计算机图形学发展趋势

计算机图形学发展趋势（精选8篇）

计算机图形学发展趋势 篇1

一、计算机图形学的发展历程

1950年, 美国麻省理工学院研制出了第一台图形显示器, 作为旋风1号 (Whirlwind 1) 计算机的输出设备。

1962年, 美国麻省理工学院林肯实验室的Ivan.E.Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad:一个人机交互通信的图形系统”的博士论文, 其中首次使用了“计算机图形学” (Computer Graphics) 这个术语。

1964年, 孔斯 (S.Coons) 提出了用小块曲面片组合表示自由曲面, 使曲面片边界上达到任意高阶连续的理论方法, 称孔斯曲面, 此方法受到了工业界和学术界的极大重视。法国雷诺汽车公司的工程师贝塞尔也提出了Bezier曲线和曲面。

从20世纪80年代中期以来, 计算机图形处理速度的加快, 已广泛应用于动画、CAD/CAM、影视娱乐、科学计算可视化等各个领域。

二、计算机图形学的应用领域

随着计算机图形学的不断发展, 它的应用范围也日趋广泛。目前计算机图形学的主要应用领域如下:

1. 计算机辅助设计与制造

计算机辅助设计 (CAD) 与计算机辅助制造 (CAM) 是计算机图形学应用的一个最活跃的领域。计算机图形学的主要应用是在设计方面, 尤其是工程和建筑系统, 现在几乎所有的产品设计都由计算机来完成。将计算机图形处理技术运用于大楼、汽车、飞机、轮船、宇宙飞船、计算机、纺织品以及机械结构和部件、电子线路及器件的设计和制造过程中, 已成为目前计算机辅助设计与制造的发展趋势。

2. 计算机艺术

计算机图形学在艺术领域中的应用成效也越来越显著。除了广泛用于艺术品的制作, 如各种图案、花纹、工艺外形设计及传统的油画、中国国画和书法等, 还成功地用来制作广告、动画片和电视电影。借助于计算机图形技术, 艺术家可以利用图形输入板作图绘画。计算机不仅可以绘制动画片中的景象, 还可以用来生成各种艺术模型和景物, 如山水风景、花草树木等。

3. 计算机动画

用计算机图形学的方法产生动画形象逼真、生动。在制作动画片时, 往往相邻图片之间区别较小, 或背景相同, 用人工来完成就不得不做大量重复性的工作, 而用计算机来完成, 这些重复性的资料可存储在计算机内, 需要时直接调出来, 再在其基础上进行改动, 或利用图形学中窗口、旋转等功能, 对图像的比例和角度进行调整。这样就可以即准确又轻松地解决人工绘图时的重复性问题, 从而大大提高了工作效率。

4. 计算机辅助教学

在这个领域中, 图形是一个重要的表达手段, 它可以使教学过程形象、直观、生动, 极大地提高学生的学习兴趣和教学效果。如计算机生成的物理模型、财政模型和经济系统模型常用作教学的辅助工具。物理系统模型、哲学系统或者人口趋势等模型都可以帮助学员理解系统操作, 有助于学员直观的理解所学知识。计算机辅助教学系统现已深入到家庭和幼儿教育中。

5. 管理和办公自动化

计算机图形学在管理和办公自动化领域中应用最多的是绘制各种图形, 如统计数据的二维和三维图形、饼图、折线图、直分图等, 还可绘制工作进程图、生产调度图、库存图等, 所有这些图形均以简明形式呈现出数据的模型和趋势, 加快了决策的制定和执行。

6. 医疗诊断

随着计算机技术的发展, 计算机医学图像在临床诊断和治疗中起着越来越重要的作用。医学图像主要包括X线图像、CT图像、超生图像等。为了得到表现人体生理变化过程 (如器官新陈代谢, 脑神经活动) 的图像, 又出现了单光子辐射断层摄像 (SPECT) 以及正电子放射层析成像 (PET) 等。医学上还往往结合计算机图形学和图形处理技术来进行人体组织器官的建模, 并研究其物理功能。如现在的计算机辅助手术系统, 就是通过图形图像方法模拟实际手术过程, 试验手术位置。

7. 科学计算可视化

科学计算可视化广泛应用于气象、地震、天体物理、分子生物学、医学等诸多领域。

8. 过程控制及系统环境模拟

在过程控制中, 常常将计算机与现实世界中的其他设备连成一个系统, 用户可以利用计算机图形学实现与其控制或管理对象间的相互作用。例如在石油化工、金属冶炼或电网控制等领域中, 有关人员可以根据设备关键部位的传感器送来的图像和数据, 对设备的运行过程进行有效地监视和控制。另外在各种交通管理中, 如机场的飞行控制人员或铁路的调度人员也可以通过计算机显示的运行状态, 来调整空中运输和铁路交通, 以达到安全、有效的调度。

摘要：计算机图形学是研究怎样用数字计算机生产、处理和显示图形的一门新兴学科。其侧重点在于根据物体描述模型、光照及想象中的摄像机的成像几何, 生成一幅图像的过程。它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境:图形用户界面已经成为一个软件的重要组成部分, 以图形的方式来表示抽象的概念或数据 (可视化) 已经成为信息领域的一个重要发展趋势。

关键词：CAD/CAM,计算机艺术,辅助教学,动画艺术,医疗诊断,科学计算可视化

参考文献

[1]计算机图形学, 成思源, 张群瞻编著.冶金工业出版社, 2003.8

[2]计算机图形学 (第二版) , 孙家广等编著.清华大学出版社, 2000.1

[3]计算机图形学基础 (第二版) , 陆枫, 何云峰编著.电子工业出版社, 2008.10

[4]计算机图形学的算法基础, David F.Rogers著, (中文版) 石教英, 彭群生译.机械工业出版社, 2002.1

计算机图形学发展趋势 篇2

[摘 要] 通过分析计算机图形学教学的特点及其存在的主要问题，将思维导图引入教学中，并对图形学课程设置、理论教学、实践教学进行了改革。在教学的各阶段，利用思维导图构建起完整的知识体系。同时，将理论教学与实践教学的考核相分离，使图形学理论课程成为实践课程的前期课程。通过理论课程中原理、算法的针对性讲解，实现理论向实践的平稳过渡，由此激发学生的学习兴趣并培养学生理论联系实际的能力。

