图形技术

图形技术（通用12篇）

图形技术 篇1

摘要：介绍了平面多边形渐变的基本原理, 提出了基于三角形分解与重构中在计算机编程中碰到的重构图形中出现部分点偏离或方向相反的问题及其解决方案, 实现了较好的多边形渐变效果, 为程序人员实际实现图形渐变开发提供理论依据及实际编程方法。

关键词：图形渐变,二维旋转变换,旋转方向,插值路径

0 引言

随着计算机图形学技术的发展和计算机性能的不断提高, 用计算机来实现动画效果、特技效果已经成为现代电影电视行业中普遍采用的技术手段, 达到了很好的视听效果[1,2]。作为实现这些特殊效果的技术基础图形渐变变得更为重要, 具有很高的研究价值。

图形渐变是指从一给定的源图形向目标图形过渡的一个过程。在这个过程中, 要求变形的图形应尽可能的保持光滑连续的变化, 不出现膨胀、自交等现象。图形渐变需要解决2个主要问题:顶点对应问题和插值路径问题。本文作者参阅了大量图形渐变文献[3,4], 采用三角形分解的方法实现图形渐变。根据文献中提出的方法利用计算机编程语言实现, 在实现过程中遇到技术实现上的一些关键问题, 提出了解决这些问题的具体方法, 为编程人员的实际编程提供了理论依据和具体编程解决方案。

1 三角形分解方法介绍

1.1 一种简单的三角形分解方法

三角形分解是指将平面多边形分解为一系列粗尺度多边形和相应的细节系数的过程。设任意n边形的n个顶点为{Pi (xi, yi) }undefined, 把第一个顶点P0 (x0, y0) 作为固定点, 每隔一个顶点连接一条线, 直到多边形最后顶点Pn-1 (xn-1, yn-1) 。图1所示为任意凸六边形, 代表这种简单三角形分解方法的实例, 虚线表示分解线。

对于图形不太复杂, 源图形与目标图形点数相差不大, 变形效果要求不是很高的情况下可以采用这种方法分解图形, 这样分解图形优点是寻找图形变化规律简单, 编程容易, 变形速度快, 效率高。不足之处是变形图形容易自交和膨胀。

1.2 逐层三角形分解方法

为了达到较好的图形渐变效果, 可采用逐层分解的方法。具体方法是:从第一个顶点P0 (x0, y0) 开始, 把相隔一个顶点的2个顶点依次进行连接, 得到undefined多边形。对每次分割得到的多边形从第一个点开始重新进行三角形割角, 直至得到一个三角形为止。以凸十边形为例, 图2实线表示源图形, 长虚线表示第1层分解, 短虚线表示第二层分解。最后一层分解得到ΔP0P4P8, 对于复杂图形方法一致。

由于源多边形点数的个数不一定为2的幂次方这意味着在分解过程中会碰边数为奇数的多边形。 当中间多边形的顶点数为n=2k+1 (k∈Z+) , 经过undefined次割角后所得的多边形即为所要求的下一层多边形。 具体实例请参考文献[5]。

2 三角形重构的关键技术实现

对源图形进行三角分解的时, 需要求出分解过程中每层的边角信息并保留这些边角信息为源图形的重构和图形渐变作必须的准备。具体求解方法在文献[5]中介绍的比较详细, 这里不再一一列举。 本文重点在于源图形的三角重构。现引用文献[5]中的重构方法:

图3中, 定义上标j表示点所在的层数, 下标i表示点所在该层的位置。设给定了第j层的顶点Pji (xji, y ji) 和Pundefined (xundefined, yundefined) , 现在需要重构出j+1层顶点Pundefined (xundefined, yundefined) 。利用极坐标公式可以先求出在边PjiPundefined上的点P (x, y) , 同时|PjiP|=lundefined。

undefined

然后, 通过P点坐标x, y求出

undefined

利用文献[5]中方法重构图形时出现了重构源图形部分点偏离的现象, 有些是严重偏离。如图4-5所示。

文献[5]中的极坐标公式是利用了二维坐标旋转公式, 上述情况是在β角度按照逆时针旋转时的情况。由于所给的图形凹凸性的不确定性以及多变形在绘制过程中各点的绘制方向不确定性, 如果统一按照文中的重构方法, 就会出现图4中部分点偏离, 图5中重构点相反的情况。图5中的多边形各点是按照顺时针方向绘制的。

为了解决上述偏离和相反的情况, 需要判断源图形的各层顶点的绘制方向问题, 也就是判断角度β是按照顺时针还是逆时针旋转的问题。解决β角度旋转方向问题就可以避免上述偏离和相反的问题。判断旋转方向的方法比较多, 本文采用如下方法:

设每层中的三个顶点为:Pundefined, Pundefined, Pundefined。对于每层中的三个顶点, 只需求出三个顶点的叉积

cross product= ( (xi-xi-1) , (yi-yi-1) ) ×

( (xi+1-xi) , (yi+1-yi) ) =

(xi-xi-1) · (yi+1-yi) -

(yi-yi-1) · (xi+1-xi)

如果上式的值为正, 旋转方向为逆时针方向, 反之, 旋转方向为顺时针方向。本文在VB 6.0开发环境中实现的图形渐变, 上述判断方法只需写成如下判断函数在对源图形进行三角分解求角度的时候调用此函数就可以。根据函数的返回值True or False, 如果为True则β不需变化, 如果为False, 则角度按相反方向旋转, 取-β。每个程序员可能在编程中的设定不同, 判断的结果可能相反, 这种情况下, 编程人员只需对结果进行测试, 让图形按正确的旋转方向变化, 达到重构图形的目的。能够很好的实现这一步, 在图形渐变过程中就不需要再考虑角度的旋转问题, 就能够根据线性插值的得到的角度和边的信息很好的重构出渐变图形, 实现预期的效果。判断旋转方向的VB代码为:

Public Function clockwise (x0 As Variant, y0 As Variant, x1 As Variant, y1 As Variant, x2 As Variant, y2 As Variant) As Boolean

If ( (x1-x0) * (y2-y1) - (y1-y0) * (x2-x1) ) >0 Then

clockwise=True

Else

clockwise = False

End If

End Function

3 差值路径实现图形渐变及实例

3.1 插值路径实现

实现了源图形与目标图形的重构, 然后就是从源图形向目标图形的一个渐变过程, 这个渐变过程一般采用插值的方法来实现[6]。常见的方法有插值顶点的方法, 如文献[5]中的线性插值法。实现图形渐变, 还有一个重要内容就是实现源图形与目标图形点的对应, 建立的好, 则变形效果自然光滑, 建立的不合理容易出现自交或膨胀萎缩等现象。建立良好的对应关系请参考文献[7,8]。本文重点在图形的重构, 点的对应采用最简单的方法, 多边形点数相等按照一一对应的关系建立对应点, 点数不相等的情况下采用去掉一些点或增加一些点的方法来实现源图形与目标图形的对应。对于源图形与目标图形顶点数相差不大, 根据边长比例的关系, 建立顶点的对应关系。具体方法是:首先, 将目标图形的顶点固定, 然后, 计算出源图形与目标图形的的边长, 求出对应边长的差的绝度值, 然后将这些差值相加, 得到差值总和, 记录此值及此时的对应关系。然后, 将源图形各点左移一个单位, 重复此方法, 求出第2个差值总和, 依次递推。最后求出所有差值总和中数值最小的, 把数值最小的情况下的对应关系作为源图形与目标图形的对应关系。插值路径采用插值边角的方法。设源图形、目标图形的各层边长角度分别为:ybc (j, i) , yjd (j, i) , mbc (j, i) , mjd (j, i) 。其中j表示点所在的层数, i表示点所在该层的位置。按照时间t来插值中间图形的每层边长和角度, 在时间t时刻每层的边长和角度为:

ybc (j, i) = (1-t) ·ybc (j, i) +t·mbc (j, i)

yjd (j, i) = (1-t) ·yjd (j, i) +t·mjd (j, i)

