摘要：經(jīng)過40年的發(fā)展，計算機圖形學(xué)在很多計算機的應(yīng)用方面都有卓越的發(fā)展和應(yīng)用前景，該文通過介紹計算機圖形學(xué)的定義、整體框架、以及計算機圖形學(xué)作為計算機專業(yè)教學(xué)核心課程的發(fā)展現(xiàn)狀，指出計算機圖形學(xué)在當(dāng)前的計算機教學(xué)中所面臨的主要問題，并且針對這些問題提出了一些教學(xué)改革的方案。實踐表明，文中提出的教學(xué)改革手段對加深學(xué)生對這門課程理解、提高學(xué)習(xí)這門課程的興趣和對教師提高這門課程的教學(xué)質(zhì)量都有著明顯的作用。

關(guān)鍵詞：計算機圖形學(xué)；可視化；計算機動畫；教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）13-3088-02

1 計算機圖形學(xué)的相關(guān)理論

1.1 計算機圖形學(xué)的定義

隨著計算機在生活中的廣泛應(yīng)用，將計算機技術(shù)與傳統(tǒng)圖形學(xué)結(jié)合起來描述產(chǎn)品已經(jīng)并非難事。而計算機圖形學(xué)所研究的正是這方面的知識。因為在現(xiàn)代制造業(yè)中，用計算機圖形來模擬描述產(chǎn)品變得越來越廣泛，所以，現(xiàn)在國內(nèi)外大學(xué)，都將計算機圖形學(xué)作為一門必修的應(yīng)用課程。目前國內(nèi)被采納的定義是：計算機圖形學(xué)是研究怎樣利用計算機表示、生成、處理和顯示圖形的原理、算法、方法和技術(shù)的一門學(xué)科。

1.2 計算機圖形學(xué)的整體框架

2 計算機圖形學(xué)的現(xiàn)狀分析

2.1 計算機圖形學(xué)在教學(xué)中的發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)歷了近半個世紀的發(fā)展，計算機圖形學(xué)無論在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的算法研究，還是軟件應(yīng)用或是硬件發(fā)展方面都取得了巨大的進步空間。現(xiàn)在，計算機圖形學(xué)已經(jīng)成為工程應(yīng)用領(lǐng)域傳遞信息的主要技術(shù)和工具，而與它相關(guān)的軟硬件產(chǎn)業(yè)也形成了一個巨大的產(chǎn)業(yè)，從事研究這個產(chǎn)業(yè)的隊伍十分龐大。正是由于此份需求，我國高等院校的理工科專業(yè)現(xiàn)在基本都開設(shè)了計算機圖形學(xué)這門課程。

從前面的計算機圖形學(xué)的整體框架可以看出，此門課課程涉及的內(nèi)容很廣泛，包含了，數(shù)學(xué)、物理、計算機科學(xué)等課程，是一門交叉學(xué)科，而且此門課程的學(xué)習(xí)是以數(shù)學(xué)基礎(chǔ)作為最基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)的，所以大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)開始的時候都感到這門課程難于理解，枯燥。另外，目前國內(nèi)的計算機圖形學(xué)課程的教材基本取材于幾本經(jīng)典教科書，而這幾本教科書主要講述的是上世紀七八十年代的圖形學(xué)技術(shù)，主要強調(diào)的亦是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。正是由于這些原因，目前我國計算機圖形學(xué)教學(xué)普遍存在以下問題：

第一、學(xué)生期望與教學(xué)要求之間的矛盾。在學(xué)期開學(xué)之初，學(xué)生們拿到課本的時候，往往會在計算機圖形學(xué)的課本上看到的是各種當(dāng)今最新的計算機圖形學(xué)的研究成果和各種可以亂真的圖形效果，他們認為學(xué)習(xí)完后既可以繪制出像課本彩頁上一樣的效果圖，所以開始的時候總是對這門課程充滿期望。但是由于課時的限制，各個高校對此門課程的教學(xué)要求僅僅是掌握計算機圖形學(xué)的基本概念并且能夠完成一些基本圖形的繪制，即是計算機圖形學(xué)的入門課程，要想完成向課本彩頁上的那種效果圖還需要學(xué)生在學(xué)習(xí)完這門課程后畫上幾年的時間繼續(xù)學(xué)習(xí)和刻苦鉆研。學(xué)生們在學(xué)習(xí)這門課程之初的期望和學(xué)校對這門課程的教學(xué)要求之間存在巨大的落差，隨著學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)時間增長會慢慢的體現(xiàn)出來，而學(xué)生們對這門課程的興趣也會慢慢的遞減，最后慢慢失望導(dǎo)致放棄學(xué)習(xí)。

