薛春艷

文章編號：1672-5913(2009)06-0046-03

摘要：“計算機圖形學(xué)”是計算機專業(yè)的一門非常重要的基礎(chǔ)課程，但在教學(xué)中存在很多問題，本文總結(jié)了兩種結(jié)合方式的教學(xué)方法，分析和探討了其在教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計算機圖形學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)與實驗

中圖分類號：G642

文獻標(biāo)識碼：A

1引言

“計算機圖形學(xué)”在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，其課程涉及圖形硬件設(shè)備、圖形系統(tǒng)、交互技術(shù)、基本圖形生成算法、幾何變換、真實感圖形生成等內(nèi)容。在筆者的教學(xué)實踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中普遍存在以下兩個問題。

1.1理論知識掌握方面

由于“計算機圖形學(xué)”具有較強理論性，部分算法比較抽象不易理解。所以學(xué)生在學(xué)習(xí)的時候很難將抽象算法與具體的三維圖像結(jié)合起來，經(jīng)常表現(xiàn)出畏難情緒。

1.2實踐能力培養(yǎng)方面

由于“計算機圖形學(xué)”課程的教學(xué)主要精力放在了圖形的基本概念和算法原理的講解上，上機實踐環(huán)節(jié)滯后；另外，現(xiàn)在大部分的教材中仍然是以Turbo C作為上機實習(xí)的平臺，但是由于Turbo C再實際應(yīng)用中早已不作為開發(fā)工具使用，學(xué)生并不能夠在實驗中獲得未來就業(yè)環(huán)境下真是需要掌握的編程知識，需要二次學(xué)習(xí)才能適應(yīng)社會的需求。

針對以上問題，給出以下解決方案。

2理論講解與具體開發(fā)工具的使用相結(jié)合

圖形通常由點、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。如何在計算機中表示圖形以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，構(gòu)成了計算機圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容。目前，大部分《計算機圖形學(xué)》教材都是以計算機圖形學(xué)的基本概念、基本理論、基本原理及經(jīng)典算法作為主要內(nèi)容，以豐富學(xué)生的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生的獨立研究能力。然而，在微型計算機日益普及的今天，隨著計算機科學(xué)及技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多功能完善的圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)和圖形軟件，如何利用他們培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高實際應(yīng)用的能力，則是當(dāng)今教學(xué)的重點。

為了能夠更加廣泛地接觸和學(xué)習(xí)圖形軟件，筆者在以Turbo C語言作為開發(fā)工具來介紹基本圖元的經(jīng)典畫法的同時，將OpenGL引入到計算機圖形學(xué)的學(xué)習(xí)中。

OpenGL是近10年來發(fā)展起來的一個性能卓越的、通用共享的三維圖形標(biāo)準(zhǔn)，已得到廣泛應(yīng)用。OpenGL提供十分清晰明了的圖形函數(shù)，所以圖形繪制可以通過它的各種函數(shù)來實現(xiàn)。OpenGL具有標(biāo)準(zhǔn)型、穩(wěn)定性、可擴展性、可縮放性、易用性、可靠性和可移植性等特點。與其他圖形程序包相比，OpenGL應(yīng)用程序代碼行數(shù)少，又封裝了有關(guān)基本硬件的信息，因此在很多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。

在教學(xué)過程中，為了讓學(xué)生對“計算機圖形學(xué)”中所講解的知識能夠更好的理解和掌握，可以從三個步驟來進行講解：

2.1理論講解——基本概念、原理及算法

理論講解過程中，我們可以把OpenGL與之結(jié)合起來。例如：我們在講解直線的掃描算法時，首先介紹經(jīng)典的中點繪制直線算法和Bressman算法，通過這兩個算法的原理的介紹可以使學(xué)生了解到在計算機中怎樣以像素作為處理單位來實現(xiàn)直線的繪制。然后，我們可以介紹一下OpenGL中對直線進行繪制的方法，從而體會兩種開發(fā)工具的相同和不同之處：

(1) Turbo C：Bressman算法實現(xiàn)直線的繪制

voidBresenham_Line (int x1, int y1, int x2, int y2,int color)

{

intx, y, dx, dy, dk, i；

dx = x2 – x1；dy = y2–y1；dk = dy – dx；

x = x1；y = y1；

for (i = 0; i<=dx; i++)

{ putpixel (x, y, color);

x=x + 1;

if(dk<0)

dk=dk+2*dy;

else

{y = y + 1； dk = dk +2*dy– 2 * dx； }

}

}

(2)OpenGL實現(xiàn)

glBegin ( GL_LINES );

glColor3f(1.0,1.0,0.0);

glVertex2f(-11.0,8.0);

glVertex2f(-7.0,7.0);

glEnd();

在Turbo C中需要具體的算法和參數(shù)實現(xiàn)對像素逐個處理從而形成一條直線；在OpenGL中我們只需要給出直線的坐標(biāo)、屬性的數(shù)據(jù)就可以得到一條直線了。這樣學(xué)生就可以了解到直線的繪制原理，以及在實際開發(fā)中具體實現(xiàn)發(fā)法，有效地把理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，達到了較好的教學(xué)效果。