3.2 图形渐变实例

本文算法在主频为2.8GHz的PC机上采用VB 6.0集成开发环境来实现。源图形和目标图形采用蓝光地理信息系统绘图平台绘制, 图形信息以TXT文件格式存储。图形的渐变效果与直接插值顶点的方法进行对比。

例:乌龟到瓶子的变形序列。

图6-7在t为0, 0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 0.8, 0.9, 1时刻的变形序列。图6根据对应点直接插值顶点的方法得到的变形序列, 图7为本文方法中的变形序列。从图中可以看出, 图6出现了明显的自交现象, 变形效果一般。图7没有出现自交显现, 渐变图形光滑自然, 效果很好。

4 结束语

本文重点在于解决图形重构过程中点偏离或相反的情况, 这种情况的出现直接导致图形渐变无法得到预期效果。图形的重构是三角形分解方法中实现图形渐变的关键, 很好的实现三角形分解后能够根据边角信息重新构造出源图形才能为下一步的图形渐变打下良好的基础。本文实现图形渐变的对应关系及插值路径实现方法简单易行, 图形变形速度快, 效果良好, 对于要求更高的渐变效果, 可采用参考文献中相关的方法。

参考文献

[1]危才华.平面多边形算法研究[D].西安:西北工业大学, 2006.

[2]黄家水.2D角色动画变形[D].杭州:浙江大学, 2006.

[3]何磊.平面多边形变形技术的关键问题研究[D].西安:西北工业大学, 2007.

[4]杨文武.基于特征分解的二维形体渐变及其应用[D].杭州:浙江大学, 2005.

[5]周晓丹, 蒋大为, 赵宁波.基于三角形分解和重构的平面多边形变形方法[J].计算机辅助设计与图形学报, 2009, 21 (6) :730-735.

[6]吴文国, 金小刚, 等.三角形渐变动画[J].计算机辅助设计与图形学报, 2005, 17 (7) :1615-1619.

[7]杨文武, 冯结青, 金小刚, 等.基于特征分解的2-D多边形渐变[J].软件学报, 2005, 16 (2) :309-315.

[8]何磊, 蒋大为, 张永峰, 等.基于简化多边形类正切空间表示的图形渐变算法[J].计算机辅助设计与图形学报, 2007, 19 (3) :304-310.

图形技术 篇2

——课题研究第四阶段总结

执笔周惠芬

一、研究背景

这个阶段我们的研究目标是：总研究目标：以我校提出的“构建充满生命活力的校园，创造适合儿童发展的教育”这个办学理念为指导，通过建构信息技术与数学图形教学整合的模式或教学法，使学生形成正确的几何概念，增强学生学习几何图形的兴趣，提高学生解决问题的能力，从而促进空间观念的发展。在总研究目标的基础上，我们进一步细化研究目标，具体如下：

1、总结前几阶段的研究，归纳信息技术与数学图形教学整合的教学模式并在教学中进行试验。

2、总结前几阶段的研究，归纳信息技术环境下学生开展自主学习的策略，并进行尝试。

3、运用交互式电子白板优化数学图形教学的模式研究

4、在学习培训的基础上，熟练地运用电子白板，上好小学数学图形教学与信息技术的整合课。

二、研究措施

（一）、理论保障。

本课题的研究强调遵循以现代教育思想为指导，以现代教育理论为武器，以信息化学习为核心，以实现学生的自主学习为目标。本学期，实验教师应进一步增强学习课题研究相关理论的自觉性，主动通过报纸、杂志、网络、书籍等途径学习相关理论，在泛读的基础上，结合校本培训的要求，每个成员要精读一本现代教育技术理论专著，及时做好理论摘记，系统提高自己的理论修养，在系统学习和实践的基础上，完成有质量的案例，教学设计，论文各一篇，同时，积极借鉴其他学校相关课题研究的成果，指导自己的课题实验。课题组将继续组织校内课题研究课观摩，组织校内的课题研究交流会，邀请相关专家来校讲座，组织教师外出参观学习，并进一步完善课题理论信息、实验进程、研究成果的发布平台，使实验教师能够及时上传实验教案、进程、成果、调查分析等信息，便于课题组

便捷动态管理，力求全方位、立体化的提升实验教师的业务素养，确保课题研究的顺利进行。

（二）、方法保障。

本学期课题研究方法主要采用行动研究法.具体要求如下：

1、每月制订一个研究专题。每月中的各周活动分别围绕当月专题按主题沙龙，设计教学方案，说课，上课和评课等一系列流程进行。

2、每进行一次实验课，实验教师必须累积说课设计，教学设计，课件，教学反思等，包括教师的实验课件等都必须在研究活动后的月末前上传至课题网页。

3、每位实验教师在开展实验课之前，必须将上课的时间、班级、内容等情况告知课题组，以便课题组组织相关教师观摩学习。

（三）、技术保障。

本学期我们进行了电子白板的培训。陆卫杰老师向课题组老师有重点地介绍了电子白板的操作界面，详细解说电子白板课件常用技法：ppt导入技法、两种情况下的显示技法、两种视频、图片、音乐链接技法与区别、页面跳转技法、资源库链接技法、白板变传统黑板模式、主程序退出技法等。大家纷纷表示愿意通过课堂实践熟练操作，为课堂教育教学服务。

三、研究过程与结论

主题:

1、信息技术与数学图形教学整合的教学模式探究。

2、探究信息技术环境下问题导引策略。

3、探究信息技术环境下学生开展自主学习的策略。

研究结论：

（一）、信息技术环境下问题导引策略：

1、新课程标准突出了教育目的在于育人，教学不应只是“授人以鱼”，而应是“授人以渔”。信息技术环境下课堂教学中一项重要内容就是要让学生能使信息处理工具来解决实际生活中的问题，由于学生的平时的体验较少，现成问题比较少，所以要求教师能为学生创造条件来设计问题，问题设计的好坏直接会影响学生的学习效果，在信息技术课堂中能问题设计的有效性非常的重要。有效性

