張燦

摘要：在當(dāng)前這個(gè)世界圖形時(shí)代，人們的認(rèn)知方式已經(jīng)進(jìn)入了視覺形象方式。在這樣的數(shù)字化時(shí)代背景下，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究越來越顯現(xiàn)出重要的地位和作用。因此，該文將結(jié)合當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中的存在的一些問題，提出了我們應(yīng)該基于OpenGL實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，盡快改革計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)模式，讓OpenGL很好的在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中應(yīng)用起來，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力，運(yùn)用綜合性的考核辦法來切實(shí)提高當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：OpenGL實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2012）32-7826-02

在當(dāng)今這個(gè)數(shù)字化時(shí)代，其特征就是世界圖形或圖像，主要通過視覺形象的方式來認(rèn)知世界，打破了語言或者文字的障礙，并使得虛擬介入現(xiàn)實(shí)。這種時(shí)代特征正是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所研究的對(duì)象。具體來講，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)就是通過一種最為直接的方式來表現(xiàn)多姿多彩的生活。它是計(jì)算機(jī)專業(yè)中的一門專業(yè)課，是利用計(jì)算機(jī)將一些數(shù)據(jù)處理為圖形信息的一門科學(xué)，包含了圖形信息的表示、輸入輸出與顯示、圖形的幾何變換、圖形之間的運(yùn)算以及人機(jī)交互繪圖等方面的技術(shù)。它的研究領(lǐng)域主要有：如何描述、創(chuàng)建并處理幾何模型；如何繪制模型。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的根本目的就是為了在計(jì)算機(jī)屏幕上形成一個(gè)有真實(shí)感的圖形。那么，這門計(jì)算機(jī)專業(yè)課程，由于包含了數(shù)學(xué)等多方面的綜合知識(shí)，復(fù)雜度還是相對(duì)有點(diǎn)高的，學(xué)生學(xué)習(xí)起來還是具有一些難度的。因此，我們應(yīng)該建立一個(gè)有效的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，比如說OpenGL來讓學(xué)生通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，加深對(duì)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理解，提高他們的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，進(jìn)而進(jìn)一步培養(yǎng)他們的實(shí)踐能力，從而推進(jìn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革的不斷深化。

1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中的問題及其原因分析

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)該來說具有非常廣泛的使用范圍，很多學(xué)生對(duì)于這門課的態(tài)度是剛接觸的時(shí)候挺喜歡，但是，隨著學(xué)習(xí)過程的慢慢開展，他們的主動(dòng)性和積極性就慢慢被消磨掉了，他們開始不注重學(xué)習(xí)的創(chuàng)新能力，而僅僅為了得到相應(yīng)的學(xué)分。這種現(xiàn)狀的產(chǎn)生主要是由于以下幾個(gè)方面的因素：

1）學(xué)習(xí)難度較大。由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)涉及的知識(shí)面非常廣，其中不僅有計(jì)算機(jī)知識(shí)，還有數(shù)學(xué)等其他學(xué)科的知識(shí)，因此，它的知識(shí)基礎(chǔ)要求較高，學(xué)生學(xué)習(xí)起來難度較大也是情理之中的事情。事實(shí)上，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門新興學(xué)科，它是建立在圖論、現(xiàn)代數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)之上的，學(xué)科交叉繁雜，其理論性很強(qiáng)，同時(shí)實(shí)踐性又不弱，這就讓學(xué)生體會(huì)到了該門課程的綜合性特征和難易掌握的感覺，從而讓他們?cè)诰薮蟮膶W(xué)習(xí)難度面前望而卻步；

2）教學(xué)理念較為滯后。當(dāng)前的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)觀念仍然沿用的是傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，重視教師的單方面的知識(shí)傳授，片面強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。這樣的教學(xué)觀念往往使得教學(xué)在備課的時(shí)候，片面追求教學(xué)大綱的要求，非常詳細(xì)講解每一堂課的知識(shí)點(diǎn)。這樣的背景之下，教師容易把計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課堂變成滿堂灌，學(xué)生就是一種被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，師生之間的互動(dòng)性不高，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性自然也就大打折扣了。此外，傳統(tǒng)的教學(xué)觀念中不太重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，更不會(huì)重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，大大阻礙了學(xué)生的創(chuàng)新精神培養(yǎng)與創(chuàng)新能力的提高；