[关键词] 计算机图形学；思维导图；图形学理论教学；图形学实践教学

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2016） 07-0106-02

一 计算机图形学课程教学中存在的问题

本科的计算机图形学教学对数学理论有一定要求，往往体现为公式推导、演化等形式，同时也涉及算法设计及其代码实现。而传统计算机图形学教学重点一般侧重于考核学生对知识点的掌握，课程实践所占比例较低。因此传统的教学模式不适用于计算机图形学课程，若仍沿用传统教学模式，则不仅不利于维持学生的学习兴趣，更不利于学生发现问题、解决问题以及创新能力的培养。

1 计算机图形学教学内容与学生的学习兴趣

传统的计算机图形学内容主要有：计算机图形系统概述；二维图形生成和变换技术；三维图形生成和变换技术；真实感图形生成技术；计算机动画技术与实践。该课程入门阶段需要的数学知识主要涉及代数、三角学和线性代数，数学原理与图形的结合在理论教学中占据了一定比重。

传统的计算机图形学教学目标是侧重于培养学生对计算机图形学理论知识的了解与掌握，在教学内容的设置上主要强调图形学知识、概念的系统性与整体性，重点是概念解释与原理讲解，体现为大量的公式推导。

未进入图形学教学前，学生们对该课程的理解大致分为两类：一类认为该课程主要讲述游戏开发。另一类认为是艺术设计。实际上，在本科阶段开设的计算机图形学课程，通常立足于计算机图形学科的入门，教学内容主要是理解与掌握基本的图形绘制原理及其实现算法，能进行基本图形的程序设计。由此，学习内容的枯燥、教学内容与现实应用的巨大落差会导致部分学生的学习兴趣随课程的深入而有所下降。

2 计算机图形学课程实验的设置

计算机图形学的实验内容主要集中于基本图形算法的实现，需要学生运用高级程序语言进行编程，然而作为专业基础课程学习的此类高级程序设计课程，往往以基本知识、程序设计、数据组织三方面为主要内容，一般不涉及图形库编程接口（API）。这导致在本课程的实验教学时，需要针对授课学生原先所学的高级程序语言，补充对应的图形库编程知识，这使得实际的有效实验学时被缩减，而且增大了学生实现算法的难度，以至于进一步加剧了理论与实践脱节的现象。

二 理论教学与实践教学的改革方法与目标

我们在大学本科的第7个学期开设计算机图形学课程，并将其分为理论课与实验课两门课程，两门课程单独核算成绩。其中理论课为32学时，2.0学分；实验课为16学时，0.5学分。在理论课程完成后开始实验课程，计算机图形学的实验不再是传统教学中对理论课知识点的简单重复与验证，而是对所学知识的综合运用与深化。由此，需要合理选择理论课教学内容，以完成与实验课程的衔接。同时，设计合适的实验项目使学生掌握课程基础知识，提高学生的动手能力，以提升计算机图形学的教学质量。

1 理论课教学内容的设计

计算机图形学技术在快速的发展着，与之相适应，图形学课程的教学也发生着变化。现阶段，在计算机图形学教学中主要有3种教学体系，大致分为：理论为主、编程为主、问题为主。其中，理论为主是传统的教学体系，强调对计算机图形学理论的理解与掌握，以公式推导为主要呈现方式，国内外此类教材有Floey的《计算机图形学原理及实践——C语言描述（原书第2版）》，孙家广的《计算机图形学》等。编程为主的教学体系侧重于培养学生初步掌握一种典型的图形学API，以图形学使用者的角度讲授计算机图形学所需的理论与概念，去除非必需的数学原理与公式推导。国内外此类教材有Donald的《计算机图形学（第四版）》，徐文鹏的《计算机图形学基础（OpenGL版）》等。问题为主教学体系的教学目标着重于培养利用计算机图形学知识建立与用户交流的能力，从而实现问题的图形化建模并解决问题。相应的教学内容既涵盖了图形学中的基本概念和技术，也涉及了实现这些概念和技术的图形学工具，然而重点在于介绍如何使用计算机图形学知识来解决实际问题以及如何有效地进行结果展示，Steve Cunningham的《计算机图形学》是此类教学体系的典型教材。此类问题为主的教学体系近年来在美国兴起。

在我们的本科教学中，考虑到学生前期课程的设置与掌握情况，采用了结合OpenGL实现算法的编程为主的教学体系。在实际教学中，既要保证计算机图形学基本概念、理论的完整讲述，也为后续的实践课程做铺垫，有针对性地介绍图形支撑软件，使学生在掌握图形学基本知识的同时，能够在一定程度上自主实践，保持与激发学生的学习兴趣。

2 以思维导图优化图形学教学的实践应用

思维导图（又称心智图），是英国教育学家东尼·博赞在20世纪60年代创造的，它作为模拟放射性思维的图形工具，能激发大脑的潜力。在人获得信息后，进入大脑的信息以新的思想中心与其他信息建立关联，形成向外发散的网状结构。此后，每一个发散出的节点，又将作为新的中心，再次发散形成新连接。

3 实验课教学内容的设计

计算机图形学传统教学中的实践一般使用C++来实现相关算法，实现难度过大，导致学生没有时间和兴趣去完成。实践教学的本意是对理论教学的巩固、完善与提高，为实现理论与实践教学的平稳衔接，我们在实践教学环节中，采用OpenGL作为图形算法接口，让学生有针对性地完成若干实验项目。

