计算机图形学的在教学中的应用与

点赞:31196 浏览:144618 近期更新时间:2024-03-15 作者:网友分享原创网站原创

摘 要:经过40年的发展,计算机图形学在很多计算机的应用方面都有卓越的发展和应用前景,该文通过介绍计算机图形学的定义、整体框架、以及计算机图形学作为计算机专业教学核心课程的发展现状,指出计算机图形学在当前的计算机教学中所面临的主要问题,并且针对这些问题提出了一些教学改革的方案.实践表明,文中提出的教学改革手段对加深学生对这门课程理解、提高学习这门课程的兴趣和对教师提高这门课程的教学质量都有着明显的作用.

关 键 词:计算机图形学;可视化;计算机动画;教学改革

中图分类号:G424文献标识码:A文章编号:1009-3044(2013)13-3088-02

1计算机图形学的相关理论

1.1计算机图形学的定义

随着计算机在生活中的广泛应用,将计算机技术与传统图形学结合起来描述产品已经并非难事.而计算机图形学所研究的正是这方面的知识.因为在现造业中,用计算机图形来模拟描述产品变得越来越广泛,所以,现在国内外大学,都将计算机图形学作为一门必修的应用课程.目前国内被采纳的定义是:计算机图形学是研究怎样利用计算机表示、生成、处理和显示图形的原理、算法、方法和技术的一门学科.

1.2计算机图形学的整体框架

2计算机图形学的现状分析

2.1计算机图形学在教学中的发展现状

经历了近半个世纪的发展,计算机图形学无论在数学基础的算法研究,还是软件应用或是硬件发展方面都取得了巨大的进步空间.现在,计算机图形学已经成为工程应用领域传递信息的主要技术和工具,而与它相关的软硬件产业也形成了一个巨大的产业,从事研究这个产业的队伍十分庞大.正是由于此份需求,我国高等院校的理工科专业现在基本都开设了计算机图形学这门课程.

从前面的计算机图形学的整体框架可以看出,此门课课程涉及的内容很广泛,包含了,数学、物理、计算机科学等课程,是一门交叉学科,而且此门课程的学习是以数学基础作为最基础的学习的,所以大多数学生在学习开始的时候都感到这门课程难于理解,枯燥.另外,目前国内的计算机图形学课程的教材基本取材于几本经典教科书,而这几本教科书主要讲述的是上世纪七八十年代的图形学技术,主要强调的亦是数学基础.正是由于这些原因,目前我国计算机图形学教学普遍存在以下问题:

第一、学生期望与教学要求之间的矛盾.在学期开学之初,学生们拿到课本的时候,往往会在计算机图形学的课本上看到的是各种当今最新的计算机图形学的研究成果和各种可以乱真的图形效果,他们认为学习完后既可以绘制出像课本彩页上一样的效果图,所以开始的时候总是对这门课程充满期望.但是由于课时的限制,各个高校对此门课程的教学要求仅仅是掌握计算机图形学的基本概念并且能够完成一些基本图形的绘制,即是计算机图形学的入门课程,要想完成向课本彩页上的那种效果图还需要学生在学习完这门课程后画上几年的时间继续学习和刻苦钻研.学生们在学习这门课程之初的期望和学校对这门课程的教学要求之间存在巨大的落差,随着学生对这门课程的学习时间增长会慢慢的体现出来,而学生们对这门课程的兴趣也会慢慢的递减,最后慢慢失望导致放弃学习.

计算机图形学的在教学中的应用与参考属性评定
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第二、计算机图形学过分强调数学基础.通过计算机图形学的整体框架我们可以看出,计算机图形学的基础是数学,这是毋庸置疑的,任何图形要显示出来都必须先构造出数学模型,然后才能通过计算机程序实现计算机图形的显示.而目前国内的计算机图形学课程的教材基本取材于几本经典教科书,而这几本教科书主要讲述的是上世纪七八十年代的图形学技术,主要讲述的是计算机图形学的算法,因为这些算法的构思比较独特而且实现的方法又精巧,所以学生比较难于理解.这种算法的逻辑思维比较适合数学基础良好的理科学生,相对工科学生来说,他们就往往会被这些算法所困扰,对这门课程产生畏难心理.

