计算机图形学实验教学研究论文

计算机图形学实验教学研究论文

　　摘要：针对数字媒体技术专业，学生编程能力弱，而计算机图形学算法复杂等问题，提出将虚拟实验、分层次实验引入实验教学中，把抽象对象和算法运算形象化、可视化，从而达到提高实验教学水平，使学生充分参与实验的教学目的。

　　关键词：计算机图形学；分层次实验；虚拟实验；实验设计；数字媒体技术

　　1引言

　　数字媒体技术专业是以动画设计、影视技术、数字媒体产品开发策划与管理为基本理论与方法，涉及多种学科的新兴专业。计算机图形学课程作为数字媒体技术专业的理论基础课程，理论性强、算法多、难度逐渐增大，而数字媒体专业更偏重于实践应用，该专业学生大多有绘画基础，更喜欢操作软件作图，对理论学习有心理抵触情绪。要在数字媒体专业中更好深入地开展此课程，更好运用所学知识来设计图形及动画，需要对传统的课程教学方式做出改进与调整。经过调查、研究、分析发现，造成上述问题的原因主要有以下几方面。

　　2计算机图形学实验教学存在的问题

　　2.1学习兴趣不持久，容易畏难放弃

　　学生初次接触图形学时充满兴趣，抱着能很快掌握绘制炫酷图形、制作精美动画的美好愿望，然而接触以后发觉是枯燥理论的学习，基本图形的生成。课程内容与学生实际想达到的愿望落差太大。随着课程的深入及难度的增加，逐渐失去了学习的主动性与积极性，学习目的变成了应付考试，获得学分[1]。

　　2.2理论学习动力不足，编程思维弱

　　在多年的图形学实验教学中发现，数字媒体技术专业学生更擅长使用软件类进行真实感图形绘制、动画制作，而对图形具体如何生成、显示等算法之类的基础理论学习畏难而裹足不前。对于数字媒体专业的本科学生来说，他们更关注最后的图形效果，而对原理并不想花太多的时间去研究。编程对于他们来说又是一大难题，学生习惯于软件的操作，要转换思维去深入思考实现工具更深次的原理，如果前期数学基础与编程语言学习不扎实，对于他们来说，实验变得可望而不可即。

　　2.3实践课时不足，达不到训练目标

　　从课程内容上来看，大多数实验为验证性实验，没有创新型，难以引起学生兴趣。计算机图形学需要大量的实践，只有不断加深实践才能体会到课程广博精深。然而实际上实验课程内容偏少、课时少，编程能力不足，依葫芦画瓢成为学生上实验课的通病，没有实际价值，学生实践能力没有得到充分锻炼。

　　3计算机图形学实验课程改革探讨

　　3.1激发学生学习兴趣

　　学生的学习不能理论脱离实际,教师应努力创设生活化情境,把教材内容与实际应用场景结合起来,使图形学学习真正与学生生活交融,实现教学贴近生活。这样，学生就会真正体会到图形学的美,感受到图形学学习的真谛与价值。每次实验讲述实际应用情况，使学生有深刻的体会。受实验课时限制，实验教学时可以先演示实验的预期效果，讲解关键技术，采用诱导方式进行，再让学生进行模仿、完成实验，获得良好的体验，增强兴趣，提高实验效率。实验项目采用分层次方法进行设计，包括实验项目层次与实验难度层次的划分。设计实验项目顺序时，要采用先整体后逐个突破的思想，设计第一个实验时要能使学生对图形学的渲染绘制流程有整体概念，具体包含哪些步骤，实现顺序等。后续实验将围绕每一个绘制步骤具体展开。设计实验项目时要考虑到学生的层次，每个实验进行难度等级划分，划分为基本练习、拓展练习和思考练习三项，例如基本练习，直线扫描转换，拓展练习，颜色渐变直线，思考练习，绘制多边形，使每个学生都有所收获，激发学生对后面章节知识理论的兴趣，从而逐步达到理论课程学习的目的。实验课程结束后，则通过分组课程设计的形式进行综合性练习[2]。

　　3.2教学内容改革

　　数字媒体技术专业主要以实际应用为主，并不是以算法研究为目的。因此实验课程内容应向实用性转变。以MatlabOpenGL图形库为基础，将图形开发融合到实验教学当中，提高实验教学比重；减少算法程序描述讲解，加强图形学绘制流水线讲解[3]。实验中增加三维绘制流水线，学会简单的OpenGL生成三维模型的函数，学会三维绘制过程、模型的变换等；模型导入及绘制，学会模型的导入和显示，结合三维绘制流水线绘制简单场景；使用OpenGL光照给场景添加光源，并使用纹理数组给模型添加纹理。

　　3.3教学方法与手段

　　为了在有限的时间内达到实验教学目的，需要改进教学方法与手段。首先对于一些基本操作如实验环境配置，包括OpenGL软件的安装、基本图元的绘制、颜色的设置、用鼠标和键盘对图形进行交互控制等，采取类似于慕课的形式，由教师将这部分内容的操作演示做成教学视频，发布在校园网的网络教学平台，学生在上机实践之前先通过下载视频自学相关的基础操作[4]。利用有交互功能的软件制作实验课件。将图形学算法实现过程中，按算法的流程进行动画编排。采用支持多场景功能软件（例如Virtools），根据情况，将复杂的图形算法的实现过程分解若个子算法，逐个演示子算法达到的效果，在各场景上实现相应功能转，最后导出多媒体实验课件[5]。

　　4结语

　　实践证明，将制作虚拟实验课件结合分层次实验引入课堂，有利于计算机图形学教学的展开，弱化了计算机图形学中的难点，有助于教学效果的提高，提升了学生对课堂的参与性，提高了学生的实践应用能力。后续还要在实验教学中不断地进行完善。

　　参考文献：

　　[1]石岩.提高数字媒体专业计算机图形学课程教学质量的探索[J].教育论坛,2013(7):158.

　　[2]马天.计算机图形学层次性实验设计研究[J].科技信息,2014(2):1.

　　[3]夏力前.数字媒体技术专业计算机图形学教学内容研究[J].中国教育技术装备,2017,2(4):91-92.

　　[4]赵明.基于“慕课+翻转课堂”的《计算机图形学》课程建设和改革[J].教育教学论坛,2016(48):122-123.

　　[5]赵智,陈兵.计算机图形学课程虚拟实验教学探索[J].教育教学论坛,2017,6(23):274.

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