OpenGL是一个工业标准的三维计算机图形接口软件，其具有的功能基本上涵盖了图形系统要求提供的所有功能，此外，OpenGL具有的跨平台性、可扩展性、绘制专一性、网络透明性等特点使其应用广泛，降低了对学生编程能力的要求，且由于其开源的特性，使得学生可通过参考其中的算法实现获得编程能力的提高。

计算机图形学发展趋势 篇3

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。因为在现代制造业中,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

根据计算机图形学的定义,它包括了数学建模、几何或3D问题和图像或2D问题。(用计算机表示生成图形属于数学建模,变换屏幕点的几何位置属于3D问题,而屏幕点的显示则是属于图像或2D问题)所以,计算机图形学的整体框架如图1所示,其中:1)数学基础,主要描述的是二维与三维之间互相转换的问题。2)几何或3D问题,主要是用数学对几何进行建模的工作。3)绘制,描述的是如何将数学模型变为视觉现实的问题。4)交互技术即交互式图形学,如今交互式图形学已经可以提供图形通讯手段,成为人机交互的主要工具。最后,所有这些工作都是借助于计算机来实现的。

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。

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三级: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、三级: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,三级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、三级图形软件,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。

参考文献

[1]唐荣锡,汪嘉业.计算机图形学教程(修订版)[M].北京:科学出版社,2000.

[2]Angel Edward1Interactive ComputerGraphics:A Top-Down Approach with OpenGL[M].2nd ed1USA,Ad-disonWesley:[s1n1],2000.

[3]孙家广.计算机图形学[M].3版.北京:清华大学出版社,2006.

[4]James D Foley.计算机图形学原理及实践:C语言描述[M].北京:机械工业出版社,2002.

[5]David F Roger.计算机图形学的算法基础[M].2版北京:机械工业出版社,2002.

[6]石教英.计算机图形学的进展与展望[G].浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室(论文集),2010.

计算机图形学发展趋势 篇4

关键词：图形学,图形图像,处理技术

计算机技术在近年来的发展速度极为迅速, 如今在各个领域中都应用了计算机技术。从20世纪50年代开始, 人们开始利用计算机技术处理图形, 而随着计算机技术的不断发展与成熟, 人们开始利用计算机技术处理图形与图像信息, 随着这种图形与图像处理技术的不断成熟与完善, 最终形成了备受人们重视的新型学科。这种计算机图形学与图形图像处理技术的应用, 对于各个领域的发展有很重要的意义, 因此对计算机图形学与图形图像处理技术进行研究分析, 对各领域的发展非常重要。

1 计算机图形学概述

1.1 计算机图形学的主要内容

计算机图形学中的研究内容包含了许多方面, 其中包含了图形硬件、图形交互技术、曲面曲线建模、虚拟实现以及实物造型等。这是一种利用数学算法将相应二维与三维图形转化到计算机中显示出来。计算机图形学学科成立的主要目的是为了让计算机转换出来的图像更加的真实, 而要让计算机转化的图形具备更强的真实感, 就必须要建立图形描述场景的几何表示, 从中计算出虚拟的光源、纹理以及材质属性产生的效果。因此计算机图形学与几何设计学的联系非常紧密。在计算机图形学中, 主要的研究内容包括几何场景中的曲线曲面造型技术以及实体造型技术。而由计算机转化出的图形, 通常都需要对图形进行再一次的处理, 因此计算机图形学与相应的图形图像处理技术需要紧密联系起来, 这样才能够产生更好的图形真实感。

1.2 图形图像处理技术的基本概念

图形图像处理技术主要是将数学描述中的几何数据与几何模型, 用计算机技术将其进行相应的修改、存储以及完善。其主要处理技术包括几何变换、图像数字化、建模造型设计、隐线与隐面的消除以及各种色彩设计等。在图形与图像处理技术中, 通常需要用的计算机软件包括一般的辅助设计软件CAD、制造软件CAM、辅助教育软件CAI等, 同时还需要应用相应的计算机艺术设计、模拟、动画以及虚拟实现等知识技术领域。

1.3 计算机图形系统与功能

计算机图形系统主要由相应的硬件设备以图形图像软件组成, 计算机图形系统中的硬件设备主要有图形输入、输出设备以及相应的图形处理设备。其中图形处理设备是硬件设备中的核心, 图形处理设备的主要功能是存储于处理图形, 同时也能够完成图形处理过程中复杂的函数计算, 因此图形处理设备也能够减轻系统CPU的负担, 最终能够将图形系统的显示速度与质量进行提升。图形系统中的硬件输入设备主要是键盘与鼠标, 通过鼠标与键盘执行相应的命令来完成各种图形的绘制, 比如在辅助设计软件CAD中就主要依靠这两种硬件设备。而随着计算机技术的不断发展, 如今的硬件设备还有空间球、数据手套、光笔以及触摸屏等。图形系统硬件设备中的图形输出设备主要是指系统中的显示系统、绘图系统等, 显示系统是为了让图形可以快速的生成与处理, 而汇通系统则是为了让图形能够永久的保存, 如显示器、绘图仪以及打印机等。

图形系统在设计与绘制各种图形的过程中, 必须具备输入、输出、存储、对话以及计算等能力, 因此图形系统的功能主要包括:能够输入各种命令与几何参数的输入功能、能够让图形保持显示状态且可永久保存的输出功能、能够存放所有几何数据并能够对数据进行维护与检测的存储功能、能够进行人机通信的对话功能以及设计过程中需要的各种计算分析功能。

