時(shí)間：2022-08-10 01:57:24
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
摘要：本文多方面系統(tǒng)論述了學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的必要性，分析了該課程的學(xué)習(xí)沒有受到人們重視的原因，指出系統(tǒng)學(xué)習(xí)該課程是讀者掌握數(shù)據(jù)計(jì)算類型的程序系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本方法與計(jì)算機(jī)仿真入門的有效途徑，使讀者對(duì)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的學(xué)習(xí)有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；計(jì)算機(jī)仿真；科學(xué)計(jì)算；程序設(shè)計(jì)基本方法；可視化
中圖分類號(hào)：G642
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
1 “計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的學(xué)科特性
所謂“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”是計(jì)算機(jī)仿真(即按模型計(jì)算以生成圖像)與科學(xué)計(jì)算(即通過在計(jì)算機(jī)上建立模型并模擬物理過程來進(jìn)行科學(xué)調(diào)查和研究)的一種基本形式，是研究圖形數(shù)據(jù)模型在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的產(chǎn)生、設(shè)計(jì)與構(gòu)造過程，它是顯示圖形不可分割的前提(這相當(dāng)于畫家作畫之前，對(duì)繪畫作品的設(shè)計(jì)思想、表達(dá)方式、繪畫構(gòu)思、作品內(nèi)容與結(jié)構(gòu)等的創(chuàng)作與思考過程；只有當(dāng)這個(gè)繪畫作品設(shè)計(jì)方案成熟之后，畫家才動(dòng)筆繪畫)；而圖形顯示是用點(diǎn)、線、面、色彩、紋理等可視化的數(shù)學(xué)方式表達(dá)這種數(shù)據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果的數(shù)學(xué)含義、或表達(dá)仿真過程中各種實(shí)體仿真模型與場(chǎng)景效果的物理含義的一種直觀表達(dá)方式。參考文獻(xiàn)[1，2]已向讀者證明這一結(jié)論，只有這樣，才能較好的理順“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的授課關(guān)系，使讀者建立用計(jì)算機(jī)生成圖形的完整概念。
我們用這一指導(dǎo)思想主導(dǎo)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”教育20多年，并用“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的授課內(nèi)容解決了多年來國內(nèi)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程沒有解決好的計(jì)算可行性(可計(jì)算性的實(shí)現(xiàn)前提)這一教學(xué)難題，使該課程成為初學(xué)者學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基本方法、認(rèn)識(shí)圖形數(shù)據(jù)模型構(gòu)造與顯示的一般規(guī)律、進(jìn)行可視化應(yīng)用程序開發(fā)三位一體教學(xué)目的的最佳選擇，并有效地彌補(bǔ)了從算法語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)到軟件工程之間關(guān)于應(yīng)用程序編程系統(tǒng)訓(xùn)練與計(jì)算機(jī)仿真等教學(xué)環(huán)節(jié)的缺失。這種教學(xué)方法使“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容完全納入了計(jì)算機(jī)科學(xué)的教育體系，同時(shí)使“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”與“數(shù)據(jù)庫”、“網(wǎng)絡(luò)通信”這三門課程成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序的三個(gè)基本特征(數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與檢索、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)通信)的典型代表，由此轉(zhuǎn)變了“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的教育觀念與教育思想。在教學(xué)過程中，作者曾遇到學(xué)生們提出的多種學(xué)習(xí)問題，今整理成文，以饗讀者。
2學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的原因與重要性
為什么要學(xué)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”，這是計(jì)算機(jī)專業(yè)選修“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的讀者關(guān)心的首要問題。眾所周知，計(jì)算機(jī)科學(xué)是處理信息技術(shù)(IT)的一門學(xué)科，通信科學(xué)是傳輸信息技術(shù)的一門學(xué)科。對(duì)于信息技術(shù)而言，常用于表達(dá)信息數(shù)據(jù)含義的4種方式分別是①數(shù)字與字符方式表述；②圖形方式顯示；③播放聲音表述；④用機(jī)械力表達(dá)(即把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng))。這4種表達(dá)信息數(shù)據(jù)含義的方式又稱信息數(shù)據(jù)的多媒體表達(dá)方式(即多媒體技術(shù))。其中，用圖形顯示這種方式表達(dá)信息數(shù)據(jù)的含義符合人們觀察了解事物運(yùn)動(dòng)規(guī)律的習(xí)慣，而且信息容量大，直觀方便，同時(shí)是人們獲得外部世界信息來源的主要依據(jù)；也就是說信息數(shù)據(jù)的可視化是信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的一種潮流與必然趨勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，實(shí)際應(yīng)用課題與現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)對(duì)信息數(shù)據(jù)的可視化處理要求已經(jīng)越來越高，這就要求人們深入研究并掌握?qǐng)D形顯示的一般規(guī)律，才能更好的為計(jì)算機(jī)信息數(shù)據(jù)的可視化服務(wù)。
按現(xiàn)代教科書對(duì)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的新定義，“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”代表了計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)科的一個(gè)重要發(fā)展方向――科學(xué)計(jì)算、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、信息數(shù)據(jù)的可視化、動(dòng)畫與游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字娛樂，其編程應(yīng)用還涉及程序設(shè)計(jì)方法。它們代表了當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展潮流與應(yīng)用水平，是解決計(jì)算機(jī)專業(yè)人才出路的有效途徑之一；而“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”是該方向的公共基礎(chǔ)課程，是目前國內(nèi)計(jì)算機(jī)本科教育應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)的內(nèi)容。顯然，僅僅靠學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編譯原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、軟件工程、形式語言與自動(dòng)機(jī)理論等課程還不能完全使學(xué)生的能力直接達(dá)到開發(fā)這些應(yīng)用軟件的目的，因?yàn)樵瓌t上這些課程是為用戶使用計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能而系統(tǒng)量身打造的軟件使用工具(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件工程除外)，它們的教學(xué)目的是為用戶掌握并研制這些軟件工具服
務(wù)、而不是為用戶使用這些軟件工具系統(tǒng)地開發(fā)應(yīng)用程序而開設(shè)的課程。計(jì)算機(jī)專業(yè)主要沿這條主線向前發(fā)展：研究、設(shè)計(jì)、制造計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備，為用戶使用計(jì)算機(jī)的計(jì)算等功能提供一切便利的手段、方法與軟件輔助工具，這包括總結(jié)用戶使用計(jì)算機(jī)的基本類型與模式，而對(duì)于復(fù)雜且很難全面概括使用計(jì)算機(jī)的方法等、則留給一般用戶自己解決，這或許是計(jì)算機(jī)專業(yè)本科課堂教學(xué)沒有介紹對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算類型的應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)要遵循的基本規(guī)律與發(fā)展模式的原因之一，“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)正好可以彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。
由于計(jì)算機(jī)教育本身并不能直接提供認(rèn)識(shí)世界、改造世界的能力，加之我國沒有掌握具有國際競(jìng)爭(zhēng)能力的計(jì)算機(jī)硬件與系統(tǒng)軟件的核心開發(fā)技術(shù)，這使中國大量的優(yōu)秀人才在計(jì)算機(jī)專業(yè)上的最后發(fā)展受到了嚴(yán)重制約。而“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的仿真方法為計(jì)算機(jī)專業(yè)人員的發(fā)展提供了這樣一種新的學(xué)習(xí)方法與重新選擇的機(jī)遇，它能為計(jì)算機(jī)專業(yè)人員學(xué)習(xí)其他行業(yè)的專業(yè)知識(shí)(即學(xué)習(xí)新專業(yè)的物理、數(shù)學(xué)方法)、成為其他行業(yè)的專家助手，進(jìn)行新行業(yè)系統(tǒng)仿真與系統(tǒng)設(shè)計(jì)以獲得新生；由于各行業(yè)都有各自的研究領(lǐng)域與待解決的研究問題、研究方法與理論研究模型等，當(dāng)用計(jì)算機(jī)仿真的方法對(duì)這些研究課題進(jìn)行輔助研究，并用圖形等可視化的方法表達(dá)計(jì)算機(jī)仿真研究的中間結(jié)果與最終成果時(shí)，這將使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用走向深入。
科學(xué)研究的目的就是探索未知世界、認(rèn)識(shí)世界、改造世界、造福于人類自己，而“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教育正是遵循這樣一條主線：通過物理實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)待解決問題的本質(zhì)，并用數(shù)學(xué)模型的方法來描述這種物理現(xiàn)象的變化過程，從而達(dá)到用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的方法來仿真光線在自然界中的傳播，以及光線在照相機(jī)中傳播而生成圖像效果，這類物理仿真過程是科學(xué)研究方法中的一種基本形式，這種科學(xué)研究方法的教育思想(包括人文精神)是國內(nèi)計(jì)算機(jī)專業(yè)本科課堂教育所欠缺的(計(jì)算機(jī)專業(yè)往往專注于數(shù)理邏輯思想的基礎(chǔ)訓(xùn)練)――即“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教育，不僅拓展了計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的知識(shí)領(lǐng)域，也為其畢業(yè)增加了就業(yè)渠道，同時(shí)能培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)人員的基本科學(xué)研究素養(yǎng)，這正是目前國內(nèi)計(jì)算機(jī)教育改革所追求的目標(biāo)之一。
需要說明，全日制普通本科教育是普適教育，它需要建立各專業(yè)自己的知識(shí)框架，學(xué)習(xí)基本的概念，了解基本的范疇，明確其發(fā)展方向，計(jì)算機(jī)專業(yè)也是如此。本科教育重在基礎(chǔ)，提高本科教育質(zhì)量與水平并非拔高與創(chuàng)新，而是要做到全面、均衡的發(fā)展，除要求學(xué)生掌握本學(xué)科專業(yè)已成熟的系統(tǒng)理論知識(shí)外，還需培養(yǎng)學(xué)生用學(xué)科的基本思想與方法獨(dú)立自主分析問題、解決問題的能力，這種理論與實(shí)踐相結(jié)合的教育方法，能確保學(xué)生今后得到穩(wěn)步的發(fā)展。“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”就是培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的系統(tǒng)知識(shí)解決實(shí)際應(yīng)用問題能力的一種有效方法，這樣培養(yǎng)的學(xué)生才能適應(yīng)社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)與選擇的需求；只有在研究生階段，通過再次系統(tǒng)學(xué)習(xí)、閱讀原著與相關(guān)論文并參與項(xiàng)目開發(fā)等活動(dòng)，達(dá)到全面提升對(duì)學(xué)科的認(rèn)識(shí)能力，并向某一個(gè)研究方向發(fā)展、去探索未知世界的變化規(guī)律、解決前人沒有解決好的難題、逐步走入學(xué)術(shù)研究的殿堂(即創(chuàng)新教育)；當(dāng)然人們也能在日后的工作中慢慢積累這種工作能力。
文獻(xiàn)[2，3]系統(tǒng)論述了“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程在計(jì)算機(jī)科學(xué)教育中的作用與地位。目前很難找出一門具有像“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”類似重要性與多樣性的其它計(jì)算機(jī)本科專業(yè)基礎(chǔ)課程，能使讀者正確掌握數(shù)據(jù)計(jì)算類型的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的基本方法，并使計(jì)算機(jī)這一工具直接服務(wù)于社會(huì)，這是我們應(yīng)該重視“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”教育的根本原因。
3學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的方法
由于“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的范疇，因此，數(shù)據(jù)計(jì)算類型的應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)方法就是學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”應(yīng)該遵循的原則。就“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的學(xué)習(xí)而言，它要求：
(1) 全面掌握程序設(shè)計(jì)語言的特性與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”編程的基礎(chǔ)。
(2) 掌握建立解決實(shí)際應(yīng)用問題的數(shù)學(xué)模型與軟件系統(tǒng)的概念，是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。軟件系統(tǒng)是一個(gè)能自動(dòng)運(yùn)行的綜合執(zhí)行程序，它能從輸入、存儲(chǔ)、運(yùn)算處理、輸出等方面全面處理用戶在某個(gè)領(lǐng)域中提出的諸多數(shù)學(xué)模型并完成其模型描述數(shù)據(jù)的加工任務(wù)，使用戶很容易明確這種軟件的組成、功能與使用范圍。一般利用二維圖形的簡單性，可以較完整的介紹二維圖形軟件系統(tǒng)這一概念。軟件系統(tǒng)的概念是目前程序設(shè)計(jì)語言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中所欠缺的關(guān)鍵內(nèi)容。
(3) 正確的認(rèn)識(shí)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”與計(jì)算機(jī)仿真的相互關(guān)系。“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的重點(diǎn)與難點(diǎn)在三維圖形的數(shù)學(xué)模型研制(包括照相機(jī)模型，燈光模型，顏色模型，照明模型，物體的幾何模型，物體表面的材質(zhì)與紋理模型等)與模型描述數(shù)據(jù)的構(gòu)造上；由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)追求像照相機(jī)拍照一樣的三維真實(shí)感圖形顯示效果，這決定了要在計(jì)算機(jī)中使用物理學(xué)仿真的方法(仿真光線在自然界中的傳播所產(chǎn)生的顯示效果或把這種傳播效果映射至物體的表面上)才能達(dá)到這一目的，這自然需要讀者對(duì)相應(yīng)的物理知識(shí)有個(gè)基本的了解才能進(jìn)行。
(4) 需要了解一些計(jì)算機(jī)仿真的基礎(chǔ)知識(shí)，以確保“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的物理仿真教學(xué)過程不會(huì)出現(xiàn)偏差。
計(jì)算機(jī)仿真的主要過程分系統(tǒng)、模型、編程實(shí)現(xiàn)(仿真算法)、評(píng)估四個(gè)步驟。這里①系統(tǒng)是指相互關(guān)聯(lián)又相互作用著的研究對(duì)象的有機(jī)組合，它決定了被研究考察對(duì)象的組成與邊界范圍。②計(jì)算機(jī)仿真一般可以用數(shù)學(xué)模型(簡稱模型)的方法代替實(shí)物研究對(duì)象，事實(shí)上模型也可以是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的事務(wù)、現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)的簡化描述，但它反映了實(shí)際問題最本質(zhì)的特征和量的關(guān)系。目前“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”所述的模型多限于對(duì)所研究對(duì)象的物理性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律等特性的一種數(shù)學(xué)描述，它使人們能解釋那些難以直接觀察到的事物的內(nèi)部構(gòu)造、事物的變化以及事物之間的關(guān)系――即模型描述了現(xiàn)實(shí)世界中有顯著影響的因素和相互關(guān)系。但這種描述有一定的使用條件與限制范圍，研究的目的不同，對(duì)該研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的描述方法以及模型的種類會(huì)不一樣。③仿真(編程實(shí)現(xiàn))就是在模型上做實(shí)驗(yàn)，從理論上測(cè)試構(gòu)建的理想系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為特性，以評(píng)估系統(tǒng)的效能。④系統(tǒng)的用途不一樣，評(píng)估的方法也不同，人們往往用事先約定的一組指標(biāo)來評(píng)估仿真系統(tǒng)的結(jié)果；當(dāng)所得仿真結(jié)果沒有達(dá)到預(yù)期的理想效果時(shí)，人們往往不斷改進(jìn)仿真模型與仿真算法。例如計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)，用途可以是顯示三維圖形，查看它的真實(shí)感逼真顯示效果就是人們主要關(guān)心的問題；模型的運(yùn)動(dòng)與操作(如游戲)，看它的操作性與故事情節(jié)等如何表達(dá)用戶的情感與智能(簡稱好玩)就是人們關(guān)心的主要問題；機(jī)械設(shè)備的綜合運(yùn)動(dòng)與仿真，考察所設(shè)計(jì)的復(fù)雜設(shè)備的工作性能就是人們關(guān)心的主要問題；電氣系統(tǒng)的系統(tǒng)仿真，能考察系統(tǒng)工作參數(shù)如何設(shè)計(jì)以滿足用戶的不同需求；作戰(zhàn)系統(tǒng)的仿真模擬，能考察作戰(zhàn)人員的訓(xùn)練水平、武器性能、指揮作戰(zhàn)方式對(duì)作戰(zhàn)進(jìn)程的不同影響與作戰(zhàn)效能，等等。
(5) 努力把圖形學(xué)所介紹的各種模型與算法(算法是對(duì)模型描述數(shù)據(jù)的加工與變換處理的步驟與方法，“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”中的主要算法有各種線段圖形的生成與實(shí)面積多邊形的填充算法、著色算法、消隱算法、紋理映射算法、陰影算法，光線跟蹤算法與輻射度算法)都編寫成程序代碼，這使讀者能直接體驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)效果，也是其它課程不容易做到的。編程時(shí)要考慮算法的復(fù)雜度，特別是按照軟件系統(tǒng)的方法把編寫的程序代碼組成一個(gè)系統(tǒng)整體，這是形成成熟商品軟件很重要的前提。顯然，此時(shí)軟件系統(tǒng)中的各種數(shù)學(xué)模型反映了仿真系統(tǒng)中研究對(duì)象之間的相互關(guān)系。
