點各不相同，以及學(xué)生不同的專業(yè)背景，在教學(xué)上應(yīng)因材施教尋求各自合適的模式。但歸根結(jié)底應(yīng)把培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力作為最終目標(biāo)，為以后學(xué)習(xí)相關(guān)課程和從事相關(guān)研究與開發(fā)工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

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[5] David F Roger.計算機圖形學(xué)的算法基礎(chǔ)[M].2版北京：機械工業(yè)出版社，2002.

篇4

一、計算機圖形學(xué)教學(xué)的重要性

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，與計算機圖形學(xué)（以下簡稱圖形學(xué)）相關(guān)的理論與方法，越來越受到關(guān)注與重視。圖形學(xué)是研究與討論用計算機把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在顯示終端上顯示的學(xué)科[1]。由于圖形所攜帶的信息比純文本方式要豐富多彩，圖形數(shù)字化的應(yīng)用迅速在各領(lǐng)域快速發(fā)展，計算機圖形學(xué)技術(shù)深入人們工作、生活的各個領(lǐng)域，從航空航天飛行器以及汽車外形的設(shè)計、天氣預(yù)報，到電影電視廣告、游戲制作、可視電話、微信等，都因為計算機圖形學(xué)技術(shù)的應(yīng)用而精彩。

目前國內(nèi)高校的計算機以及相關(guān)專業(yè)多數(shù)開置了“計算機圖形學(xué)”課程，也是計算機及相關(guān)專業(yè)的重要課程之一。該課程理論與實用并重，又是如數(shù)字圖像與模式識別、3D動畫編程等實用性強的課程的前置課程，因此，學(xué)生對計算機圖形學(xué)課程充滿好奇與期待。

二、計算機圖形學(xué)課程特點、教學(xué)過程中存在的問題及教學(xué)改革

1.計算機圖形學(xué)課程特點。首先，涉及內(nèi)容廣，是計算機圖形學(xué)課程的特點之一。計算機圖形學(xué)是一門涉及多學(xué)科的綜合性課程，其內(nèi)容包括計算機硬件、軟件、空間解析幾何、算法原理、編程等，因此要求學(xué)生具備多方面的知識。如較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，特別是空間解析幾何、線性代數(shù)、矩陣論等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識，計算機語言編程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面的知識。

其次，?課程在理論方面，涉及的原理需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)才能較好理解，繁多又抽象的圖形生成算法增加了學(xué)習(xí)的難度。

第三，理論與實驗并重的課程。用計算機語言描述并實現(xiàn)圖形學(xué)的問題的過程。也就是其內(nèi)容包括計算機語言及圖形學(xué)知識。一般而言，對圖形學(xué)相關(guān)的基本算法描述的理解是學(xué)生學(xué)習(xí)計算機圖形學(xué)的一個難點，是一個從理論到實踐的認(rèn)識過程。

2.存在的問題。由于計算機圖形學(xué)課程的特點，在教學(xué)過程中，學(xué)生普遍反映：都能認(rèn)識到計算機圖形學(xué)是一門重要的、有用的、實用的課程，對學(xué)習(xí)計算機圖形學(xué)課程開始時抱著極大的興趣學(xué)習(xí)，但是，隨著課程的深入學(xué)習(xí)，圖形算法越來越復(fù)雜，雖然課堂上能聽懂算法的原理與流程，但是課后上機實現(xiàn)算法卻感到困難，理論與實踐不能很好結(jié)合。隨著時間的推移，不能解決的問題的累加，舊的內(nèi)容未理解、問題還沒解決，又要忙于學(xué)習(xí)新內(nèi)容，學(xué)習(xí)變成了一種壓力，積極性和自信心受到打擊，學(xué)習(xí)主動性逐漸下降，這樣一來，教學(xué)效果不理想。總之，學(xué)生感到圖形學(xué)的內(nèi)容不易理解、不好學(xué)，理論與實驗總是存在一定的距離。

3.教學(xué)方法的改革。為了解決面對教學(xué)過程遇到的問題，提高計算機圖形學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量、收到更好的教學(xué)效果，不少計算機圖形學(xué)的老師們在教學(xué)實踐中，嘗試用不同的教學(xué)方法進行課堂教學(xué)，收到了很好的教學(xué)效果[2]。

計算圖形學(xué)的內(nèi)容中，其重點與難點都會涉及到復(fù)雜算法的內(nèi)容，而這些內(nèi)容對學(xué)生來說，是最難理解的，用常規(guī)的教學(xué)方法，其效果相對較低，因此，計算機圖形學(xué)教學(xué)過程中，不同的教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)選取和采用合適的教學(xué)方法才能收到更好的教學(xué)效果，使教學(xué)方法的效率最大化，實現(xiàn)教學(xué)方法精準(zhǔn)化。為了在計算機圖形學(xué)的教學(xué)實現(xiàn)教學(xué)方法的精準(zhǔn)應(yīng)用，本文提出：在涉及復(fù)雜算法內(nèi)容教學(xué)過程中，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)[3]，用三維交互技術(shù)對復(fù)雜算法的流程及運行機理進行描述，使復(fù)雜算法問題具體化、簡單化，更易于理解，把理論與實驗這兩者這間更好地融會貫通，更好地抓住學(xué)習(xí)計算機圖形學(xué)的重點與難點，把握學(xué)好計算機圖形學(xué)的關(guān)鍵，化解學(xué)習(xí)過程中的難題。

三、計算機圖形學(xué)虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)改革

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入計算機圖形學(xué)課堂教學(xué)的必要性和重要性。要實現(xiàn)與理論與實踐相結(jié)合，首先要充分理解算法的原理、算法的核心、流程。但是，大部分計算機圖形學(xué)的算法，都以數(shù)學(xué)理論為支撐，要求學(xué)生具備如空間解析幾何、線性代數(shù)、矩陣?yán)碚摷皯?yīng)用等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識，換言之，良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，是學(xué)好計算機圖學(xué)算法的有利條件。而良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，需要通過專業(yè)訓(xùn)練。一般情況下，我們面對的學(xué)生其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)都不是很好，這也是學(xué)生對算法學(xué)習(xí)感到相對困難的原因。針對這種情況，在算法教學(xué)過程中，利用現(xiàn)代信息技術(shù)替代傳統(tǒng)的粉筆和黑板，引入計算機技術(shù)進行算法的模擬演示，使算法的描述和實現(xiàn)的流程形象化、具體化，也就是通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，把抽象的算法轉(zhuǎn)化虛擬環(huán)境進行動畫演示，讓學(xué)生易于接受與理解，從而激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，讓教學(xué)效果達到最佳，為學(xué)生課后上機實現(xiàn)算法做好充分的準(zhǔn)備，實現(xiàn)理論與實踐的結(jié)合。因此，在教學(xué)過程中引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是很有必要的。

2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入計算機圖形學(xué)課堂教學(xué)的過程。教學(xué)過程中，將抽象、無形的數(shù)學(xué)模型通用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將其具體化、形象化。具體實現(xiàn)如下：將算法實現(xiàn)的過程分解，用虛擬技術(shù)的方法將算法運行中的步驟和中間結(jié)果一步一步演示，以課件的形式在課堂演示，讓學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型、算法與代碼之的對應(yīng)關(guān)系，達到更深刻地理解各種圖形算法的原理及實現(xiàn)過程。