问题的设计要以学生的发展为宗旨，运用科学的设计策略来设计有效的问题，使学生乐学、学会、会学，促进学生全面发展。

2、有效问题的呈现也是至关重要的，教师提出的问题到底以哪种形式呈现给学生，还是以多种形式呈现给学生。

（1）、以语言的形式

（2）、以黑板的形式

（3）、以演示文稿的形式

（4）、以网页的形式

3、教师要挖掘教材的内涵，要切中知识的本质特征，要考虑学生的知识基础，要重视问题的呈现形式，要展现学生的思维过程，要促进学生的可持续发展，要针对不同的学习内容，还应适时地对这些策略进行调整，才能使学生的学习活动真正成为一种自觉行为，并促进学生的发展。

4、课堂提问是一门科学，也是一门艺术。教师在授课时不在于多问而在于善问、巧问。教师在备课时要深入钻研教材，分析学生心理，结合学生实际，精心设计提问的问题和方式，创设学生主动参与学习的良好氛围，从而培养学生的创新能力和提高教学质量。

（1）、掌握问的时机

（2）、提问要注意层次

（3）、选择灵活的方式

5、在大部分的教学中提问是教师的专利，但能积极鼓励学生提问并对学生提问作出科学的评价对提高课堂教育教学效果也是不容我们教师所忽视的。学生有所思才能有所问，对学生的提问不仅是作出回答，更重要的是不能忽视学生所提问题本身的评价、鼓励。学生提高分两个阶段：一是学生对不知知识的提问；二是学生对已知知识的提问。第一阶段的提问主要用于新课学习时；第二阶段的提问主要用于复习阶段。从第一阶段的提问中可以看出学生的学习的态度和新知的接受能力；从第二阶段的提问可以看出学生对知识的掌握程度。不管是哪一阶段的都是教师要重点关注的问题。教师不仅自己在上课时能提出有效的问题，同时要培养学生提出有效问题的能力，只有这样才能真正做到关注学生的发展。

（二）、信息技术环境下学生开展自主学习的策略。

1、利用信息技术，激发学生自主学习的兴趣

爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师”。兴趣是一个人积极探究某种事物或爱好某种活动的倾向，对激发学生的学习动机，调动学生学习积极性起决定作用，能唤起学生的探索和求知的欲望．所以，要让学生自觉主动地学习，首先要唤起他们对学习的兴趣，吸引他们进入学习的境界。现代教育媒体集文字、图形、音频、视频等多种媒体于一体，给学生一种耳目一新之感，使表现的内容更充实，更形象生动，更具有吸引力。在课堂教学中，利用多媒体教学软件的集直观性、多变性、知识性、趣味性于一体的特点，为学生营造一个色彩缤纷、图文并茂、动静相融、生动逼真的教学情境，使学生手、脑、口、眼、耳等多种器官同时接受刺激，大大激发了学生的思维活动，充分发挥了学生的主体积极性，调动学生自主学习的兴趣。

例如：教学“线段、射线、直线”时，在屏幕上显示一个亮点，然后，从亮点向右射出一束水线，使学生看后马上就能悟出射线是怎么形成的；再用不同色彩分别在射线上闪烁出第二个亮点和两亮点间的一部分，使学生认识到这就是线段，线段有两个端点；将左边一个端点向左延伸，就形成一条直线；将直线向左右两边适当延伸后，问学生直线还可以向两边延伸吗？引导学生想象出直线无限长，不可度量，没有端点。通过这样生动形象的演示，将那些看似静止的、孤立的事物活动起来，化难为易，化抽象为形象，使学生较容易找出事物之间的联系和区别，从而获得正确、清晰的几何概念，有效地激发学生自主学习的兴趣。

2、发挥信息技术优势，引导学生自主探索。

信息技术以超媒体方式组织学生学习内容，通过灵活的导航机制，创设一个开放的学习环境，在十分宽松的氛围中，学生根据自己的愿望选择学习，主动参与，自主发现，通过合作交流，协作探究知识，掌握知识。在整个教学过程中，教师是一个组织者，促进者，是网上资源的提供者，学生学习的支持者。通过简炼的语言，引导学生参与学习，激发学生的学习动力，使学生的学习活动不断改进，诱发学生的创新思维，发展学生的智力，培养学生的自主探索精神和实践操作能力。例如：教学“可怕的白色污染”时，我采用的教学流程为：创设情境，明确目标网上分组探究学习组织讨论交流

网上环保宣言反馈评价归纳总结。如：教学“圆的面积”时，我的网络课

件设计了“猜想”、“转化”、“推导”等模块，供学生主动探索新知时选择使用。学生在电脑前，觉得自己是学习的主人，没有陌生感，没有拘束，兴趣浓厚，并可根据自己的意愿来学习，选择感兴趣的内容或尚未明白的内容学习。这样学生有着更独立的思维空间和合作学习的机会，思维更加积极，由“要我学”转变为“我要学”。

3、发挥信息技术优势，帮助学生自主巩固和反馈知识

巩固和反馈知识是课堂教学的重要一环。利用信息技术信息量大，交互灵活而及时，是巩固和反馈知识的最佳手段之一。课件设计可按照教学要求安排几个层次的练习，每个层次的练习力求形式多样、新颖有趣。如把练习称为“试试你的本领（Ａ级、Ｂ级、Ｃ级）”、“小小擂台赛”等，学生每过一层次的练习，后台服务器都会及时作出评判，以图文、动画的形式给予奖励，打破了“齐步走”的局面，使不同层次学生的能力都能充分得到发展。尤其在一些发展性练习中，学生可以通过网络，了解全班其他同学达到的练习层次和成绩情况，相互激励、促时。

四、研究成果

1、学生在信息技术环境下的参与意识和参与能力得到进一步培养，自主学习的能力也得到了提高。

2、较有力地促进了教师的专业发展。

我校邓梅玉老师执教了专题研讨课《圆的认识》。课堂上，邓老师运用交互式电子白板强大的交互功能和丰富的教学资源，引领学生通过自主探究和合作学习的方式，在发现问题、解决问题的过程中，由浅入深，由易到难，逐步掌握新知识。新技术的运用有效解决了传统教学中师生、生生互动性不强的弊端，增强了学生的自学能力和合作意识，并将知识变抽象为形象，帮助学生更快更好地理解掌握，有效提高了课堂教学效率。

课题组全体成员都使用电子白板制作了课件，并尝试用电子白板辅助教学，体验并研究了电子白板下的图形教学。

3、完善和丰富了课题研究专题网页。

4、进一步验证了教学模式。

五、问题和解决措施

（一）问题

1、在课堂教学方面，研究的深入程度还不够，特别是针对某一主题的行动研究深度还不够。对课堂教学中运用信息技术手段教学时，教师对如何运用它来提高学习活动的有效性在细节上的把握能力还有待提高。