2.2多媒體演示——各種圖元、概念、算法的實現(xiàn)和變化過程

由于“計算機圖形學(xué)”這門課程中的很多理論知識比較抽象不容易理解，特別是需要學(xué)生具有較好的三維空間的立體感，才能更好的理解所學(xué)的知識，例如對坐標(biāo)變換、投影變換等部分的概念的理解，對很多學(xué)生來講都很難理解，為了達到更好的教學(xué)效果，可以將OpenGL引入到課程學(xué)習(xí)中，通過OpenGL的對應(yīng)函數(shù)的多媒體演示，幫助學(xué)生更好地掌握這部分知識。在介紹了基本的變換中的平移變換、縮放變換和旋轉(zhuǎn)變換的概念時，在計算機圖形學(xué)中我們一般是通過二維的圖形來幫助學(xué)生理解，如圖1～3。

OpenGL多媒體演示見圖4。

在OpenGL中分別使用glTranslatef()來表示平移變換，三個參數(shù)分別表示在三個坐標(biāo)平移的距離；glRotatef()用來表示旋轉(zhuǎn)變換，一個參數(shù)表示旋轉(zhuǎn)地角度，另外一個參數(shù)表示旋轉(zhuǎn)軸的坐標(biāo)；glScalef()表示縮放變換，三個參數(shù)表示在三個坐標(biāo)軸方向的縮放比例。這里，通過多媒體可是課件，通過鼠標(biāo)來控制參數(shù)的值，根據(jù)參數(shù)值的變化，顯示效果也會隨之變化。通過這種三維的動態(tài)多媒體課件的演示，可以使學(xué)生更好的理解三種變換，同時對OpenGL中對應(yīng)的函數(shù)及其參數(shù)的具體含義有了更好的掌握。

2.3具體應(yīng)用——原理算法的具體應(yīng)用

在完成前兩個步驟的基礎(chǔ)上，可以通過一些小的應(yīng)用程序或游戲程序的演示，將其中對應(yīng)的圖形繪制方法的應(yīng)用提煉分析出來，這樣可以使學(xué)生對所學(xué)知識的具體應(yīng)用有較直觀的認(rèn)識，為其將來的進一步學(xué)習(xí)和實踐打下基礎(chǔ)。

3教學(xué)與實驗相結(jié)合

“計算機圖形學(xué)”是一門實踐性很強的課程，但在目前，普遍存在的現(xiàn)象是“計算機圖形學(xué)”課程的理論教學(xué)內(nèi)容存在著一定孤立性，與上機實踐聯(lián)系并不緊密；因此，有必要加強學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。為了確保計算機圖形學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)該選用目前市場上比較流行的圖形開發(fā)環(huán)境作為學(xué)生的實踐環(huán)境，同時也要注重課堂知識的消化，因此理論知識的對應(yīng)實驗也不能輕視。筆者認(rèn)為應(yīng)將兩者有效地結(jié)合起來才能達到更好的效果。

為了能夠幫助學(xué)生更好地理解理論知識，更好地提高動手能力，實驗部分可以分三部分進行：

(1) 基礎(chǔ)實驗：主要完成各種理論講解過程中學(xué)習(xí)的代碼實現(xiàn)，編程環(huán)境為Turbo C。

(2) 提高實驗：以Visual C++ 和OpenGL作為開發(fā)環(huán)境，進行實踐動手能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

(3) 體驗實驗：以3D Max作為開發(fā)環(huán)境，進行圖形圖像軟件開發(fā)的體驗實驗。

基礎(chǔ)實驗可以幫助學(xué)生更好地理解基本的理論和各種基本圖元的經(jīng)典算法。

提高實驗可以提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，能夠使學(xué)生更多地接觸實際開發(fā)中所使用的工具和開發(fā)環(huán)境，為將來的工作打好基礎(chǔ)。

體驗實驗中的3DMax是圖形開發(fā)的具體產(chǎn)品，通過對其的使用和接觸，可以讓學(xué)生感知到計算機圖形學(xué)的應(yīng)用情況。

通過基礎(chǔ)實驗、提高實驗和體驗實驗的結(jié)合練習(xí)，不但可以提高學(xué)生的編程能力，而且加深了學(xué)生對所學(xué)知識的了解和認(rèn)識，使學(xué)生對“計算機圖形學(xué)”的實際應(yīng)用有了感性的認(rèn)識。

4結(jié)語

“計算機圖形學(xué)”是計算機學(xué)科的主要基礎(chǔ)課程之一，但由于各種原因，學(xué)生學(xué)起來有一定的難度，這給授課的教師帶來相當(dāng)大的挑戰(zhàn)?！坝嬎銠C圖形學(xué)”的教學(xué)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它會涉及到諸多方面的問題，以上所述僅僅是筆者授課過程中得粗略總結(jié)，有不妥或不足之處，敬請大家批評指正。

參考文獻：

[1] 張曦煌,杜俊俐. 計算機圖形學(xué)[M]. 北京郵電大學(xué)出版社,2006,8.

[2] OpenGL體系結(jié)構(gòu)審核委員會等. OpenGL編程指南(第4版)[M]. 人民郵電出版社,2005,4.

[3] 陳元琰, 張睿哲, 吳東. 計算機圖形學(xué)實用技術(shù)(第2版)[M]. 清華大學(xué)出版社,2007,3.

Teaching method discussion of Computer Graphics

XUE Chun-yan

( XiamenUniversity Tan Kah Kee college)

Abstract：Computer Graphics is a very importment course of computer speciality , here are a lot of problems in teaching, this text has summarize two kinds of teaching methods and has analyzed and probed into its application in teaching.

Key words: Computer Graphics; teaching method