本文選擇Virtools4.0+3Ds MAX作為課件的開發(fā)環(huán)境。3DsMax具有很強的建模功能，由于圖形學(xué)算法實現(xiàn)流程中的計算單元（內(nèi)存、函數(shù)等）在對應(yīng)的虛擬實驗場景中可用簡單的幾何體（正方體、園柱體、球體等）表示，在單一的場景中，3DsMax可以實現(xiàn)快速、高效的建模，此外，Max帶有許多批量建模的工具，如使用鏡像、散布、陣列等工具，可實現(xiàn)任意多個精確（幾何體的坐標(biāo)）的建模，完全滿足了圖形學(xué)虛擬實驗場景建模的需要。Virtools是一款比較成熟具有三維交互式的最后合成軟件，其良好的兼容性突顯其優(yōu)勢，通過相應(yīng)的插件直接導(dǎo)入經(jīng)過轉(zhuǎn)換輸出的3DsMax構(gòu)建的虛擬場景及動畫（3DsMax中預(yù)設(shè)的動畫），Virtools中支持多場景功能，可通過交互功能實現(xiàn)多場景間的切換、跳轉(zhuǎn)等，使虛擬實驗表現(xiàn)力更強、更靈活和多樣，表現(xiàn)出虛擬實驗直觀、交互、多樣性等優(yōu)勢。

??現(xiàn)過程：將圖形學(xué)算法實現(xiàn)過程中涉及的內(nèi)存單元、變量以及函數(shù)在虛擬場景中實體化（在虛擬場景中可用長方體或球體等表示），構(gòu)成圖形算法實現(xiàn)的虛擬的場景，在3DsMAX中建好的（單一）場景導(dǎo)入Virtools中，按算法的流程進行動畫編排。由于Virtools支持多場景功能，可根據(jù)需要，將復(fù)雜的圖形算法的實現(xiàn)過程分解為若干個子算法（過程），在Virtools中用不同的場景表現(xiàn)不同的相對獨立的子算法，即依次在不同場景中編排相應(yīng)的場景動畫實現(xiàn)子算法，在各場景上設(shè)計交互界面，實現(xiàn)場景間的切換和跳轉(zhuǎn)，最后導(dǎo)出生成具有交互功能的三維虛擬實驗課件。

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計算機圖形學(xué) 教學(xué)方法 上機實踐計算機圖形學(xué)課程在我校已經(jīng)開設(shè)了多年，其教學(xué)任務(wù)是本著理論與實踐相結(jié)合的原則，以基本概念、算法原理和實踐技術(shù)為主線，使學(xué)生掌握計算機圖形生成與處理技術(shù)的基礎(chǔ)知識、基本原理和方法，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。然而，歷年的教學(xué)工作中發(fā)現(xiàn)，由于該課程學(xué)科內(nèi)容豐富、理論難度大、實踐性強，且作為專業(yè)限選課學(xué)時又有限，導(dǎo)致了學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容不易掌握，疲于應(yīng)付，甚至產(chǎn)生學(xué)生厭學(xué)、教學(xué)低效等現(xiàn)象。因此，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加課堂信息量，解決課時少與內(nèi)容多的矛盾、理論與實踐的矛盾，是計算機圖形學(xué)教學(xué)工作中一個非常值得思考的問題。本文面向計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，在分析計算機圖形學(xué)教學(xué)中存在問題的基礎(chǔ)上，針對該課程的學(xué)科特點和學(xué)生的特點，根據(jù)筆者近年來在教學(xué)實踐中的親身體會，探討一種新的教學(xué)思路和方法。

一、認(rèn)真組織課堂教學(xué)內(nèi)容該課程的基本目標(biāo)是是學(xué)生全面而系統(tǒng)地理解計算機圖形學(xué)的相關(guān)概念、原理和知識，具有一定實踐體會和相關(guān)的編程能力，了解當(dāng)前的研究熱點。計算機圖形學(xué)這門功課，沒有學(xué)習(xí)積極性和主動性，是很難學(xué)好的。難學(xué)是學(xué)習(xí)積極性的主要障礙。因此在教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)注意以下幾點：充分注意學(xué)生的接受程度，教學(xué)內(nèi)容要“精”。首先是注重基礎(chǔ)，強調(diào)基本概念、基本原理，以如何“逼真”地模擬現(xiàn)實世界的物體為主線。其次也要突出重點，對一些要求掌握的算法，要仔細(xì)分析，強調(diào)其基本思想、基本原理。只要算法的基本思想掌握了，算法的實現(xiàn)就容易理解，對相關(guān)算法就可舉一反

三、觸類旁通。在教學(xué)內(nèi)容上，也應(yīng)注意“新”。教學(xué)內(nèi)容的選取應(yīng)跟上學(xué)科發(fā)展的步伐，介紹一些當(dāng)前的研究熱點（如：真實感圖形顯示、計算機動畫、人機交互技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)等）及重要文獻，使學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展情況，也同時增加課堂教學(xué)的趣味性。在教學(xué)內(nèi)容上，還應(yīng)注意理論與實用軟件之間的關(guān)系。應(yīng)介紹計算機圖形學(xué)的理論、算法在流行的圖形設(shè)計和動畫制作軟件中的應(yīng)用，促進理論學(xué)習(xí)和實用軟件使用形成互動。

二、注重教學(xué)方法和手段在教學(xué)方法上，注意啟發(fā)性。如：在講畫線算法前，應(yīng)思考：為什么在屏幕上畫出直線段時，經(jīng)常出現(xiàn)鋸齒？如何解決？等等。這些思考的問題可以引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)和自學(xué)，減輕課堂負(fù)擔(dān)，使課堂教學(xué)的目標(biāo)清晰，任務(wù)簡化。在重要算法的講授中，首先在清晰的介紹其基本思想和原理，應(yīng)作到深入淺出，簡明扼要，充分利用圖形圖示的作用，這樣使復(fù)雜的算法變得易于理解，易于學(xué)生的接受。在介紹算法的奇思妙想之后，應(yīng)注意分析其效率和特點，強調(diào)追求高效率、精益求精是算法不斷改進的重要原因。在算法講解中，應(yīng)避免繁瑣復(fù)雜的算法推導(dǎo)和連篇累牘的算法分析，這樣會使很多學(xué)生感到困惑、煩躁，會使學(xué)習(xí)的積極性下降。

三、恰當(dāng)設(shè)計課前、課后習(xí)題習(xí)題應(yīng)與課堂教學(xué)、上機實驗等環(huán)節(jié)的工作結(jié)合起來。習(xí)題可分為課后習(xí)題和課前思考題。課前思考題具有一定的引導(dǎo)作用，幫助學(xué)生預(yù)習(xí)和自學(xué)，減輕課堂負(fù)擔(dān)，使課堂教學(xué)的目標(biāo)清晰，任務(wù)簡化。課后習(xí)題是對課堂教學(xué)內(nèi)容的消化、吸收、補充、完善和提高。習(xí)題一定要精心設(shè)計和選擇，特別避免作業(yè)形式單一、難度較大，否則就會使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。注意循序漸進、難易適度。注重基礎(chǔ)，注意多層次、多形式（如判斷題、選擇題、填空題、簡答題、算法設(shè)計題和綜合應(yīng)用題等），使學(xué)生得到全面的訓(xùn)練。習(xí)題應(yīng)注意啟迪學(xué)生的思維，培養(yǎng)獨立思考的能力，也可大大提高學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)課程教學(xué)需要，在參閱一些著名計算機圖形學(xué)教材的基礎(chǔ)上，筆者經(jīng)過收集整理，編寫了教學(xué)輔助材料《計算機圖形學(xué)習(xí)題集》。

