計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究論文

　　摘要：針對(duì)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)，學(xué)生編程能力弱，而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法復(fù)雜等問(wèn)題，提出將虛擬實(shí)驗(yàn)、分層次實(shí)驗(yàn)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，把抽象對(duì)象和算法運(yùn)算形象化、可視化，從而達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，使學(xué)生充分參與實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的。

　　關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；分層次實(shí)驗(yàn)；虛擬實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；數(shù)字媒體技術(shù)

　　1引言

　　數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)是以動(dòng)畫設(shè)計(jì)、影視技術(shù)、數(shù)字媒體產(chǎn)品開發(fā)策劃與管理為基本理論與方法，涉及多種學(xué)科的新興專業(yè)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程作為數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的理論基礎(chǔ)課程，理論性強(qiáng)、算法多、難度逐漸增大，而數(shù)字媒體專業(yè)更偏重于實(shí)踐應(yīng)用，該專業(yè)學(xué)生大多有繪畫基礎(chǔ)，更喜歡操作軟件作圖，對(duì)理論學(xué)習(xí)有心理抵觸情緒。要在數(shù)字媒體專業(yè)中更好深入地開展此課程，更好運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)圖形及動(dòng)畫，需要對(duì)傳統(tǒng)的課程教學(xué)方式做出改進(jìn)與調(diào)整。經(jīng)過(guò)調(diào)查、研究、分析發(fā)現(xiàn)，造成上述問(wèn)題的原因主要有以下幾方面。

　　2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

　　2.1學(xué)習(xí)興趣不持久，容易畏難放棄

　　學(xué)生初次接觸圖形學(xué)時(shí)充滿興趣，抱著能很快掌握繪制炫酷圖形、制作精美動(dòng)畫的美好愿望，然而接觸以后發(fā)覺(jué)是枯燥理論的學(xué)習(xí)，基本圖形的生成。課程內(nèi)容與學(xué)生實(shí)際想達(dá)到的愿望落差太大。隨著課程的深入及難度的增加，逐漸失去了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，學(xué)習(xí)目的變成了應(yīng)付考試，獲得學(xué)分[1]。

　　2.2理論學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，編程思維弱

　　在多年的圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生更擅長(zhǎng)使用軟件類進(jìn)行真實(shí)感圖形繪制、動(dòng)畫制作，而對(duì)圖形具體如何生成、顯示等算法之類的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)畏難而裹足不前。對(duì)于數(shù)字媒體專業(yè)的本科學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們更關(guān)注最后的圖形效果，而對(duì)原理并不想花太多的時(shí)間去研究。編程對(duì)于他們來(lái)說(shuō)又是一大難題，學(xué)生習(xí)慣于軟件的操作，要轉(zhuǎn)換思維去深入思考實(shí)現(xiàn)工具更深次的原理，如果前期數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與編程語(yǔ)言學(xué)習(xí)不扎實(shí)，對(duì)于他們來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)變得可望而不可即。

　　2.3實(shí)踐課時(shí)不足，達(dá)不到訓(xùn)練目標(biāo)

　　從課程內(nèi)容上來(lái)看，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有創(chuàng)新型，難以引起學(xué)生興趣。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)需要大量的實(shí)踐，只有不斷加深實(shí)踐才能體會(huì)到課程廣博精深。然而實(shí)際上實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容偏少、課時(shí)少，編程能力不足，依葫蘆畫瓢成為學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課的通病，沒(méi)有實(shí)際價(jià)值，學(xué)生實(shí)踐能力沒(méi)有得到充分鍛煉。