2 计算机图形学与图形图像处理技术的应用

随着计算机图形学与图形图像处理技术不断发展与成熟, 这种技术应用开始在许多领域中进行了应用, 其中主要的应用领域包括工业领域、商业领域、艺术领域等。

2.1 工业领域

工业领域是计算机图像学与图形图像处理技术的主要应用领域之一, 随着现代工业的不断发展, 人们在制造各种精密的仪器以及设计各种机械产品的过程中, 都需要应用计算机中的图像学以及相应的图形图像处理技术, 其中计算机辅助设计制造软件CAD与CAM, 已经在如今的工业领域中进行了广泛应用, 比如各种汽车、船舶以及飞机的设计制造, 各种厂房的建造布局等, 都需要应用计算机图形学以及图形图像处理技术。如法国的空客飞机公司就是因为应用了CAD系统, 对空客A300飞机的外形设计、内部组装等进行了模拟, 从而使得制造成本降低了30%以上。

2.2 商业领域

计算机图形学与图形图像处理技术在商业领域中的应用主要包括各种广告设计、游戏开发设计、动画制作以及各种影视中的特技制作。人们可以利用计算机的图形图像处理技术将书法中的艺术添加到各种广告设计中, 比如在各种包装中添加的广告字体, 通过计算机技术能够将各种广告字体变得新云流水, 将字体的艺术性添加进去, 可在很大程度上提升这种宣传效果, 在顾客心中留下深刻印象。还比如在影视行业中, 同样可以应用计算机图形图像处理技术, 来制作各种特写镜头, 像各种惊险的特技效果以及各种大型建筑物的倒坍效果等。

2.3 艺术领域

计算机在艺术领域中的应用, 是一种新兴的学科, 同时也是一种具有时代气息的新型领域。计算机图形学在艺术领域中的应用, 正是计算机与艺术学结合的一种代表, 这种结合可让两者皆得到发展与进步。通过计算机技术在艺术领域中完成各种艺术品的制造与设计, 可以让艺术品表现的更加完美, 比如在在绘制二维与三维图形时, 可利用各种计算机软件让图形变得更加完美精确, 而在设计空间结构、体操舞蹈等艺术设计过程中, 人们可以利用计算机的图形图像处理技术, 在虚拟空间中让其变得更加细腻、生动与自然, 如计算机中的三维软件3DMAX、Maya等。通过计算机图形学来完成艺术设计, 一般需要设计人员具备较高的艺术功底, 同时也需要配置高端的硬件与软件设备。

2.4 科学计算领域

人类在进行各种科学研究与计算分析的过程中, 往往需要转换大量的数据才能够将相应的图形与图像转换过来, 并且对最后得到的图像还有非常高的要求。通过计算机图形图像处理技术, 能够将让各种虚拟的图像更直观的展现出来, 同时也能够帮助人们处理复杂的数据转换, 因此这种图形图像处理技术已经成功在各个科学研究领域中进行了应用。如在环境保护、生物分析等领域, 人们通过计算机图形图像处理技术, 可让其中的各种图像以及模型分析更加的生动, 对科学研究有很重要的意义。

3 图形与图像的关系

图形图像处理技术中, 图形与图像之间存在着一定的区别, 但同时也存在一定的联系。它们之间的区别包括数据来源、处理方法、理论基础以及用途四个方面。数据来源中:图像是来自客观世界, 而图形来自主观世界。处理方法中:图像的处理方法是几何修正以及图像的各种变换、识别以及理解等。而图形的处理方法是几何变换以及图形的各种修剪、消除以及隐藏等。在理论基础上:图像的主要理论基础是以概率统计、模糊数学等相关理论作为理论基础。而图形时以计算几何、样条几何等相关的理论做为理论基础。最后的在用途上:图像的处理用途主要是应用于工业、医学等方面, 而图形处理则主要应用于动画、艺术等方面。

随着图形图像处理技术的不断发展, 图形与图像之间在各个方面也开始出现了一些联系, 并且两者在一定条件下还能够相互转换, 如图1所示。图形与图像的模型转换一般需要用到计算机的辅助几何设计技术, 如CAGD技术, 利用这种计算机图形图像处理技术, 能够更加灵活的分析各种几何形体, 并且能够将曲面与曲线中的各种数据拟合。

4 结语

伴随着计算机图形学与图形图像处理技术逐渐成熟, 如今已应用到了我们的日常生活工作中, 并且在多个领域中都需要应用这种先进的计算机技术。同时计算机图形图像的处理技术对各领域的发展也产生了很大的作用, 这种技术能给创造出一个新奇的视觉效果, 能给让人们的设计能力以及创造力全面发挥出来。因此将让计算机图形学与图形图像处理技术融入到各个领域中, 促进计算机图形学与图形图像处理技术的发展有很重要的意义。

参考文献

[1]田亮.浅析计算机图形学的应用及其发展[J].民营科技, 2013 (01) :113-115.

[2]柳海兰.浅谈计算机图形学的发展及应用[J].电脑知识与技术, 2012 (05) :66-98.

[3]慕乾华.计算机图形学在实践中的应用[J].价值工程, 2014 (02) :33-45.

[4]孔德慧, 孙艳丰, 李敬华.利用概念图技术改进计算机图形学教学[J].计算机教育, 2011 (06) :251-260.

计算机图形学发展趋势 篇5

1 计算机图形学

计算机图形学是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。计算机图形学研究的主要内容包括在计算机中通过什么技术或手段进行图形的计算, 图形的处理最终现显示图形, 因此可以用于图形硬件、实物造型、虚拟现实等。计算机图形学主要用于完成真实感的图形, 那么就要求建立图形描述的场景的几何表示。在设计图形的过程中, 需要借助光照模型, 通过对光照强度、材质属性的合理想像形成良好的图形设计效果。所以计算机图形学与计算机辅助几何设计有着密切的关系。计算机设计的图形需要对图形再进行处理, 因此只有计算机图形学和计算机图形图象处理技术紧密结合才能产生良好的效果。