四、充分重視實驗教學(xué)計算機圖形學(xué)課程具有很強的實踐性，上機實驗是其重要環(huán)節(jié)?；灸繕?biāo)是將學(xué)生的計算機操作能力、分析能力、設(shè)計能力與應(yīng)用實踐結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地掌握計算機圖形學(xué)基本理論和算法。好的實驗內(nèi)容充滿了趣味性，又有挑戰(zhàn)性，在上機實驗中可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，必然影響其它教學(xué)環(huán)節(jié)。

五、課程設(shè)計必不可少課程設(shè)計是計算機圖形學(xué)實踐教學(xué)的另一個重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生計算機圖形學(xué)課程以及相關(guān)知識的綜合測試，是對學(xué)生圖形設(shè)計的問題分析、算法設(shè)計與分析、程序設(shè)計和調(diào)試等能力的考核，是進一步提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。課程設(shè)計在課程教學(xué)的中后期完成。課程設(shè)計的題目、要求在該課程的中期給出，題目也可自擬。課程設(shè)計任務(wù)不宜過難，最好在實驗課的基礎(chǔ)上進行，可以是實驗的綜合、改進、完善等。要求在規(guī)定的期限內(nèi)完成所有的文檔資料（包括源程序清單、可執(zhí)行程序等），并評定課程設(shè)計成績，作為課程總成績的重要組成部分。

六、嚴(yán)格教學(xué)的過程化管理與考核重視教學(xué)的過程化管理與考核是保證教學(xué)質(zhì)量的重要手段。對課堂、作業(yè)、實驗等環(huán)節(jié)進行有效的管理，及時發(fā)現(xiàn)和糾正每一環(huán)節(jié)中存在的問題。應(yīng)在過程中解決教學(xué)中的問題，不能讓其積累起來，避免學(xué)生感到課程的難學(xué)，以致學(xué)習(xí)積極性的下降。過程化考核體現(xiàn)在評定學(xué)生的課程成績時，全面考核各重要教學(xué)環(huán)節(jié)（如上課、作業(yè)、實驗、課程設(shè)計、期末考試等）的學(xué)習(xí)情況，應(yīng)充分重視平時的學(xué)習(xí)情況，鼓勵在平時作業(yè)、實驗、課程設(shè)計中獨立思考，并有所創(chuàng)新。每次作業(yè)、實驗都要給出等級，各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況都有逐一評定成績，并按比例記入到課程的總成績中。總之，計算機圖形學(xué)是一門不斷發(fā)展的交叉學(xué)科，其教學(xué)方法需要在實踐中不斷探索。我們教學(xué)工作者在研究高效率的教學(xué)手段和教學(xué)方法的同時，還應(yīng)積極參與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的科研工作，從而更加明確教學(xué)重點和難點，做到在教學(xué)過程中有的放矢，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考的積極性和主動性。

參考文獻：

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[J].安康師專學(xué)報，2004，（4）：119-121.

篇6

關(guān)鍵詞：圖形實時繪制 自然景物仿真

計算機圖形學(xué)(ComputerGraphics，簡稱CG)是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計算機顯示器的柵格形式的科學(xué)。簡單地說，計算機圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容就是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。圖形通常由點、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。從處理技術(shù)上來看，圖形主要分為兩類，一類是基于線條信息表示的，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等，另一類是明暗圖，也就是通常所說的真實感圖形。經(jīng)過30多年的發(fā)展，計算機圖形學(xué)已成為計算機科學(xué)中最為活躍的分支之一，并得到廣泛的應(yīng)用。本文將介紹計算機圖形學(xué)的研究內(nèi)容、發(fā)展歷史，應(yīng)用和圖形學(xué)前沿的方向。

1 計算機圖形學(xué)的發(fā)展簡史

1950年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學(xué)院(MIT)旋風(fēng)號—(Whirlwind)計算機的附件誕生了。該顯示器用一個類似示波的陰極射線管(CRT)來顯示一些簡單的圖形。在整個50年代，只有子管計算機，用機器語言編程，主要應(yīng)用于科學(xué)計算，為這些計算機置的圖形設(shè)備僅具有輸出功能。計算機圖形學(xué)處于準(zhǔn)備和醞釀時期并稱之為：“被動式”圖形學(xué)。1963年，伊凡•蘇澤蘭在麻省理工學(xué)院發(fā)表了名為《畫板》的博士論文，它標(biāo)志著計算機圖形學(xué)的正式誕生。此前的計算機主要是符號處理系統(tǒng)，自從有了計算機圖形學(xué)，計算機可以部分地表現(xiàn)人的右腦功能了，計算機圖形學(xué)的建立意義重大。

2 計算機圖形學(xué)的應(yīng)用

2.1計算機輔助設(shè)計與制造

CAN/CAN是計算機圖形學(xué)在工業(yè)界最廣泛，最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域。計算機圖形學(xué)被用來進行土建工程，機械結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的設(shè)計，包括設(shè)計飛機、汽車、船舶的外形和發(fā)電廠、化工廠等的布局以及電子線路、電子器件等。有時，著眼于產(chǎn)生工程和產(chǎn)品相應(yīng)結(jié)構(gòu)的精確圖形，然而更常用的是對所設(shè)計的系統(tǒng)，產(chǎn)品和工程的相關(guān)圖形進行人—機交互設(shè)計和修改，經(jīng)過反復(fù)的選代設(shè)計，便可利用結(jié)果數(shù)據(jù)輸出零件表、材料單、加工流程和工藝卡，或者數(shù)據(jù)加工代碼的指令。在電子工業(yè)中，計算機圖形學(xué)應(yīng)用到集成電路、印刷電路板，電子線路和網(wǎng)絡(luò)分析等方面的優(yōu)勢十分明顯。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進行異地異構(gòu)系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計，已成為CAD領(lǐng)域最熱門的課題之一?，F(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計已不再是一個設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)孤立的技術(shù)問題，而是綜合了產(chǎn)品各個相關(guān)領(lǐng)域，相關(guān)過程，相關(guān)技術(shù)資源和相關(guān)組織形式的系統(tǒng)化工程。

CAD領(lǐng)域另一個非常重要的研究領(lǐng)域是基于工程圖紙的三維形體重建。三維形體重建是從二維信息中提取三維信息，通過對這些信息進行分類，綜合等一系列處理，在三維空間中重新構(gòu)造出二維信息所對應(yīng)的三維形體，恢復(fù)形體的點、線、面及其拓?fù)潢P(guān)素，從而實現(xiàn)形體的重建。

2.2科學(xué)計算可視化

目前科學(xué)計算可視化廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，流體力學(xué)，有限元分析，氣象分析當(dāng)中。尤其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可視化有著廣闊的發(fā)展前途。依靠精密機械做腦部手術(shù)是目前醫(yī)學(xué)上很熱門的課題，而這些技術(shù)的實現(xiàn)的基礎(chǔ)則是可視化。當(dāng)我們做腦部手術(shù)時，可視化技術(shù)技術(shù)將醫(yī)用CT掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖象，使得醫(yī)生能夠看到并準(zhǔn)確的判別病人的體內(nèi)患處，然后通過碰撞檢測一類的技術(shù)實現(xiàn)手術(shù)效果的反饋，幫助醫(yī)生成功完成手術(shù)。我們利用了可視化技術(shù)。天氣氣象站將大量數(shù)據(jù)，通過可視化技術(shù)轉(zhuǎn)化成形象逼真的圖形后，經(jīng)過仔細(xì)的分析就可以清晰的預(yù)見幾天后的天氣情況。