2、在实践中我们还发现，一方面，在进行某一主题探讨后，对于研究结论还缺乏更进一步的提炼和概括，另一方面，在信息技术环境下的课堂教学中，师生之间的交互还有待加强。

（二）、解决措施

1、进一步提升教师的理论素养。鼓励教师去借阅相关书籍进行学习，自我提高，并做好专题摘记和学习心得。

2、及时做好主题研究后的总结工作，及时把研究结论提炼概括。

六、下阶段研究重点：

1、加强交互式电子白板的师生培训及推广应用。

2、把日常教学中的行动研究做足、做细、做深，提高课后反思的质量。

图形技术 篇3

在新《数学课程标准》基本理念中明确提出：“信息教育技术的发展对数学教育的价值、目标、内容以及学与教的方式产生了重大的影响、数学课程的设计与实施应重视运用现代信息教育技术、特别要充分考虑计算器、计算机对数学学习内容和方式的影响，大力开发并向学生提供更为丰富的学习资源，把现代信息教育技术作为学生学习数学和解决问题的强有力工具，致力于改变学生的学习方式，使学生乐意并有更多的精力投入到现实的、探索性的数学活动中去。”几何初步知识在小学数学中占有非常重要的位置。但由于小学生缺乏空间观念，其空间想象能力较弱，因此在这部分内容教学时，学生很不容易理解和掌握。将信息教育技术运用到小学“空间与图形”教学中，不仅可以丰富学生对现实空间及图形的认识，建立初步的空间观念，发展形象思维，创设动态情境，还可发展学生形象思维，开发学生的创造潜能。

一、利用信息教育技术，创设情境，激发学习兴趣

教育家布鲁纳说：“学习的最好刺激是对所学的材料的兴趣”。学生对所学内容感兴趣，就会引发其好奇心，而好奇心是推动学生去发现问题，探索解决问题的动力。运用现代信息教育技术手段，创设生动的学习情境，激发学生学习的热情，唤起学生的参与课堂的欲望，使学生对学习产生兴趣，在学习中能够积极探索，主动参与到活动中去，树立学习信心，引发学生积极思维，从而最大限度地激活学生潜在的探究欲望，激发他们的探究兴趣。在教学《长方体与正方体的体积》时，多媒体课件边讲述“乌鸦喝水”的故事，边用动画展示，接着引导学生思考：为什么石子放入水瓶中乌鸦就能够喝到水了？学生在新鲜的情境中，学习兴趣极大地被调动起来，进而对“体积”这一概念就由兴趣转为自觉地探究，效果当然事半功倍。

二、利用信息教育技術，化静为动，变抽象为形象直观，建立几何图形概念

在图形教学中，我们要培养小学生对现实空间及图形的认识，建立初步的空间观念。我们在教学中，一是注重公式的推导过程。例如，在教学“圆的面积”时，教材虽然提供了推导方法，但过程复杂、难以具体操作，且费力费时。教学中，充分运用课件演示：用不同颜色的曲线表示圆的周长、半径、面积部分，将一个圆等分成2份、4份、8份、16份、32份……使学生直观感受到：一个圆等分成很多的扇形，等分的份数越多，小扇形就越接近于等腰三角形，围成的那条封闭曲线就越接近直线，并启发学生想象，分组剪拼操作：怎样把圆转化成一个已学过的图形？“一石激起千层浪”，同学们有的把圆剪拼成近似长方形；有的把圆剪拼成近似平形四边形；有的把圆剪拼成近似三角形；还有的把圆剪拼成梯形。在此基础上，引导学生探究：①所拼成的图形的面积与圆面积有什么关系？②它们的长（底）、宽（高）与圆的周长、半径是什么关系？学生迅速就抽象概括出了圆面积计算公式。二是把概念建立在图形的区别与联系上。比如教学“圆锥的认识”时，因为学生空间想象力差，对“圆锥的顶点到底面圆心的距离”难以理解，所以建立圆锥的高的概念比较困难，教师用语言描述，不仅烦琐，而且不容易到位。于是，可利用多媒体教学，教师先出示圆锥图，问：这是一个什么图形？与圆柱体有何不同？课件演示圆柱体圆面无限缩小成为一个点时是怎样的一个图形，再利用计算机的优势，拉出表示从圆锥顶点到底面圆心的距离的虚线，让学生透视到高。这样的教学，既形象又直观，使学生清楚地理解了圆锥的高这一概念。

三、利用信息教育技术，突破重点和难点，为学生点亮自主学习的火花

优秀的课件不仅能激发学生的兴趣，还能为突出重点、突破难点、完成教学目标起到积极的作用。因为信息教育技术的运用，可以直观形象，能有效地化抽象为具体，把难以理解的内容形象地展现出来，调动学生视觉功能，通过直观形象、生动的感官刺激，让学生最大限度地发挥潜能，全方位感知更多的信息。在教学《长方体的体积计算》时，为了让学生更好地理解和掌握长方体体积的计算方法这一重点，教学中，先在多媒体屏幕上展示24块1立方厘米的小正方体。然后利用多媒体把这些小正方体拼成一个个不同的长方体，并在事先画好的表格中记录长方体的长、宽、高、小正方体的数量和长方体的体积。每一次拼图都引导学生参与观察、发现和记录，最后，让学生讨论交流：从完成的表格中，大家发现了什么？从而推出长方体体积的计算公式。这样借助多媒体有效地传递了新知教学，将不易表述，现场又难以演示，学生又难于理解的内容清晰、形象、生动地展现在学生面前，因而，难点的突破便水到渠成，有效地培养了学生的抽象思维能力。

四、利用信息教育技术演示作用，提高教学效率

运用多媒体辅助教学可以将教学中涉及的事物形象、过程等全部内容再现于课堂，形象生动的教学过程，可以使难以用语言表达清楚的、难以觉察的东西清晰地呈现在学生的面前。例如：在学习三年级数学《平移与旋转》时，要求学生能在方格纸上画出图形按要求平移后的图形。如果教师用传统的教学方法在黑板上画给学生看，存在着一定的弊端。例如：教师作图时，身体遮挡住部分学生视线使学生看不清楚、教师作图时部分学生不注意看、画方格需要较长时间等等。而运用多媒体辅助教学，情形就大不一样了，可以利用多媒体动感演示作图步骤和基本方法，利用多媒体演示，可以把作图过程清晰呈现在学生感觉能力可及的范围之内，手段新颖使学生的注意力集中，给学生留下深刻的印象。运用多媒体辅助教学，既节省教学时间，又能收到良好的教学效果。

图形技术 篇4

一、计算机图形学的简单论述

1. 主要内容

如何将图形通过计算机表现出来, 并对相关的图形利用计算机进行计算以及相关处理, 并将其显示出来的计算方法与相关原理在计算机图形学研究中, 是最主要的内容。计算机图形图像通常是由体、面、线、点等不同的几何元素以及线宽、线型、色彩和灰度等几种不同的不属于几何属性的内容组成。通常在相关的技术处理上来说, 计算机图形大致可以分为两个基本内容, 其中一类就是用线条信息将其进行相关表示处理, 比如说一些相关的工程图、线框上的曲面图等等;另一类就是大家常说的比较有真实感的图形图像即为明暗图。

在计算机图形学中, 利用计算机将图形呈现出一种比较赏心悦目的真实感, 这是其学科内容要表达的最重要目的。为达到相应的效果, 我们应将建立起几何表示, 这样能将图形中想要表达的真实的场景结合外在的光照模型设备展现出来, 并达到计算机在将假想的材质属性、纹理以及光源计算出来, 以便能达到预期的光照明效果。所以说, 在几何设计中计算机辅助功能与计算机图形学密不可分, 在实际操作中, 在几何场景中, 计算机图形学也能将其实体和曲线曲面造型的相关技术操作作为主要的研究对象。于此同时, 用数字图像方式将计算机图形相对比较真实的计算结果得以提供, 对于计算机图形图像处理技术来说, 图形学与其之间的关系也密不可分。