　　3計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革探討

　　3.1激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

　　學(xué)生的學(xué)習(xí)不能理論脫離實(shí)際,教師應(yīng)努力創(chuàng)設(shè)生活化情境,把教材內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合起來(lái),使圖形學(xué)學(xué)習(xí)真正與學(xué)生生活交融,實(shí)現(xiàn)教學(xué)貼近生活。這樣，學(xué)生就會(huì)真正體會(huì)到圖形學(xué)的美,感受到圖形學(xué)學(xué)習(xí)的真諦與價(jià)值。每次實(shí)驗(yàn)講述實(shí)際應(yīng)用情況，使學(xué)生有深刻的體會(huì)。受實(shí)驗(yàn)課時(shí)限制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)可以先演示實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果，講解關(guān)鍵技術(shù)，采用誘導(dǎo)方式進(jìn)行，再讓學(xué)生進(jìn)行模仿、完成實(shí)驗(yàn)，獲得良好的體驗(yàn)，增強(qiáng)興趣，提高實(shí)驗(yàn)效率。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用分層次方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目層次與實(shí)驗(yàn)難度層次的劃分。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目順序時(shí)，要采用先整體后逐個(gè)突破的思想，設(shè)計(jì)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)要能使學(xué)生對(duì)圖形學(xué)的渲染繪制流程有整體概念，具體包含哪些步驟，實(shí)現(xiàn)順序等。后續(xù)實(shí)驗(yàn)將圍繞每一個(gè)繪制步驟具體展開。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)要考慮到學(xué)生的層次，每個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行難度等級(jí)劃分，劃分為基本練習(xí)、拓展練習(xí)和思考練習(xí)三項(xiàng)，例如基本練習(xí)，直線掃描轉(zhuǎn)換，拓展練習(xí)，顏色漸變直線，思考練習(xí)，繪制多邊形，使每個(gè)學(xué)生都有所收獲，激發(fā)學(xué)生對(duì)后面章節(jié)知識(shí)理論的興趣，從而逐步達(dá)到理論課程學(xué)習(xí)的目的。實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后，則通過(guò)分組課程設(shè)計(jì)的形式進(jìn)行綜合性練習(xí)[2]。

　　3.2教學(xué)內(nèi)容改革

　　數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)主要以實(shí)際應(yīng)用為主，并不是以算法研究為目的。因此實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容應(yīng)向?qū)嵱眯赞D(zhuǎn)變。以MatlabOpenGL圖形庫(kù)為基礎(chǔ)，將圖形開發(fā)融合到實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)比重；減少算法程序描述講解，加強(qiáng)圖形學(xué)繪制流水線講解[3]。實(shí)驗(yàn)中增加三維繪制流水線，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的OpenGL生成三維模型的函數(shù)，學(xué)會(huì)三維繪制過(guò)程、模型的變換等；模型導(dǎo)入及繪制，學(xué)會(huì)模型的導(dǎo)入和顯示，結(jié)合三維繪制流水線繪制簡(jiǎn)單場(chǎng)景；使用OpenGL光照給場(chǎng)景添加光源，并使用紋理數(shù)組給模型添加紋理。

　　3.3教學(xué)方法與手段

　　為了在有限的時(shí)間內(nèi)達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的，需要改進(jìn)教學(xué)方法與手段。首先對(duì)于一些基本操作如實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置，包括OpenGL軟件的安裝、基本圖元的繪制、顏色的設(shè)置、用鼠標(biāo)和鍵盤對(duì)圖形進(jìn)行交互控制等，采取類似于慕課的形式，由教師將這部分內(nèi)容的操作演示做成教學(xué)視頻，發(fā)布在校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生在上機(jī)實(shí)踐之前先通過(guò)下載視頻自學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)操作[4]。利用有交互功能的軟件制作實(shí)驗(yàn)課件。將圖形學(xué)算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，按算法的流程進(jìn)行動(dòng)畫編排。采用支持多場(chǎng)景功能軟件（例如Virtools），根據(jù)情況，將復(fù)雜的圖形算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程分解若個(gè)子算法，逐個(gè)演示子算法達(dá)到的效果，在各場(chǎng)景上實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能轉(zhuǎn)，最后導(dǎo)出多媒體實(shí)驗(yàn)課件[5]。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　實(shí)踐證明，將制作虛擬實(shí)驗(yàn)課件結(jié)合分層次實(shí)驗(yàn)引入課堂，有利于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)的展開，弱化了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的難點(diǎn)，有助于教學(xué)效果的提高，提升了學(xué)生對(duì)課堂的參與性，提高了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。后續(xù)還要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷地進(jìn)行完善。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[4]趙明.基于“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程建設(shè)和改革[J].教育教學(xué)論壇,2016(48):122-123.

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