2.3圖形實時繪制與自然景物仿真

重現(xiàn)真實世界的場景叫做真實感繪制。真實感繪制主要是模擬真實物體的物理屬性，簡單的說就是物體的形狀，光學(xué)性質(zhì)，表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對位置，遮擋關(guān)系等等。在自然景物仿真這項技術(shù)中我們需要過行消除隱藏線及面、明暗效應(yīng)、顏色模型、紋理、光線跟蹤，輻射度等工作。這其中光照和表面屬性是最難摸擬的。而且還必須處理物體表面的明暗效應(yīng)，以便用不同的色彩灰度來增加圖形的真實感。自然景物仿真在幾何圖形、廣告影視、指揮控制，科學(xué)計算等方面應(yīng)用范圍很廣。除了建造計算機可實現(xiàn)的逼真物理模型外，真實感繪制還有一個研究重點是研究加速算法，力求能在最短的時間內(nèi)繪制出最真實的場景。

2.4計算機動畫

隨著計算機圖形和計算機硬件的不斷發(fā)展，計算機動畫應(yīng)運而生。事實上動畫也只是生成一幅幅靜態(tài)的圖象，但是每一幅都是對前一幅小部分修改，如何修改便是計算機動畫的研究內(nèi)容，這樣，當(dāng)這些連續(xù)播放時，整個場景就動起來。

早期的計算機動畫靈感來源于傳統(tǒng)的卡通片，在生成幾幅被稱作“關(guān)健幀”，連續(xù)播放時2個關(guān)健幀就被有機的結(jié)合起來了。計算機動畫內(nèi)容豐富多彩，生成動畫的方法也多種多樣，比如基于特征的圖象變形，二維形狀混合，軸變形方法，三維自由形體變形等。近年來人們普遍將注意力轉(zhuǎn)向基于物理模型的計算機動畫生成方法。這是一種嶄新的方法，該方法大量運用彈性力學(xué)和流體力學(xué)的方程進行計算，力求使動畫過程體現(xiàn)出最適合真實世界的運動規(guī)律。然而要真正到達真實運動是很難的，比如人的行走或跑步，要實現(xiàn)很自然的人走路的畫面，計算機方程非常復(fù)雜和計算量極大，基于物理模型的計算機動畫還有許多內(nèi)容需要進一步研究。

2.5計算機藝術(shù)

用計算機從事藝術(shù)創(chuàng)作，計算機圖形學(xué)除了廣泛用于藝術(shù)品的制造，如各種圖案、花紋及傳統(tǒng)的油畫、中國國畫等。還成功的用來制造廣告、動畫片甚至電影，其中有的影片還獲得了奧斯卡獎。這是電影界最高的殊榮。目前國內(nèi)外不少人士正在研制人體模擬系統(tǒng)，這使得在不久的將來把歷史上早已去世的著名影視明星重新搬上新的影視片成為可能。這是一個傳統(tǒng)的藝術(shù)家無法實現(xiàn)也不可想象的。

篇7

摘要：“計算機圖形學(xué)”是計算機專業(yè)的一門非常重要的基礎(chǔ)課程，但在教學(xué)中存在很多問題，本文總結(jié)了兩種結(jié)合方式的教學(xué)方法，分析和探討了其在教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計算機圖形學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)與實驗

中圖分類號：G642

文獻標(biāo)識碼：A

1引言

“計算機圖形學(xué)”在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，其課程涉及圖形硬件設(shè)備、圖形系統(tǒng)、交互技術(shù)、基本圖形生成算法、幾何變換、真實感圖形生成等內(nèi)容。在筆者的教學(xué)實踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中普遍存在以下兩個問題。

1.1理論知識掌握方面

由于“計算機圖形學(xué)”具有較強理論性，部分算法比較抽象不易理解。所以學(xué)生在學(xué)習(xí)的時候很難將抽象算法與具體的三維圖像結(jié)合起來，經(jīng)常表現(xiàn)出畏難情緒。

1.2實踐能力培養(yǎng)方面

由于“計算機圖形學(xué)”課程的教學(xué)主要精力放在了圖形的基本概念和算法原理的講解上，上機實踐環(huán)節(jié)滯后；另外，現(xiàn)在大部分的教材中仍然是以Turbo C作為上機實習(xí)的平臺，但是由于Turbo C再實際應(yīng)用中早已不作為開發(fā)工具使用，學(xué)生并不能夠在實驗中獲得未來就業(yè)環(huán)境下真是需要掌握的編程知識，需要二次學(xué)習(xí)才能適應(yīng)社會的需求。

針對以上問題，給出以下解決方案。

2理論講解與具體開發(fā)工具的使用相結(jié)合

圖形通常由點、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。如何在計算機中表示圖形以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，構(gòu)成了計算機圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容。目前，大部分《計算機圖形學(xué)》教材都是以計算機圖形學(xué)的基本概念、基本理論、基本原理及經(jīng)典算法作為主要內(nèi)容，以豐富學(xué)生的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生的獨立研究能力。然而，在微型計算機日益普及的今天，隨著計算機科學(xué)及技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多功能完善的圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)和圖形軟件，如何利用他們培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高實際應(yīng)用的能力，則是當(dāng)今教學(xué)的重點。

為了能夠更加廣泛地接觸和學(xué)習(xí)圖形軟件，筆者在以Turbo C語言作為開發(fā)工具來介紹基本圖元的經(jīng)典畫法的同時，將OpenGL引入到計算機圖形學(xué)的學(xué)習(xí)中。

OpenGL是近10年來發(fā)展起來的一個性能卓越的、通用共享的三維圖形標(biāo)準(zhǔn)，已得到廣泛應(yīng)用。OpenGL提供十分清晰明了的圖形函數(shù)，所以圖形繪制可以通過它的各種函數(shù)來實現(xiàn)。OpenGL具有標(biāo)準(zhǔn)型、穩(wěn)定性、可擴展性、可縮放性、易用性、可靠性和可移植性等特點。與其他圖形程序包相比，OpenGL應(yīng)用程序代碼行數(shù)少，又封裝了有關(guān)基本硬件的信息，因此在很多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。

在教學(xué)過程中，為了讓學(xué)生對“計算機圖形學(xué)”中所講解的知識能夠更好的理解和掌握，可以從三個步驟來進行講解：

2.1理論講解――基本概念、原理及算法

理論講解過程中，我們可以把OpenGL與之結(jié)合起來。例如：我們在講解直線的掃描算法時，首先介紹經(jīng)典的中點繪制直線算法和Bressman算法，通過這兩個算法的原理的介紹可以使學(xué)生了解到在計算機中怎樣以像素作為處理單位來實現(xiàn)直線的繪制。然后，我們可以介紹一下OpenGL中對直線進行繪制的方法，從而體會兩種開發(fā)工具的相同和不同之處：

(1) Turbo C：Bressman算法實現(xiàn)直線的繪制

voidBresenham_Line (int x1, int y1, int x2, int y2,int color)

{

intx, y, dx, dy, dk, i；

dx = x2 C x1；dy = y2Cy1；dk = dy C dx；

x = x1；y = y1；

for (i = 0; i

{ putpixel (x, y, color);

x=x + 1;

if(dk

dk=dk+2*dy;

else

{y = y + 1； dk = dk +2*dyC 2 * dx； }

}

}

(2)OpenGL實現(xiàn)

glBegin ( GL_LINES );

glColor3f(1.0,1.0,0.0);

glVertex2f(-11.0,8.0);

glVertex2f(-7.0,7.0);

glEnd();

在Turbo C中需要具體的算法和參數(shù)實現(xiàn)對像素逐個處理從而形成一條直線；在OpenGL中我們只需要給出直線的坐標(biāo)、屬性的數(shù)據(jù)就可以得到一條直線了。這樣學(xué)生就可以了解到直線的繪制原理，以及在實際開發(fā)中具體實現(xiàn)發(fā)法，有效地把理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，達到了較好的教學(xué)效果。

