“计算机图形学”的教学实践与改革探讨

摘要：本文从计算机图形学的内容出发，分析了该门课程的学科特点和当前的教学形式，指出了当前教学过程中所面临的问题，从而提出了一些新的教学思路和方法。文章还针对不同年级的特点，在教学内容的编排上做了实践探讨。

关键词：计算机图形学；教学改革；教学实践

中图分类号：G642标识码：A文章编号：1009-3044(2007)03-10874-02

1 引言

计算机图形学是近三十年来发展迅速、应用广泛的新兴学科。已经在图形用户接口、计算机动画、地形地貌和自然资源图、计算机辅助设计等领域产生了广泛的用途。到如今，计算机图形学已经作为一门重要的专业基础课，在全国大部分院校的计算机专业或相关专业中得到开设。然而根据笔者自己的教学体会，从计算机图形学的开设和学生的学习情况来看，该门课程在教学内容设置和课堂教学形式等方面都有较大的改善空间。

2 计算机图形学的学科特点和当前的教学形式

计算机图形学是一门新兴学科，具有学科交叉性。也是建立在传统的图学理论、现代数学和计算机科学基础上的一门边缘性学科。计算机图形学的核心技术是如何建立所处理对象的数学模型并生成该对象的图形，其主要研究内容可概括为以下几个方面[1]：

（1）几何模型构造技术。例如各种不同类型几何模型(二维、三维、多维) 的构造方法及性质分析, 曲线曲面的表示与处理, 专用与通用模型构造系统的研究等等。

（2）图形生成技术。例如线段、圆弧、字符、区域填充的生成算法；隐藏线/隐藏面消除、光照明模型、浓淡处理、纹理、阴影、灰度与色彩等各种真实感图形生成技术。

（3）图形编辑与处理技术。例如图形的平移、旋转、缩放、投影、裁剪等各种几何变换操作的方法及其软件或硬件实现技术。

（4）图形信息的存储、检索与交换技术。例如图形信息的各种机内外表示方法、组织形式、存取技术、图形数据库的管理、图形信息的通信等。

（5）人机交互与用户接口技术。例如新型定位设备、选择设备等的研发, 各种交互技术如构造技术、命令技术、选择技术、响应技术等的研究, 以及用户模型、命令语言、反馈方法、窗口系统等用户接口技术的研究等。

（6）动画技术。研究实现高速动画的各种软、硬件方法，开发工具，动画语言等。

（7）图形输出设备与输出技术。例如各种图形显示器逻辑结构的研究，实现高速图形功能的专用芯片的开发, 图形硬拷贝设备的研究等。

（8）图形标准与图形软件包的研究开发。如制订一系列图形国际标准，使其能满足多方面图形应用软件开发工作的需要，并使图形应用软件摆脱对硬件的依赖性，允许在不同系统间方便地进行移植。

从上面的内容可以看出，计算机图形学具有学科内容丰富、理论性强、实践性强的特点。因此要将这样一门课的内容较好的传授给学生，不是一件容易的事情。学科内容的丰富性决定了学生必须阅读更多的参考资料，才能更好的掌握计算机图形学的知识。而现实的情况是，学生去图书馆借阅资料的越来越少，而是用更多时间去参与社会活动、做兼职等等。理论性强的内容讲授起来一般是比较枯燥的，面对这样一种形式，如果仅仅是呆板的讲授教材上的理论，将是达不到预期效果的。实践性强则要求学生具有较强的动手操作能力和编程能力，从另外一个方面来说，更是要求老师要有更强的动手实践能力。通过这样的分析，可以看出传统的这种课堂上讲授理论，课下让学生去做实验的教学方式很难达到预期的教学效果，急切需要探讨新的教学思路和教学方法[2]。