3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)不夠科學(xué)與系統(tǒng)。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)過程中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，很多高校一直采用C或VC++來實(shí)現(xiàn)編程，同時(shí)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的工具與內(nèi)容又較為陳舊，考核方式也頗為單調(diào)，學(xué)時(shí)又不太多，使得學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的學(xué)習(xí)興趣大大降低，而且學(xué)習(xí)起來的真實(shí)難度又是較大的，尤其是繪制模型的實(shí)現(xiàn)，使得學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ写訌?qiáng)。

2OpenGL圖形系統(tǒng)及其在圖形學(xué)上的應(yīng)用

所謂OpenGL圖形系統(tǒng)，指的就是一個(gè)豐富的三維圖形函數(shù)庫，是圖形系統(tǒng)中的一個(gè)軟件接口，允許程序開發(fā)者創(chuàng)建一個(gè)交互性的程序，從而能夠產(chǎn)生三維移動(dòng)的物體的彩色圖像。它除了具有基本的OpenGL函數(shù)以外，還能夠支持OpenGL實(shí)用庫、OpenGL輔助庫、Windows專用庫函數(shù)、Win32API函數(shù)等其他四類函數(shù)。它還可以有雙緩存的功能，主要應(yīng)用于制作動(dòng)畫。我們可以使用OpenGL圖形系統(tǒng)來對(duì)計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的控制，從而產(chǎn)生較為逼真的圖形或者虛擬出實(shí)際生活中沒有的圖像。一般來說，OpenGL圖形系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，具體應(yīng)用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的話，就是說我們可以利用OpenGL函數(shù)來順利實(shí)現(xiàn)圖形算法的演示。這種方法可以提高許多圖形函數(shù)，讓它們能夠通過單獨(dú)調(diào)用或者組合某些函數(shù)來實(shí)現(xiàn)基本的圖像操作，還可以對(duì)光線進(jìn)行調(diào)整。目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的OpenGL圖形庫中增加了不少新組件，已經(jīng)可以產(chǎn)生形象化的三維效果。當(dāng)前常用的圖形設(shè)計(jì)方法有：圖形生成算法、幾何變換、投影變換等。具體應(yīng)用步驟如下：建立基本模型、投影及視口變換、光照、材質(zhì)、霧等的設(shè)置、顯示三維圖形。其中，建立基本模型就是指利用技術(shù)手段來提取真實(shí)物體的表面離散點(diǎn)，然后輸入到計(jì)算機(jī)中去，從而形成三角網(wǎng)絡(luò)模型。就投影及視口變換來說，OpenGL函數(shù)主要提供了正射投影和透視投影兩種投影方式。然后，對(duì)模型進(jìn)行光照設(shè)置，這里的光照設(shè)置包含了環(huán)境光、漫反射光和鏡面反射光等三種，對(duì)于材質(zhì)的設(shè)置與光源類似，讓其能夠更加接近于真實(shí)物體。至于霧化，主要是使得物體能夠更加自然逼真，具有一定的立體感。最后，完成以上三個(gè)步驟就顯示三維圖形。此外，OpenGL圖形系統(tǒng)函數(shù)庫還可以進(jìn)行紋理設(shè)置、特殊光照處理以及實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果等其他方面的強(qiáng)大功能。

3基于OpenGL實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革

一般來說，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)具有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，比如說信息顯示、設(shè)計(jì)、仿真與動(dòng)畫以及用戶界面等方面。如果我們應(yīng)用OpenGL圖形系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)用思想產(chǎn)生一定的沖擊和影響。從傳統(tǒng)的教學(xué)思想來看，我們往往習(xí)慣于選擇Powerpoint中的課件制作組件來制作課件，雖然它能夠解決基本的圖形問題，但是，一旦碰到較為抽象和復(fù)雜的圖形學(xué)理論，就難以應(yīng)對(duì)。因此，筆者認(rèn)為，我們應(yīng)該采用一種新型的圖形學(xué)理論來指導(dǎo)我們的課件制作，以增加圖形的逼真程度和提高圖形學(xué)課件的制作質(zhì)量。在此，筆者提出了我們可以基于OpenGL圖形系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來將不同的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行課件制作，努力培養(yǎng)學(xué)生上機(jī)進(jìn)行實(shí)踐的興趣和主動(dòng)性，讓學(xué)生提高互動(dòng)參與性，從而提高他們的學(xué)習(xí)效果。但是，當(dāng)前我國高校計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀不容樂觀，還存在著不少急需解決的問題。因此，我們應(yīng)該盡快采用OpenGL實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來加強(qiáng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革。具體如下：