2 计算机图形图像处理技术

计算机的图形图像完善技术手段主要通过一定的概念和几何方式, 运用计算机软件完成相关操作的步骤, 由图形编制的二维技术和三维技术来实现。图形图像处理需要借助一定的图形处理系统, 比如计算机硬件设备像鼠标、键盘、图形处理器等, 还需要图形图像软件系统如CAD系统等。通过计算机图形处理的硬件和软件系统能实现对图像的几何形变, 把图像变成不同的形态;把图形进行数字化处理并进行图像的分割和复原等;对光线的明暗处理形成不同的光源效果;对色彩的处理能形成不同的色彩视觉效果。利用计算机图形图像处理技术通过上述操作能在计算机辅助教育CAI、计算机艺术设计、计算机动画和虚拟现实等领域发挥重要作用。

3 计算机图形学与图形图像处理技术的与应用

计算机图形学与图形图像处理技术由于技术先进在社会各个领域的应用和发挥的作用越来越大, 本文从计算机辅助设计与制造——工业领域、计算机动画——商业领域、计算机艺术——艺术领域、科学计算的可视化、在多媒体方面的应用这五个方面探讨其应用。

3.1 计算机辅助设计与制造——工业领域

CAD/CAM是CG在工业界最广泛、最活跃的应用领域。可用于飞机、汽车、船舶、机电、轻工、服装的外形设计;集成电路、印刷电路板的设计;建筑设计;基于工程图纸的三维形体重建。比如在飞机制造工业中, 法国空客飞机公司已经率先采用有关的CAD系统对空客飞机A300大型运输客机的整体进行设计和模拟, 具体包括飞机外型设计、内部各部位的组合和安装, 节省了大量时间并且使其设计制造成本下降30%以上。

3.2 计算机动画——商业领域

可用于广告设计、电脑游戏、卡通动画片、影视特技。比如通过计算机图形图像处理技术将书法艺术应用到现代设计中的作品随处可见, 例如, 黄玉老艺术家为酒鬼酒做的设计包装, 其字体行云流水, 让人琢磨不定, 甚是诡异, 配合棕色的坛子和一个醉鬼, 是传统书法艺术和现代设计的典范, 彰显了酒鬼酒的神韵, 使宣传效果深入人心。比如计算机动画技术还被广泛用于电影电视中的特技镜头的制作, 产生以假乱真而又惊险的特技效果, 如模拟大楼被炸、桥梁坍塌等。

3.3 计算机艺术——艺术领域

计算机艺术是科学与艺术相结合的一门新兴的交叉学科, 是计算机应用的一个崭新、富有时代气息的领域。计算机艺术是以计算机为工具, 可以完成多种艺术品的制作和设计, 如绘画 (平面图形) 、雕塑 (立体图形) 、音乐、平面构成、空间结构, 还有体操舞蹈设计等等。其中, 美术作品占比重最大因此, 计算机艺术由主要指计算机美术。比如计算机绘画 (Computer Painting) 主要指人们利用鼠标或数字压感光笔直接在屏幕或数字化板上进行的绘画。软件包括:Corel Painter或Adobe Photoshop等。该类绘画最接近于传统绘画, 其画风细腻、形象生动自然。但画幅一般较小, 要求绘画者有较高的美术功底。优势为:易于修改、效果丰富、成本较低、但对于电脑设备要求较高。

3.4 科学计算的可视化

科学计算的可视化是运用计算机图形学或者利用图形学处理的原理和方法, 将科学计算的结果中含有的大规模复杂数据转换为可视化的图形或图象, 能帮助人们以直观形象的形式显示出来。它涉及多个研究领域, 已成为当前计算机图形学研究的重要方向。可应用于气象预报、环境保护、分子生物学等许多领域。比如通过对天空的气象数据通过搜集、分析、整理形成可视化的卫星云图, 帮助人们进行科学的天气预报。

3.5 在多媒体方面的应用

在多媒体方面的应用是指在计算机控制下, 对多种媒体信息进行生成、操作、表现、存储、通信、或集成的信息系统。计算机图形图像处理技术通过对多媒体信息如图形、图像、语音、视频等的处理能增加多媒体的图形信息的多样性和操作的交互性、系统的集成性。

参考文献

[1]何援军.计算机图形学[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[2]田蓉.关于计算机图形图像处理课程教学方法的点滴思考[J].成才之路, 2011 (32) :77-77.

[3]王朝晖.项目教学法在《计算机图形图像处理》中的应用[J].电脑知识与技术, 2010, 06 (35) .

[4]罗俊松, 唐云.计算机图形与图像处理[J].制造业自动化, 2010, 32 (11) .

《计算机图形学》教学改革探索 篇6

计算机图形学这门课程具有实践性强的特点,这就要求学生必须具有较强的动手操作能力和编程能力;如果理论与实践的互动性不够,就容易造成学生实践动手能力薄弱的现象。从而,可以看出在计算机图形学中采用传统的课堂上讲授理论,课后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[4,5]。

1 计算机图形学教学内容

计算机图形学是一门边缘性学科。它的核心技术是如何建立所处理对象的数学模型并生成该对象的图形,其主要研究内容可概括为以下几个方面:

1)人机交互与用户接口技术。例如用户接口的常用形式,如子程序库、专用语言和交互命令等;新型交互设备如定位设备、选择设备等的研发;各种交互技术如选择技术、定位技术、构造技术、命令技术、响应技术等的研究;各种交互方式如菜单驱动方式、数据表格驱动方式事件驱动方式等的研究;以及用户模型、命令语言、反馈方法、窗口系统、设计环境等完整用户接口技术的研究。

2)图形生成技术。例如基本图形生成算法,如线段的扫描转换、圆弧和椭圆的扫描转换、字符、区域的各种填充算法、线宽线型的处理技术;隐藏线,隐藏面消除算法;明暗模型、纹理映射、阴影、光照明模型、灰度与色彩等各种真实感图形生成技术。

3)图形变换技术。例如图形的几何变换技术,如图形的平移、旋转、缩放等各种几何变换操作的方法及其实现技术;形体的投影变换技术,如图形的平行投影和透视投影的实现技术;图形的裁剪技术等。