(6) 掌握“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”打造的繪圖工具，是可視化應(yīng)用軟件編程的重要基礎(chǔ)。用“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”知識(shí)研制的工具常用的有OpenGL與Direct3D等三維圖形標(biāo)準(zhǔn)，虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML。而三維動(dòng)畫與CAD等軟件可以看成是“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”為影視制作、游戲建模與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)部門打造的專業(yè)計(jì)算工具。僅把圖形標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算機(jī)繪圖等應(yīng)用當(dāng)作“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”很不完備，因?yàn)樗荒茉谡n堂教學(xué)中向讀者正確、完整、系統(tǒng)地展示計(jì)算機(jī)圖形學(xué)學(xué)科發(fā)展的基本規(guī)律，并人為地割裂了計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)模型的構(gòu)造與顯示這兩個(gè)過程。
(7) 學(xué)會(huì)看中英文專業(yè)雜志等參考資料，這些參考資料記錄了學(xué)科的發(fā)展歷程與學(xué)科當(dāng)前的研究熱點(diǎn)(一本教科書不可能全部包含這些內(nèi)容)，且是一種更重要、復(fù)雜、深入的學(xué)習(xí)研究方法，也是目前國內(nèi)本科教育的弱項(xiàng)(因?yàn)閲H上最新的研究成果多用英文發(fā)表)。只有這樣，才能跟蹤計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的最新發(fā)展并站在學(xué)科發(fā)展的前沿、才能開闊人們的視野并有所鑒別，便于讀者日后針對(duì)用戶的多種需求展開開創(chuàng)性創(chuàng)新或針對(duì)已有成果的不足、提出修補(bǔ)與改進(jìn)等漸進(jìn)性創(chuàng)新等學(xué)術(shù)研究活動(dòng)。
(8) 勇于參與課程實(shí)踐與項(xiàng)目開發(fā)，是鞏固、檢驗(yàn)所學(xué)知識(shí)、提高實(shí)際動(dòng)手能力的好方法。實(shí)際軟件開發(fā)工作往往是多種知識(shí)的綜合應(yīng)用，它需要對(duì)實(shí)際處理事務(wù)有一個(gè)比較透徹的了解(用戶需求報(bào)告)、并建立這些待解決問題的數(shù)學(xué)模型與系統(tǒng)流程后才能有效進(jìn)行(按照軟件工程的方法組織實(shí)施)。
只有把自己開發(fā)的軟件做成有效商品、服務(wù)于社會(huì)，才能使所學(xué)的知識(shí)轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力，才能使自己得到升華；同時(shí)也應(yīng)注意把自己的心得與研究成果總結(jié)發(fā)表，與人共享；還應(yīng)參加學(xué)術(shù)活動(dòng)，注意留意不同學(xué)術(shù)流派之間的觀點(diǎn)、思想、方法與學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，取長補(bǔ)短，形成自己的風(fēng)格，廣結(jié)人緣，相互交流，為學(xué)科建設(shè)添磚加瓦。
(9) 一本計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教科書的容量使其只能介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展歷程中產(chǎn)生的最基本、最經(jīng)典的模型與算法，這些內(nèi)容是人們耳熟能詳?shù)奈锢碓砼c相對(duì)簡單的數(shù)學(xué)知識(shí)在計(jì)算機(jī)中的綜合應(yīng)用，太復(fù)雜的計(jì)算關(guān)系因會(huì)影響圖形的顯示速度而一般不采用；目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教科書的理論體系已成熟且“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)構(gòu)成了一個(gè)大系統(tǒng)，這使“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)過程變得簡單、容易。
4目前國內(nèi)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”教育未受到重視的原因分析
既然如此，為什么目前人們感覺“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”教育的受重視的程度不如數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡(luò)通信等計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件呢？筆者認(rèn)為其原因之一在于：這是因?yàn)椤坝?jì)算機(jī)圖形學(xué)”造就的工具即圖形標(biāo)準(zhǔn)的特殊應(yīng)用環(huán)境要求限制了它在很大一部分應(yīng)用程序中的具體應(yīng)用；三維圖形標(biāo)準(zhǔn)目前僅僅在游戲領(lǐng)域獲得了商業(yè)上的成功，一些應(yīng)用軟件不調(diào)用圖形標(biāo)準(zhǔn)也能自己繪圖；國內(nèi)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序可視化的開發(fā)要求暫時(shí)還較低；關(guān)鍵是作為學(xué)科領(lǐng)頭羊的美國人目前還沒有把“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程作為計(jì)算機(jī)本科專業(yè)的核心課程，這是因?yàn)樗麄儗?duì)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的本質(zhì)與其在計(jì)算機(jī)學(xué)科中的作用與地位認(rèn)識(shí)不到位所致，美國人圖形學(xué)這種教育現(xiàn)狀(目前多以圖形標(biāo)準(zhǔn)的原理講授為主)和局限性與美國人在3D游戲、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等應(yīng)用軟件的開發(fā)上執(zhí)世界牛耳之地位不相稱。
當(dāng)然，早期計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教科書編寫內(nèi)容、體系的不夠成熟，也影響了人們對(duì)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的認(rèn)識(shí)與學(xué)習(xí)的積極性。例如僅停留在數(shù)學(xué)公式與算法的層面上介紹二維、三維圖形的生成而不注重其建模思想與方法的介紹，且人為的把物體幾何模型的構(gòu)建與其圖形顯示分解成“計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)”與“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”這兩門課程，這直接導(dǎo)致圖形學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容缺少被處理的圖形顯示對(duì)象，加之計(jì)算機(jī)課程與圖形學(xué)的教育又沒有軟件系統(tǒng)的概念，這樣安排雖然能滿足圖形標(biāo)準(zhǔn)等商業(yè)軟件的發(fā)展需求，但卻很難讓初學(xué)者全面掌握“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”學(xué)科系統(tǒng)性的概念、思想和方法與學(xué)科發(fā)展的基本規(guī)律――用數(shù)學(xué)模型的方法指導(dǎo)編程實(shí)踐，在計(jì)算復(fù)雜性可接受的條件下，針對(duì)已有成果中存在的不足，不斷用新的數(shù)學(xué)模型與仿真算法等方法對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，使圖形學(xué)的數(shù)學(xué)仿真過程不斷的逼近現(xiàn)實(shí)物體模型(包括剛體、軟體、流體、氣體)的構(gòu)造、運(yùn)動(dòng)、變形、切割和拼接與反光效果的顯示這一真實(shí)的物理變化過程。即初學(xué)者沒有用計(jì)算機(jī)生成圖形的完整概念，這也是以往人們認(rèn)為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程難教、難學(xué)的主要原因。
由于“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的繪圖原理不像數(shù)據(jù)庫軟件那樣，數(shù)據(jù)庫的功能可以被所有的應(yīng)用程序所調(diào)用；也不像通信軟件那樣，所有要聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)都離不開通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而計(jì)算機(jī)顯卡工業(yè)、3D游戲、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)份額小于數(shù)據(jù)庫與計(jì)算機(jī)通信等產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)份額，即應(yīng)用軟件的商業(yè)價(jià)值決定了它們?cè)谌藗児ぷ髋c學(xué)習(xí)中的地位。
參考文獻(xiàn)：
[1] 魏海濤. 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(第2版)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2007.
[2] 魏海濤. 科學(xué)的構(gòu)建‘計(jì)算機(jī)圖形學(xué)’的教學(xué)內(nèi)容,促進(jìn)計(jì)算學(xué)科的全面發(fā)展[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2008,(10).
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué);信息與計(jì)算科學(xué);教學(xué)改革
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）46-0114-02
目前，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及相關(guān)課程在國內(nèi)高校的信息計(jì)算科學(xué)專業(yè)中進(jìn)行了開設(shè)。不同學(xué)校的信息計(jì)算科學(xué)專業(yè)依托的專業(yè)背景及師資隊(duì)伍不一樣，其對(duì)應(yīng)課程體系及人才培養(yǎng)目標(biāo)差異較大，進(jìn)而導(dǎo)致了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式不盡相同。
本文以湖北民族學(xué)院信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)及其人才培養(yǎng)目標(biāo)為基礎(chǔ)，結(jié)合課程教學(xué)實(shí)際，對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置及其后續(xù)課程的設(shè)置等問題的教學(xué)改革進(jìn)行了探討研究。
一、專業(yè)現(xiàn)狀及課程特點(diǎn)
湖北民族學(xué)院信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)開辦于2002年，依托于數(shù)學(xué)學(xué)科。本專業(yè)開設(shè)的主干課程包括：數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（分析、代數(shù)、幾何）、概率統(tǒng)計(jì)、微分方程、數(shù)學(xué)模型、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（計(jì)算機(jī)概論、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件系統(tǒng)基礎(chǔ)）、信息科學(xué)基礎(chǔ)、理論計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)值計(jì)算方法、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、運(yùn)籌與優(yōu)化等。
該專業(yè)設(shè)置了兩個(gè)核心方向：信息科學(xué)和科學(xué)計(jì)算（計(jì)算數(shù)學(xué)）。在信息科學(xué)方向中，其核心方向由：（1）信息處理（圖像處理、信號(hào)分析等）;（2）信息編碼與信息安全（編碼理論等）;（3）計(jì)算智能（人工智能、模式識(shí)別等）等組成。
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是方向（1）中的圖像處理課程和方向（3）中的模式識(shí)別課程的先修課程，也是虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)視覺等課程的先修課程，由此計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要地位是不言而喻的。
二、課程教學(xué)現(xiàn)狀
湖北民族學(xué)院最新人才培養(yǎng)方案中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程在第六學(xué)期開設(shè)，之前已經(jīng)開設(shè)了高等代數(shù)、數(shù)學(xué)分析、離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)課程，學(xué)生有了一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)。然而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)涉及到的內(nèi)容廣泛并且理論性很強(qiáng)，在課堂上和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來比較難，導(dǎo)致在課程的講授過程中枯燥，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不能夠很好地調(diào)動(dòng)起來。
目前，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)過程中存在以下幾方面的問題：
1.教學(xué)內(nèi)容豐富而教學(xué)深度不夠。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程研究內(nèi)容豐富、理論性很強(qiáng)。在傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置中，需要從計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及圖形硬件介紹入手，介紹用戶接口和交互式技術(shù)、圖形的表示與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、圖形的生成、變換、消隱、光照等直到真實(shí)感圖形生成。然而專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中，該課程總學(xué)時(shí)為56學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí)，課堂上很難對(duì)內(nèi)容進(jìn)行深入的講解，導(dǎo)致學(xué)生一知半解，不能很好地理解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，從而失去學(xué)習(xí)興趣。
2.理論和實(shí)踐結(jié)合不緊密。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程中的算法（如DDA算法、Bresenham算法、Cohen-Sutherland算法、Weiler-Atherton算法等）都很巧妙，需要學(xué)生有很好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和編程基礎(chǔ)以便對(duì)算法進(jìn)行理解并實(shí)現(xiàn)。而實(shí)踐學(xué)時(shí)相對(duì)較少，學(xué)生對(duì)算法的掌握程度一般，也會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
三、課程教學(xué)改革
1.理清計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與相應(yīng)方向課程間的關(guān)系，突出圖形學(xué)的重要性。目前修訂的湖北民族學(xué)院信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案中，計(jì)算機(jī)課程主要包括高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖形圖像處理、模式識(shí)別等。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是信息科學(xué)方向中比較重要的一門課程，它是信息處理方向中的圖像處理課程以及計(jì)算智能方向中的模式識(shí)別等課程的先修課程，它們之間的關(guān)系如圖1。事實(shí)上，把計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為計(jì)算機(jī)類課程的一門核心課程，能彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件編程系統(tǒng)訓(xùn)練的不足，能較好地促進(jìn)學(xué)生的計(jì)算機(jī)開發(fā)能力培養(yǎng)[1-3]。
2.優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點(diǎn)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的最終目的就是用計(jì)算機(jī)程序的方法在計(jì)算機(jī)顯示器屏幕上生成圖像效果，特別是生成類似照相機(jī)拍攝的三維圖像[3]。從基本的圖形元素到真實(shí)感圖形生成，中間要經(jīng)過生成、裁剪、變換、消隱、光照等處理過程。
圖2中粗線部分為本科生教學(xué)核心內(nèi)容，要求學(xué)生必須掌握其基本算法原理及實(shí)現(xiàn)方法，細(xì)線部分實(shí)現(xiàn)從算法的角度來說難度較高，結(jié)合目前流行的OpenGL、Direct3D等技術(shù)，直接調(diào)用函數(shù)等構(gòu)件類來實(shí)現(xiàn)，教學(xué)時(shí)以案例的形式進(jìn)行分析。通過理論授課將知識(shí)框架展示給學(xué)生，剩下的內(nèi)容由學(xué)生通過自學(xué)、合作討論給予填充，從而完成整個(gè)課程體系的學(xué)習(xí)過程。
3.構(gòu)建教學(xué)網(wǎng)站，加強(qiáng)課外教學(xué)。為加強(qiáng)師生課外交流互動(dòng)，在程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革[4]構(gòu)建的課程平臺(tái)基礎(chǔ)上，開設(shè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程網(wǎng)站。按周次及時(shí)教學(xué)任務(wù)，與學(xué)生進(jìn)行交流互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生課外學(xué)習(xí)。
4.構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)置如表1所示。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過程，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解。
四、總結(jié)
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的課程。我們結(jié)合湖北民族學(xué)院信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)實(shí)際，分析了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程在信息科學(xué)方向課程中的地位，從優(yōu)化課程理論教學(xué)內(nèi)容、設(shè)置實(shí)驗(yàn)主題、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，強(qiáng)化學(xué)生基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用開發(fā)能力等方面對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程進(jìn)行了教學(xué)改革探討。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉圣軍，韓旭里.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)改革探索[J].數(shù)學(xué)理論與應(yīng)用，2011，31（3）：97-102.
[2]魏海濤，魯漢榕，楊瑞娟，等.科學(xué)地構(gòu)建“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)計(jì)算學(xué)科的全面發(fā)展――對(duì)“高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范（試行）”的思考[J].計(jì)算機(jī)教育，2008，（20：035.
關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；圖形學(xué)理論教學(xué)；圖形學(xué)實(shí)踐教學(xué)
中圖分類號(hào)：G642.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1671-489X（2016）04-0162-03
Teaching Research of Theory and Practice in Course of Com-puter Graphics//LIAO Bin， HU Jinlong
Abstract Through analyzing the main problems in the course of computer graphics， the teaching reform of the computer graphics course is proposed about theoretical teaching and practical teaching. We divide the course of computer graphics into theory course and practice course， and make the theory course of computer graphics become the pre-course for the practice course of computer graphics. Students’ learning interest is stimulated and their ability to contact the theory with practice is improved through integration the theory and practice of the computer graphics course.