第二、計算機圖形學(xué)過分強調(diào)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。通過計算機圖形學(xué)的整體框架我們可以看出，計算機圖形學(xué)的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，這是毋庸置疑的，任何圖形要顯示出來都必須先構(gòu)造出數(shù)學(xué)模型，然后才能通過計算機程序?qū)崿F(xiàn)計算機圖形的顯示。而目前國內(nèi)的計算機圖形學(xué)課程的教材基本取材于幾本經(jīng)典教科書，而這幾本教科書主要講述的是上世紀七八十年代的圖形學(xué)技術(shù)，主要講述的是計算機圖形學(xué)的算法，因為這些算法的構(gòu)思比較獨特而且實現(xiàn)的方法又精巧，所以學(xué)生比較難于理解。這種算法的邏輯思維比較適合數(shù)學(xué)基礎(chǔ)良好的理科學(xué)生，相對工科學(xué)生來說，他們就往往會被這些算法所困擾，對這門課程產(chǎn)生畏難心理。

第三、計算機圖形學(xué)內(nèi)容過于豐富導(dǎo)致課程泛泛而談。計算機圖形學(xué)是一門交叉學(xué)科，涉及到微電子學(xué)，信息學(xué)，計算機科學(xué)，圖形學(xué)，幾何學(xué)等學(xué)科。另外由于計算GU43sO8D4baz9lntAm/WCMLKixSoH0EbF95/eCMXwoQ=機圖形學(xué)的不斷發(fā)展，它的軟硬件更新?lián)Q代和大量涌出的新算法這些都是計算機圖形學(xué)教學(xué)所要傳授的內(nèi)容。這樣就要求計算機圖形學(xué)的授課教師具有全面的知識結(jié)構(gòu)，并且在傳授課程的時候要分清主次，合理取舍。否則的話，各個知識點都講到就會使得學(xué)生在學(xué)期后只能學(xué)到分散的知識點，而不能將這些分散的知識點連成知識面，不知道學(xué)了什么，這樣會使他們喪失繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。

第四、傳統(tǒng)教學(xué)模式忽視應(yīng)用實踐。計算機圖形學(xué)是一門實踐性強的課程。它要求學(xué)生具有較強的動手操作能力和編程能力。如果理論與實踐互動性不夠，容易造成學(xué)生實踐動手能力薄弱。

通過以上分析，可以看出在計算機圖形學(xué)中采用傳統(tǒng)的課堂上講授理論，課下讓學(xué)生去做實驗的教學(xué)方式很難達到預(yù)期的教學(xué)效果，急切需要探討新的教學(xué)思路和教學(xué)方法。

2.2 計算機圖形學(xué)在教學(xué)中所能做的改革

根據(jù)計算機圖形學(xué)教改的總體計劃和總體目標，我們進行了教學(xué)研究，實施了一些教學(xué)改革，具體有如下認識和做法：

2.2.1 重視基礎(chǔ)知識、突出重點技術(shù)

計算機是工科類學(xué)科，而計算機的應(yīng)用專業(yè)又是其中應(yīng)用實踐性最強的專業(yè)，這使得很多職業(yè)高校在進行此專業(yè)的專業(yè)教學(xué)時有忽視理論基礎(chǔ)，片面注重操作應(yīng)用的傾向。這樣就違背了我們國家要培養(yǎng)兼顧理論與實踐操作的專門人才的培養(yǎng)目標，所以，各大高校必須要重視理論基礎(chǔ)知識的教學(xué)，計算機圖形學(xué)的理論基礎(chǔ)包括：計算機圖形設(shè)備的輸入、圖形在計算機內(nèi)部的表示、圖形在計算機內(nèi)部的運算，變換原理算法、以及在計算機中存儲的圖形如何經(jīng)過圖形設(shè)備輸出，如何將這些點、線、面、體的幾何元素在計算機圖形設(shè)備上表現(xiàn)出來。這些內(nèi)容確實比較枯燥，甚至遠離應(yīng)用，不像FLASH、PHOTOSHOP等用戶圖形系統(tǒng)那樣可以直接操作，具有所見即所得的圖形效果，但是這些卻是計算機圖形應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。傳授這些基礎(chǔ)知識可以為學(xué)生日后的學(xué)習(xí)與鉆研打下基礎(chǔ)，幫助他們在日后的學(xué)習(xí)中加深理解。但是由于計算機圖形學(xué)的知識太過于廣泛，這就要求教師在計算機圖形學(xué)的教學(xué)中分清主次，以點帶面，濃縮教學(xué)的內(nèi)容。如：在講二維圖形的生成技術(shù)時，就可以將拋物線的二維圖形生成技術(shù)作為重點，其他的稍作介紹，這樣的話即可保證計算機圖形學(xué)的理論基礎(chǔ)，又可突出圖形生成技術(shù)作為教學(xué)重點。

