“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)實(shí)踐與改革的探討

1、“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)實(shí)踐與改革的探討摘要：本文介紹了筆者針對(duì)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程教學(xué)中存在的問(wèn)題所進(jìn)行的“144”教學(xué)改革的實(shí)踐。關(guān)鍵詞本文來(lái)自：計(jì)算機(jī)畢業(yè)網(wǎng)：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；教學(xué)研究；計(jì)算機(jī)圖形生成系統(tǒng)；OpenGL“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程傳統(tǒng)教學(xué)模式的重點(diǎn)是基本理論和算法的講解，學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程過(guò)程中只是了解了基本圖形的生成，而對(duì)于三維圖形的生成和幾何變換、曲面的生成、消隱算法、光照模型的模擬等理論不知如何去實(shí)現(xiàn)，針對(duì)這一現(xiàn)象，筆者提出

2、以下幾點(diǎn)改革，供大家共同探討。1計(jì)算機(jī)圖形生成系統(tǒng)結(jié)合本課程教學(xué)內(nèi)容，我們開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)圖形生成系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)課本中講解的基本算法外，還可實(shí)現(xiàn)三維圖形的生成與幾何變換、曲面的生成、消隱算法、光照模型的模擬等。使學(xué)生在學(xué)了本課程以后，不僅能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單圖形的生成，還可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖形。此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)教材中的基本算法，如DDA和Bresenham的直線生成算法、圓的Bresenham和中點(diǎn)生成算法、橢圓的生成、任一多邊形的生成、種子填充算法、

3、掃描線填充算法、直線的Cohen_surtherl裁剪算法、曲線曲面的生成等。對(duì)于比較抽象的算法，采取先講理論，再講程序，使學(xué)生能理解這些理論用計(jì)算機(jī)言怎樣去實(shí)現(xiàn)，從而加深理解。另外本系統(tǒng)對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行了歸類講解：(1)系統(tǒng)可生成基本三維圖形，如球體、橢球體、圓柱、圓錐、任意多面體等，在講解相關(guān)理論后，再演示和詳細(xì)講解程序，可以使學(xué)生比較容易理解。例如可以把球體、橢球體、圓柱、圓錐歸為一類講解。先講解一個(gè)球體的生成程序，程序用球體的參數(shù)

4、表達(dá)式去實(shí)現(xiàn)，其中用到了投影變換、三維形體的幾何變換、屏幕坐標(biāo)系的變換、簡(jiǎn)單的反向面消隱算法，學(xué)生理解后，再把錐體、橢球體的參數(shù)表達(dá)式告訴學(xué)生，讓學(xué)生試圖生成錐體、橢球體或與球體相近的其他形體。對(duì)于多面體的生成，利用邊界模型和表面模型分別表示一個(gè)四面體，把理論與程序中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，比較具體，學(xué)生易于接受，這樣學(xué)生就可以對(duì)任意多面體怎樣利用實(shí)體構(gòu)造方法去實(shí)現(xiàn)了。(2)對(duì)于三維形體的幾何變換上，可以用兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：物體不變，視點(diǎn)位置變

5、換；視點(diǎn)位置不變，物體發(fā)生幾何變換。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)用一種三維形體，如任一四棱錐來(lái)用兩種方法實(shí)現(xiàn)這種變換效果，并講解兩種算法的實(shí)現(xiàn)程序，給學(xué)生布置一道相似的作業(yè)，讓學(xué)生嘗試實(shí)現(xiàn)。(3)在消隱算法的講解和實(shí)現(xiàn)上，因?yàn)樵谌S圖形的生成程序中已經(jīng)讓學(xué)生了解了簡(jiǎn)單的反向面消隱法，所以在這部分內(nèi)容把Zbuffer算法和掃描線算法的理論講解結(jié)合實(shí)現(xiàn)程序講解，學(xué)生比較容易理解。(4)自由曲面的生成，利用Bzier曲面的DeCasteljau生成算法生

6、成雙三次曲面，利用B樣條曲面的Debo算法，生成雙三次B樣條曲面，并生成NURBS曲面，對(duì)之進(jìn)行幾何變換。(5)簡(jiǎn)單模擬光的反射、環(huán)境光的漫射效果，以及對(duì)二維、三維圖形的紋理映射技術(shù)。(6)對(duì)于幾何造型方面，造型方法結(jié)合程序講解，效果較好。比如分形造型、邊界模型、表面模型等，結(jié)合理論，講一個(gè)實(shí)現(xiàn)程序，學(xué)生不僅可以更容易理解，還也為了使學(xué)生具有圖形開(kāi)發(fā)的創(chuàng)造能力，本課程在教學(xué)過(guò)程中更適合“144”教學(xué)模式，即在教學(xué)計(jì)劃中，14周用于理論教