3 计算机图形的学的教学新思路与实践探讨

针对计算机图形学的学科特点，本人根据讲授计算机图形学的切身体验，在计算机图形学的讲授中加强了以下几个方面的探讨。

3.1 加强图形图像在多媒体教学中的作用

计算机图形学本身的研究对象是图形，又与图像有着密切的联系，因此在教学的过程中更要抓住学科的本质，突出图形图像在教学中的魅力，以便引起和加强学生对该门学科的兴趣。从另外一个方面来说，计算机图形学涉及大量图形造形、图形生成和变换的算法。这部分内容一定要让学生亲自动手实践，培养学生的自我成就感。这些工作对于提高学习兴趣、增强原理、算法的理解性具有很大的作用。

3.2 重视实践教学

计算机图形学是一门实践性很强的学科，需要学生大量的编程练习，然而很多教材上的练习都是基于Turbo C环境下的编程练习。虽然Turbo C提供了非常优秀的C语言编程环境，但是由于它的陈旧性和古板性，多数学生对它并不感兴趣。因此非常有必要考虑将计算机图形学中的编程练习移植到VC、VB、C++ Builder等可视化的编程环境上来[3]。这一方面让同学们学习编程时有与时俱进的感觉，另外一方面又能学到新的内容。

3.3 加强新知识新内容的引进

虽然计算机图形学当中的一些基本原理不会改变，但是它仍旧是一门迅速发展的学科，尤其是在三维建模、真实感图形、动画技术以及虚拟现实技术等方面。OpenGL的发展和兴起为上述技术领域的发展起到了巨大的促进作用。目前，OpenGL已被认为是高性能图形和交互式视景处理的标准，目前包括ATT公司UNIX软件实验室、IBM公司、DEC公司、SUN公司、HP公司、Microsoft公司和SGI公司在内的几家在计算机市场占领导地位的大公司都采用了OpenGL图形标准。因此在教学的过程中，加强OpenGL的教学，使学生学会基于OpenGL的图形编程，对于提高学生学习兴趣和对以后的发展潜力都是至关重要的。

3.4 恰当设计课后习题

好的习题对于帮助学生预习和自学，激发学生兴趣等方面有重要作用[4]。在设计习题的时候应注意这两个个方面，一是从实际生活中举例，这样使学生更容易接受和理解；二是巧妙设计习题的内容，例如在让同学们编程练习直线生成算法的时候，可以顺便让他们画线生成自己的姓名。

3.5 计算机图形学的教学内容安排

目前从计算机图形学的开设层次看，在大专、本科和研究生三个层次上都有所开设，但是在三个层次的教学内容编排上还有待进一步的改善。从培养目标上来看，大专着重培养学生的技能和实际工作的能力，再加上专科生本身的数学知识和编程能力相对较弱，因此在教学的时候应该偏重计算机图形的在实际中的应用和基本概念的传授上，能够理解计算机图形的显示原理、图形生成与图形变换的一些原理即可。本科则主要培养学生的综合素质和发展潜力，应该重点讲解和要求熟练掌握图形的生成算法，二维三维图形的几何变换和观察变换，以及人机交互接口的设计等部分，以便为下一步研究生阶段的学习打下坚实的基础。研究生培养学生的科研能力和深入研究的创新精神，这些主要在本科阶段的基础上进行。从这些方面来说，计算机图形学的内容编排要一定要适合各个层面的要求，这都要求任课教师要根据学生的特点合理编排教学内容。

4 总结

计算机图形学是一门迅速发展的交叉学科，它的教学还需要在今后的实践中不断探索和发展。本文仅从自己对计算机图形学的教学体会中，分析了计算机图形学的学科特点和当前的教学形式，提出了一些新的教学思路和方法。作为教师，也需要不断充实和丰富自己的理论知识，同时也要加强实践指导能力，这样才能适应不断发展的形势的要求。

参考文献：

[1]贾建，康宝生，李浩荣.“计算机图形学”课程教学改革与实践[J].高等理科教育，2004，5：67-69.

[2]曾巧明，何红波. 计算机图形学的教学改革和创新探讨[J].长沙铁道学院学报（社科版），2003，3：111-113.

[3]吴元斌. 《计算机图形学》教学的几点体会[J].安康师专学报，2004, 16: 119-121.

[4]李国和,王泽华. 计算机图形学课程的教改与实践[J].新疆职业大学学报，2004，1：43-45.

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