2.2多媒體演示――各種圖元、概念、算法的實現(xiàn)和變化過程

由于“計算機圖形學(xué)”這門課程中的很多理論知識比較抽象不容易理解，特別是需要學(xué)生具有較好的三維空間的立體感，才能更好的理解所學(xué)的知識，例如對坐標(biāo)變換、投影變換等部分的概念的理解，對很多學(xué)生來講都很難理解，為了達到更好的教學(xué)效果，可以將OpenGL引入到課程學(xué)習(xí)中，通過OpenGL的對應(yīng)函數(shù)的多媒體演示，幫助學(xué)生更好地掌握這部分知識。在介紹了基本的變換中的平移變換、縮放變換和旋轉(zhuǎn)變換的概念時，在計算機圖形學(xué)中我們一般是通過二維的圖形來幫助學(xué)生理解，如圖1～3。

OpenGL多媒體演示見圖4。

在OpenGL中分別使用glTranslatef()來表示平移變換，三個參數(shù)分別表示在三個坐標(biāo)平移的距離；glRotatef()用來表示旋轉(zhuǎn)變換，一個參數(shù)表示旋轉(zhuǎn)地角度，另外一個參數(shù)表示旋轉(zhuǎn)軸的坐標(biāo)；glScalef()表示縮放變換，三個參數(shù)表示在三個坐標(biāo)軸方向的縮放比例。這里，通過多媒體可是課件，通過鼠標(biāo)來控制參數(shù)的值，根據(jù)參數(shù)值的變化，顯示效果也會隨之變化。通過這種三維的動態(tài)多媒體課件的演示，可以使學(xué)生更好的理解三種變換，同時對OpenGL中對應(yīng)的函數(shù)及其參數(shù)的具體含義有了更好的掌握。

2.3具體應(yīng)用――原理算法的具體應(yīng)用

在完成前兩個步驟的基礎(chǔ)上，可以通過一些小的應(yīng)用程序或游戲程序的演示，將其中對應(yīng)的圖形繪制方法的應(yīng)用提煉分析出來，這樣可以使學(xué)生對所學(xué)知識的具體應(yīng)用有較直觀的認(rèn)識，為其將來的進一步學(xué)習(xí)和實踐打下基礎(chǔ)。

3教學(xué)與實驗相結(jié)合

“計算機圖形學(xué)”是一門實踐性很強的課程，但在目前，普遍存在的現(xiàn)象是“計算機圖形學(xué)”課程的理論教學(xué)內(nèi)容存在著一定孤立性，與上機實踐聯(lián)系并不緊密；因此，有必要加強學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。為了確保計算機圖形學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)該選用目前市場上比較流行的圖形開發(fā)環(huán)境作為學(xué)生的實踐環(huán)境，同時也要注重課堂知識的消化，因此理論知識的對應(yīng)實驗也不能輕視。筆者認(rèn)為應(yīng)將兩者有效地結(jié)合起來才能達到更好的效果。

為了能夠幫助學(xué)生更好地理解理論知識，更好地提高動手能力，實驗部分可以分三部分進行：

(1) 基礎(chǔ)實驗：主要完成各種理論講解過程中學(xué)習(xí)的代碼實現(xiàn)，編程環(huán)境為Turbo C。

(2) 提高實驗：以Visual C++ 和OpenGL作為開發(fā)環(huán)境，進行實踐動手能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

(3) 體驗實驗：以3D Max作為開發(fā)環(huán)境，進行圖形圖像軟件開發(fā)的體驗實驗。

基礎(chǔ)實驗可以幫助學(xué)生更好地理解基本的理論和各種基本圖元的經(jīng)典算法。

提高實驗可以提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，能夠使學(xué)生更多地接觸實際開發(fā)中所使用的工具和開發(fā)環(huán)境，為將來的工作打好基礎(chǔ)。

體驗實驗中的3DMax是圖形開發(fā)的具體產(chǎn)品，通過對其的使用和接觸，可以讓學(xué)生感知到計算機圖形學(xué)的應(yīng)用情況。

通過基礎(chǔ)實驗、提高實驗和體驗實驗的結(jié)合練習(xí)，不但可以提高學(xué)生的編程能力，而且加深了學(xué)生對所學(xué)知識的了解和認(rèn)識，使學(xué)生對“計算機圖形學(xué)”的實際應(yīng)用有了感性的認(rèn)識。

4結(jié)語

“計算機圖形學(xué)”是計算機學(xué)科的主要基礎(chǔ)課程之一，但由于各種原因，學(xué)生學(xué)起來有一定的難度，這給授課的教師帶來相當(dāng)大的挑戰(zhàn)?！坝嬎銠C圖形學(xué)”的教學(xué)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它會涉及到諸多方面的問題，以上所述僅僅是筆者授課過程中得粗略總結(jié)，有不妥或不足之處，敬請大家批評指正。

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Teaching method discussion of Computer Graphics

XUE Chun-yan

( XiamenUniversity Tan Kah Kee college)

篇8

關(guān)鍵詞：計算機圖形學(xué)；教學(xué)改革；建構(gòu)主義；開放式

0、引言

計算機圖形學(xué)課程是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門比較重要的課程。計算機圖形學(xué)研究的是如何利用計算機生成、處理和顯示圖形的原理、方法與技術(shù)n]。它是一門復(fù)雜的綜合性新興學(xué)科，廣泛應(yīng)用在工業(yè)、科技、教育、管理、商業(yè)、藝術(shù)、娛樂等多種領(lǐng)域。這門課程理論性較強，內(nèi)容抽象、難懂，要求學(xué)生有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)并且具有一定的編程能力，部分學(xué)生感覺學(xué)習(xí)起來吃力，學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果不夠理想。文獻提出了建構(gòu)教學(xué)模式在圖形學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用；文獻[3]也針對已有的圖形學(xué)教學(xué)模式提出了改進。筆者對計算機圖形學(xué)課程教學(xué)中存在的問題進行了分析探討，并對計算機圖形學(xué)的教學(xué)內(nèi)容及方法提出了改進，在計算機圖形學(xué)教學(xué)與實驗中，取得了良好的效果。

1、圖形學(xué)教學(xué)及實驗的現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 內(nèi)容枯燥難懂

目前，計算機圖形學(xué)課程講述的重點是圖形學(xué)技術(shù)，強調(diào)計算機圖形學(xué)基本算法的生成和實現(xiàn)，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較多，還要有一定的三維空間想象能力。這種強調(diào)圖形算法基礎(chǔ)的教學(xué)比較適合數(shù)學(xué)基礎(chǔ)優(yōu)秀的學(xué)生，對大多數(shù)本科學(xué)生來說，這種理論性太強的課程，理解起來較難，學(xué)習(xí)起來不易，直接影響了學(xué)生的積極性，影響了教學(xué)效果。

1.2 編程語言環(huán)境古板陳舊

在很多高校，計算機圖形學(xué)的實驗都是基于Turbo C環(huán)境下的編程練習(xí)。雖然Turbo C提供了非常優(yōu)秀的C語言編程環(huán)境，但是由于編程界面不夠友好，使用不方便，多數(shù)學(xué)生對它不感興趣。

