试议体验式计算机图形学“体验式”教学系统研究与实践站

论文导读：终的教学效果。实验教学脱离图形学的实际应用背景也是一个问题。在设计实验项目时，很多教师没有考虑到项目设置的实际应用背景，学生在实验的过12345下一页
摘 要： 针对计算机图形学传统实验教学过程中存在的问题，提出“体验式”教学改革新思路。新思路提出“编程实践”、“图形软件应用”和“理论学习”相结合的教学改进方法，对实验环境、实验环节及实验内容重新作出设置与安排，最终构建一个完整的图形学“体验式”教学体系。实践表明，该教学体系的应用能较好地激发学生的学习热情，培养和提高学生实践操作能力。
关键词： 计算机图形学； 实验教学改革； 体验式教学体系； 实践操作能力
1006-8228（2013）11-63-03
0 引言
计算机图形学是计算机视觉领域中一门重要的学科，同时也是建立在传统的图学理论、应用数学及计算机科学基础上的一门综合叉学科。它利用计算机处理图形信息（如图形信息的表示、输入输出与显示、图形的几何变换及人机交互绘图等）。在过去的几十年里，图形学在计算机辅助设计与制造、计算机动画艺术、虚拟现实等诸多领域得到了广泛的应用。作为实践教学的重要组成部分，实验教学在培养实践能力和创新型人才过程中起着十分重要的作用。基于近年来在图形学领域内出现的巨大变化及本校“应用型人才培养”模式[3-4]的确立，有必要对当前的计算机图形学实验教学过程采取进一步的改革措施，提升这门课程的实验教学水平。
1 实验教学现况分析
图形学是一门实践应用型学科，虽然它的知识内容相对于其他计算机专业课程而言比较难以理解，但其概念、逻辑关系等基本上源于对现实世界的抽象，在现实世界里都能比较容易地找到与之相对应的原型[5]。熟练掌握图形学技术能够使用户制作出令人赏心悦目的图形效果。目前的图形学实验教学过程还存在一些问题。
仅从算法验证性实验的角度来组织实验教学是一个问题。计算机图形学是一门建立在算法基础上的学科，掌握必要的算法知识是深入学习图形学不可或缺的条件。所以，很多教师会选择仅仅从算法编程验证的角度来组织实验教学。这些算法的验证性实验在一定程度上锻炼了学生的编程能力，但对学生创新性思维的培养及解决实际问题的能力培养没有显著的成效。同时，对于数字媒体技术专业的学生而言，过分强调算法理论会影响学生学习图形学的兴趣和信心，这样势必会影响到最终的教学效果。
实验教学脱离图形学的实际应用背景也是一个问题。在设计实验项目时，很多教师没有考虑到项目设置的实际应用背景，学生在实验的过论文导读：
程中，只会根据教师的要求，对一些关键算法进行简单的编程验证，教师没有引导学生将所掌握的基本理论知识与相关应用领域建立起联系，这一做法极大地降低了实验课程对学生的吸引力，长此以往便会在学生心中形成图形学“学为何用”的疑问。
2 实验教学方法改革
计算机图形学的学习目标是让学生掌握及应用本课程相关的算法技术来解决实际问题，但在以往的教学过程中我们发现，由于图形学中的大部分算法技术描述比较抽象，理解难度较大，学生常常会产生畏难情绪。出于对以上因素的考虑，我们曾尝试以“实践引导理论”的方法来组织教学。譬如，在讲解“纹理贴图”这一理论知识点之前，首先在实验课堂上给学生演示在图形软件产品3D Max中如何调用纹理贴图命令实现贴图效果，同时让学生观察不同参数设置下的纹理映射效果，在此过程中，学生会产生如“各项参数具备什么作用”等疑问。接下来，教师继续让学生使用微软图形库OpenGL结合Visual C++ 6.0[6]编程实现预定的纹理贴图效果，再提出相同的疑问。带着这些疑问，教师在课堂上为学生讲解图形学中“纹理映射”这一理论知识点，引导学生回到理论学习阶段。
我们将以上方法总结为“编程实践”、“图形软件应用”和“理论学习”三结合法。三结合法中的“编程实践”摒弃了传统的“算法验证”环节，让学生通过调用及组织OpenGL中的“图形命令”实现预定的真实感图形效果，使得学生直接面向可视化的算法结果，这一举措让学生从繁琐低效的算法编程中彻底摆脱出来。此外，要求学生对三维动画及其制作软件3D Max有基本的了解。由于三维动画的制作流程涉及了图形学几乎所有算法技术，而3D Max作为其基本实现工具实际上就是图形学技术的软件产品，它所包含的所有函数命令都是根据图形学算法技术编写而成的。学生通过调用3D Max中的诸多命令实现各种具备真实感的三维场景，这一过程让学生直观地了解到图形学中抽象复杂的算法在实际生活中的应用。
为了更好地将上述方法落实到教学过程中去，我们将三结合法中的“编程实践”、“图形软件应用”提取出来，并从实验环境、实验环节及实验内容设置等方面对其进行补充和完善，最终形成了一个完整的图形学“体验式”教学体系。实践证明通过该体系，学生可以真正地将理论和实践融合到一起，极大地提高了学习兴趣及学习效率。
3 “体验式”教学体系设置