Key words computer graphics； graphics theoretical teaching； graphics practical teaching
1 引言
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何利用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的原理、方法與技術(shù)的一門學(xué)科[1]。它以圖形用戶界面和可視化技術(shù)為典型應(yīng)用，是信息技術(shù)中不可缺少的部分。近年來，國內(nèi)外大學(xué)逐漸將其列為計(jì)算機(jī)應(yīng)用類課程中的專業(yè)課。現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已經(jīng)在諸如影視動(dòng)漫、軍事仿真、醫(yī)學(xué)圖像處理、氣象等科學(xué)可視化領(lǐng)域獲得成功運(yùn)用，在帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也給計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展提供了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。
本文通過分析計(jì)算機(jī)圖形學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，提出改革思路。在教學(xué)中，將課程設(shè)置為理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩門獨(dú)立課程，針對(duì)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)分別進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的附屬性質(zhì)，使理論知識(shí)為實(shí)踐教學(xué)鋪路，增強(qiáng)教學(xué)效果，促使學(xué)生積極動(dòng)手操作、思考，促進(jìn)新舊知識(shí)的結(jié)合，通過教學(xué)過程的探索與總結(jié)，增強(qiáng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)效果。
2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)中存在的問題
傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)重點(diǎn)一般側(cè)重于考核學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握[2]，課程實(shí)踐所占比例較低。然而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程本身的特點(diǎn)不適于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，若仍采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，不僅不利于維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更不利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)內(nèi)容主要有[3]計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)概述、二維圖形生成和變換技術(shù)、三維圖形生成和變換技術(shù)、真實(shí)感圖形生成技術(shù)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)與實(shí)踐。該課程入門階段需要的數(shù)學(xué)知識(shí)主要涉及代數(shù)、三角學(xué)和線性代數(shù)，數(shù)學(xué)原理與圖形的結(jié)合在理論教學(xué)中占據(jù)了一定比重。
傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)目標(biāo)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論知識(shí)的了解與掌握，在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上主要強(qiáng)調(diào)圖形學(xué)知識(shí)、概念的系統(tǒng)性與整體性，重點(diǎn)是概念解釋與原理講解，體現(xiàn)為大量的公式推導(dǎo)。
未進(jìn)入圖形學(xué)教學(xué)前，學(xué)生對(duì)該課程的理解主要分為兩類：一類認(rèn)為該課程主要講述游戲開發(fā)，學(xué)完本課程后就可立即完成諸如游戲編程、動(dòng)畫設(shè)計(jì)、特效處理等任務(wù)；另一類認(rèn)為是藝術(shù)設(shè)計(jì)，主要為廣告?zhèn)髅降刃袠I(yè)服務(wù)。實(shí)際上，在本科階段開設(shè)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程，通常立足于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)科的入門，教學(xué)內(nèi)容主要是理解與掌握基本的圖形繪制原理及其實(shí)現(xiàn)算法，能進(jìn)行基本圖形的程序設(shè)計(jì)。由此，圖形學(xué)課程認(rèn)知的不全面將導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的下降。學(xué)習(xí)內(nèi)容的枯燥、教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的巨大落差會(huì)導(dǎo)致部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣隨課程的深入而進(jìn)一步下降。
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程實(shí)驗(yàn)的設(shè)置 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要集中于基本圖形算法的實(shí)現(xiàn)，需要學(xué)生運(yùn)用高級(jí)程序語言進(jìn)行編程，然而作為專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的此類高級(jí)程序設(shè)計(jì)課程，往往以基本知識(shí)、程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)組織三方面為主要內(nèi)容，一般不涉及圖形庫編程接口（API）。這導(dǎo)致在本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，需要針對(duì)授課學(xué)生原先所學(xué)的高級(jí)程序語言，補(bǔ)充對(duì)應(yīng)的圖形庫編程知識(shí)，這使得實(shí)際的有效實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)被縮減，而且增大了學(xué)生實(shí)現(xiàn)算法的難度，以至于進(jìn)一步加劇了理論與實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)象。
3 理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的改革方法與目標(biāo)
在大學(xué)本科第7學(xué)期開設(shè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程，并將其分為理論課與實(shí)驗(yàn)課兩門課程，兩門課程單獨(dú)核算成績。其中，理論課為32學(xué)時(shí)，2.0學(xué)分；實(shí)驗(yàn)課為16學(xué)時(shí)，0.5學(xué)分。在理論課程完成后開始實(shí)驗(yàn)課程，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的實(shí)驗(yàn)不再是傳統(tǒng)教學(xué)中對(duì)理論課上知識(shí)點(diǎn)的簡單重復(fù)與驗(yàn)證，而是對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用與深化。由此，需要合理選擇理論課教學(xué)內(nèi)容，以完成與實(shí)驗(yàn)課程的銜接。同時(shí)，設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目使學(xué)生掌握課程基礎(chǔ)知識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，以提升計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。
理論課教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)在快速發(fā)展，與之相適應(yīng)，圖形學(xué)課程的教學(xué)也發(fā)生變化[4]。現(xiàn)階段，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中主要有3種教學(xué)體系，大致分為理論為主、編程為主、問題為主。
1）理論為主是傳統(tǒng)的教學(xué)體系，強(qiáng)調(diào)對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論的理解與掌握，以公式推導(dǎo)為主要呈現(xiàn)方式，國內(nèi)外此類教材有Floey的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理及實(shí)踐――C語言描述》（原書第2版）、孫家廣的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》等。
2）編程為主的教學(xué)體系側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生初步掌握一種典型的圖形學(xué)API，以圖形學(xué)使用者的角度講授計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所需的理論與概念，去除非必需的數(shù)學(xué)原理與公式推導(dǎo)。國內(nèi)外此類教材有Donald的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》（第四版）、徐文鵬的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)（OpenGL版）》等。
3）問題為主的教學(xué)體系的教學(xué)目標(biāo)著重于培養(yǎng)利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)建立與用戶交流的能力，從而實(shí)現(xiàn)問題的圖形化建模并解決問題。相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容既涵蓋了圖形學(xué)中的基本概念和技術(shù)，也涉及了實(shí)現(xiàn)這些概念和技術(shù)的圖形學(xué)工具，然而重點(diǎn)在于介紹如何使用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)來解決實(shí)際問題以及如何有效地進(jìn)行結(jié)果展示。Steve Cunningham的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》是此類教學(xué)體系的典型教材。此類問題為主的教學(xué)體系近年來在美國興起。
在本科教學(xué)中，考慮到學(xué)生前期課程的設(shè)置與掌握情況，采用結(jié)合OpenGL實(shí)現(xiàn)算法的編程為主的教學(xué)體系。在實(shí)際教學(xué)中，既要保證計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本概念、理論的完整講述，也為后續(xù)的實(shí)踐課程做鋪墊，有針對(duì)性地介紹圖形支撐軟件，使學(xué)生在掌握?qǐng)D形學(xué)基本知識(shí)的同時(shí)，能夠在一定程度上自主實(shí)踐，保持與激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)中的實(shí)踐一般使用C++來實(shí)現(xiàn)相關(guān)算法[5]，實(shí)現(xiàn)難度過大，導(dǎo)致學(xué)生沒有時(shí)間和興趣去完成[6]。實(shí)踐教學(xué)的本意是對(duì)理論教學(xué)的鞏固、完善與提高，為實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐教學(xué)的平穩(wěn)銜接，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中采用OpenGL作為圖形算法接口，讓學(xué)生有針對(duì)性地完成若干實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
OpenGL是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的三維計(jì)算機(jī)圖形接口軟件，其具有的功能基本上涵蓋了圖形系統(tǒng)要求提供的所有功能。此外，OpenGL具有的跨平臺(tái)性、可擴(kuò)展性、繪制專一性、網(wǎng)絡(luò)透明性等特點(diǎn)使其應(yīng)用廣泛，降低了對(duì)學(xué)生編程能力的要求，且由于其開源的特性，使得學(xué)生可通過參考其中的算法實(shí)現(xiàn)獲得編程能力的提高。
結(jié)合圖形學(xué)的實(shí)際應(yīng)用與學(xué)生的實(shí)踐能力，設(shè)置如表1所示的實(shí)踐項(xiàng)目。
4 小結(jié)
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)隨著計(jì)算機(jī)理論與技術(shù)的進(jìn)步、社會(huì)應(yīng)用的需要而有了迅速發(fā)展，是理論與實(shí)踐并重的學(xué)科，對(duì)教學(xué)有較高要求。本文從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)出發(fā)，分析了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，提出將理論與實(shí)驗(yàn)相融合的教學(xué)思路，改變傳統(tǒng)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的附屬地位，從實(shí)踐的角度出發(fā)，在理論教學(xué)中進(jìn)行概念、理論向?qū)嵺`的平穩(wěn)過渡，一定程度上降低了學(xué)生完成課程實(shí)驗(yàn)的難度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。從教學(xué)效果來看，本文提出的教學(xué)方法取得較好的成效，同時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的類似課程也具有一定的參考意義。
參考文獻(xiàn)
[1]徐文鵬，王玉琨.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)（OPENGL版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.
[2]杜利峰，李竹林.基于OpenGL的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革探索[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012（13）：6-8.
[3]王汝傳，黃海平，林巧民，等.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教程[M].3版.北京：人民郵電出版社，2014.
[4]劉貴松，房秀芬，陳文宇.基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)體系[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2015，13（2）：
160-162.
摘要：本文分析了“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的學(xué)科特點(diǎn)和當(dāng)前的教學(xué)形式，指出了當(dāng)前教學(xué)過程中所面臨的問題，從而提出了一些新的教學(xué)思路和方法。實(shí)踐表明，這些方法對(duì)提高課程的易理解性、學(xué)習(xí)趣味性和教學(xué)質(zhì)量有明顯的作用。
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
“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”是大部分院校計(jì)算機(jī)專業(yè)或相關(guān)專業(yè)中的一門重要課程。本課程的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)軟硬件技術(shù)以及圖形生成、處理、輸出的基本原理和方法，培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決圖形問題的程序設(shè)計(jì)能力，為開發(fā)圖形軟件打下必要的基礎(chǔ)。
1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀
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。該學(xué)科綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)等其它相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，而且學(xué)科發(fā)展日新月異，新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，這使計(jì)算機(jī)圖形學(xué)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)這幾方面特點(diǎn)。
學(xué)科內(nèi)容豐富和理論性強(qiáng)造成該課程講授起來比較枯燥；同時(shí)，傳統(tǒng)地講授教材上的理論將使學(xué)生感到該課程難于理解、難學(xué)、學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性受到影響，整個(gè)學(xué)習(xí)過程基本是被動(dòng)接受。
目前，國內(nèi)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)基本取材于幾本經(jīng)典的教科書，這些教科書重點(diǎn)講述計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的算法。許多算法為了追求高效率從而精益求精，算法本身構(gòu)思獨(dú)特且實(shí)現(xiàn)精巧，但也導(dǎo)致了算法本身及其實(shí)現(xiàn)都難于理解；而且傳統(tǒng)的授課方案?jìng)?cè)重于強(qiáng)調(diào)算法實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。這種強(qiáng)調(diào)圖形算法基礎(chǔ)的教學(xué)方案適合于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)優(yōu)秀的學(xué)生，但對(duì)本校這樣的工科類院校，學(xué)生往往被一些必須掌握的算法所困擾，從而對(duì)該課程產(chǎn)生畏難心理。
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)則要求學(xué)生具有較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力和編程能力，從另外一個(gè)方面來說，要求老師有更強(qiáng)的實(shí)踐能力。如果理論與實(shí)踐互動(dòng)性不夠，容易造成學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力薄弱。
通過以上分析，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，課下讓學(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。
2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)改革
本校針對(duì)現(xiàn)有教學(xué)中的不足，在總結(jié)多所知名大學(xué)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。
2.1教學(xué)內(nèi)容的組織
以教學(xué)大綱為依據(jù)，從學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，以課堂講授為主，上機(jī)實(shí)驗(yàn)為輔的方式組織教學(xué)內(nèi)容。其中課堂講授48學(xué)時(shí)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。以講清基本原理和概念為第一目標(biāo)，以培養(yǎng)學(xué)生圖形學(xué)算法的設(shè)計(jì)能力、圖形軟件的開發(fā)能力為原則，合理安排課堂教學(xué)內(nèi)容。
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)基本概念、基本原理；其次突出重點(diǎn)，對(duì)一些要求掌握的算法，要仔細(xì)分析，強(qiáng)調(diào)其基本思想。只要算法的基本思想掌握了，算法的實(shí)現(xiàn)就容易理解，對(duì)相關(guān)算法就可舉一反三、觸類旁通；再者教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)該介紹一些當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，使學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展情況，也同時(shí)增加課堂教學(xué)的趣味性；最后在教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)該注意理論與實(shí)用軟件之間的關(guān)系，適當(dāng)介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論、算法在流行的圖形設(shè)計(jì)和動(dòng)畫制作軟件(如AutoCAD、3DMAX等)中的應(yīng)用，促進(jìn)理論學(xué)習(xí)和實(shí)用軟件使用之間形成互動(dòng)。
根據(jù)以上原則，本校在2005屆計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生中，采用了清華大學(xué)出版社出版，孫家廣主編的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》作為基本教材。同時(shí)引進(jìn)國外一流大學(xué)的先進(jìn)教材Donald Hearn, M. Pauline Baker編寫的Computer Graphics(C Version)作為教輔資料，其中引用了一些最新的圖形學(xué)研究成果，在彩頁中體現(xiàn)了幾乎亂真的圖形效果。
2.2教學(xué)方法的選擇
在講授必須掌握的基礎(chǔ)算法之前，強(qiáng)調(diào)啟發(fā)式教學(xué)，提出課前思考題。這些思考題可以引導(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)目標(biāo)清晰，任務(wù)簡化。如在講授多邊形裁剪算法之前，應(yīng)思考多邊形由線段構(gòu)成，是否可用已學(xué)過的二維線段裁剪算法逐邊裁剪多邊形？如果不能，原因如何？應(yīng)如何解決？
在講授同類算法之后，對(duì)解決同一問題的算法進(jìn)行比較，強(qiáng)調(diào)對(duì)比性學(xué)習(xí)。如區(qū)域填充中，應(yīng)對(duì)漫水法填充、邊界填充算法、掃描線種子算法進(jìn)行比較，說明其相同之處皆為在填充過程中搜索新種子點(diǎn)，不同之處在于搜索新種子點(diǎn)的方法不同。通過對(duì)比學(xué)習(xí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不再孤立學(xué)習(xí)一種算法，而是同時(shí)掌握一類算法，為后續(xù)的掃描轉(zhuǎn)換填充算法打下基礎(chǔ)。