7、學(xué)，4周用于做課程設(shè)計(jì)。學(xué)生可以運(yùn)用自己所學(xué)圖形學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一些大的繪圖程序，例如二維圖形幾何變換系統(tǒng)、三維圖形幾何變換系統(tǒng)、實(shí)體的幾何造型、二維或三維紋理映射技術(shù)的實(shí)現(xiàn)、面消隱算法的實(shí)現(xiàn)、分形圖形技術(shù)、應(yīng)用OPENGL生成一三維形體或?qū)崿F(xiàn)圖形學(xué)中相關(guān)算法、數(shù)字圖像處理技術(shù)等。學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中加深了對(duì)圖形學(xué)這門(mén)課的理論知識(shí)，鍛煉了算法實(shí)現(xiàn)技巧、提高了編程能力，教學(xué)效果良好，甚至有些學(xué)生也能開(kāi)發(fā)出效果較好的圖形系統(tǒng)。4后續(xù)建設(shè)的設(shè)想：針

8、對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展以及市場(chǎng)上流行的許多圖形圖像處理軟件，如Flash、3Dmax、Maya、Authware、Dreamweaver等，可以在幾何造型或光照模型、紋理映射等理論的講解上結(jié)合這些軟件的實(shí)現(xiàn)過(guò)程來(lái)講解，一方面可以滿足學(xué)生渴望掌握這些軟件的心理，另一方面可以使本課程的講解更加形象、生動(dòng)和易于理解，也拓寬了本課程的應(yīng)用范圍。參考文獻(xiàn)[1]孫家廣.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社1998.[2]吳濤.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)

9、改革探討[J].福建電腦2007(5):199201.[3]賈建等.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].高等理科教育2004(5):6769.[4]向世明.OpenGL編程與實(shí)例[M].北京:電子工業(yè)出版社1999.軟件類專業(yè)的工程教育研究與實(shí)踐摘要：本文從高等工程教育的一般規(guī)律和對(duì)CDIO模式的認(rèn)識(shí)，擴(kuò)展到對(duì)軟件類專業(yè)的工程教育問(wèn)題研究，并以軟件測(cè)試專業(yè)為例，通過(guò)對(duì)軟件工程行業(yè)背景、軟件測(cè)試職業(yè)素質(zhì)要求、專業(yè)課程體系構(gòu)建和教學(xué)模式等

10、問(wèn)題進(jìn)行多方位的分析與討論，并在此研究基礎(chǔ)上，闡述CDIO模式下開(kāi)展工程教育的實(shí)踐與取得的成效。關(guān)鍵詞：工程教育；CDIO；軟件測(cè)試；實(shí)踐過(guò)程1對(duì)工程教育的理解與認(rèn)識(shí)1.1工程的概念科學(xué)、技術(shù)與工程三者有聯(lián)系，但在內(nèi)涵和本質(zhì)上是有差別的概念?？茖W(xué)的目的是探索、認(rèn)知、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律與人類社會(huì)發(fā)展規(guī)律，即“求真”和探索，追尋和探究“為什么”?？茖W(xué)關(guān)注人類尚未確切、完全、詳細(xì)了解的知識(shí)，屬認(rèn)知性的領(lǐng)域，不存在創(chuàng)新。而技術(shù)一般是指科學(xué)指導(dǎo)下的發(fā)明

11、，是實(shí)踐中產(chǎn)生的創(chuàng)造。其目的是為人門(mén)找到可制作出產(chǎn)品的某種工藝，即策略、方法與過(guò)程。工程必然是一種或多種技術(shù)在配套環(huán)境與條件支撐下所形成的集成，為社會(huì)發(fā)展和人類進(jìn)步提供產(chǎn)品，提供可服務(wù)的裝置和系統(tǒng)。從三個(gè)概念上看，三者的目標(biāo)和需求不盡相同。從工程學(xué)的角度審視，工程是應(yīng)用學(xué)科知識(shí)和技術(shù)原理解決問(wèn)題，是人類綜合應(yīng)用科學(xué)理念與技術(shù)手段改造客觀世界的實(shí)踐活動(dòng)，綜合性和實(shí)踐性是工程活動(dòng)最基本的特征。工程師是工程實(shí)現(xiàn)的核心因素，工程師利用科學(xué)所發(fā)現(xiàn)