3.1 实验环境设置

一个完善的图形学“体论文导读：.0的环境下进行。同时，每一台学生机上也要安装配置好3DMax应用程序。此外，为了方便指导学生完成3DMax应用环节及三维交互技术环节的实验内容，在教学安排上应当把计算机图形学和三维动画制作两门课程放在同一学期内，以便将三维动画制作课程中的部分授摘自：毕业论文任务书www.7ctime.com课环节纳入到计算机图形学实验教
验式”教学体系主要包括三个方面：OpenGL编程实践、图形软件3D Max应用及OpenGL结合3D Max实现三维交互技术。为了同时满足以上三方面教学内容的要求，我们在传统的Visual C++ 6.0开发环境下引入了OpenGL[7]，所有的实验项目都是在安装了GLUT的Visual C++ 6.0的环境下进行。同时，每一台学生机上也要安装配置好3D Max应用程序。
此外，为了方便指导学生完成3D Max应用环节及三维交互技术环节的实验内容，在教学安排上应当把计算机图形学和三维动画制作两门课程放在同一学期内，以便将三维动画制作课程中的部分授摘自：毕业论文任务书www.7ctime.com
课环节纳入到计算机图形学实验教学过程中。这一举措也顺应了近年来本校所一贯提倡的应用型“课程整合”[8]大趋势。

3.2 实验环节设置

“体验式”教学体系的实践过程包含以下三个环节：使用OpenGL基本图形命令绘制及显示图形；使用3D Max基本图形命令实现形体的三维建模；OpenGL结合3D Max实现三维仿真。 源于：论文发表网www.7ctime.com
⑷ 在三维环境中通过调用OpenGL相关命令调整飞机模型的尺寸、显示角度等。
⑸ 当飞机模型在OpenGL三维环境中按照预定效果正常显示后，便可以通过键盘、鼠标或者定时器实现飞机模型的实时控制。
按照以上步骤实现的飞机仿真系统，其结果分别如图1（a）、图1（b）所示。其中，天空是利用OpenGL中的贴图方法加载到三维环境中去的，其动画效果通过纹理控制来实现。同时，通过键盘上的方向键可以实时控制飞机的飞行方向和飞行角度。
综合设计型实验采用“大案例”，让学生独立完成课题选定、素材搜集、内容设计等工作，其过程涉及到OpenGL和3D Max两方面技术的综合运用。目前，本校数字媒体技术专业正着力于“媒体类课程整合”工作，因此我论文导读：
们将图形学的综合设计型实验纳入到“综合课程设计”的环节中，即：将图形学课程设计与三维动画课程设计融为一体，让学生在设计过程中充分体验图形学技术在实际应用中的非凡魅力。
以上便是“体验式”教学体系中实验内容的详细介绍。在实际教学过程中，我们还将根据学生的实际情况，适时对内容作出新的调整。
4 结束语
针对计算机图形学传统实验教学方法中普遍存在的问题，立足于“应用型人才培养”模式，着力构建一个图形学“体验式”教学体系。为了满足新的教学体系中“编程实践”、“图形软件应用”和“理论学习”三结合方法的需求，对实验的环境、环节及实验内容重新作出设置与安排，最终构建了一个完整的和完善的图形学“体验式”教学体系。实践表明，该体系的实施对加深课程理解、培养学生学习兴趣和提高教学质量有着显著的成效。在接下来的教学过程中，我们将继续对“体验式”教学体系作进一步的完善，在原有的图形学实践过程中，尽可能多地纳入其他相关媒体技术类课程的实验内容，让学生在课程整合的过程中体会学为其用。
参考文献：
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