2.3教學(xué)手段的應(yīng)用
在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課堂教學(xué)過程中，本校采用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)方式相結(jié)合。為了充分發(fā)揮圖形圖示、動(dòng)畫演示的作用，主講教師精心制作了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)多媒體教學(xué)課件。在該多媒體教學(xué)課件中，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)間用超鏈接進(jìn)行鏈接，引入音頻、視頻等媒體信息，既增加了教學(xué)內(nèi)容的連貫性，又使課堂教學(xué)變得生動(dòng)有趣。
為了合理利用網(wǎng)絡(luò)，拓展教學(xué)空間，主講教師開設(shè)了自己的個(gè)人博客，在網(wǎng)上列出與課程相關(guān)的權(quán)威網(wǎng)絡(luò)資源。在保留傳統(tǒng)的面對(duì)面交流的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)與教師、同學(xué)討論問題；教師則可以根據(jù)學(xué)生的反饋意見，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，調(diào)整下一步的教學(xué)方式。
除了網(wǎng)上討論答疑外，教師根據(jù)學(xué)生的意見還采取了MSN、QQ 等學(xué)生喜愛的交流方式。通過這種網(wǎng)上交流，一方面使同學(xué)們不知不覺中利用課余實(shí)踐學(xué)習(xí)鞏固了圖形學(xué)知識(shí)，擴(kuò)展了知識(shí)面；另一方面也兼顧了圖形學(xué)的教學(xué)大綱和同學(xué)們的興趣。一般說來，教學(xué)大綱強(qiáng)調(diào)基本的概念算法，而學(xué)生則對(duì)如何生成各種漂亮的圖形效果感興趣，將如何基于圖形學(xué)算法使用工具軟件生成圖形效果的資料放在網(wǎng)上，在課堂上就可以集中精力講授算法理論。通過網(wǎng)上交流，給學(xué)生提供了一種獲取知識(shí)的新渠道，這對(duì)于剛讀完兩年大學(xué)，已初步具備自學(xué)能力的大三學(xué)生而言，效果較好。
2.4上機(jī)實(shí)驗(yàn)的分配
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)涉及大量圖形造形、圖形生成和變換的算法，上機(jī)實(shí)驗(yàn)必不可少，應(yīng)該結(jié)合課程特點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)、研究和實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，鼓勵(lì)創(chuàng)新性。通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。
本校根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，把實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)分為必做的課內(nèi)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、課內(nèi)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、選做的課外創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，并且要求學(xué)生將自己實(shí)現(xiàn)的各類圖形算法統(tǒng)一到一個(gè)整體框架中。到課程結(jié)束時(shí)，每個(gè)學(xué)生都完成了一個(gè)具有自己特點(diǎn)的小型交互型計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)。在這個(gè)過程中，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的各種算法，而且培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
在上機(jī)實(shí)驗(yàn)過程中，由于本校學(xué)生在開設(shè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門課程之前并沒有學(xué)習(xí)過GUI編程，往屆學(xué)生的上機(jī)實(shí)驗(yàn)都是基于Turbo C環(huán)境下的編程練習(xí)。由于TC的陳舊性和古板性，多數(shù)學(xué)生對(duì)它并不感興趣，因此在2005屆學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)之前，本校教師將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的上機(jī)實(shí)驗(yàn)移植到VC、VB、C++ Builder等可視化的編程環(huán)境上來。這一方面讓同學(xué)們學(xué)習(xí)編程時(shí)有與時(shí)俱進(jìn)的感覺，另一方面又能學(xué)到新的內(nèi)容。
2.5算法演示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法中涉及到較復(fù)雜的公式推導(dǎo)，在理解算法時(shí)要求有比較強(qiáng)的空間想像能力。為了幫助同學(xué)們更好地理解算法，本校組織畢業(yè)生在主講教師的幫助下制作了“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法演示系統(tǒng)”，該系統(tǒng)利用Visual C++ 6.0結(jié)合OpenGL進(jìn)行開發(fā)。
由于該系統(tǒng)主要用來進(jìn)行輔助教學(xué)，而一般程序?qū)崿F(xiàn)速度快，且操作的像素人眼看不見，這樣的程序用于課堂講解，雖然可以提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，但同學(xué)們看不到算法的具體實(shí)現(xiàn)過程。為了解決這個(gè)問題，本系統(tǒng)以放大的可見點(diǎn)模擬人眼看不見的屏幕像素，并且以動(dòng)畫的形式完成計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中各種算法的實(shí)現(xiàn)過程。系統(tǒng)中每一種算法都被設(shè)計(jì)為一個(gè)獨(dú)立的類，各種算法根據(jù)其分類被組織在相應(yīng)的菜單下，通過菜單調(diào)出設(shè)置參數(shù)和控制程序的對(duì)話框。采用該算法演示系統(tǒng)后，在學(xué)習(xí)相關(guān)算法時(shí)，同學(xué)們可以清楚地看到算法的分步執(zhí)行結(jié)果，幫助同學(xué)從直觀角度理解各種抽象算法，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)教學(xué)效果。
2.6課后習(xí)題的安排
課后習(xí)題對(duì)于幫助學(xué)生預(yù)習(xí)和自學(xué), 激發(fā)學(xué)生興趣等方面有重要作用。由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門課程的特殊性，課后習(xí)題較少，因此根據(jù)課程教學(xué)需要，在參閱著名計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教材的基礎(chǔ)上，本校教師經(jīng)過收集整理，設(shè)計(jì)編寫了教學(xué)輔助材料《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)習(xí)題集》，目前已基本成型，并在2005屆學(xué)生中試用。
在設(shè)計(jì)習(xí)題的時(shí)候要精心設(shè)計(jì)和選擇，特別避免作業(yè)形式單一、難度較大，否則就會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。注意循序漸進(jìn)、難易適度。注重基礎(chǔ)，注意多層次(如基礎(chǔ)知識(shí)、算法設(shè)計(jì)和綜合應(yīng)用題等)、多形式(如判斷題、選擇題、填空題、簡答題、算法設(shè)計(jì)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(dú)立思考的能力。
在每章習(xí)題的最后，都是這章內(nèi)容的學(xué)習(xí)小結(jié)，要求學(xué)生回答：通過這一章的學(xué)習(xí)，掌握了哪些知識(shí)？哪些沒有聽懂？對(duì)老師有沒有更好的建議等等。字?jǐn)?shù)不限，但必須回答。從教師的角度出發(fā)，這種小結(jié)有利于了解學(xué)生的心理動(dòng)態(tài)，了解自己的授課得失，有利于進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量；從學(xué)生的角度出發(fā)，這種小結(jié)客觀上促進(jìn)了學(xué)生進(jìn)行課后復(fù)習(xí)，鞏固了課堂效果，而且內(nèi)容靈活，可長可短。
2.7教學(xué)過程的考核
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(duì)課堂、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正每一環(huán)節(jié)中存在的問題。應(yīng)該在過程中解決教學(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)積極性下降。
過程化管理和考核體現(xiàn)在評(píng)定學(xué)生的課程成績時(shí)，全面考核各重要教學(xué)環(huán)節(jié)(如上課、作業(yè)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)、期末考試等)的學(xué)習(xí)情況，應(yīng)充分重視平時(shí)的學(xué)習(xí)情況，鼓勵(lì)在平時(shí)作業(yè)、上機(jī)實(shí)踐中獨(dú)立思考，并有所創(chuàng)新的學(xué)生。對(duì)于平時(shí)作業(yè)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)中存在的抄襲現(xiàn)象，教師要求學(xué)生用電子郵箱提交作業(yè)，兩份完全雷同的作業(yè)，按照提交時(shí)間先后次序判斷抄襲者。對(duì)于上機(jī)過程中，第一個(gè)完成的同學(xué)或者實(shí)現(xiàn)方法有所改進(jìn)的同學(xué)都給予加分獎(jiǎng)勵(lì)。每次作業(yè)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)都要給出等級(jí)，各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況都有逐一的評(píng)定成績，并按比例記入到課程的總成績中。
3小結(jié)
通過本校2005屆教學(xué)效果和往屆學(xué)生教學(xué)效果的對(duì)比分析，在試卷難度相同的情況下，2005屆計(jì)算機(jī)本科生圖形學(xué)考核平均成績提高5%，且成績分布更趨向正態(tài)分布；網(wǎng)上評(píng)教系統(tǒng)表明，在2005屆本科生中，學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的畏難心理有較大的降低，僅有一人反映學(xué)習(xí)過程中聽不懂，難度很大，這說明學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)信心有一定的提高。從對(duì)比結(jié)果可看出本文所提出的方法有一定的實(shí)效，同時(shí)對(duì)其他課程也有一些參考意義。
參考文獻(xiàn)
[1] 唐澤圣. 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2003.
[2] 吳元斌. “計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)[J]. 安康師專學(xué)報(bào),2004,(16):119-121.
[3] 孫家廣. 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,1998.
[4] 楊長強(qiáng). “計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)演示系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 教育信息化,2006,(3):41-43.
Research and Practice of Teaching Reformation of Computer Graphics
Duan Jiang
(College of Information Science and Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China)
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 教學(xué)改革 教學(xué)模式 案例材料
1. 引言
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何在計(jì)算機(jī)中生成、顯示和處理圖形的一門學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)具有較高的實(shí)用價(jià)值，掌握它需要較深的理論基礎(chǔ)，國內(nèi)高等院校均設(shè)置了相關(guān)的本科課程。但是，由于各學(xué)校以及學(xué)校各專業(yè)之間培養(yǎng)目的、學(xué)生基礎(chǔ)、師資配備以及課程安排等方面的差異，加之計(jì)算機(jī)圖形學(xué)本身既需要較高的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)且需要很好的實(shí)際編程能力，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感到枯燥無味、無法吸收，難以達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)效果。本文分析了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的課程特點(diǎn)及教學(xué)中存在的問題，對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)改革進(jìn)行了一些有益探討。
2. 課程教學(xué)中存在的問題
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門理論和實(shí)踐兼顧、綜合性很強(qiáng)的交叉學(xué)科，涉及內(nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域都很廣泛。以下筆者根據(jù)自身的教學(xué)實(shí)踐來闡述該課程教學(xué)過程中存在的一些問題。
（一）學(xué)習(xí)的積極性
對(duì)于接觸計(jì)算機(jī)較多的學(xué)生而言，對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用感受較為深刻，例如賞心悅目的動(dòng)畫、逼真的游戲場(chǎng)面等。學(xué)生初學(xué)本課程時(shí)，一般均有較高的興趣，但隨著課程學(xué)習(xí)的持續(xù)深入，發(fā)現(xiàn)課程理論艱深、晦澀難學(xué)，與期望值偏差較大，會(huì)逐漸影響學(xué)習(xí)的積極性。
（二）先修課程
先修課程內(nèi)容的掌握情況直接影響著學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的學(xué)習(xí)，先修課包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)課程。由于開課多安排在大學(xué)四年級(jí)，因而數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程已經(jīng)夠用。本門課程實(shí)踐性很強(qiáng)，程序設(shè)計(jì)課程知識(shí)對(duì)學(xué)生理解圖形學(xué)算法并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)非常重要，掌握不好會(huì)使學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)處處碰壁。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則用于描述圖形內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使用得當(dāng)可由基本形體構(gòu)建復(fù)雜圖形。
（三）授課偏重理論
圖形學(xué)課程內(nèi)容龐雜，理論內(nèi)涵豐富，數(shù)學(xué)公式繁多。要給學(xué)生講清楚一個(gè)算法，需要從算法來源、圖形實(shí)現(xiàn)建模到算法推導(dǎo)等方面著手。老師的很多精力放在了課程內(nèi)容的講授上，學(xué)生則被動(dòng)灌輸了大量知識(shí)，然而由于學(xué)時(shí)有限，學(xué)生不能全面動(dòng)手進(jìn)行實(shí)踐鞏固所學(xué)，因此最后對(duì)于課程的理解就只限于泛泛的概念了。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，上機(jī)實(shí)踐是學(xué)好這門課的必要手段。但是，由于學(xué)時(shí)的限制，使原本很重要的實(shí)踐活動(dòng)變成了搭配，上機(jī)平臺(tái)采用的多是目前已不作為主流平臺(tái)的Turbo C，致使學(xué)生無法在實(shí)驗(yàn)中學(xué)到將來就業(yè)時(shí)需要掌握的編程知識(shí)，大幅降低學(xué)生的上機(jī)興趣。
3. 教學(xué)改革
（一）科學(xué)使用教學(xué)模式
在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)中， 教學(xué)內(nèi)容的選擇是核心，其次是教學(xué)模式的選用。加強(qiáng)可視化多媒體教學(xué)，運(yùn)用PPT、flash制作經(jīng)典算法的仿真演示。該措施一方面可以使學(xué)生形象直觀地理解教學(xué)內(nèi)容，另一方面還可以增加教學(xué)的信息量，由此對(duì)教學(xué)帶來的好處是顯而易見的。電子課件制作應(yīng)盡可能生動(dòng)有趣、富有創(chuàng)意，盡可能多的準(zhǔn)備與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的多媒體素材。通過 flash 動(dòng)畫演示，把復(fù)雜枯燥的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和算法描述成生動(dòng)有趣的動(dòng)畫，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。傳統(tǒng)的“粉筆＋黑板”講課模式也有優(yōu)勢(shì)，教師教授起來有聲有色，可通過肢體語言感染學(xué)生，提高教師與學(xué)生之間的互動(dòng)性。對(duì)于需要嚴(yán)謹(jǐn)邏輯推導(dǎo)證明以及需要學(xué)生思考的教學(xué)內(nèi)容，采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的效果會(huì)更好一些。 比如，在講解經(jīng)典圖形生成算法時(shí)，對(duì)數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，可以采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，這樣便于學(xué)生理解，并能給學(xué)生留出足夠的思考時(shí)間。面向教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的使用，則為師生之間的課下交流提供了便利條件。為此，根據(jù)學(xué)校的實(shí)際教學(xué)條件，可采取以多媒體教學(xué)模式為主，輔之以傳統(tǒng)教學(xué)模式，并注重利用課下網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)模式。
（二）案例材料設(shè)計(jì)
為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，有必要編寫一套與教學(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。該案例教材可以設(shè)計(jì)一個(gè)游戲場(chǎng)景為目標(biāo)，貫穿整門課程從基本經(jīng)典圖形生成算法到高級(jí)光照渲染等內(nèi)容，使得學(xué)生一步步通過編程實(shí)踐，從易到難，有針對(duì)性的掌握教學(xué)內(nèi)容。
（三）調(diào)整授課內(nèi)容和方法
由于課程學(xué)時(shí)短，內(nèi)容多，算法推導(dǎo)繁瑣，因此可在教學(xué)過程中對(duì)于基本經(jīng)典內(nèi)容重點(diǎn)講授，而相似性內(nèi)容泛講。如針對(duì)直線 Bresenham 光柵掃描算法的教授，可選擇從算法的來源、數(shù)學(xué)建模、原理算法推導(dǎo)及實(shí)現(xiàn)等過程詳細(xì)講，而針對(duì)圓和橢圓等其它相似圖形，則只講清原理和關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，讓學(xué)生自己推導(dǎo)。這樣的教學(xué)方式，不僅有助于學(xué)生掌握知識(shí)，有效的縮短學(xué)時(shí)，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力。圖形學(xué)高級(jí)主題部分如真實(shí)感圖形學(xué)等均有一定的深度和廣度，每一個(gè)相關(guān)部分都可看做一個(gè)獨(dú)立的研究分支，如果全部面面俱到，重點(diǎn)教授，不但學(xué)時(shí)不允許，學(xué)生接受難度大，也超出了一般教學(xué)大綱范圍。對(duì)這部分內(nèi)容，可選擇少量內(nèi)容深入講，而對(duì)其它內(nèi)容采用專題講座的形式。比如對(duì)于經(jīng)典的 Phong 光照模型，由于不是很復(fù)雜，只要講授方法得當(dāng)，學(xué)生不難理解。因此，可給學(xué)生講清其原理、推導(dǎo)及應(yīng)用局限性，并把它作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)的一部分。考慮到部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程所依賴的內(nèi)容如點(diǎn)積實(shí)現(xiàn)可能會(huì)有難度，因此應(yīng)事先為學(xué)生準(zhǔn)備好這些實(shí)驗(yàn)條件。 對(duì)于其它的高級(jí)主題，可采用講座形式，并給出最新搜集的演示圖片或視頻，幫助學(xué)生擴(kuò)大知識(shí)面，以備將來應(yīng)用之需。針對(duì)高級(jí)主題，采用這樣的教學(xué)方法，可以做到有點(diǎn)有面，適當(dāng)?shù)丶哟笊疃龋_保教學(xué)任務(wù)的高效完成。學(xué)生不僅學(xué)到了必要的知識(shí)和方法，開闊了視野，體會(huì)到基本原理的應(yīng)用過程和樂趣。
4. 結(jié)語
經(jīng)過這些年的教學(xué)實(shí)踐和探索，從教學(xué)反饋結(jié)果看，本文所提出的方法和措施學(xué)生普遍能夠接受，明顯地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使得他們發(fā)自內(nèi)心地意識(shí)到抽象理論學(xué)習(xí)的重要性。同時(shí)，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生們也主動(dòng)加強(qiáng)鍛煉自己的實(shí)踐能力，大幅度的提高了綜合能力水平。但是，應(yīng)該看到，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)學(xué)科發(fā)展日新月異，如何科學(xué)合理地將最新的研究成果納入到教學(xué)內(nèi)容中，還需要在今后的教學(xué)和科研工作中不斷的實(shí)踐和探索。
作者簡介
1. 引言