1）高校應(yīng)該首先認(rèn)清楚OpenGL圖形系統(tǒng)的真實(shí)內(nèi)涵，充分利用其優(yōu)秀的圖形處理資源和演示效果來大大激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)心理，讓他們主動(dòng)參與到實(shí)踐中來，對(duì)抽象的內(nèi)容進(jìn)行具體化的解讀。這就需要學(xué)校改變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的教學(xué)觀念仍然是以教師教授知識(shí)為主，學(xué)生處于被動(dòng)消極的地位，他們的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性被嚴(yán)重的壓抑了，而這與理論性實(shí)踐性兼具的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)來說，是相背離的。它的基本內(nèi)容就是要學(xué)習(xí)傳統(tǒng)的經(jīng)典計(jì)算方法，然后再學(xué)會(huì)分析并改進(jìn)計(jì)算方法，最后解決相關(guān)問題。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)觀念顯然是不能夠適應(yīng)這種教學(xué)要求的。因此，我們應(yīng)該徹底改變?cè)瓉淼慕虒W(xué)觀念，建立一種以培養(yǎng)學(xué)生能力為目標(biāo)的新型教學(xué)模式，讓學(xué)生積極參與到學(xué)習(xí)過程中，做學(xué)習(xí)的主人，并逐步培養(yǎng)并提高自身的分析與解決問題的能力；

2）高校要盡量調(diào)整相關(guān)的實(shí)驗(yàn)工具，重新設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。我們知道，OpenGL圖形系統(tǒng)是一個(gè)非常專業(yè)的圖形程序接口，它具有非常強(qiáng)大的圖形數(shù)據(jù)庫，提供了基本庫、實(shí)用庫和輔助庫三個(gè)方面的函數(shù)庫，可以開發(fā)二維和三維圖形程序所需要的多個(gè)方面。我們?nèi)绻谟?jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)中很好的應(yīng)用OpenGL圖形系統(tǒng)，就可以把它作為基礎(chǔ)開發(fā)的應(yīng)用程序，獨(dú)立于窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)之間的移植工作。因此，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中適當(dāng)?shù)慕柚贠penGL實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以與圖形算法進(jìn)行合理的結(jié)合。這種教學(xué)方法可以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，還可以培養(yǎng)他們的實(shí)際應(yīng)用能力，并設(shè)置新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生很好的掌握基本的算法，培養(yǎng)學(xué)生的科研和分析實(shí)踐能力；

3）考核方法要改進(jìn)。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)的考核方法過于單一，大大消磨了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。那么，我們就要適當(dāng)?shù)母母镆郧暗哪欠N考核辦法，而應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，采用多因素和異權(quán)重的綜合考核辦法來增加學(xué)生成績?cè)u(píng)定體系的科學(xué)性和合理性。因?yàn)檎_合理的評(píng)價(jià)體系是保證教學(xué)質(zhì)量的重要手段之一，它有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高他們的創(chuàng)新思維，還可以讓教師引領(lǐng)學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。具體來說，學(xué)?？梢圆捎靡惑w化的教學(xué)過程評(píng)價(jià)方法，綜合學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、操作情況、參與實(shí)踐教學(xué)的主動(dòng)性、創(chuàng)造性、正確性等來給予學(xué)生綜合性的成績?cè)u(píng)定，而不是簡單的依賴于理論考試和實(shí)驗(yàn)報(bào)告來決定他們的最終學(xué)習(xí)成績。這樣就可以培養(yǎng)出既有專業(yè)理論知識(shí)，又有一定實(shí)際操作能力和創(chuàng)新能力的新世紀(jì)復(fù)合型人才。

4結(jié)束語

總之，作為一門新興的學(xué)科，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)在信息化時(shí)代顯得日益重要。我們要針對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀和問題，有意識(shí)的改革傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，建立基于OpenGL實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)模式，狠抓學(xué)生基本功練習(xí)，合理安排一體化學(xué)習(xí)任務(wù)，把握理論知識(shí)和技能教學(xué)的穿插時(shí)機(jī)，認(rèn)真設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并采用綜合性的評(píng)價(jià)體系來進(jìn)行及時(shí)總結(jié)評(píng)價(jià)，激發(fā)積極向上的學(xué)習(xí)熱情等，使得兼具理論性和實(shí)踐性的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程，即計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)一步得到提高，從而培養(yǎng)出具有綜合能力的計(jì)算機(jī)人才。

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