1.3 實驗內(nèi)容單一

該課程的實驗內(nèi)容包括最基本的實驗環(huán)境的熟悉及像素點的生成，基本圖形元素（直線、圓和橢圓）生成算法的實現(xiàn)，二維圖形的填充和裁剪算法和圖形幾何變換（二維、三維變換）的實現(xiàn)等?；镜膶嶒炛饕菫榱蓑炞C理論教學(xué)中學(xué)到的算法，比如直線生成算法實驗，就是編程實現(xiàn)一條直線的生成，沒有實際的應(yīng)用價值，學(xué)生感覺所編程序與現(xiàn)實中成熟的各類畫圖軟件差距較大，進而失去學(xué)習(xí)興趣。

2、教學(xué)改革實踐

2.1 選擇內(nèi)容稍簡單的教材

當(dāng)前圖形學(xué)的課本非常多，經(jīng)典教材中多采用c語言偽代碼，且講解的知識較多、難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)比較吃力?？紤]到本校碩士專業(yè)也開設(shè)了計算機圖形學(xué)這門課，主要講解三維的知識，所以我們將本科教學(xué)中的重點定位為二維知識的掌握，三維的知識作為簡單介紹和了解，這樣降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，為以后學(xué)習(xí)三維打好基礎(chǔ)。因此，在選擇教材時，主要考慮以二維知識為主的、包含有程序代碼的、利于學(xué)生實驗的教材。

2.2 將AutoGAD等成熟軟件引入圖形學(xué)課堂

圖形學(xué)的基本內(nèi)容以二維為基礎(chǔ)，AutoCAD是最為成熟的二維圖形軟件之一，它的功能非常強大，幾乎囊括了圖形學(xué)中的所有知識。因此，在教學(xué)過程中以AutoCAD為例給學(xué)生講解，使本來抽象難瞳的知識變得可見，例如，在講到矢量字符時，AutoCAD可以允許用戶以形定義的方式自己創(chuàng)建矢量字符。學(xué)生在使用AutoCAD創(chuàng)建字符的同時，加深了對概念的理解。AutoCAD的交互能力是非常強大的，教師在講解圖形交互技術(shù)一章時，重點介紹AutoCAD中的對象捕捉功能、網(wǎng)格功能、約束技術(shù)等，使學(xué)生對圖形交互有更直觀的印象。在講解曲線一章時，教師可以用Photoshop中的路徑生成工具來講解Hermit曲線，講三維建模時引入3DMAX。這些成熟的軟件給學(xué)生搭建一個對所學(xué)知識進行實踐的平臺，讓學(xué)生更好地理解課本的內(nèi)容，使難懂晦澀的內(nèi)容變得生動形象起來，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.3 將最新的研究成果帶入課堂

圖形學(xué)是當(dāng)前研究的熱點問題，它應(yīng)用廣泛，每一個應(yīng)用方面都有最新的研究成果。在講解課本知識之外，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們搜集了一些介紹圖形學(xué)知識的紀(jì)錄片。比如在講到分形時，播放分形在影視特效中的應(yīng)用；在講到真實感圖形時，播放工業(yè)光魔在這方面的研究歷史，從最初起步到現(xiàn)在技術(shù)日益成熟。這些紀(jì)錄片豐富了學(xué)生的知識，開闊了學(xué)生的視野，加深了學(xué)生對課本知識的理解。

3、實驗改革實踐

3.1 選擇可視化編程語言環(huán)境

針對Turbo C編程環(huán)境的死板和界面不夠友好的情況，我們在選擇教材時，選擇的是用VC編程的教材。學(xué)生可按照教材完成實驗。因為VC開發(fā)環(huán)境是可視化的，編寫的程序執(zhí)行結(jié)果明顯，學(xué)生很有成就感，對完成實驗更有自信。學(xué)生也可以通過實驗，來學(xué)習(xí)實用的編程語言，促進了對新知識的學(xué)習(xí)。

3.2 明確實驗?zāi)繕?biāo)，整合實驗效果

教師在新課剛剛開始講解時就以Windows自帶的畫圖軟件為目標(biāo)，鼓勵學(xué)生在實驗的時候以其為模板。在講解實驗的時候，老師一開始就引入了添加菜單、工具欄、鼠標(biāo)畫圖、橡皮筋技術(shù)以及調(diào)色板，這樣在實驗中學(xué)生就可以自己編出用鼠標(biāo)畫出直線、設(shè)置顏色的程序，因為非常貼近現(xiàn)有的成熟軟件，所以學(xué)生很有成就感。

整個學(xué)期的實驗內(nèi)容的設(shè)計圍繞畫圖軟件，使其與課程進展相結(jié)合，由簡入繁。

有了畫圖軟件這個目標(biāo)，學(xué)生在實驗中會主動地考慮一些功能的實現(xiàn)，比如用鼠標(biāo)實現(xiàn)鉛筆畫功能，是學(xué)生自己考慮出來的。學(xué)生通過自己去想、去嘗試、去實現(xiàn)，提高了學(xué)習(xí)的主動性、積極性，最后不僅完成了課本上要求的任務(wù)，還自己增加了一些實驗內(nèi)容，提高了編程能力。學(xué)生將每次所學(xué)的課程內(nèi)容都添加在一個程序中，最后自然就完成了教材中所要求的綜合性實驗內(nèi)容，而且所實現(xiàn)的功能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于教材中的要求。

3.3 教學(xué)與實驗結(jié)合，變被動復(fù)習(xí)為主動復(fù)習(xí)

在教學(xué)中，我們引入建構(gòu)主義教育思想，將期末設(shè)計改為圖形學(xué)教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計。建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)者的知識是在一定情境下，借助他人的幫助，人與人之間的協(xié)作、交流，利用必要的信息等，通過意義的建構(gòu)而獲得的。以往的復(fù)習(xí)，就是學(xué)生個人死記硬背概念，學(xué)生不愿意背，也不容易記住。期末設(shè)計以小組團隊為單位，在設(shè)計過程中，借助開放式實驗思想，不限制實驗地點，不限制實驗時間，不限制實驗小組，由學(xué)生自己決定團隊，團隊內(nèi)部自主分配任務(wù)，通過網(wǎng)上指導(dǎo)，隨時有問題隨時解決，這是對學(xué)生將以往所學(xué)的網(wǎng)絡(luò)知識與計算機圖形學(xué)知識的一次整合，使學(xué)生充分體會到每門課都是息息相關(guān)的。學(xué)生們需要將所學(xué)的知識在網(wǎng)上重現(xiàn)，在重現(xiàn)的過程中，就是對所學(xué)知識的一次鞏固、一次主動的復(fù)習(xí)。教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計包括各種圖形學(xué)的基礎(chǔ)知識、算法代碼、當(dāng)前圖形學(xué)的研究熱點、著名圖形學(xué)網(wǎng)站的鏈接等。學(xué)生們根據(jù)自己在學(xué)習(xí)圖形學(xué)中遇到的問題，借鑒現(xiàn)在網(wǎng)上已有的教學(xué)網(wǎng)站，設(shè)計出自己風(fēng)格的網(wǎng)站，將枯燥的死記硬背改為有效的主動復(fù)習(xí)。圖1是某小組實現(xiàn)的關(guān)于“當(dāng)前研究的熱點問題”這個方面的網(wǎng)頁，他們搜集、查閱了大量資料，豐富了其圖形學(xué)知識，在搜集過程中更提高了對圖形學(xué)的興趣。

圖2中某小組搜集了各類圖形學(xué)題目，在此給出了答案。在出題過程中，不會題的同學(xué)之間相互討論，問老師，更好地掌握了所學(xué)知識，加深了對所學(xué)知識的理解。