隨著集成電路制造工藝的快速發(fā)展，圖形處理器(GPU，Graphics Processing Unit)作為計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)的核心部件在最近幾年得到了飛速發(fā)展，眾多計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用得以迅速普及。這些應(yīng)用表明，三維圖形生成和顯示技術(shù)將成為未來軟件產(chǎn)品能否成功的一個(gè)關(guān)鍵因素。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)成為計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生必須掌握的一門基礎(chǔ)專業(yè)課程。
目前，國內(nèi)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)基本取材于幾本經(jīng)典的教科書，這些教科書重點(diǎn)講述20世紀(jì)70年代、80年代的圖形技術(shù)，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。此外，國內(nèi)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的從教人員年齡差別很大，大部分于20世紀(jì)80年代或90年代初從事該門課程的教學(xué)工作。由于成長環(huán)境的局限性和教學(xué)方法的沿襲，很多青年教師講授計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程時(shí)也強(qiáng)調(diào)圖形學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，使得計(jì)算機(jī)圖形學(xué)成為計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生很難掌握的一門課程。這種強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)方案適合數(shù)學(xué)基礎(chǔ)優(yōu)秀的學(xué)生，對(duì)于數(shù)學(xué)功底一般的計(jì)算機(jī)類學(xué)生難以適用。雖然有教師從實(shí)用角度出發(fā)來講授計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，但對(duì)理論基礎(chǔ)涉及較少，也難以深入，學(xué)生很難建立計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門學(xué)科的體系框架。
針對(duì)上述教學(xué)中的不足，我們?cè)谖彰绹髮W(xué)在該門課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，制定了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)方案和實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過與微軟亞洲研究院等工業(yè)界研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行精品課程和科研項(xiàng)目交流與合作，進(jìn)一步修訂了課程方案，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。我們還在教學(xué)過程中增加了面向?qū)W科前沿的內(nèi)容，使學(xué)生能及時(shí)了解學(xué)科發(fā)展的最前沿，開闊視野，為從事科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。
2. 指導(dǎo)原則和教學(xué)目標(biāo)
我們吸收了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域國際頂尖大學(xué)（如Stanford、UC Berkeley、MIT、CMU、 Princeton、UIUC）教材選擇、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和課件的優(yōu)點(diǎn)，通過與微軟亞洲研究院進(jìn)行精品課程和研究項(xiàng)目資助活動(dòng)，在CC2001、SE2004、SGE2004[CC2001][SE2004][SGE2004]的基礎(chǔ)上進(jìn)一步修訂教學(xué)內(nèi)容，使得它能夠反映工業(yè)界對(duì)人才的需求和學(xué)科最新進(jìn)展。同時(shí)，授課內(nèi)容也反映任課教師自己的研究方向和特色，用科研來促進(jìn)教學(xué)和人才培養(yǎng)。
該課程主要面向復(fù)旦大學(xué)軟件學(xué)院高年級(jí)本科生，其教學(xué)目標(biāo)要求與學(xué)院整個(gè)辦學(xué)思路和人才培養(yǎng)理念保持一致。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)包括三個(gè)層次。首先，通過本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可使用當(dāng)代圖形API（如Direct3D、OpenGL等）編寫圖形應(yīng)用程序，并將這類程序與其他應(yīng)用相結(jié)合。其次，通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)有一個(gè)全面、感性的認(rèn)識(shí)，了解學(xué)科前沿，同時(shí)能夠理解和實(shí)現(xiàn)部分經(jīng)典算法。再次，尋找一個(gè)可行解決方法對(duì)模型進(jìn)行求解，利用解決方法對(duì)問題進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證模型及其解決方案的正確性訓(xùn)練學(xué)生以圖形作為工具，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行可視分析、建模和求解技能。
盡管國際和國內(nèi)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程涉及的學(xué)生專業(yè)背景和從教人員背景具有很大差異，我們相信上述這種重實(shí)踐、求創(chuàng)新、著重培養(yǎng)解決問題能力的課程教學(xué)和人才培養(yǎng)模式都具有很大的參考價(jià)值。在保持上述教學(xué)和人才培養(yǎng)模式精髓前提下，從教人員可以根據(jù)具體情況來制定教學(xué)方案和實(shí)踐環(huán)節(jié)。
3．教學(xué)方案
我院計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程設(shè)置為2個(gè)學(xué)分，講授36學(xué)時(shí)。學(xué)分和學(xué)時(shí)數(shù)比國內(nèi)和美國高校偏少，因此我們?cè)诮滩倪x擇、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面都進(jìn)行了仔細(xì)思考和精心設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)。
我們選擇Donald Hearn和M. Pauline Baker合著的《Computer Graphics with OpenGL》第三版作為教材[Hearn2003]。該教材取材豐富，以跨平臺(tái)的開放圖形庫OpenGL為基礎(chǔ)，介紹計(jì)算圖形學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本概念和基本算法。學(xué)生可將教材示例程序在PC上運(yùn)行，從而獲得對(duì)教學(xué)內(nèi)容的直觀理解。由于這本教材的理論講解不夠深入，我們推薦[Moller2002][Foley97]作為參考書，并指定[Woo97] 作為必讀資料，通過熟悉OpenGL編程接口規(guī)范并進(jìn)行應(yīng)用程序編寫，讓學(xué)生對(duì)圖形學(xué)基礎(chǔ)理論、基本概念和基本算法有深入理解。
考慮到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程涉及領(lǐng)域較多，我們沒有采用雙語教學(xué)，而是以中文講授課程，但使用英文教材、英文課件和板書，而且作業(yè)和考試也采用英文命題。在教學(xué)方面，我們借鑒美國優(yōu)秀大學(xué)的先進(jìn)教育方法，主講教師上課主要側(cè)重課程的要點(diǎn)、難點(diǎn)和方法以及理念，具體細(xì)節(jié)要求學(xué)生課后學(xué)習(xí)和實(shí)踐。這種授課方法要求學(xué)生在課后自學(xué)來強(qiáng)化對(duì)基本概念、基礎(chǔ)理論和算法的理解和掌握，有效地彌補(bǔ)了學(xué)時(shí)的不足。同時(shí)，我們借鑒國外大學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為該課程配備3名教學(xué)助理(Teaching Assistant―TA)，達(dá)到了平均20名學(xué)生配備一名TA。TA和主講教師一起，根據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)生反饋意見設(shè)計(jì)作業(yè)(Homework)和實(shí)習(xí)項(xiàng)目(Project)，并通過多種方式給予學(xué)生指導(dǎo)和幫助。
該門課程的教學(xué)內(nèi)容涵蓋了ACM SIGGRAPH和Eurographics教育委員會(huì)推薦方案的絕大部分內(nèi)容[SGE2004]，同時(shí)考慮到軟件工業(yè)的特點(diǎn)、工業(yè)界需求和學(xué)院的科研特色，我們還增加了該學(xué)科的最新進(jìn)展的相關(guān)內(nèi)容，具體教學(xué)安排如下。
第一講為引言。首先介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容、應(yīng)用領(lǐng)域、典型圖形系統(tǒng)的構(gòu)成和獲得ACM 圖靈獎(jiǎng)(Turning Award)的兩位圖形學(xué)者。接著，講述圖形系統(tǒng)的輸入設(shè)備和顯示設(shè)備。然后，以圖形繪制為主線，回顧真實(shí)感和非真實(shí)感圖形的歷史，直到目前最熱門的表面細(xì)節(jié)繪制、基于圖像的繪制和基于相機(jī)陣列的繪制技術(shù)。
第二講主要介紹二維圖形技術(shù)。以畫直線算法為例，講解光柵圖形與矢量圖形的不同之處。介紹曲線離散為多個(gè)直線段的思想和原理，從而完成曲線繪制。通過多邊形掃描轉(zhuǎn)化和種子添充算法，介紹簡單二維幾何圖形的光柵化技術(shù)。
第三講重點(diǎn)講述幾何變換。包括物體的平移、旋轉(zhuǎn)、錯(cuò)切、縮放變換；幾何變換的矩陣表示形式和多個(gè)變換的復(fù)合方法，重點(diǎn)解釋齊次坐標(biāo)引入的必要性。最后，以場(chǎng)景圖(Scene Graph)為例, 介紹變換的層次控制方法。
第四講和第五講圍繞圖形繪制流水線，講述繪制流水線涉及的每個(gè)環(huán)節(jié)。包括物體的多邊形表示方法、模型變換、取景變換、投影變換、視口變換、二維幾何元語裁剪等多個(gè)關(guān)鍵步驟和算法。
第六講為場(chǎng)景消隱技術(shù)。介紹了背面剔除、畫家算法等物體空間隱藏面去除算法，以及多個(gè)圖像空間消隱算法，如Z-buffer、面積細(xì)分、光線投射(Ray casting)、BSP樹等。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；圖形教學(xué)；實(shí)踐；創(chuàng)新
中圖分類號(hào)：TP391.41
隨著近些年來信息技術(shù)狂飆突進(jìn)式的發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)大范圍普及，人們已經(jīng)進(jìn)入了計(jì)算機(jī)時(shí)代。而計(jì)算機(jī)教育也逐漸在整個(gè)教育體系中占據(jù)了重要的位置。所謂計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，“就是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。簡單地說，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容就是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。”[1]它是計(jì)算機(jī)教學(xué)體系中非常重要的一門課程。
直觀地說，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)能夠教會(huì)人們利用技術(shù)手段設(shè)計(jì)出逼真的圖形。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容非常廣泛，如圖形硬件、圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實(shí)體造型、真實(shí)感圖形計(jì)算與顯示算法。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門系統(tǒng)性非常強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)，需要注意課程的技術(shù)性、應(yīng)用性、特殊性。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門綜合性的、包容性的學(xué)科，融合了數(shù)學(xué)、物理等知識(shí)。社會(huì)的不斷變遷，促進(jìn)了學(xué)科的不斷變化，然而眾多學(xué)校在本課程的安排上，學(xué)時(shí)都偏少，加之本身課程又偏難，這對(duì)學(xué)生更好的掌握本門課程又很不利。本課程的教學(xué)目標(biāo)是要讓學(xué)生掌握?qǐng)D形學(xué)的理論知識(shí)和基本原理，在教師的引導(dǎo)下，更好的掌握?qǐng)D形軟件的使用方法。
就目前的學(xué)情狀況來看，圖形教學(xué)的上課效果并不是很好。一方面原因是知識(shí)點(diǎn)繁雜，課程對(duì)學(xué)生的要求也比較高。另一方面看，傳統(tǒng)的教學(xué)方式也無法適應(yīng)快速變化的學(xué)情。現(xiàn)存的教學(xué)問題迫使我們需要對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行改革，教師們應(yīng)該以效率至上，去考慮如很能夠利用有限的教學(xué)時(shí)間給學(xué)生傳遞出更多的知識(shí)，讓學(xué)生更好的掌握?qǐng)D形制作流程，提高學(xué)生在學(xué)習(xí)圖形學(xué)的興趣，增加學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，讓學(xué)生了解到課程和社會(huì)聯(lián)系的緊密型。
創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂，同時(shí)也是一門課程能夠保持活力的催化劑。教師需要對(duì)課程設(shè)置進(jìn)行創(chuàng)新、授課方式進(jìn)行創(chuàng)新，建立一些列的創(chuàng)新體制，結(jié)合不同的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)計(jì)算機(jī)圖形教學(xué)進(jìn)行改革，以提高教學(xué)質(zhì)量，力求達(dá)到最佳的上課效果。
1 圖形教學(xué)中存在的問題
1.1 教學(xué)模式單一。圖形教學(xué)離不開電腦。多媒體教學(xué)的普及，使得整個(gè)教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容都豐富了起來。但是通常情況下，教師在授課時(shí)，會(huì)將自己做好的課件播放講解，老師甚至不會(huì)站起來，學(xué)生就直面大屏幕投影。老師無法將多媒體的優(yōu)勢(shì)融合到教學(xué)中，卻放大了其缺點(diǎn)。整個(gè)課堂中，教師無法同學(xué)生進(jìn)行有效的交流和溝通，老師也無法觀察到學(xué)生的狀態(tài)，課堂氣氛比較低沉，學(xué)生也容易產(chǎn)生困倦之感，教學(xué)效果將大打折扣。
1.2 理論與實(shí)踐脫節(jié)。學(xué)以致用，這是教學(xué)中必須要掌握的原則。而傳統(tǒng)的教學(xué)中，通常教師只是注重理論的培養(yǎng)，甚至是機(jī)械的為了完成教學(xué)任務(wù)，給學(xué)生灌知識(shí)，忽視了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。這個(gè)體現(xiàn)在，理論授課的學(xué)時(shí)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)。圖形教學(xué)是理論性和實(shí)踐性融合很強(qiáng)的一門課程，如果單單是傳授理論知識(shí)，忽視實(shí)踐培養(yǎng)，好似是“瘸腿教育”，最終的結(jié)果則是學(xué)生紙上談兵，很難達(dá)到預(yù)期的上課效果，學(xué)生也很難將知識(shí)融會(huì)貫通。
1.3 課程定位難言合理。目前的圖形教學(xué)中，更多老師更加注重本學(xué)科的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的圖形學(xué)都是以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的，然而這并不利于一些數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不好的學(xué)生學(xué)習(xí)圖形學(xué)。課程的定位有些失準(zhǔn)，有點(diǎn)“窄眾化”，并不利于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)。如果單純的去講解計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，卻又不好深入，學(xué)生學(xué)得比較淺。
1.4 實(shí)際教學(xué)內(nèi)容不夠深入。總體來講，由于各個(gè)學(xué)校對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)并沒有升學(xué)等成績的要求，眾多學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)比較薄弱。由于計(jì)算機(jī)圖形是一個(gè)知識(shí)點(diǎn)眾多、技術(shù)性理論性都很強(qiáng)的專業(yè)，這對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)性要求比較高，需要學(xué)生有較高的思維邏輯能力，較強(qiáng)的理解能力。但是學(xué)生現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)是無法滿足上述要求的。學(xué)生的基本能力決定了老師的講課深度，很多教師由于受學(xué)生能力的限制，在講課時(shí)，講授內(nèi)容會(huì)略顯簡單，或者是比較淺，因?yàn)樵偕钊牒螅瑢W(xué)生并不好理解，再加上沒有升學(xué)的壓力，一些老師就干脆講一些通俗易懂的，點(diǎn)到為止。真正的精髓學(xué)生是無法學(xué)到的。
1.5 考核模式不健全。傳統(tǒng)的圖形教學(xué)考核模式，以理論為基礎(chǔ)，以卷面考試為住。這種考試模式，容易讓學(xué)生只是應(yīng)付性的去背一些理論。俗話說，沒有壓力就沒有動(dòng)力。考試好似一種走過場(chǎng)，并不能讓人們?nèi)ズ煤脺?zhǔn)備。本身圖形教育就是注重實(shí)踐的操作能力，一個(gè)合理的考核模式就是要調(diào)動(dòng)起來學(xué)生的積極性，以考帶動(dòng)學(xué)。
2 圖形教學(xué)的創(chuàng)新舉措
2.1 豐富教學(xué)模式。教學(xué)內(nèi)容是核心，教學(xué)模式為催化劑。上述的那種大屏幕模式，實(shí)際上，這種模式也有其有點(diǎn)，畢竟是電腦來操作，更加直觀，而且，操作簡單方便，但是，多媒體畢竟只是一種輔助工具。很多老師用電腦課件將繪圖的過程都很快展現(xiàn)在同學(xué)面前，這不利于學(xué)生的思考。筆者通過多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為，多媒體加黑板兩種模式相結(jié)合，比如，需要展開分析的部分，由教師在黑板上一點(diǎn)點(diǎn)推導(dǎo)出來，也算是幫助學(xué)生一點(diǎn)一點(diǎn)的去推到，引導(dǎo)他們?nèi)ニ伎迹倥湟远嗝襟w的那種直觀性。教師在利用多媒體時(shí)候，可以連接網(wǎng)絡(luò)，共享網(wǎng)絡(luò)上的資源，讓學(xué)生開闊眼界。教師再多搜索一些與圖形教學(xué)有關(guān)的案例，使整個(gè)教學(xué)過程中的元素能夠有機(jī)的融合在一起。
2.2 理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。圖形學(xué)是抽象的，如果只是讓學(xué)生與這些繁瑣的公式、枯燥的理論打交道，學(xué)生的興趣恐怕被消磨殆盡。關(guān)鍵是學(xué)這些東西不去實(shí)踐，等于是白學(xué)。實(shí)驗(yàn)不僅能夠鍛煉學(xué)生的實(shí)操能力，也能夠讓學(xué)生在具體的操作中去感受理論的應(yīng)用，讓學(xué)生自己去糅合知識(shí)。只有自己的感悟才能夠記憶深刻。學(xué)校來講，要加大圖形實(shí)驗(yàn)課的比例，要加大對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視，目的就是為了“用”。因?yàn)閷W(xué)生的自制力較差，他們不會(huì)在私下去聯(lián)系，所以學(xué)校只能采取強(qiáng)制措施，慢慢的引導(dǎo)，增加他們的主動(dòng)性。
2.3 對(duì)課程要進(jìn)行合理定位。對(duì)課程合理的定位，是保證課堂質(zhì)量，完成任務(wù)的重要舉措。教師在講課時(shí)，要將基礎(chǔ)的理論和概念傳遞給同學(xué)。圖形學(xué)是針對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，教師如何去根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)去制定合理的課程進(jìn)度。其定位必須要以實(shí)踐性為導(dǎo)向。
2.4 教學(xué)內(nèi)容的精選和合理組合。教學(xué)內(nèi)容的合理選擇關(guān)系到整個(gè)圖形教學(xué)的質(zhì)量。教學(xué)內(nèi)容是包括理論與實(shí)踐的。理論內(nèi)容上，類似于圖形的基本知識(shí)、圖形的生成、變換等內(nèi)容，通過對(duì)以上內(nèi)容的學(xué)習(xí)，并配合上實(shí)踐操作，學(xué)生能夠掌握?qǐng)D形課程的一整套流程、基本原理和方法，逐漸熟練圖形學(xué)的部分技術(shù)，促進(jìn)圖形學(xué)的實(shí)際應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容不僅僅只是體現(xiàn)在膚淺的表面，還有適當(dāng)?shù)膫魇诮o學(xué)生一些更加有深度的內(nèi)容，因?yàn)閳D形學(xué)本身就是一個(gè)很有深度的課程，如果只是點(diǎn)到為止，這既不能進(jìn)一步挖掘圖形學(xué)的深度內(nèi)容，也不利于學(xué)生的圖形制作水平的提升。
2.5 健全考核模式。考核的目標(biāo)是要讓學(xué)生知道計(jì)算機(jī)圖形學(xué)習(xí)的重要性。讓學(xué)生去重視起來。教師應(yīng)在課堂、實(shí)驗(yàn)以及作業(yè)上進(jìn)行學(xué)生的考核。考核的過程中，教師能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問題。要對(duì)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓膭?lì)，要發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，也要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。平時(shí)的考核和最后的考試相結(jié)合，避免學(xué)生“學(xué)習(xí)為了考試”的片面理念。
計(jì)算機(jī)圖形教學(xué)的復(fù)雜特性，值得我們?nèi)ド钊胙芯俊Ｓ?jì)算機(jī)圖形教學(xué)處在一個(gè)發(fā)展過程中，需要更多的教師去探索，逐步挖掘創(chuàng)新的教育模式，促進(jìn)圖形教育的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]吳元斌.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)[J].安康師專學(xué)報(bào)，2004.