2.2.2 完善教學(xué)內(nèi)容、加強實踐能力

隨著計算機圖形學(xué)的飛速發(fā)展，這門課程已有相當(dāng)成熟的數(shù)學(xué)表示、變換、運算和算法，并且最重要的是它已經(jīng)被集成到許多圖形系統(tǒng)開發(fā)平臺中。我們的計算機圖形學(xué)教學(xué)的理論基礎(chǔ)還停留在最原始的概念上，如各種圖形的變換，利用單一的數(shù)學(xué)方法進行矩陣運算。而這些在現(xiàn)有的圖形系統(tǒng)中都可以使用相應(yīng)的函數(shù)和堆棧操作完成。也就是圖形學(xué)的教學(xué)內(nèi)容還是在矩陣的元素級的運算，而現(xiàn)有圖形系統(tǒng)在矩陣級的運算。三維幾何體的變換可以借助于操作矩陣堆棧直接應(yīng)用取景變換。這樣理解，我們把計算機圖形學(xué)教學(xué)分為三級：一級：如何用數(shù)學(xué)模型生成二維圖形，二級：如何用二維圖形生成三維圖像、三級：圖形軟件的教學(xué)?？梢钥闯觯趥鹘y(tǒng)的教學(xué)中我們只強調(diào)了一級教學(xué)，而對二級只是簡單帶過，三級更是由于時間的限制無法介紹。這種情況必須得到改善，我們必須通過這三個層次的教學(xué)，使學(xué)生認識到：這三部分教學(xué)內(nèi)容的層次是越來越高的，而且每一層次對應(yīng)著不同應(yīng)用需求，如：第一層次主要對應(yīng)簡單的二維圖形制作；第二層次主要對應(yīng)二維或沒有規(guī)則的三維幾何體圖形制作，且可以有真實效果顯示；第三層次對應(yīng)規(guī)則幾何體的真實效果顯示，但開發(fā)工作量遠遠小于第二層次，主要用于游戲軟件、虛擬社區(qū)漫游、電腦廣告制作等的開發(fā)應(yīng)用。通過對教學(xué)內(nèi)容的完善，加強實踐知識傳授，使學(xué)生可以將所學(xué)的知識連貫起來，知道他們所學(xué)習(xí)的究竟是什么，并掌握如何應(yīng)用所學(xué)的知識。從而提高他們的學(xué)習(xí)興趣。

2.2.3 結(jié)合實際問題、提高應(yīng)用水平

從培養(yǎng)目標看，計算機應(yīng)用專業(yè)學(xué)生不是應(yīng)用軟件的使用者，而是為這些使用者提供應(yīng)用軟件的軟件研發(fā)人員。教學(xué)時可用一些經(jīng)典案例，讓學(xué)生以角色帶入，通過這樣的教改實踐，教學(xué)內(nèi)容覆蓋了一、二、三級圖形軟件，這樣不僅可以拓寬學(xué)生的知識面，也可以讓他們在學(xué)校就感受到社會工作時團隊的力量。從而提高他們的實踐應(yīng)用水平。

3 結(jié)束語

由于計算機圖形學(xué)的應(yīng)用廣泛，不同學(xué)科的特點各不相同，以及學(xué)生不同的專業(yè)背景，在教學(xué)上應(yīng)因材施教尋求各自合適的模式。但歸根結(jié)底應(yīng)把培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力作為最終目標，為以后學(xué)習(xí)相關(guān)課程和從事相關(guān)研究與開發(fā)工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

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