2. 发展

十九世纪五十年代, 在美国诞生了计算机附件, 经后来出现的滚筒式绘图仪逐渐将数字记录仪取代, 而在这一时期, 计算机仅仅局限于电子管式, 直到五十年代末期, 在美国的林肯实验室中相继开发出的空中防御计算机体系, 用来控制和指挥的计算机显示器也被第一次投入使用, 这样在显示器屏幕上操作者直接可以用笔将确定的目标指出来, 而在同一时期内, 一些相似的生产过程和技术设计也被人们广泛的应用, 这就表示初期的计算机图形学已经正式诞生。在此之前, 计算机系统一般都是符号处理, 计算机图形学出现之后, 计算机能将人们局部的右脑功能部分的表现出来, 这对建立计算机图形学来说, 意义也较为重要。

二、基本概念以及系统的功能和组成

1. 基本概念

计算机图形图像处理的操作过程就是将需要表示物体的几何模型和数据由数学或者概念的形势描述出来, 再经由计算机进行修改、存储、显示以及完善等。其最主要的内容有以下几点:

(1) 投影、平移、缩放、旋转等的几何转变

(2) 图像分析和分割、数字化和编码、增强以及复原等

(3) 消除计算机图形图像的隐面、线

(4) 设计计算机图形图像的造型和建模

(5) 将图形图像的曲面和曲线进行拟合操作

(6) 最后进行色彩设计以及将相对的明暗处以及贴图纹理进行处理

2. 功能和组成

(1) 功能

在计算机工程和科学领域, 计算机图形系统的研制和设计是最重要的内容, 而作为一个计算机图形处理系统, 必须应具备对话、输入和输出、存储和计算等相应的基本功能。计算机图形处理系统中的对话功能就是利用相关交互设备或者显示器直接将计算机和人进行通信功能, 人们对不满意的地方可以利用设计的图形和结果再关联相关设备对其进行修改;输入和输出功能就是讲图形图像中输入各种几何参数的形体命令, 在显示的状态下, 对最终修改的结果进行输出和拷贝;存储和计算功能就是将计算机图形图像中的关系以及几何数据进行实时的维护和检索, 在设计时所需要的一系列分析、变换、计算等等。

(2) 组成

相应的一些图形图像处理软件和配置的硬件设备两个部分组成计算机的图形图像系统。一般来说, 一些质量较高的图形跟其具有高性能的硬件设备密不可分, 图形图像结构系统中图形处理器是其部件的最重要部分, 它是将显示终端与计算机相衔接的纽带。对图形处理器本身来说, 因为自身存在的处理和存储功能, 并且能将其函数计算得到大部分的完成, 这对计算机的微软处理器来说, 不仅将其负担大大的减轻, 也将计算机操作系统的速度和图形图像的显示能力也得以提高。在计算机图像系统中, 鼠标和键盘是最常用的输入设备, 操作人员利用鼠标和键盘将相对应的图形软件在屏幕上进行输入和定位图形。而计算机图形输出设备则是利用快速输出或者处理和生成的显示系统上将绘图系统永久的保存下来, 其中最主要的就是打印机设备、绘图仪设备和显示器设备等等。随着社会经济建设的发展, 我国不断的引进先进的技术, 使计算机图形图像处理技术也在逐步的发展, 与此同时, 相关软件也在不断的完善和更新, 就目前来说, 我国相继出现了许多对计算机图行图像处理技术相关的软件系统, 并且得到了大力支持。为了能将计算机图形图像技术顺应时代的发展, 一些相关专业人员提出了将计算机图形软件逐渐趋于标准化的相关问题, 并相继开发了能直接满足用户以及相关设备的管理和驱动程序包。

三、计算机图形学的研究前沿和应用

1. 辅助制造和设计

在工业界中, 应用领域最活跃以及最广泛的计算机图形学就是CAD或者CAU。在设计一些产品时或者进行机械构造以及土建工程时, 计算机图形学得到广泛的运用, 同时在一些网络分析、电子线路以及集成电路等电子工业中也被广泛的采用, 其优势也相当明显, 遇到一个规模较大或者系统较复杂的电路板图时, 人工的力量已经不能满足其绘制和设计, 利用计算机图形系统能在较短的时间内对整个系统进行画图和设计, 这样既节省了时间, 也减少了人工的浪费。随着现代化互联网计算机的发展, 在互联网经济体制下将协同设计形成一套异地异构系统, 在当今社会和CAD领域中成为社会各界人士探讨的重要话题之一。在以工程图纸为基础, 研究CAD领域的最关键步骤就是重建三维形体, 即为:从一些二维信息中提取一些相关信息, 并对其进行综合分类, 以三维空间为主题, 重新将二维信息进行构造, 从而将重建的形体得以真正实现。但在目前来说, 一些重要的重建三维形体计算法主要都是面对一些受到严格限制的且对主轴方向以及多面体的二次曲面体, 但是, 重建三维形体中的任意曲面体在当今社会里, 仍是一个难度系数较高的问题。

2. 可视化

随着互联网技术的迅速发展, 计算机数据库的逐渐增多, 使大多数人们在处理和分析一些数据时面临的困难也越来越大, 操作者并不能从众多数据中迅速选出对自己有用的数据, 也没有办法将其最本质的特征以及变化规律找出来。如果将一些种类较多且相对比较繁琐的数据用计算机图形的方式将其进行归类表示, 这样人们在操作时对其本质特征以及发展趋势就能轻而易举的提取出来。在十九世纪时, 科学计算可视化在美国的科学基金会被相继提出, 就目前来说, 可视化在气象分析、流体力学以及医学中得以广泛利用, 其中发展空间最大的就是在医学领域, 对脑部进行远程手术时, 利用精密的得以实现的就是科学计算可视化。

3. 动画和艺术

随着计算机硬件以及图形学的逐步发展, 社会大众已经不再局限于满足一些静态的且质量较高的场景, 这就使计算机动画相继出现。在现代的商业美术工作人员都比较倾向于利用计算机进行艺术创作, 而用于艺术设计的软件也得以开发, 比如现代的对二维平面进行设计的画笔程序:Cordl Draw, Photoshop, Paint Shop;对三维动画渲染和建模的软件有3DMAX, Maya, 以及Alias, Softimage等直接生成动画的软件等等, 这些软件样数较多, 不仅能将各种各样的纹理贴图以及画壁画刷, 还能降图片进行变形或者雾化等一些列操作, 其许多功能都是一般的艺术家远不可达到的。

4. 用户接口

人们在使用计算机时, 第一印象或者感官就是用户接口, 能将软件的易用性提高的最简单办法就是将图形用户界面建立好。在上世纪八十年代末, 苹果公司突出图形化操作系统, 尤其是微软公司普及的Windows操作系统, 这就证明, 图形学在计算机的各个方面都渐渐融入。