通過期末設(shè)計，老師不僅可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)思維的方式，而且從中也能發(fā)現(xiàn)自己的不足，從而為以后的教學(xué)改進提供依據(jù)，在以后的教學(xué)中也應(yīng)多從學(xué)生的角度來考慮教授內(nèi)容，應(yīng)將演示軟件、網(wǎng)站等引入教學(xué)中，實現(xiàn)多方面、多維的立體化教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并通過各種途徑與學(xué)生交流和討論。

篇9

關(guān)鍵詞：計算機；圖形處理；圖像處理；技術(shù)

中圖分類號：TP391.41 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 17-0000-02

隨著計算機的迅猛發(fā)展，在20世紀(jì)末期，產(chǎn)生了運用計算機處理圖形圖像的新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)，這種技術(shù)主要是通過計算機進行設(shè)計、儲存和修改圖片，其中，圖形圖像的設(shè)計與修改是通過CAD、CAM等的軟件來實現(xiàn)的。

1 計算機圖形學(xué)的基本含義和主要內(nèi)容

在1962年，首次提出了計算機圖形這個術(shù)語ComputerGraphics。計算機圖形學(xué)是通過計算機處理圖像、設(shè)計圖片、顯示生成的一門學(xué)科。計算機圖形制作的內(nèi)容十分廣泛，它囊括圖形硬件和事物造型等多方面的內(nèi)容。通過計算機運用軟件的功能輔助完成真實感的圖形。為此，利用幾何的方式建立圖形描述的場景，運用光照模型來綜合表現(xiàn)出材質(zhì)在相關(guān)光源下的效果。因此，計算機的圖形學(xué)和計算機輔助幾何制作有著密切的關(guān)系。同時，真實感的圖形所顯示的是一個數(shù)字性結(jié)果，計算機的圖形和圖像的修改間有一定的聯(lián)系關(guān)系。比如：做一張獨角獸的圖形，我們就需要先運用3D MAX來做一個獨角獸的整體模型，然后，在進行展UV貼圖，再渲染，這樣就能得到一張極富真實感的圖片。如下圖所示：

2 計算機圖形圖像處理技術(shù)的基本含義

計算機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，運用計算機軟件完成相關(guān)操作的步驟，由圖形編制的二維技術(shù)和三維技術(shù)來實現(xiàn)。這其中涉及到的內(nèi)容有以下幾個方面：第一、圖形到數(shù)字化的轉(zhuǎn)換，相關(guān)的圖像的復(fù)原等；第二、幾何的移植，例如平移、旋轉(zhuǎn)等；第三、建立實物模型；第四、線條的色彩調(diào)度；第五、曲線以及曲面的運用；第六、色彩間的變換。在這需要說明的是圖形、圖像的有關(guān)創(chuàng)作是基于這兩大組成要素為基點，運用一系列創(chuàng)作方法與步驟在計算機上操作實現(xiàn)的。

3 計算機圖形、圖像兩者間的區(qū)別和聯(lián)系

3.1 圖形與圖像間的區(qū)別

計算機圖形學(xué)和圖像處理兩者最大的區(qū)別就是計算機軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一樣。圖形是由點、線、面等這些基本元素構(gòu)成的，因此，如果圖形簡單，那么所需的數(shù)據(jù)也就簡單，數(shù)據(jù)量也就少，相對的，圖形復(fù)雜，數(shù)據(jù)量也會相應(yīng)的增多；而圖像處理是針對一幅畫進行的一個二維數(shù)據(jù)組表示的，每一個像素都是該數(shù)據(jù)組的一個元素，因此，它的數(shù)據(jù)量很大。

3.2 圖形與圖像間的聯(lián)系

圖形處理和圖像處理兩者間具有一定的共性和依賴性，在實際運用中，如果圖形與圖像處理技術(shù)結(jié)合使用可以使圖片的視覺效果和質(zhì)量更加完美和清晰。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，二者間的界限也日趨模糊，他們間的關(guān)聯(lián)和轉(zhuǎn)換入下圖所示：

計算機圖形學(xué)的逆過程是分析、識別、輸入圖像，從中提取二維或者是三維的數(shù)據(jù)模型。如：手寫識別、機器視覺等。

4 計算機圖形圖像處理技術(shù)的相關(guān)運用

計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)在不斷的發(fā)展，他們的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴大。目前，計算機圖形圖像處理技術(shù)已經(jīng)運用到以下方面：

4.1 計算機的輔助設(shè)計和制造（CAD/CAM）

在工業(yè)領(lǐng)域中，CAD和CAM是計算機圖形操作的運用最廣泛的軟件。計算機的圖形操作被廣泛運用到建筑設(shè)計和室內(nèi)設(shè)計等領(lǐng)域，并且，飛機與汽車等交通工具的外形設(shè)計也運用了這些技術(shù)。此外，在印刷電板路和網(wǎng)絡(luò)分析等方面也采用了這項技術(shù)，給領(lǐng)域提供了很大的便利。CAD是一種運用在國內(nèi)工程建筑圖紙設(shè)計中的三維軟件。這樣的三維模型是建立在二維的基礎(chǔ)上，從中提煉出三維的相關(guān)信息，針對這些信息重新編排和分類，這就形成了一個與二維相對應(yīng)的三維模式，并從點擴充到線，再完成模型的整體。

4.2 計算機圖形化的用戶接口

在一定的程度上，一個良好的圖形化的用戶界面能夠增強軟件的實用構(gòu)造，美國的Apple公司推出了相應(yīng)的圖形操作軟件，特別是windows，已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)廣泛運用，這就象征著，計算機的圖形學(xué)已經(jīng)邁入了計算機的各大主流之中。

4.3 國家的地形、地貌圖與自然資源圖

對于一個國家來說，經(jīng)濟重要構(gòu)成元素就是國土的掌控信息。通過現(xiàn)實的相關(guān)信息能夠得到地形平面圖與三維圖形地貌，為國土的整體預(yù)測提供有效的方法與數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)國土資源的合理規(guī)范與管理，保障了信息的科學(xué)性，并給軍事方面帶來了巨大的便利。

4.4 計算機動畫設(shè)計和藝術(shù)設(shè)計

在動畫設(shè)計和藝術(shù)設(shè)計所能用到計算機軟件很多，比如：3D MAX、MAYA、FLASH、PS、PR等等。這些軟件在現(xiàn)代社會中的其他領(lǐng)域中都得到廣泛的運用，并發(fā)揮著積極的作用。

5 結(jié)束語

在現(xiàn)今社會，計算機技術(shù)快速發(fā)展，計算機的圖形、圖像技術(shù)在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中得到最大程度的運用，它的創(chuàng)作是人們最大層次的發(fā)揮了主觀能動性，并且，產(chǎn)生很多形式多樣且富有新意的視覺景象，為人們的生產(chǎn)生活活動帶來了便利，改變了人們的生活環(huán)境與生活設(shè)施。圖形圖像技術(shù)的運用與相關(guān)的技術(shù)處理不僅能夠創(chuàng)作出豐富多彩的生活，還能構(gòu)造美好的生活藍圖。

參考文獻：

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[2]田蓉.關(guān)于計算機圖形圖像處理課程教學(xué)方法的點滴思考[J].成才之路，2011，（32）：77-77.