4)几何造型技术。例如不同类型几何模型的构造方法及性质分析,常用的造型方法及技术研究;曲线曲面的参数表示与处理等等。

5)动画技术。研究实现高速动画的各种方法,开发工具,动画语言等。

从上面的内容可以看出,要将这样一门课的内容较好的传授给学生,不是一件容易的事情。

2 课程改革

大学是现代社会的创造力中心,是知识的传授和生产之地,但是传统的教学系统是由教师、学生和教材这三个要素组成。在这个系统中,教师通过讲授、板书,把教学内容传递给学生或灌输给学生。教师是整个教学过程的主宰,学生则处于被动接受知识的地位。显然,仅仅依靠教师来激发学生的学习兴趣,依靠教师把当前所学新知识、新概念与学生关于当前所学知识的原有认知结构联系起来,无疑难度非常大。特别是计算机图形学是一个注重实践掌握的新型学科,这种灌输式的教学方法极大地阻碍了课程教学目标的实现。

本校针对现有教学中的不足,在总结多所学校在该门课程教学经验基础上,制定了计算机图形学的教改目标和教改方案,具体认识和做法如下。

1)板书与多媒体相结合

利用多媒体信息丰富的特点,采用多媒体讲授图形学课程部分内容是一种很好的教学方式,加大案例教学的比重,丰富课堂内容,提高学生认知能力,使学生直观的理解算法。多媒体教学信息量大,效率高,趣味性强,具有传统教学无法比拟的优势,可以使教学达到最优化。但在使用多媒体授课的同时,必须配合板书,图形学课程中涉及到大量的数学推导过程,例如图形的几何变换,这些推导过程对于学生来说,应用板书理解的效果会更好。

2)加强实践能力的培养

计算机图形学课程具有很强的实践性,上机实验是其重要环节。基本目标是将学生的计算机操作能力、分析能力、设计能力与应用实践结合起来,引导学生由浅入深地掌握图形学基本理论和算法。除此之外,强调以学科发展带动教学改革,倡导教学与科研相结合,将科研成果和新技术、新方法不断融入实验教学体系中,保持实验教学方法的新颖性。通过设置一系列综合性实验项目来模拟科研全过程,实现实验教学与科研训练的有机结合。根据本校学生实际情况,将上机实验分为验证性实验和综合性实验。验证性实验具体简单,以加强学生基本内容的掌握;综合性实验充满了趣味性,又具有挑战性,可以提高学生的学习兴趣。同时,上机实验要注意加强实验过程的管理,实验前认真准备,实验过程中认真完成,实验课后认真总结。根据实验过程及实验报告评定每次实验成绩。

3)利用网络上的共享资源扩充学生的知识视野

现代教学理念应激发学生自主学习的积极性。随着现代网络技术的发展,学生可以非常便捷的通过互联网来获取丰富的共享资源,因此,教师可以提供给学生一些与本课程相关的自主学习的参考文献,提供一些可以深入学习的课题以及学习网站等等,指导学生合理的利用网络资源来获取自己所需要的知识。例如图形学的发展现状与趋势等了解性知识,它们的特点是更新快、信息量大,如果教师在传授这些知识时还是采用传统的讲授型教学方法,由于时间的限制,会使学生不能系统的了解这些知识,而且感到枯燥乏味。因此,对于这一部分内容需要学生做进一步的信息查找,让学生去网上查找资料以补充课堂中的内容,相信这样会起到事半功倍的效果。师生之间经常进行交流,搭建一个交流的平台、形成信息反馈渠道,教师及时了解学生在学习过程中反映出来的重点、难点问题,有针对性地进行指导和讲解。

4)综合考评

在课程考核中建立有利于学生个性发展的综合素质评价体系,改变过去以理论考试成绩作为衡量教学效果的单一评价体系,采用综合考评的方式。考评过程中,应该考虑学生掌握基础知识、综合应用能力和创新能力等各方面的情况,考评可以分为卷面成绩、完成大作业成绩和上机开发实践成绩,这三个方面按比例进行打分。对综合应用所学知识完成大作业较好的学生,例如对综合应用数据结构、编程语言以及图形学算法理论这些知识来编程实现某些重要算法,这些题目完成较好,并且在上机实践中能够充分利用先进的图形系统和工具独立自主地进行开发、设计的学生要加分。综合考评的目的不仅是要求学生熟练掌握计算机图形学的基本概念、基本知识、基本算法,更重要的是要培养学生能够综合应用所学知识来分析、解决实际问题的能力;是一种知识、能力和素质的综合考评,教学目的是要不断提高教学质量,以适应我国市场经济的需要,要努力培养多层次、复合型的高质量人才。

3 总结

计算机图形学是一门快速发展的前沿性学科,它的教学还需要在今后的实践中不断进行探索和发展。在我校2008级学生中,实施计算机图形学教学改革。以培养学生能力为目的,激发了学生的学习热情,培养了学生自己动手解决实际问题的能力,改革后的教学能取得令人满意的教学效果。该文仅从自己对计算机图形学的教学体会中,提出了一些教学思路和方法,同时对其他课程也有一定的参考意义。

参考文献

[1]马自萍,马金林,“计算机图形学”的教学实践与改革的探讨[J].计算机教育,2008(9):57-58.

[2]张金区,“计算机图形学”的教学实践与改革探讨[J].电脑知识与技术:学术交流,2007(3):874-875.

[3]曾巧明,何红波.计算机图形学的教学改革和创新探讨[J].长沙铁道学院学报:社科版,2003(3):111-113.

[4]傅由甲,杨长辉,高校“计算机图形学”教学改革与实践探讨[J].科教文汇:下旬刊,2010(9):54-55.