本文作者：成軻 單位：中原工學(xué)院
三維動(dòng)畫作為一種新興的動(dòng)畫形式，近幾年發(fā)展非常迅速，逐漸成為了主流的動(dòng)畫形式。中國開展動(dòng)畫專業(yè)的高校現(xiàn)在也都基本開設(shè)了針對(duì)三維動(dòng)畫的課程。三維動(dòng)畫不同于傳統(tǒng)的二維手繪動(dòng)畫，是和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合非常緊密的一門交叉學(xué)科，基本所有的制作過程都要借助于計(jì)算機(jī)硬件和軟件，這使得三維動(dòng)畫的教育方式和方法需要同傳統(tǒng)的二維動(dòng)畫教育區(qū)分開來，不論從教學(xué)方法還是教學(xué)內(nèi)容都需要進(jìn)行很大調(diào)整。國內(nèi)三維動(dòng)畫教育目前還處于起步和摸索階段，相比較來說，歐美發(fā)達(dá)國家三維動(dòng)畫教育起步較早，發(fā)展也相對(duì)完善。如果可以吸收和借鑒其中成功的經(jīng)驗(yàn)，并加以利用，一定能對(duì)中國的三維動(dòng)畫教育幫助良多，解決目前存在的一些問題，并能推進(jìn)國內(nèi)整個(gè)三維動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在所有的歐洲三維動(dòng)畫教育中，英國的教育模式是比較富有代表性的也是發(fā)展較為成功的。英國高校的三維動(dòng)畫教育一般采取三位一體的教學(xué)模式。其中包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的學(xué)習(xí)，藝術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的學(xué)習(xí)。這三方面互為補(bǔ)充，構(gòu)成了一個(gè)比較完善的教學(xué)體系。
一、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的學(xué)習(xí)
目前中國國內(nèi)的三維動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)發(fā)展較慢，也較為混亂，是和缺乏足夠的計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)的。而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的學(xué)習(xí)也是目前中國三維動(dòng)畫教育中比較欠缺，急需改進(jìn)的重點(diǎn)。因?yàn)槿S動(dòng)畫里面的各種效果都是產(chǎn)生于與之相對(duì)應(yīng)的各種計(jì)算機(jī)技術(shù)。例如海浪，火焰，毛發(fā)，還有模擬各種真實(shí)的動(dòng)作等。沒有相應(yīng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，也無從談起三維動(dòng)畫。也正是各種各樣日新月異的計(jì)算機(jī)技術(shù)推動(dòng)了三維動(dòng)畫在世界領(lǐng)域的快速發(fā)展。所以，軟件開發(fā)技術(shù)不論從任何方面都是三維動(dòng)畫領(lǐng)域里面的重中之重。英國三維動(dòng)畫教育很重視這方面技術(shù)的教學(xué)和實(shí)踐，也針對(duì)這些技術(shù)也開設(shè)了一系列課程。例如面向現(xiàn)在比較熱門的Mo-tionCapture（動(dòng)作捕捉）技術(shù)，英國的Bristol大學(xué)的CharacterAn-imation（人物動(dòng)畫）專業(yè)就開設(shè)立了MotionCaptureRetargeting方向的研究工作，主要面向解決MotionCapture后人物動(dòng)作變形的問題，并在這一領(lǐng)域取得了一定成功。而類似Bristol大學(xué)的例子還有很多。Bournemouth大學(xué)甚至開設(shè)了計(jì)算機(jī)動(dòng)畫（ComputerAnima-tion）的博士生項(xiàng)目，并和中國的高校建立了合作關(guān)系。由此我們可以看出，英國的三維動(dòng)畫教育很重視計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，特別是三維圖形學(xué)的教育工作。而且強(qiáng)調(diào)三維圖形學(xué)和三維動(dòng)畫有機(jī)的整合在一起，使學(xué)生能真正理解三維動(dòng)畫的原理，有能力去開發(fā)和拓展三維動(dòng)畫領(lǐng)域。相比較來說，中國的三維動(dòng)畫教育一直忽視計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的教學(xué)和科研，導(dǎo)致學(xué)生嚴(yán)重缺乏必要的計(jì)算機(jī)技術(shù)，這也大大桎梏了三維動(dòng)畫在中國的發(fā)展。
二、藝術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)
眾所周知，三維動(dòng)畫的的魅力是由動(dòng)畫藝術(shù)本身獨(dú)特的特點(diǎn)所體現(xiàn)出來的，對(duì)于動(dòng)畫藝術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)自然是學(xué)好三維動(dòng)畫學(xué)科的基礎(chǔ)。除了和中國基本相同的美術(shù)設(shè)計(jì)知識(shí)學(xué)習(xí)之外，英國的動(dòng)畫專業(yè)教育很重視電影學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，也針對(duì)性的開設(shè)了一系列課程。例如Bristol大學(xué)的CharacterAnimation（人物動(dòng)畫）專業(yè)就跟戲劇專業(yè)（DramaDepartmen）t合作開設(shè)了FromBodytoAvatar，ProjectDesignandStoryboarding等課程。專門講授塑造人物性格，編排劇情，制作故事板，剪輯電影，添加音效等方面的內(nèi)容。這些課程對(duì)于設(shè)計(jì)，制作和最后完成三維動(dòng)畫都很有必要。目前中國高校的三維動(dòng)畫教育對(duì)于美術(shù)知識(shí)的教育還是比較重視的，可是針對(duì)電影學(xué)方面的課程安排較少。如果能夠參照英國的教學(xué)模式，適當(dāng)增加電影學(xué)的教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)于學(xué)生對(duì)于動(dòng)畫知識(shí)的全面了解和制作動(dòng)畫都會(huì)帶來很多益處。
三、計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的學(xué)習(xí)
毫無疑問計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的學(xué)習(xí)也是三維動(dòng)畫教育中必不可少的一環(huán)，只知道原理卻不會(huì)操作各種應(yīng)用軟件將會(huì)寸步難行。這些軟件包括Maya，Premiere，AE，Photoshop，Audition等等。大型軟件的應(yīng)用在未來的三維動(dòng)畫發(fā)展中也會(huì)越來越重要。在英國的三維動(dòng)畫教育中，不論是本科還是研究生教育都有很大一部分比例的學(xué)分專門為這些課程安排的。這其中Maya作為權(quán)威的三維動(dòng)畫制作工具，是最難，最花時(shí)間，也是最重要的。學(xué)生通過課堂上的學(xué)習(xí)只是了解其基本操作，真要做到熟悉操縱Maya還要通過長時(shí)間的上機(jī)和實(shí)踐。在國外的三維動(dòng)畫教育中，老師一般只花很少時(shí)間教學(xué)生操作，更多是給學(xué)生布置一些作業(yè)，在完成作業(yè)的過程中進(jìn)行實(shí)踐。針對(duì)中國的三維動(dòng)畫教育，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)延長計(jì)算機(jī)軟件課程的教授時(shí)間，因?yàn)橹蛔寣W(xué)生自己摸索，對(duì)于Maya這樣復(fù)雜的軟件實(shí)在勉為其難。何況Maya是全英文軟件，對(duì)于中國學(xué)生是很有必要詳細(xì)解釋各種操作的。
四、總結(jié)
中國三維動(dòng)畫教育這么多年雖然一直在被強(qiáng)調(diào)，各種學(xué)習(xí)班也層出不窮。可是績效不明顯，專業(yè)和市場(chǎng)與歐美的差距也越來越大。我認(rèn)為根源是出在教育模式上，沒有系統(tǒng)化的教育，是不會(huì)產(chǎn)生大量真正專業(yè)化的人才的。現(xiàn)在國內(nèi)三維動(dòng)畫教育缺乏對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，過分強(qiáng)調(diào)美術(shù)設(shè)計(jì)，甚至連電影學(xué)的課程也很少涉及，這使得學(xué)生無法獲得全方位和良性的發(fā)展。我們應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到，僅僅掌握美術(shù)設(shè)計(jì)和幾個(gè)軟件是無法成為真正的動(dòng)畫人才的。而且國內(nèi)的三維動(dòng)畫教育過分注重通才教育，缺乏人性化和個(gè)性化，使得學(xué)生本身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)受到遏制，缺少真正精通的方面，反倒不利于專業(yè)素質(zhì)的提高，這也是目前動(dòng)畫學(xué)生就業(yè)難的主要原因之一。相比較來說，英國動(dòng)畫教育不但注重培養(yǎng)的學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，更注重學(xué)生個(gè)性和專長的發(fā)展，這點(diǎn)是國內(nèi)的動(dòng)畫教育可以借鑒的一個(gè)主要方向。本人希望國內(nèi)的三維動(dòng)畫教育能夠借鑒和參考國外較為成熟的教育體系，取其精華、棄其糟粕，和國內(nèi)的國情相結(jié)合，一定能夠探索出更為完善，更為適合的中國三維動(dòng)畫教育模式。
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)圖形學(xué);選修課教學(xué);知識(shí)導(dǎo)航鏈;知識(shí)屏蔽;自我成就感
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)(以下簡稱CG)是研究如何利用計(jì)算機(jī)顯示、生成和處理圖形的學(xué)科。目前它已經(jīng)成為一門發(fā)展最活躍、應(yīng)用最廣泛的前沿學(xué)科。CG涉及物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)及藝術(shù)等諸多方面的內(nèi)容,因此,該課程的特點(diǎn)是綜合性較強(qiáng),多學(xué)科交叉,課程本身具有極強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。
由于CG自身的特點(diǎn),使得它的講授有別于其他課程。在講授這門課程時(shí),經(jīng)常會(huì)遇到下面幾個(gè)問題:
(1) 由于學(xué)科本身涉及的內(nèi)容多、變化快、應(yīng)用廣,容易使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中混淆所學(xué)知識(shí)、疲于應(yīng)付。
(2) 由于課程本身具有極強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性,教學(xué)過程中較難把握兩者的輕重。作為選修課時(shí),以上幾個(gè)問題顯得尤為嚴(yán)重。學(xué)生往往對(duì)選修課不夠重視,難以提起學(xué)習(xí)興趣。另外,作為選修課,學(xué)時(shí)相對(duì)較少,學(xué)生又來自不同專業(yè),基礎(chǔ)參差不齊,給教師授課內(nèi)容的組織及進(jìn)度安排也帶來了困難。
針對(duì)該課程特點(diǎn)及選修課學(xué)生的特點(diǎn),我們對(duì)教學(xué)中的一些問題進(jìn)行了深入思考并提出了新的教學(xué)思路,即“五要”,要重視第一次課,要讓學(xué)生始終保持思路清晰,要注意知識(shí)屏蔽,要強(qiáng)調(diào)實(shí)用性,要能增強(qiáng)學(xué)生自我成就感。實(shí)踐表明,這些教學(xué)新思路對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)熱情,改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量具有很好的指導(dǎo)和促進(jìn)作用。
2教學(xué)中的思考
2.1要重視第一次課
很多學(xué)生在選修CG這門課時(shí),不知道它是講什么的,往往會(huì)誤以為只是介紹一種圖形軟件的課程,因此就沒有很明確的學(xué)習(xí)目標(biāo),這也直接導(dǎo)致學(xué)生有怠慢的情緒。作為教師,應(yīng)該在第一次課的時(shí)候就糾正學(xué)生的錯(cuò)誤理解,強(qiáng)調(diào)該課程所學(xué)習(xí)的內(nèi)容,那就是“我們是做一個(gè)圖形軟件,而不是用一個(gè)圖形軟件”。
“萬事開頭難!”在給學(xué)生講第一次課的時(shí)候,如果能讓學(xué)生對(duì)這門課有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí),不產(chǎn)生厭煩、畏懼心理,而是建立起學(xué)習(xí)激情、學(xué)習(xí)興趣,確立較清晰明確的學(xué)習(xí)目標(biāo),那么對(duì)今后學(xué)習(xí)這門課的其他內(nèi)容是有很好的指導(dǎo)作用的。
CG已有40多年的歷史,其應(yīng)用已經(jīng)深入到方方面面。就人們經(jīng)常可以接觸到的廣告、游戲、動(dòng)畫等而言,無一不用到它的知識(shí),將這些實(shí)際應(yīng)用以圖示、動(dòng)畫等形式充分展示在學(xué)生面前,讓學(xué)生看到CG的魅力所在,不但可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,而且可以讓學(xué)生了解到學(xué)習(xí)這門課的用處。在舉例子時(shí),不要只考慮到炫目,應(yīng)該讓這些
應(yīng)用在后繼的學(xué)習(xí)中與相關(guān)內(nèi)容有聯(lián)系,否則如果出現(xiàn)學(xué)生的強(qiáng)烈期望與枯燥現(xiàn)實(shí)的矛盾時(shí),會(huì)挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。課上,教師可以讓學(xué)生列舉他所認(rèn)為的用到了CG知識(shí)來解決的問題,采用討論的形式,活躍課堂氣氛。課下還可以要求學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源、圖書館資源等,去了解如何用CG技術(shù)制作諸如羽毛、雪景、水、海面、火焰等效果,加深學(xué)生對(duì)CG的認(rèn)識(shí)。
總之,第一次課下來,應(yīng)能達(dá)到以下兩個(gè)目標(biāo):
(1) 學(xué)生明確知道了這門課的學(xué)習(xí)內(nèi)容,確立了學(xué)習(xí)目標(biāo)。
(2) 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)CG的興趣和熱情。
2.2要讓學(xué)生始終保持思路清晰
在教授這門課的過程中,我們發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生在學(xué)習(xí)了幾種算法之后,竟然混淆了各算法所解決的問題。究其原因,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中沒有一個(gè)清晰的學(xué)習(xí)框架和路線,在學(xué)習(xí)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候,不知道它所處的位置,造成了“只見樹木,不見森林”的情況。
CG其實(shí)就是研究如何利用計(jì)算機(jī)“逼真”地模擬現(xiàn)實(shí)世界景物,而模擬景物的過程可以用圖形流水線來給出如圖1所示。依次將利用流水線上各技術(shù)處理的典型示例及效果圖展示出來,讓學(xué)生知道各部分大致完成的功能,并且要讓學(xué)生知道,在學(xué)習(xí)過程中,他們也可以利用所學(xué)知識(shí)做出同樣的效果,完成同樣的功能,這樣學(xué)生就會(huì)有清晰的學(xué)習(xí)思路,不會(huì)感到混亂,也有了學(xué)習(xí)興趣。采用圖形流水線的順序組織課程內(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。
整體的學(xué)習(xí)思路按照上述流水線來進(jìn)行,而在實(shí)際講解各知識(shí)點(diǎn)時(shí),可以通過加入導(dǎo)航的方式來給學(xué)生提供學(xué)習(xí)線索。如對(duì)Bresenham算法而言,既有畫圓的Bresenham算法,也有的畫直線的Bresenham算法,如果它是在圖2所示的一個(gè)知識(shí)導(dǎo)航鏈上的,學(xué)生就會(huì)很清楚它所處的位置和完成的功能了。這種方式使學(xué)生無論在學(xué)習(xí)哪一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候,都知道自己身處何地,不至于迷失在CG這座“森林”里。
2.3要注意知識(shí)屏蔽
CG涉及到很多方面的知識(shí),如果不采取一定的“知識(shí)屏蔽”措施,學(xué)生會(huì)覺得自己掉進(jìn)了一個(gè)知識(shí)的深淵,變得毫無目標(biāo),這會(huì)極大地影響學(xué)習(xí)熱情。