第三、计算机图形学内容过于丰富导致课程泛泛而谈.计算机图形学是一门交叉学科,涉及到微电子学,信息学,计算机科学,图形学,几何学等学科.另外由于计算机图形学的不断发展,它的软硬件更新换代和大量涌出的新算法这些都是计算机图形学教学所要传授的内容.这样就要求计算机图形学的授课教师具有全面的知识结构,并且在传授课程的时候要分清主次,合理取舍.否则的话,各个知识点都讲到就会使得学生在学期后只能学到分散的知识点,而不能将这些分散的知识点连成知识面,不知道学了什么,这样会使他们丧失继续学习的兴趣.

第四、传统教学模式忽视应用实践.计算机图形学是一门实践性强的课程.它要求学生具有较强的动手操作能力和编程能力.如果理论与实践互动性不够,容易造成学生实践动手能力薄弱.

通过以上分析,可以看出在计算机图形学中采用传统的课堂上讲授理论,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.

2.2计算机图形学在教学中所能做的改革

根据计算机图形学教改的总体计划和总体目标,我们进行了教学研究,实施了一些教学改革,具体有如下认识和做法:

2.2.1重视基础知识、突出重点技术

计算机是工科类学科,而计算机的应用专业又是其中应用实践性最强的专业,这使得很多职业高校在进行此专业的专业教学时有忽视理论基础,片面注重操作应用的倾向.这样就违背了我们国家要培养兼顾理论与实践操作的专门人才的培养目标,所以,各大高校必须要重视理论基础知识的教学,计算机图形学的理论基础包括:计算机图形设备的输入、图形在计算机内部的表示、图形在计算机内部的运算,变换原理算法、以及在计算机中存储的图形如何经过图形设备输出,如何将这些点、线、面、体的几何元素在计算机图形设备上表现出来.这些内容确实比较枯燥,甚至远离应用,不像FLASH、PHOTOSHOP等用户图形系统那样可以直接操作,具有所见即所得的图形效果,但是这些却是计算机图形应用系统的基础.传授这些基础知识可以为学生日后的学习与钻研打下基础,帮助他们在日后的学习中加深理解.但是由于计算机图形学的知识太过于广泛,这就要求教师在计算机图形学的教学中分清主次,以点带面,浓缩教学的内容.如:在讲二维图形的生成技术时,就可以将抛物线的二维图形生成技术作为重点,其他的稍作介绍,这样的话即可保证计算机图形学的理论基础,又可突出图形生成技术作为教学重点.2.2.2完善教学内容、加强实践能力

随着计算机图形学的飞速发展,这门课程已有相当成熟的数学表示、变换、运算和算法,并且最重要的是它已经被集成到许多图形系统开发平台中.我们的计算机图形学教学的理论基础还停留在最原始的概念上,如各种图形的变换,利用单一的数学方法进行矩阵运算.而这些在现有的图形系统中都可以使用相应的函数和堆栈操作完成.也就是图形学的教学内容还是在矩阵的元素级的运算,而现有图形系统在矩阵级的运算.三维几何体的变换可以借助于操作矩阵堆栈直接应用取景变换.这样理解,我们把计算机图形学教学分为:一级:如何用数学模型生成二维图形,二级:如何用二维图形生成三维图像、:图形软件的教学.可以看出,在传统的教学中我们只强调了一级教学,而对二级只是简单带过,更是由于时间的限制无法介绍.这种情况必须得到改善,我们必须通过这三个层次的教学,使学生认识到:这三部分教学内容的层次是越来越高的,而且每一层次对应着不同应用需求,如:第一层次主要对应简单的二维图形制作;第二层次主要对应二维或没有规则的三维几何体图形制作,且可以有真实效果显示;第三层次对应规则几何体的真实效果显示,但开发工作量远远小于第二层次,主要用于游戏软件、虚拟社区漫游、电脑广告制作等的开发应用.通过对教学内容的完善,加强实践知识传授,使学生可以将所学的知识连贯起来,知道他们所学习的究竟是什么,并掌握如何应用所学的知识.从而提高他们的学习兴趣.

2.2.3结合实际问题、提高应用水平

从培养目标看,计算机应用专业学生不是应用软件的使用者,而是为这些使用者提供应用软件的软件研发人员.教学时可用一些经典案例,让学生以角色带入,通过这样的教改实践,教学内容覆盖了一、二、图形软件,这样不仅可以拓宽学生的知识面,也可以让他们在学校就感受到社会工作时团队的力量.从而提高他们的实践应用水平.

3结束语

由于计算机图形学的应用广泛,不同学科的特点各不相同,以及学生不同的专业背景,在教学上应因材施教寻求各自合适的模式.但归根结底应把培养学生的综合应用能力及创新能力作为最终目标,为以后学习相关课程和从事相关研究与开发工作奠定坚实的基础.