四、区别和联系

计算机图形图像的区别在于其用途、理论基础、处理方法以及数据来源有很大的区别。计算机图像处理主要在航天航空、工业、医学以及军事上被广泛运用, 而计算机图形学则主要倾向于运用在CAD、CAM、CAE、CAI计算机动画、模拟和艺术中;在模糊数学、概率和统计以及信号处理等理论上, 图像处理被主要的利用在内, 而计算机图形学则是在分形、计算几何、透视与放射变换等理论中被广泛运用;其次就是数据来源, 图形数据一般来自人们的主观世界, 而图像数据则来自人们的客观世界。但在实际的运用操作中, 图形图像处理技术密不可分, 将两者相结合, 不仅能将视觉质量和效果得以完善, 也能将其变得更加精美。随着两者相关技术的发展, 它们之间的关系相互渗透、相互交叉。

五、结束语

综上所述, 计算机图形学与计算机图形图像处理技术已经在人们生活的各个领域被普遍运用, 它不仅能制造出一些比较唯美新奇的视觉效果, 也将人们的创造潜力得以充分发挥, 使人们的生活环境变得丰富多彩, 所以, 我们应熟练掌握计算机图形图像处理技术, 努力的创造出更多的精彩视觉生活。

摘要：在二十世纪八十年代末期, 计算机图形学以及图形图像处理技术相继产生, 并持续发展至今。在计算机图形学中, 图形图像处理技术备受关注, 能否将其得到合理的利用, 在现代化的学科应用领域中成为最重要的一个分支。文章将计算机图形学的发展历史以及研究的主要内容、图形图像系统处理技术的相关功能和组成部分、相对比较有真实感的图形画面以及在应用领域的技术实现进行综合分析, 并对计算机图形学的相关内容进行分类并概括总结, 对计算机图形图像处理技术和计算机图形学的相关知识能够得到更好的掌握。

关键词：计算机,图形学,图形图像,可视化,处理技术,探析

参考文献

[1]温玉春.计算机图像处理技术应用研究[J].现代商贸工业, 2011 (02)

[2]田亮.浅析计算机图形学的应用及其发展[J].民营科技, 2011 (12)

[3]慕乾华.计算机图形学在实践中的应用[J].价值工程, 2010 (09)

真实感图形绘制技术研究论文 篇5

随着虚拟现实应用领域的日益扩大及应用内容的复杂化，尤其近两年网络图形技术的高速发展，计算机真实感图形已深入到人们的日常工作、学习、生活中，真实感图形实时绘制技术的需求急剧增加，使其成为计算机图形学的一项重要研究内容。以下我们主要介绍基于图像、点和图形与图像相结合这三种图形绘制技术。

二、基于图像的绘制技术

基于图像的图形绘制技术是从采样图像序列生成新视景图像的过程。首先在源场景中确定一系列的采样视点和采样方向，然后进行图像采样，并对得到的图像序列进行变换、组织，生成图像流场。依据观察者在虚拟场景中的位置和观察方向再从图像流场中检索生成新视景所需的光线信息从而恢复出图像。源场景可以是实景, 也可以是计算机合成场景, 且二者可以混合使用。

基于图像的图形绘制技术的理论基础是全光函数。全光函数为一参数化函数，定义了空间任一视点处，在任何时刻和任一波长范围内的所有可见信息。用计算机图形学的术语，它描述了给定场景中所有可能的环境映照集合。

对空间中的任一视点，从该视点出发的任一视线均可用球面角和定义。若记光波长为X，则在T时刻，视点V处的全光函数定义为：

全光函数刻画了一给定场景中任一点处的环境映照，因而，它以图像形式给出了场景的精确描述。将视点，和球面角，及时刻代入全光函数的定义式中，即可生成一帧给定视点沿特定方向的视图。这一过程实际上是对全光函数的采样，所得视图为全光函数的一个样本。于是，基于图像的图形绘制问题可描述为：从给定全光函数的离散样本集合中重构连续的全光函数，然后，在新的视点位置重新采样该函数来绘制新的视图。即基于图像的图形绘制过程其实是全光函数的采样、重建和重采样过程。

由全光函数的定义可知，一般意义上的全光函数是7维的，需要采样的图像信息量很大，因此，直接构造全光函数往往非常困难。在实际应用中, 针对具体的应用需求，我们可以合理地简化全光函数，以达到要求的实时绘制图像的效果。

我们通过限制观察者在一些离散的给定点观察场景，并忽略维全光函数中的波长、时间等其他参数，便得到一个维的全光函数：

其中,、分别对应于相机在固定视点的水平观察方向和镜头的焦距。这是一种最简单的全光函数表达，又称为基于全景图集合的方法。

三、基于点的绘制技术

物体表面几何细分的极限是点，点模型用从几何体表面密集采样得到的离散点用来隐式地表示物体的表面。与传统的三角网格模型相比，点模型最显著的特点就是它不包含任何拓扑信息，如点与点之间的连接关系及点的邻域信息等，因此常被用来构建几何体难以描述的“软”物体(如烟、云、灰尘、火焰、水和树等)。

基于点的绘制技术将点作为绘制基本元素。通过适当的采样，场景对象被表示成一组密集的表面采样点，与这些点一起存储的还有点的颜色、深度和表面法向量等信息，根据这些点的信息经过表面重构，生成连续表面而非离散点云构成的真实感图形。使用点的几何信息，加上基于点的光照、纹理、阴影等处理就可得到真实感图形。由于保存了点及其几何信息，并且点的采样与视点无关，所以，基于点的某些处理过程可以从绘制过程分离，并经过一次采样后，可以进行多次不同视角的场景绘制，这样就提高了绘制速度，达到交互实时绘制的目的。

点绘制技术要注意三个关键点：

1.存储效率。基于点的绘制方法只要求存储点的几何信息，而不需要点与点间的连接结构信息，看上去存储效率似乎高，其实不然。因为用点表示场景所需要的采样点比多边形网格多的多，因此，如何有效存储这些点是要解决的一个关键问题。

2.绘制性能。这是采用基于点绘制技术的主要动机，当场景高度复杂，构成场景的三角片在屏幕投影比一个象素还小时，绘制单个点会更加有效。当前基于软件实现的点绘制算法和部分硬件加速算法都以提高绘制性能为其目标之一。

3.绘制质量。点绘制技术最关键的工作是由离散点在屏幕重构没有空洞的连续表面。给定一组表面采样点，可以方便地把它们由物体空间转换到屏幕空间，并映射到屏幕象素，当多个表面的采样点映射到一个屏幕象素时，通过多种方法可以解决可见性问题，但困难在于，一个表面的采样点并不能映射到这个表面在屏幕上的所有象素，因而可能产生空洞。解决这一问题的不同途径产生了目前各种各样的绘制方法，并且仍是进一步研究的关键。