比如,CG涉及很多數(shù)學(xué)知識(shí),有些學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較差,看到這種情況就會(huì)產(chǎn)生畏懼心理。其實(shí)就CG基礎(chǔ)部分來說,涉及到的數(shù)學(xué)知識(shí)是有限的、簡單的。老師在講授涉及數(shù)學(xué)知識(shí)的部分時(shí),要進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí),但不必講太深。如在學(xué)習(xí)幾何變換時(shí),要涉及到矩陣運(yùn)算,主要是矩陣乘法,那么就可以通過下面的提問方式來做復(fù)習(xí):“求矩陣T12×3和矩陣T23×4的乘法?結(jié)果矩陣的行數(shù)列數(shù)分別是多少?能否求T2×T1?”這個(gè)例子涉及了幾個(gè)知識(shí)點(diǎn),然而都是相當(dāng)基本簡單的,“第一個(gè)矩陣的列數(shù)要和第二個(gè)矩陣的行數(shù)相同才能進(jìn)行矩陣乘法運(yùn)算”,稍微提示一下學(xué)生就可以回憶起來,這樣學(xué)生就有信心了。千萬不要長篇細(xì)研,能不講就不講,畢竟在有限的時(shí)間能接受的知識(shí)也是有限的。
CG還涉及到人類視覺系統(tǒng),這是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),至今人類也沒有完全搞清楚它是怎樣工作的,所以也不要給學(xué)生詳細(xì)講解這個(gè)系統(tǒng),而是能避則避。比如抖動(dòng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn),本來只是兩種顏色的圖形簡單地交錯(cuò)拼接在一起,怎么人眼就會(huì)看到另外一種顏色呢?如圖3所示,黑白方格交錯(cuò),從遠(yuǎn)處看就是灰色。這種情況只講實(shí)際人們的經(jīng)歷體會(huì),而不要太細(xì)地去探究人眼的工作機(jī)理。日常發(fā)生的情況,一說學(xué)生就會(huì)知道有這種現(xiàn)象,至于為什么,不去管它,這種情況只要“想當(dāng)然”地接受就好了。
CG涉及的知識(shí)面太廣,選修課課時(shí)又相對(duì)較少,因此對(duì)很多知識(shí)進(jìn)行“知識(shí)屏蔽”,并“想當(dāng)然”地接受并不是壞事,反而可以讓學(xué)生專注于必要知識(shí)的學(xué)習(xí)。這就像人們想要走過一條路,走到一半時(shí),發(fā)現(xiàn)路面發(fā)生了一些變化,但并不會(huì)影響繼續(xù)行走,與其停下來探究路為什么發(fā)生變化,不如繼續(xù)走下去,畢竟路的問題不是我們要解決的事,這條路我們只是用而已。
2.4要強(qiáng)調(diào)實(shí)用性
學(xué)習(xí)知識(shí)的最終目的是為了解決實(shí)際問題。如果不知道學(xué)的東西會(huì)有什么用、怎么用,學(xué)生就會(huì)感覺到很盲目,沒有目標(biāo),會(huì)喪失學(xué)習(xí)興趣和熱情。“學(xué)這有什么用啊?我以后用得著嗎?”,這幾句話是學(xué)生經(jīng)常會(huì)問的問題。有些課程的內(nèi)容可能確實(shí)很難給出具體的應(yīng)用,但CG不同,它是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課,應(yīng)用非常廣泛,應(yīng)用實(shí)例隨手可得,教師應(yīng)該充分利用這種資源,讓學(xué)生看到學(xué)所用,這是調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性、明確學(xué)習(xí)目標(biāo)的一個(gè)非常好的途徑。
如何強(qiáng)調(diào)實(shí)用性呢?在介紹CG理論和算法時(shí),要配合它們?cè)诹餍械膱D形設(shè)計(jì)和動(dòng)畫制作軟件(如AutoCAD、3D MAX、MAYA等)中的應(yīng)用來講解,促進(jìn)理論學(xué)習(xí)和軟件使用形成互動(dòng)。如在介紹真實(shí)感圖形時(shí),播放由計(jì)算機(jī)繪制出來的各種云彩、山峰、海綿等效果,動(dòng)畫片中的各種變形效果等等,這樣本顯枯燥的理論內(nèi)容通過實(shí)際應(yīng)用展示出來,非常有利于學(xué)生理解和接受,也容易激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,進(jìn)一步明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。
2.5要能增強(qiáng)學(xué)生自我成就感
這一點(diǎn)放在最后講,是因?yàn)橄鄬?duì)其他幾點(diǎn)來講,它是更加重要的。
通過分析有關(guān)心理因素認(rèn)為:成就感是學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ),是建立主動(dòng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的保證,是被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)的橋梁。因此,形成不同程度的成就感,是提高學(xué)習(xí)效果的有效手段。
現(xiàn)在許多學(xué)生為什么厭學(xué)?因?yàn)樗麄冋也坏健俺删透小薄Ｔ趯W(xué)習(xí)上看不到收獲,感到的只是挫折和疲倦,如此這般,想讓他們自覺努力地學(xué)習(xí),是不可能的。所以一個(gè)明智的老師,應(yīng)該研究一下學(xué)生的學(xué)習(xí)心理,想辦法讓他們不斷找到“自我成就感”,保持學(xué)習(xí)的積極性。
對(duì)CG來說,由于實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛,因而講起來其實(shí)更容易些。在講理論課時(shí),充分利用現(xiàn)有的CG應(yīng)用資源,盡量用實(shí)際應(yīng)用中的圖、動(dòng)畫、游戲等來展示,學(xué)生更易接受。一張圖所能傳達(dá)信息的內(nèi)容和速度都是言語所不及的,學(xué)生一看一聽就明白,也就會(huì)愿意繼續(xù)學(xué)習(xí)下去。課上課下還要提供氛圍,加強(qiáng)教學(xué)互動(dòng),可以讓學(xué)生分組討論,讓學(xué)生有時(shí)間思考,也要讓學(xué)生及時(shí)展示他的理解、他的想法,如果能得到肯定,自我成就感油然而生,一定會(huì)鼓舞學(xué)生的學(xué)習(xí)士氣。
在實(shí)踐教學(xué)方面時(shí),實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容應(yīng)是學(xué)生力所能及的,并且鼓勵(lì)創(chuàng)新。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己也能有新的想法時(shí),學(xué)習(xí)的快樂會(huì)像一縷溫暖的陽光激勵(lì)他繼續(xù)前進(jìn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排上還要考慮系統(tǒng)性,將每次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)的程序綜合到一個(gè)系統(tǒng)上(這個(gè)系統(tǒng)框架最好先由老師事先架設(shè)好)。到學(xué)期末,學(xué)生就會(huì)看到自己的作品――一個(gè)簡單的圖形系統(tǒng),這無疑是一個(gè)最大的鼓勵(lì)和肯定,也會(huì)讓學(xué)生有繼續(xù)深入學(xué)習(xí)的期望和熱情。
當(dāng)然增強(qiáng)學(xué)生自我成就感并不就是盲目的肯定和夸獎(jiǎng),不能讓學(xué)生產(chǎn)生怠慢的心理,認(rèn)為這門課好學(xué)。必須適當(dāng)增加需要認(rèn)真思考,甚至多人合作、討論才能解決的問題,這樣有伸有縮,才會(huì)既不減學(xué)習(xí)熱情,又不使有怠慢情緒。
3小結(jié)
CG是一門綜合性學(xué)科,有其自身不同于其他課程的特點(diǎn),教授起來會(huì)有一定困難,特別是作為選修課時(shí),會(huì)面臨更多問題。依據(jù)課程特點(diǎn)及教授過程中的心得體會(huì),我們總結(jié)出了以上教學(xué)思路。教學(xué)實(shí)踐表明,學(xué)生普遍反映較好,教學(xué)效果明顯提高。教學(xué)過程中,“學(xué)生是主體”這一點(diǎn)是毋庸置疑的,文中每一個(gè)想法和思路都以學(xué)生為出發(fā)點(diǎn)來思考問題,相信對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)是有幫助的,當(dāng)然這也對(duì)教師的教學(xué)工作提出了挑戰(zhàn)。
參考文獻(xiàn):
[1] 覃雄派. 計(jì)算機(jī)專業(yè)本科的圖形學(xué)實(shí)踐教學(xué)[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2007(11):80-83.
[2] 周芳芳,趙穎. 高校《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》教學(xué)改革探索[J]. 科技信息,2008(15):11-14.
[3] 張瑞秋,劉林,王京.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀與教學(xué)改革[J]. 機(jī)械管理開發(fā),2007(8):6-11.
1、計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)的主要課程有：電子技術(shù)、離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)組成原理、微機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、編譯原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、軟件工程、人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)通訊原理、多媒體信息處理技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、算法設(shè)計(jì)與分析、信息安全、應(yīng)用密碼學(xué)基礎(chǔ)、信息對(duì)抗、移動(dòng)計(jì)算、數(shù)論與有限域基礎(chǔ)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)等。
2、學(xué)電腦的方法：首先認(rèn)識(shí)電腦的基本組成設(shè)備；然后認(rèn)識(shí)電腦的接線，這里的接線是指主機(jī)機(jī)箱外部的接線，機(jī)箱內(nèi)部的接線；接著掌握電腦基本操作，如開關(guān)機(jī)、鼠標(biāo)鍵盤的使用；最后掌握操作系統(tǒng)的基本操作即可。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
關(guān)鍵詞：游戲設(shè)計(jì)；課程體系；課程設(shè)計(jì)
文章編號(hào)：1672-5913（2017）07-0001-05
中圖分類號(hào)：G642
0 引 言
隨著市場(chǎng)對(duì)游戲開發(fā)人員的需求量越來越大，很多學(xué)校陸續(xù)開設(shè)了游戲相關(guān)的課程或?qū)I(yè)。就目前高校游戲方向的發(fā)展情況來看，課程設(shè)置或多或少還存在一些問題：大多只是簡單地進(jìn)行課程堆積，未認(rèn)真梳理。解決這個(gè)問題的根本在于要清楚游戲設(shè)計(jì)方向的定位，即學(xué)生進(jìn)入社會(huì)后會(huì)從事哪些崗位，這些崗位需要具備哪些核心能力，通過對(duì)這些核心能力的分析提煉出支撐這些核心能力需要的課程。
1 游戲設(shè)計(jì)方向的專業(yè)定位
內(nèi)的游戲行業(yè)開始于20世紀(jì)90年代中期，經(jīng)歷了萌芽、單機(jī)游戲、網(wǎng)游等階段，現(xiàn)在進(jìn)入移動(dòng)時(shí)代。這些發(fā)展給中國游戲產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來了根本的變化。分析產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以幫助我們對(duì)游戲行業(yè)的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)判，確定行業(yè)未來的技術(shù)需求。2008年以來國內(nèi)各種平臺(tái)游戲用戶的增長情況如圖1所示。從圖1可以看出游戲用戶主要分為3類：端游用戶、網(wǎng)游用戶、移動(dòng)游戲用戶。其中2014年，中國客戶端網(wǎng)絡(luò)游戲用戶數(shù)量約達(dá)到1.58億人，比2013年增長了3.9%；中國網(wǎng)頁游戲用戶數(shù)量約達(dá)到3.07億人，比2013年下降了6.5%；中國移動(dòng)游戲用戶數(shù)量約為3.58億人，比2013年增長了15.1%。
游戲銷售量變化如圖2所示，2014年，中國客戶端網(wǎng)絡(luò)游戲市場(chǎng)實(shí)際銷售收入608.9億元人民幣，比2013年增長了13.5%；中國網(wǎng)頁游戲市場(chǎng)實(shí)際銷售收入202.7億元人民幣，比2013年增長了58.8%；中國移動(dòng)游戲市場(chǎng)實(shí)際銷售收入274.9億元人民幣，比2013年增長了144.6%。
通過上述分析，我們認(rèn)為：
（1）游戲行業(yè)整體仍有望保持高速增長。
（2）客戶端游戲市場(chǎng)規(guī)模仍繼續(xù)擴(kuò)大，但市場(chǎng)占有率逐年降低；基于其每年很大的銷售收入來看，仍屬于游戲產(chǎn)業(yè)中的核心組成部分。
（3）網(wǎng)絡(luò)游戲進(jìn)入高速平穩(wěn)發(fā)展階段，移動(dòng)游戲開始快速發(fā)展，其市場(chǎng)占有率將會(huì)逐漸提升；這兩類游戲?qū)⑿纬捎螒虍a(chǎn)業(yè)中的新興市場(chǎng)。
2 人才需求分析
目前國內(nèi)游戲產(chǎn)業(yè)的人才需求分為3個(gè)層次：初級(jí)游戲產(chǎn)業(yè)的人員包括運(yùn)營人員、技術(shù)支持、售后服務(wù)等；中級(jí)游戲產(chǎn)業(yè)的人員包括游戲策劃、游戲美術(shù)、游戲程序等；高級(jí)游戲產(chǎn)業(yè)的人員包括主程序員、美術(shù)總監(jiān)、策劃總監(jiān)等。今后幾年我國中高級(jí)游戲產(chǎn)業(yè)人員的缺口仍然很大。
游戲開發(fā)公司目前主要職位見表1，其中三大崗位群是程序開發(fā)、策劃和美工。
3 崗位能力結(jié)構(gòu)分析與課程設(shè)計(jì)
由于專業(yè)原因，我們僅從游戲開發(fā)技術(shù)層面對(duì)能力結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，提出相應(yīng)課程設(shè)計(jì)。游戲開發(fā)主要包含美術(shù)制作、劇情創(chuàng)作和程序設(shè)計(jì)3部分內(nèi)容。
美術(shù)制作和劇情創(chuàng)作定位偏藝術(shù)方向，游戲設(shè)計(jì)方向培養(yǎng)重點(diǎn)主要為游戲程序設(shè)計(jì)，培養(yǎng)的人員主要為客戶端程序員與服務(wù)器端程序員。客戶端程序員主要要求學(xué)生具備基礎(chǔ)編程能力、設(shè)計(jì)算法能力、圖形編程能力、軟件設(shè)計(jì)能力、腳本編程能力、熟悉游戲引擎以及具有界面設(shè)計(jì)能力。服務(wù)器端程序員主要要求學(xué)生具備基礎(chǔ)編程能力、網(wǎng)絡(luò)編程能力、數(shù)據(jù)庫編程能力和軟件設(shè)計(jì)能力。
3.1 基礎(chǔ)編程能力
基礎(chǔ)編程能力是專業(yè)學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，用人單位也喜歡將基礎(chǔ)編程能力作為公司選拔畢業(yè)學(xué)生的重要標(biāo)準(zhǔn)。許多學(xué)生因?yàn)榛A(chǔ)編程能力無法達(dá)到而放棄了專業(yè)課程的深入學(xué)習(xí)，針對(duì)這一現(xiàn)象，我們?cè)谶M(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)，將通過增加語言課程的學(xué)時(shí)和嚴(yán)格考核標(biāo)準(zhǔn)來提升學(xué)生的編程能力，為此，我們?cè)O(shè)置了C語言、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（C++） 、Java編程和C#程序設(shè)計(jì)課程，均采用上機(jī)考核方式。
3.2 設(shè)計(jì)算法能力
游戲中的AI、圖形的繪制及效率優(yōu)化算法以及模擬現(xiàn)實(shí)的物理現(xiàn)象都需要學(xué)生具有較好的設(shè)計(jì)算法的能力。AI要求學(xué)生熟悉數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、A*算法等知識(shí)，為此我們?cè)O(shè)置了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和游戲常用算法兩門課程來幫助學(xué)生初識(shí)游戲AI。圖形的繪制及效率優(yōu)化要求學(xué)生熟悉計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，能熟練使用OpenGL或Direct3D中的一種API來進(jìn)行驗(yàn)證算法。模擬現(xiàn)實(shí)的物理現(xiàn)象要求學(xué)生能用已經(jīng)學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)和物理知識(shí)，構(gòu)造算法模擬真實(shí)場(chǎng)景。通過學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、高級(jí)圖形編程及游戲引擎編程課程，學(xué)生能夠掌握游戲場(chǎng)景的渲染，并能基于引擎了解真實(shí)場(chǎng)景的模擬。