篇10

關(guān)鍵詞：圖形學(xué)；發(fā)展；應(yīng)用

一、計算機圖形學(xué)的發(fā)展

計算機圖形學(xué)是利用計算機研究圖形的表示、生成、處理，顯示的科學(xué)。經(jīng)過30多年的發(fā)展，計算機圖形學(xué)已成為計算機科學(xué)中最為活躍的分支之一，并得到廣泛的應(yīng)用。1950年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學(xué)院（MIT）旋風(fēng)一號——（Whirlwind）計算機的附件誕生．該顯示器用一個類似示波器的陰極射線管（CRT）來顯示一些簡單的圖形。在整個50年代，只有電子管計算機，用機器語言編程，主要應(yīng)用于科學(xué)計算，為這些計算機配置的圖形設(shè)備僅具有輸出功能。計算機圖形學(xué)處于準(zhǔn)備和醞釀時期，并稱之為：“被動式”圖形學(xué)。

二、計算機圖形學(xué)在曲面造型技術(shù)中的應(yīng)用

曲面造型技術(shù)是計算機圖形學(xué)和計算機輔助幾何設(shè)計的一項重要內(nèi)容，主要研究在計算機圖象系統(tǒng)的環(huán)境下對曲面的表示、設(shè)計、顯示和分析。它肇源機、船舶的外形放樣工藝，經(jīng)三十多年發(fā)展，現(xiàn)在它已經(jīng)形成了以Bezier和B樣條方法為代表的參數(shù)化特征設(shè)計和隱式代數(shù)曲面表示這兩類方法為主體，以插值（Intmpolation）、擬合（Fitting）、逼近（Ap-proximation）這三種手段為骨架的幾何理論體系。隨著計算機圖形顯示對于真實性、實時性和交互性要求的日益增強，隨著幾何設(shè)計對象向著多樣性、特殊性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜性靠攏的趨勢的日益明顯，隨著圖形工業(yè)和制造工業(yè)邁向一體化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化步伐的日益加快，隨著激光測距掃描等三維數(shù)據(jù)采樣技術(shù)和硬件設(shè)備的日益完善，曲面造型在近幾年來得到了長足的發(fā)展。

2．1從研究領(lǐng)域來看，曲面造型技術(shù)已從傳統(tǒng)的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，擴充到曲面變形、曲面重建、曲面簡化、曲面轉(zhuǎn)換和曲面位差。

曲面變形（DeformationorShapeBlending）：傳統(tǒng)的非均勻有理B樣條（NURBS）曲面模型，僅允許調(diào)整控制頂點或權(quán)因子來局部改變曲面形狀，至多利用層次細(xì)化模型在曲面特定點進行直接操作；一些簡單的基于參數(shù)曲線的曲面設(shè)計方法，如掃掠法（Sweeping），蒙皮法（skinning），旋轉(zhuǎn)法和拉伸法，也僅允許調(diào)整生成曲線來改變曲面形狀。計算機動畫業(yè)和實體造型業(yè)迫切需要發(fā)展與曲面表示方式無關(guān)的變形方法或形狀調(diào)配方法，于是產(chǎn)生了自由變形（fFD）法，基于彈性變形或熱彈性力學(xué)等物理模型（原理）的變形法，基于求解約束的變形法，基于幾何約束的變形法等曲面變形技術(shù)和基于多面體對應(yīng)關(guān)系或基于圖象形態(tài)學(xué)中Minkowski和操作的曲面形狀調(diào)配技術(shù)。

2．2從表示方法來看，以網(wǎng)格細(xì)分（Sub-division）為特征的離散造型與傳統(tǒng)的連續(xù)造型相比，大有后來居上的創(chuàng)新之勢。而且，這種曲面造型方法在生動逼真的特征動畫和雕塑曲面的設(shè)計加工中如魚得水，得到了高度的運用。

三、在計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）的應(yīng)用

這是一個最廣泛，最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域。計算機輔助設(shè)計（ComputerAidedDesign，CAD）是利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力，輔助知識勞動者進行工程和產(chǎn)品的設(shè)計與分析，以達到理想的目的或取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。它是綜合了計算機科學(xué)與工程設(shè)計方法的最新發(fā)展而形成的一門新興學(xué)科。計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展是與計算機軟件、硬件技術(shù)的發(fā)展和完善，與工程設(shè)計方法的革新緊密相關(guān)的。采用計算機輔助設(shè)計已是現(xiàn)代工程設(shè)計的迫切需要。CAD技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個方面，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾個方面。

3.1制造業(yè)中的應(yīng)用。CAD技術(shù)已在制造業(yè)中廣泛應(yīng)用，其中以機床、汽車、飛機、船舶、航天器等制造業(yè)應(yīng)用最為廣泛、深入。眾所周知，一個產(chǎn)品的設(shè)計過程要經(jīng)過概念設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化、仿真模擬等幾個主要階段。同時，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)將并行工程的概念引入到整個設(shè)計過程中，在設(shè)計階段就對產(chǎn)品整個生命周期進行綜合考慮。當(dāng)前先進的CAD應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)將設(shè)計、繪圖、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一個系統(tǒng)內(nèi)。現(xiàn)在較常用的軟件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD應(yīng)用系統(tǒng)，這些系統(tǒng)主要運行在圖形工作站平臺上。在PC平臺上運行的CAD應(yīng)用軟件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各種因素，目前在二維CAD系統(tǒng)中Autodesk公司的AutoCAD占據(jù)了相當(dāng)?shù)氖袌觥?/p>

3．2工程設(shè)計中的應(yīng)用。CAD技術(shù)在工程領(lǐng)域巾的應(yīng)用有以下幾個方面：①建筑設(shè)計，包括方案設(shè)計、三維造型、建筑渲染圖設(shè)計等。②結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括有限元分析、結(jié)構(gòu)平面設(shè)計、框/排架結(jié)構(gòu)計算和分析等。③設(shè)備設(shè)計，包括水、電、暖各種設(shè)備及管道設(shè)計。④城市規(guī)劃、城市交通設(shè)計，如城市道路、高架、輕軌等。⑤市政管線設(shè)計，如自來水、污水排放、煤氣等。⑥交通工程設(shè)計，如公路、橋梁、鐵路等。⑦水利工程設(shè)計，如大壩、水渠等。⑧其他工程設(shè)計和管理，如房地產(chǎn)開發(fā)及物業(yè)管理、工程概預(yù)算等。

3．3電氣和電子電路方面的應(yīng)用。CAD技術(shù)最早曾用于電路原理圖和布線圖的設(shè)計工作。目前，CAD技術(shù)已擴展到印刷電路板的設(shè)計（布線及元器件布局），并在集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的設(shè)計制造中大顯身手，并由此大大推動了微電子技術(shù)和計算及技術(shù)的發(fā)展。

3．4仿真模擬和動畫制作。應(yīng)用CAD技術(shù)可以真實地模擬機械零件的加工處理過程、飛機起降、船舶進出港口、物體受力破壞分析、飛行訓(xùn)練環(huán)境、作戰(zhàn)方針系統(tǒng)、事故現(xiàn)場重現(xiàn)等現(xiàn)象。在文化娛樂界已大量利用計算機造型仿真出逼真的現(xiàn)實世界中沒有的原始動物、外星人以及各種場景等，并將動畫和實際背景以及演員的表演天衣無縫地合在一起，在電影制作技術(shù)上大放異彩，拍制出一個個激動人心的巨片。:

3．5其他應(yīng)用。CAD技術(shù)除了在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用外，在輕工、紡織、家電、服裝、制鞋、醫(yī)療和醫(yī)藥乃至體育方面都會用到CAD技術(shù)。CAD標(biāo)準(zhǔn)化體系進一步完善；系統(tǒng)智能化成為又一個技術(shù)熱點；集成化成為CAD技術(shù)發(fā)展的一大趨勢；科學(xué)計算可視化、虛擬設(shè)計、虛擬制造技術(shù)是CAD技術(shù)發(fā)展的新趨向。