四、基于图形与图像的混合绘制技术

基于几何模型的绘制方法和基于图像的绘制方法在解决通用平台实时真实感绘制问题上均存在着局限性，这使研究者开始考虑将两者结合起来，互补长短，寻找达到目标的新途径。

所谓混合绘制，指的就是同时采用几何及图像作为基本元素来绘制画面的技术。该技术根据一定的标准，动态地将部分场景简化为映射到简单几何体上的纹理图像，若简化引起的误差小于给定阈值，就直接利用纹理图像取代原场景几何来绘制画面。简单几何面置于被简化景物的中心，而简化误差被严格控制在给定的阈值内。这种绘制技术可以在一定误差条件下，以较小的代价来快速生成场景画面，同时仍保持正确的前后排序，所生成的图形质量也很高。

混合绘制最明显的应用是采用环境映照来表示远距离景物，如天空、山脉等，而近距离景物则采用传统几何绘制模式。该技术在各种模拟器的动态仿真及三维游戏中得到了广泛的应用，它可在一定误差条件下，以较少的代价来快速生成场景画面。但由于不论视点在何位置，对整个场景均取统一的环境映照，因而所生成的图像存在着较大的误差。

1996年，Shade等人提出了层次图像存储算法。该算法的基本出发点是，当景物离视点较远时，在前后两帧画面上投影位置的变化非常小。因此，若将这些远距离景物在前一帧画面中的投影图像存储起来，并以该图像作为纹理映射到一简单几何体上，以近似取代该景物在其后续画面中的绘制，就能有效地减少当前视域中的可见面片，从而极大地提高画面的绘制效率。但是，当场景中有很多可见景物时，利用上述方法将产生非常多的纹理图像，需占用大量存储空间。为此，Shade等人利用二叉剖分技术对场景进行层次剖分，每 个节点中的所有景物根据其距离视点的远近，动态地在几何描述和纹理图像之间切换。这一算法的主要贡献在于给出了一种纹理表示与原景物几何描述间的误差估计，并给出了视点运动的安全区域。但该算法由于采用从后至前的绘制顺序来生成画面，因而对于高度复杂的场景，算法的效率将受到严重的影响。

为了提高绘制精度，Sillion等利用带纹理的多边形网格来逼近远距离景物，而近景则仍采用传统的几何绘制技术。考虑到对于高度复杂场景来说，将远距离景物简经成其纹理表示仍是一个非常耗时的过程，Sillion等采用预处理的方法来生成在不同视点范围处的远景纹理图像网格。与Shade的算法相比，这一算法具有更高的逼近精度。

后来，Snyder等人推出了一种新的动态场景自动分层技术，该技术基于K-d 树结构及传统的Newell消隐算法，设计了一个适合于动态场景的空间剖分技术，进而实现了动态场坟的自动排序和分层。

五、结论与展望

基于图像的绘制技术摆脱了处理复杂几何建模的困难, 通过与计算机视觉、虚拟现实等技术的结合将得到更快更好的发展。

基于点的绘制技术各类方法中，基于高斯滤波的表面足迹法呈现好的图象品质，可作为重点研究内容。如对采样模型中尖锐特征的绘制及采用硬件加速提高高品质图形的绘制速度。具有PHONG明暗着色的表面绘制，因基于变化的法向量，如何由离散点信息获取它们的值，也有许多新方法、新技术有待深入研究和开发。当前各种多分辨层次模型常专门针对某一种特定绘制算法，并且是不可交换使用的，如何设计有效的数据存储方式，以及在存储点的基本信息的同时，增加点的不透明度、曲率、散射函数等辅助信息仍值得研究。另外，在基于点的绘制技术中，由于点与点之间绘制次序的独立性，点绘制方法的并行实现对提高绘制质量和绘制速度将更加可行和有效，基于点的并行绘制也是值得研究的问题。

由于混合绘制技术研究还刚刚起步，还有待在下列问题或方面进一步研究和发展：

1.有效的数据表示。为了达到基于图像的实时绘制，人们常常要在真实感和实

时性之间做权衡。许多系统不得不决定采用多少几何和多少图像；这样为了同时提高真实感和实时性，必须采取有效的数据表示。例如在绘制时采用从压缩数据直接绘制以及多分辨率表示，有效地节约了存取开销，同时又不影响绘制速度和真实感。

2.重建景物表面的光照属性。目前大多数图像绘制算法都是假设景物表面为漫射表面，且在整个运动过程中，场院景的光照情况保持不变。显然，这种假设是理想化的，与实际应用具有很大的差距。因此，图像绘制必须在重建三维几何的同时也重建景物表面的光照属性。

3.动态环境的绘制。直到目前为止，大多数基于图像的实时绘制技术方法都是

集中于静态环境。随着视频技术的发展，人们希望基于图像的实时绘制技术也能够应用到动态动态环境的绘制。这样必须研究：采样（应该捕获多少幅图片）和压缩（怎样减少数据量）。

参考文献：

冯月萍，钟慧湘.基于离散点的点域绘制方法.吉林大学学报(理学版)，2004

彭群生、鲍虎军、金小刚.计算机真实感图形的算法基础，科学出版社，1999

徐丹、潘志庚、石教英.虚拟现实中基于图像的绘制技术，《中国图像图形学报》，1998

图形技术 篇6

关键词：空间观念思维能力动手操作能力

近年来，多媒体在教学中的应用已是屡见不鲜，它新颖生动，感染力强，不但容易激发学生的学习兴趣，而且可以化静为动，化虚为实，使枯燥的知识趣味化，抽象的语言形象化，深奥的道理具体化。对全面提高学生的能力和素质有着不可估量的作用。

《数学课程标准》规定第一学段，“空间与图形”提出学生将认识简单平面图形，进行简单的测量活动，建立初步的空间观念。我在教学这一学段中的平面图形时精心设计了CAI课件，帮助学生加深理解平面图形的基本概念，并且注重使学生观察、操作，使学生获得对平面图形的直观经验，培养学生的空间观念，取得了较好的教学效果。

一、培养和发展学生的空间观念

在教学“直线和线段”时，低年级学生由于年龄、生活经验的限制对于无限延长难以理解，教师又无直观教具，为了让学生更好地建立表象，我通过多媒体演示如下：

多媒体演示中直线会慢慢地延长，而线段就不能像直线一样。学生由此形象地感受到直线可以无限延长，没端点，不可度量和线段有两个端点，可以度量的特征。

又如在教学“角”的初步认识时，学生对于顶点、边等的知识掌握，在角的大小与边的长短无关这一道理，学生在理解上有一定的难度。我在上课时先让学生用自己的三角尺和老师的三角尺比较两个角（直角）的大小，在比较中学生发现两个直完全复合并且相等，但是学生对这两个角的大小关系还有疑惑。这时多媒体显示屏出现两条边的颜色不同且有粗细之分的直角：

在学生直观比较的基础上，再用多媒体演示下列过程：移动——复合——延长其中一个角的两边，使两个角两边长短一样，引导学生得出无限延长某一个角的两边，这个角的大小还是不变的结论，从而使学生理解角的大小与边的长短无关的道理。