浅析计算机图形学的应用状况 篇7

计算机图形学的涉及到的技术比较广泛。就目前计算机图形的应用可以将其涉及的技术分别为图形硬件、图形标准、图形采集技术、图形交互技术、图形处理技术、光栅图形算法、曲线曲面建模、实物造型、真实感图形显示算法非真实感绘制, 以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等多个交叉领域。其应用可分为数据存储、处理、传输和人机交互。而且计算机图形学在计算机辅助设计与制造、地形地貌、计算机动画与艺术、科学计算可视化等领域得到广泛应用。它改变了文化活动的样式.传统的文化活动主要借助于语言、文字和表演, 图形/图像的应用主要在社会生活和生产的各个领域和各个层面上。

1. 计算机图形学简介

计算机图形学伴随着计算软件和硬件以及图形处理技术的飞跃发展, 也为计算机图形学的形成和发展带来了生机。计算机图形学的基础是计算机应用技术, 而图形学是以计算机为基础的表达内容, 由此可见, 计算机学与图形学是相辅相成的。可以将计算机与图形学的联络理解为1.利用计算机表示图形;2.以计算语言及算法计算、处理图片。根据图形的组成元素可以分为线条、色彩、明暗和形状等, 计算机图形学的主要作用是利用计算机获得真实、生动、形象的图形。由此可见, 利用计算机表达出目标景物的空间几何元素十分关键, 再结合景物实际特点和美学表达利用计算机对图形进行渲染。此外计算机图形学的另一个特点就是可以将所得的图形信息以数字化的形式表达出来。由此, 计算机图形学与计算机辅助几何设计和图形处理、计算计算法等有着密切的联系。

二、当前计算机图形学的应用领域

1. 计算机图形学在机械制造业的应用

计算机图形学是计算机技术与传统图形学结合而成的一种以图形来描述产品特征的科学。计算机图形在现代制造业中也得到了很好的应用及研究。计算机图形学技术被广泛应用到机械及部件结构的设计、机械产品的研发中, 目前在机械中造业的应用主要涉及交通领域中的交通工具, 如火车、汽车、飞机、船舶等的外形及内部零件的设计中。此外, 计算机图形学在发电厂、汽轮机厂、药厂、化工厂等的布局和规划以及电子线路、电子器件等也得到了广泛的应用。可以这样认为, 计算机图形学在机械领域的应用, 是使得工业化进程得以发展的突破口。将计算机图形学应用在机械制造领域的主要作用是:提高了加工精度、加工效率、降低加工成本。

2. 计算机图形学在电力行业中的应用

目前我国的电力系统的发展趋势向大电网、大容量、大覆盖、高电压转变。这就使得电力系统有原来的手抄数据变成现庞大的电力元件和电力数据库组成。其中电力系统主要包括发电厂、变电站、监测站以及输电线路等部门组成, 而个部门有是由错中复杂的电力元件。因此, 复杂的电网组成结构庞大的数据信息给电网的管理带来极大困难和挑战。实现电力系统数据信息高效准确地管理, 将有助于电力系统的实时监控、分析计算、模拟仿真、信息管理等。

计算机图形学在电机系统的应用, 可以充分体现出计算机绘图的优点:形象生动、易操作、便于理解、可视化强、易于挖掘数据间的关系及发展趋势, 因此使计算机图形学很多快就收到了电力系统的青睐。

计算机图形学在电力系统中的应用最早是EMS系统的应用, 现在计算机图形学在分析计算系统、规划预测系统、信息管理系统、模拟仿真系统等都得到了应用。目前计算机图形学在电力系统中方面主要有如下几种:一是基于完全独立的图形模块来实现, 二是以GIS图形平台等为基础数据采集的应用;三是以文件的方式来存储图形数据;四是使用关系数据库实现图形数据的存储;五是将电力系统图形结构和实际系统拓扑结构完全相关联的图形化应;六是将系统图形编辑和实际拓扑关系相分离的图形化应用;七是通过Active X技术来进行基于Web的图形应用。现在电力系统中, 计算机图形学的应用非常广泛涉及到电力行业的各个部分。

3. 计算机图形学在医学中的应用

目前科学计算可视化广泛应用于医学领域。目前, 依靠精密机械由机械人和医学专家配合远程完成脑部手术已经成为医学界研究的热点, 而将这一重大课题得以实现的基础是手术画面的可视化, 计算机图形处理技术可以将医用CT扫描的数据转化为三维图像, 专家根据三维图像精准地判别病人的体内的患处, 然后借助其他检测技术实现手术效果的反馈, 以此协助专家成功完成手术。就目前计算机图形学的发展而言, 实现这一设想并不是天方夜谭, 目前, 需要解决的主要难点:一是生成人体内漫游图像的三维体绘制技术还不能达到实时的程度;二是体绘制技术是基于平行投影, 而漫游则需要真实感更强的透视投影技术;三是在漫游当中还要根据CT图像区分出不同的体内组织, 而现阶段主要是靠人机交互来完成该操作, 还不能达到远程且实时的程度。

4. 计算机图形学在动画制作中的应用

计算机图形和计算机硬件不断发展, 为计算机动画诞生奠定了基础。计算机动画源技术原理是首先生成一系列静态的图象, 前后两幅图片见有小改动, 改动的内容是根据计算机动画的研究内容而定, 当将图片连续播放时, 就会形成一个整体的动态场景。早期的计算机动画灵感来源于传统的卡通片, 在生成几幅被称作“关健帧”, 连续播放时2个关健帧就被有机的结合起来了。伴随着图形学的不断发展, 很多人将目光集中在开发基于物理模型的计算机动画制作的研究。此外, 计算机动画的在其他领域的应用也是十分宽广, 视觉模拟、电子游戏、平面绘画、建筑设计等许多方面都有重要应用。

三、结语

综观计算机图形学的发展历程及应用领域, 可见我国图形学的发展非常迅速, 而且伴随着计算机技术及图形技术的不断发展, 计算机图形学也在不断的创新和发展。从图形学的应用领域我们可以看的出, 计算机图形学的应用范围广泛, 在各个领域都得到了应用。可以说计算机图形学在我们的生活到处可见, 使我们的生活变更加便利、丰富。总之, 计算机图形学成为当代几乎所有科学和工程技术领域用来加强信息理解和传递的技术和工具, 并已发展成为一个巨大的产业, 有着强大的发展前景, 必将在人类的生活中起着重要的作用。

摘要：计算机图形学是一门以计算机为工具, 通过计算机操作, 表示、生成、处理, 显示图形的科学。目前, 计算机图形学的应用已深入到真实感图形、科学计算可视化、虚拟环境、多媒体技术、计算机动画、计算机辅助工程制图等领域图形学的发展迅速, 而且仍在快速的向前发展, 有着广泛的发展前景。

关键词：计算机图形学,应用

参考文献

[1]王艳春, 张金政, 李绍静.计算机图形学课程教学思考[J].计算机教育, 2011 (, 14) :63-66.