3.3 3D圖形編程能力
為了增強(qiáng)游戲的真實(shí)效果，某些類型的游戲會(huì)以3D的方式呈現(xiàn)給玩家，制作3D游戲需要編程人員具備熟練的3D圖形編程能力。通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)讓游戲編程人員熟悉各種3D基本圖元的生成。高級(jí)圖形編程幫助學(xué)生了解3D場(chǎng)景建模、光照與紋理和一些圖形特效的模擬等。
3.4 軟件設(shè)計(jì)能力
游戲的類型非常多，如動(dòng)作類、冒險(xiǎn)類、模擬類、角色扮演類、休閑類等，設(shè)計(jì)不同類型的游戲在開發(fā)過程中軟件的架構(gòu)是不一樣的，需要在學(xué)習(xí)過程中引導(dǎo)學(xué)生熟悉常見類型的游戲的總體架構(gòu)。另一方面，目前游戲市場(chǎng)成功的游戲大多集中在中重度游戲開發(fā)，開發(fā)的代碼量大約可以到10萬行的量級(jí)，盡管不能算是一個(gè)大型的軟件項(xiàng)目，但游戲開發(fā)具有很強(qiáng)的時(shí)效性，往往幾周或幾個(gè)月的時(shí)間延遲對(duì)于游戲項(xiàng)目的損失是巨大的。因此，游戲開發(fā)對(duì)軟件工作知識(shí)要求很高，如何有效地進(jìn)行軟件的維護(hù)，如何最優(yōu)地實(shí)現(xiàn)代碼的擴(kuò)展，團(tuán)隊(duì)如何進(jìn)行合理的協(xié)助等，這些基本的軟件開發(fā)原則都需要學(xué)生掌握。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的部分案例間接地為學(xué)生勾畫出如何進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)；軟件工程課程能夠讓學(xué)生在工程實(shí)踐課程及畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中體會(huì)到軟件設(shè)計(jì)的精髓。
3.5 腳本程能力
游戲發(fā)展與普通軟件發(fā)展路線類似，都是基礎(chǔ)框架+腳本邏輯的模式。我們?cè)趧?chuàng)建游戲項(xiàng)目時(shí)發(fā)現(xiàn)，最好的辦法就是將游戲腳本集成到程序中，這樣可以很好地控制游戲的流程并節(jié)省開發(fā)時(shí)間。我們主要通過C#編程技術(shù)與游戲腳本編程兩門課程培養(yǎng)學(xué)生的腳本編程能力。
3.6 熟悉游戲引擎
游戲開發(fā)具有很強(qiáng)的實(shí)效性，目前大多數(shù)游戲公司在開發(fā)中都是使用引擎來進(jìn)行開發(fā)，游戲引擎在項(xiàng)目開發(fā)中充當(dāng)搭建游戲骨架的角色，游戲引擎開發(fā)可以把游戲中的基本元素如畫面、劇情、關(guān)卡、操作等有效地拼接在一起，構(gòu)建成一款完整的游戲，同時(shí)賦予制作者實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)理想的可能性。游戲引擎編程課程介紹游戲引擎架構(gòu)中的核心技術(shù)，而工程實(shí)踐及畢業(yè)設(shè)計(jì)則幫助學(xué)生了解甚至嘗試開發(fā)引擎。
3.7 界面設(shè)計(jì)能力
游戲界面設(shè)計(jì)是評(píng)價(jià)游戲軟件品質(zhì)等級(jí)的重要指標(biāo)，隨著玩家交互性要求的提升，游戲的界面設(shè)計(jì)已經(jīng)不是早期的界面設(shè)計(jì)。游戲編程人員也需要知道可玩性（gameplay）的基本原則，并體現(xiàn)在具體的游戲界面設(shè)計(jì)中，界面設(shè)計(jì)能力所需要承載的課程有信息架構(gòu)與可視化、游戲美術(shù)設(shè)計(jì)、用戶研究與價(jià)值創(chuàng)造、用戶界面設(shè)計(jì)等。
3.8 網(wǎng)絡(luò)編程能力
國內(nèi)游戲基本以網(wǎng)游為主，大部分游戲都需要具備網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多玩家功能，需要開發(fā)人員熟悉如何使用Socket庫進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、如何進(jìn)行TCP/IP編程等。為此我們?cè)O(shè)置了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)游戲編程兩門課程。
3.9 數(shù)據(jù)庫編程能力
游戲數(shù)據(jù)的管理是網(wǎng)絡(luò)游戲的根本，熟練的數(shù)據(jù)庫編程能力對(duì)于游戲服務(wù)器編程人員是必需的。數(shù)據(jù)庫技術(shù)課程教授數(shù)據(jù)庫的相關(guān)原理和基本語法，相應(yīng)的工程實(shí)踐則鍛煉學(xué)生在游戲項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的能力。
4 游戲開發(fā)課程路線設(shè)計(jì)
針對(duì)端游、頁游、手游等不同開發(fā)路線，考慮對(duì)開發(fā)平臺(tái)的選擇，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下3條開發(fā)課程路線。
1）端游開發(fā)課程路線。
端游開發(fā)對(duì)平臺(tái)知識(shí)要求較多，目前端游還是主要運(yùn)行在Windows系統(tǒng)上，因此我們前端開設(shè)了Windows編程，圖形渲染部分設(shè)置了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和高級(jí)圖形編程。端游開發(fā)課程路線如圖3所示。
2）手游開發(fā)課程路線。
手游開發(fā)需要對(duì)移動(dòng)終端開發(fā)和設(shè)計(jì)方面的知識(shí)有所了解，因此開設(shè)了移動(dòng)終端編程及用戶界面設(shè)計(jì)等課程；目前手游需要兼顧兩大主要平臺(tái)，熟悉Html5技術(shù)是非常必要的；同時(shí)手機(jī)游戲中界面的交互性要通過信息架構(gòu)可視化課程來解決。手游開發(fā)課程路線如圖4所示。
3）頁游開發(fā)課程路線。
頁游開發(fā)過程要求學(xué)生對(duì)Web編程有所了解，目前頁游和手游結(jié)合緊密，這就需要學(xué)生同時(shí)了解手游的相關(guān)知識(shí)。頁游開發(fā)對(duì)學(xué)生的服務(wù)器編程能力要求較高，同時(shí)由于學(xué)時(shí)限制，學(xué)生無法系統(tǒng)學(xué)習(xí)Java方向課程，為此我們?cè)谡n程設(shè)計(jì)中開設(shè)了與服務(wù)器開發(fā)相關(guān)的課程，如Web編程技術(shù)、XML設(shè)計(jì)與應(yīng)用等。頁游開發(fā)課程路線如圖5所示。
5 結(jié) 語
游戲行業(yè)發(fā)展很快，很難建立一個(gè)長期穩(wěn)定的課程體系。課程體系建設(shè)應(yīng)該從需求本質(zhì)進(jìn)行剖析，提煉出經(jīng)典的知識(shí)作為專業(yè)的固定培養(yǎng)內(nèi)容，同時(shí)將根據(jù)市場(chǎng)需求調(diào)整的內(nèi)容作為可變的培養(yǎng)內(nèi)容，形成穩(wěn)定的持續(xù)改進(jìn)模式。我們將本著滿足社會(huì)需求、培養(yǎng)高素質(zhì)人才的基本理念，持續(xù)改進(jìn)完善課程體系。
參考文獻(xiàn)：
[1] 中國音數(shù)協(xié)游戲工委. 2014年中國游戲產(chǎn)業(yè)報(bào)告[M]. 北京： 中國書籍出版社， 2014.
[2] 趙豐年， 陳朔鷹.“數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)”課程體系探討[J]. 計(jì)算機(jī)教育， 2008（15）： 28-30.
[3] 駱斌， 王浩然， 丁二玉. 面向軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件工程專業(yè)關(guān)鍵課程建設(shè)[J]. 中國大學(xué)教學(xué)， 2015（2）： 58-61.
【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí) 數(shù)字媒體 藝術(shù)設(shè)計(jì)
虛擬現(xiàn)實(shí)，英文名為Virtual Reality，簡稱VR技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。VR技術(shù)領(lǐng)域幾乎是所有發(fā)達(dá)國家都在大力研究的前沿領(lǐng)域，它的發(fā)展速度非常迅速。作為一項(xiàng)尖端科技，虛擬現(xiàn)實(shí)集成了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，并編制到計(jì)算機(jī)中去生成一個(gè)以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環(huán)境，從而使得在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于這個(gè)環(huán)境的感覺，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測(cè)周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用，使人和計(jì)算機(jī)很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的感覺。
一、虛擬現(xiàn)實(shí)課程簡介
隨著國內(nèi)寬帶網(wǎng)絡(luò)的普及和多媒體技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸應(yīng)用于信息多媒體展示方面。而三維網(wǎng)絡(luò)展示系統(tǒng)將是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來發(fā)展的重要方向之一，因此全國各高校相繼開設(shè)數(shù)字媒體藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)，其中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的課程成為國內(nèi)外教育技術(shù)學(xué)及媒體傳播領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)之一，它集成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體、人工智能、多傳感器、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的最新成果，以其沉浸性、交互性和構(gòu)想性等無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和重視，比如在教育培訓(xùn)、城市規(guī)劃、文物保護(hù)、游戲娛樂等領(lǐng)域取得了巨大的發(fā)展，市場(chǎng)前景廣闊；同時(shí)國家自然科學(xué)基金會(huì)、國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃和863計(jì)劃等都已將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)列入了研究項(xiàng)目。
虛擬現(xiàn)實(shí)課程是以往多個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的一個(gè)綜合運(yùn)用，課程主要涉及到多個(gè)軟件與課程的結(jié)合，軟件包含有Photoshop、AutoCad、3dsmax、Virtools 等，涉及課程有建筑制圖、建筑場(chǎng)景漫游、景觀綠地設(shè)計(jì)等專業(yè)范圍。課程主要運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)完成一個(gè)三維場(chǎng)景的漫游瀏覽系統(tǒng)， 使其能夠流暢，完整的再現(xiàn)一個(gè)實(shí)際的環(huán)境或建筑。其中主要運(yùn)用virtools 這個(gè)軟件來實(shí)現(xiàn)交互瀏覽的制作， 這一步驟是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的核心， 最后完成系統(tǒng)的制作并。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)在國內(nèi)高校的研究現(xiàn)狀
國內(nèi)在VR方面有較多研究成果的其他單位有國防科技大學(xué)、天津大學(xué)、北京理工大學(xué)、中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所、西北大學(xué)、山東大學(xué)、大連海事大學(xué)和香港中文大學(xué)等。
北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國內(nèi)最早進(jìn)行VR研究的機(jī)構(gòu)之一，他們首先進(jìn)行了一些基礎(chǔ)知識(shí)方面的研究，并著重研究了虛擬世界中物體物理特性的表示與處理，在VR中的視覺接口方面開發(fā)出了部分硬件，并提出了有關(guān)算法及實(shí)現(xiàn)方法。他們還實(shí)現(xiàn)了分布式虛擬世界網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，建立了網(wǎng)上VR研究論壇，可以提供實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，提供VR演示世界，提供用行員訓(xùn)練的VR系統(tǒng)，提供開發(fā)VR系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，并將要實(shí)現(xiàn)與有關(guān)單位的遠(yuǎn)程連接。
清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)系對(duì)VR和臨場(chǎng)感的方面進(jìn)行了研究，他們還針對(duì)室內(nèi)環(huán)境中水平特征豐富的特點(diǎn)，提出借助圖像變換，使立體視覺圖像中對(duì)應(yīng)水平特征呈現(xiàn)形狀一致性，以利于實(shí)現(xiàn)特征匹配，并獲取物體三維結(jié)構(gòu)的新穎算法。
西安交通大學(xué)信息工程研究所對(duì)VR中的關(guān)鍵技術(shù)——立體顯示技術(shù)——進(jìn)行了研究。他們?cè)诜治鋈祟愐曈X特性的基礎(chǔ)上提出了一種基于JPEG標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼的新方案，并獲得了較高的壓縮比、信噪比以及解壓速度，并且已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這種方案的優(yōu)越性。
2004年南京大學(xué)成立了南京大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與數(shù)字媒體研究中心，對(duì)VR技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行研究，并把重點(diǎn)放在虛擬體育仿真、數(shù)字文化遺產(chǎn)保護(hù)和自然人機(jī)交互等方面。
三、虛擬現(xiàn)實(shí)課程開設(shè)的重要性
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)生成一個(gè)逼真的三維虛擬環(huán)境，并通過傳感設(shè)備與之交互的新技術(shù)。作為一門新興的學(xué)科，它已經(jīng)被眾多高校納入計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的選修課范疇，但是卻沒有在數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)中普遍開設(shè)。其實(shí)無論從技術(shù)特點(diǎn)，還是從社會(huì)需求來講，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都與數(shù)字媒體技術(shù)有著非常密切的關(guān)系，具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。
1） 虛擬現(xiàn)實(shí)是一門典型的交叉學(xué)科，它所涵蓋的知識(shí)結(jié)構(gòu)與數(shù)字媒體技術(shù)具有非常大相似性，例如計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、視音頻技術(shù)等。除此之外，它還涉及了仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多傳感器技術(shù)等內(nèi)容。虛擬現(xiàn)實(shí)強(qiáng)調(diào)這些技術(shù)的綜合應(yīng)用。
2） 虛擬現(xiàn)實(shí)強(qiáng)調(diào)技術(shù)創(chuàng)新性和應(yīng)用創(chuàng)新性。從技術(shù)上來講，虛擬現(xiàn)實(shí)在不同學(xué)科的交叉融合中，能夠不斷產(chǎn)生新思想和新方法，例如近幾年出現(xiàn)的各種人機(jī)交互新方法，各種立體顯示新技術(shù)等；從應(yīng)用上來講，虛擬現(xiàn)實(shí)具有強(qiáng)烈的“身臨其境”的沉浸感和發(fā)人想象的刺激性。因此，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生們能夠?qū)⒆约旱娜魏蝿?chuàng)意和想象進(jìn)行實(shí)踐，在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)和測(cè)試，從而激發(fā)出新的創(chuàng)意。