计算机图形学实践教学法改革研究 篇8

本文分析了计算机图形学课程传统教学中存在的问题,提出了改革的思路,转变传统的以教学为主的教学方法,增强课程的实践教学,培养学生在实践中发现问题、解决问题的创新能力。并在教学过程中进行探索与总结,结果表明该方法是有效的。

1 传统教学存在的问题

传统的教学以教为主,重点在于考核学生对于知识点的掌握,并不会侧重课程的实践性,这种教学模式不适合计算机图形学这样的课程,不利于培养学生的兴趣,也不利于培养学生的发现问题、解决问题以及创新的能力[3]。

1.1 学科难度大

目前图形学技术仍然是计算机图形学的教学重点,涉及的数学知识比较多,内容抽象,因此比较难掌握,影响了学生学习的积极性。事实上,计算机图形学是一门综合性和交叉性极强的新兴学科,它涉及了图论、数学、计算几何、图像处理等多门学科,兼顾理论和实践。传统教学以理论教学为主,学生只能体会到抽象的理论知识,就会渐渐的失去学习的兴趣。

1.2 实践教学比例较少

传统教学以教师讲授为主,教师通过板书或者PPT进行知识的传授,学生只是被动的进行知识的接受,老师与学生的互动较少,对内容理解肤浅。教学缺少实践过程,学生无法真正掌握图形学的本质,做不到真正的学以致用。

1.3 教学内容和方法落后

目前计算机图形学课程教学内容基本源自经典教材,内容从最底层的硬件逐渐过渡到高层的真实感图形学,对于新兴的技术讲解较少。在实践教学中,不少高校还在使用C++实现编程,学生实现起来难度较大,这导致学生对实验没有兴趣,也没有足够的时间去系统地完成一个实验项目,无法体现和培养学生的综合能力。

2 实践教学改革方法与目标

计算机图形学作为高等院校计算机核心课程之一,应当加强实践教学来解决各种计算机图形学相关的实际问题,提高学生的实践编程能力,这样更贴近“卓越工程师”的培养计划。本文针对传统教学中存在的问题,提出了以下改革方法。

2.1 改变传统的课堂教学

在课堂教学方面,将以教师为中心的教学模式变为以学生为中心的模式,变教师主动为教师引导学生主动、教师与学生互动的模式,在教师讲授的基础上,引导学生分析算法、改进算法和解决问题的能力,培养和提高学生的能力。

2.2 增加实践教学比例

传统教学以课堂教学为主,实践教学比例偏少,不少高校仍然使用C++来实现相关算法,实现难度过大,导致学生也没有时间和兴趣去完成。本文在实践教学环节中,引入Open GL作为图形算法接口,让学生完成若干实验项目。Open GL[4,5](全写Open Graphics Library)是个定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口规格的专业的图形程序接口。它提供了基本库、实用库和辅助库3个函数库供调用,可用于二、三维图形开发,是一个功能强大,调用方便的底层图形库。为了加强Open GL的多语言和多平台特性,已经用很多语言开发了Open GL的各种绑定和移植。Open GL与Visual Studio也有着紧密的接口,因此在VS平台结合Open GL是实现图形学算法的最佳选择,一方面可以降低学生编程的能力,另一方面由于Open GL是开源的,学生可以参考其中的算法实现方法以提高编程能力。本文结合了实际应用与学生能力,设置了实践项目,如表1所示。

我们将学生分成若干小组,每组4-5人,按组完成实验项目,组内工作分配由学生自行安排,以周为单位,老师和学生定期召开进度会进行交流,讨论实验中的问题和改进方法并安排下一阶段目标,最后按组进行项目演示和撰写实验报告。通过分组安排,提高了学生的团队协作意识,也使得实训项目的进展更为有效。

表1设置的实验项目,基本覆盖了计算机图形学中的基础算法,通过实验项目,学生不仅能够掌握计算机图形学的基础算法,也能够提高自己的实训能力,包括自学新技术的能力、综合编程能力、分析问题和解决问题的能力。

2.3 综合评定学生成绩

传统的教学方式下,学生成绩仅通过期末考试进行评定,这不能激发学生去编程的动力。课程经过改革,加入了更多的实践项目,我们将成绩评定更多的向实训项目倾斜,虽然这样的评定方式加大了教师的工作量,但是受到了学生的广泛好评,极大的提高了学生的实践动手能力。

3 小结

计算机图形学是一门发展迅速的学科,是一门理论与实践并重的学科,因此对教学的要求也比较高。本文从自身教学出发,总结了计算机图形学传统教学存在的问题,提出了加大实践教学的新思路,并在教学中加以实施。从教学结果来看,本文提出的教学方法取得了较好的成效,同时对计算机专业的其他课程也具有一定的参考意义。

摘要：该文分析了计算机图形学的课程特点,总结了当前教学中存在的问题,通过增加实践教学、重视过程考核对计算机图形的实践教学法进行了探讨。通过设计基于Open GL的实验项目引导学生掌握课程基础知识,提高学生的动手能力。在实际教学过程中的应用表明该文的方法取得了一定的成果,提升了计算机图形学的教学质量。