再如在教学“认识长方形”时，理解长方形对边相等这个特征可以用多媒体出现下图：

长宽其中长和宽颜色不一，再移动一条长和一条宽各自与对面边的重合并闪烁，这样学生能更好地理解“长方形对边相等”。

二、培养和发展学生的思维能力

第一学段的平面图形教学是培养和发展学生初步的逻辑思维的一个重要部分，运用多媒体辅教学可以更好地培养学生初步的抽象、概括、判断、推理能力。

如在教学“长方形、正方形的周长”时，学生自由谈论对周长一词的理解后，初步得出周长就是一周的长度，但是低年级学生对这个概念还是比较模糊。我用多媒体模拟测量进程，屏幕上出现一个长方形，并从一个端点出发，用一条线绕图形一周，显示出这就是长方形的周长。接下去教学具体测量周长。让学生思考用绳子等去绕较大长方形周长的方法行不行？学生考虑这样终究不是办法，于是考虑长方形的对边相等，计算周长时可以不用绕一周去测量。于是我在多媒体上出现如下变化：

长宽长方形从一个顶点被展开成一条直线，学生经过观察、讨论，得出计算长方形的周长有以下几种方法：（1）长+宽+长+宽（2）长X 2+宽X2，最后归纳出（长+宽）是长方形周长的一半，进而得出长方形的周长=（长+宽）X 2，学生在学习过程中培养了概括能力，促进了思维的发展。

又如“教学角的初步认识”时，我在课件上出示“红领巾、数学书”。在学生找到它们各自的角后，这时利用课件动画光点的闪烁，闪动实物图上角的形式，紧接着把实物的模像移走，只剩下图形的轮廓，抽象出几何角，帮助学生抽象概括出角都有一个顶点和两条直的边组成，这样就完成了形象思维向抽象思维的过渡。

三、培养学生的实际操作能力

画图是平面图形教学中的又一重要任务。学生有了画图的实际操作能力，不仅有助于巩固平面图形的知识，而且有利于动手能力的发展，运用多媒体分解画图的过程，可以使用画图过程步骤清楚，动作明确，学生便于观察、模仿。

如在教学“直角的画法”时，采用多媒体模拟操作与学生实际操作相结合的方法，我先让学生自己试着画直角，发现学生握三角尺的位置及画直角边的方法有错。这时在电脑中出现手拿三角尺用斜边画直角边的图形，紧接着在图右上角出现X号，并发出声音“错”，然后电脑又发出“请同学们跟我画”的配音，并出现正确的握尺姿势，用直角边画直角，由此来指导学生正确使用三角尺来画直角。学生学会正确画直角，在以后教学长方形、正方形的画法时，学生就很自然与画直角联系起来，能很快地画出长方形和正方形。

又如“如何画角”，运用CAI课件可以用演示如下：

由于用电脑画，手段新颖，学生注意力集中，给学生留下的表象非常深刻，然后让学生书空画角，进一步明确画角的步骤和起笔位置，渗透角的形成。这样的教学过程，符合低年级学生的心理需求，使学生对画角的方法清楚明了，教学效果好。

四、利用信息技术揭示规律,拓展思维深度

利用信息技术动态演示,能够有效提高学生的认知技能,完成知识构建。如在讲授圆面积计算公式时,学生对于其推导过程,特别是等分的份数越多,拼成的图形就越接近长方形这个“化圆为方”的道理难以理解。本人借助计算机辅助教学演示,先把一个圆两等分,用红蓝表示两个半圆,然后把两个半圆分成8个相等的小扇形,让小扇形一个一个地从圆中“飞出来”,排成两列,拼成一个近似长方形闪烁显示。接着依次进行16、32等份的方法割补,学生通过两者的对比,准确地看出等分的份数越多,越接近长方形。然后,再通过移动演示,促使学生了解圆半径、圆周长的一半和所拼成的长方形的长、宽之间的联系,让学生自己體会到近似的长方形面积与原来的圆的面积是完全相等的。后引导学生交流:发现了什么?这个近似的长方形的长、宽与圆的什么有关?从而推导出圆面积的计算公式。这种独特的效果,步步引导,环环推进,在学生的头脑中留下了“化圆为方”的深刻印象,帮助学生实现由感知—表象—抽象的心理转化,起到了“润物细无声”的效果。

利用信息技术作为认知工具的课程整合,为学生营造了一个网络化的学习环境。教学中如果能有效结合信息技术使之为小学数学教学服务,就能大大激发学生学习数学的兴趣;还有利于丰富表象,化繁为简,化难为易,更能有效的促进学生学习,使教学收到事半功倍的效果。通过实践证明，多媒体CAI课件具有文字、图片、动画、声音、图像等直观媒体信息同步进行的优点，在同一屏幕上同时显示相关的文本、图像或动画，因此在教学平面图形时利用多媒体辅助教学为学生创造了很好的学习环境，丰富教学内容的呈现方式，激发了学生学习的兴趣，使学生的空间想象能力、思维能力、动手操作能力、创新能力得到了培养和发展，从而提高了学生的学习积极性，也提高了课堂教学效率，更加提高了学生素质。

图形技术 篇7

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) .

不规则图形热区技术研究 篇8

随着模式识别技术的不断飞跃,越来越多地需要处理不规则图形区域,这类应用要求能对不规则图形区域有独立的鼠标事件(进入、离开、移动、左右键单击、左右键按下和左右键松开等)。为此,把能够独立响应鼠标操作的区域称为热区,如果该区域是一个不规则区域,则称为不规则热区。

一个不规则区域,要实现独立的鼠标操作响应,就需要判定鼠标点当前是否处于该区域内,为此,热区技术转换为判定一个点是否存在于一个不规则图形区域中的问题。对于这个判定,目前已有一定的研究成果:有基于有向三角形的面积计算公式判定平面多边形内外点的算法[1];有基于凸凹点及有向边的性质判定平面多边形内外点的算法[2];有通过反复求剩余点集的凸包S来确定S中的哪些点位于多边形L内部的算法[3]。这些算法,要么由于计算工作量较大不利于实时快速判定,要么由于计算繁琐不利于编程实现。本文采用叉积-夹角法,实现被测点(鼠标点)在热区内外的快速判定。在我们承接的《某技术质量监督局指挥中心信息采集与分析系统》项目中,大量使用了电子地图,为了增加可视性,要求鼠标进入某行政区域,即刻显示出该行政区域的有关企业信息(含企业的位置信息),这就要求能够提供一种快速判定鼠标所处行政区域位置的算法。利用本文算法,我们很好地实现了该要求,实现效果得到了用户的首肯。经定量验证,本算法判定鼠标位置所花费时间<1ms。

1 算法设计

实现点在不规则图形区域内外的判定方法,首先需要解决将一个不规则图形映射为一个多边形,利用多边形顶点坐标集S构成的多边形来逼近模拟不规则图形。

1.1 不规则图形映射

对于任意一个不规则图形,可以利用微分法最大限度地逼近一个多边形。即:

S={p1(x,y),p2(x,y),…,pn(x,y),p1(x,y)} (1)

其中,(xi,yi)(i∈(1,2,…,n))为多边形顶点坐标,由n+1个点每相邻两点连接成线即构成多边形,该多边形能最大近似地表达不规则图形。如图1所示。

1.2 点在多边形的内外关系判定算法

从图1(b)可见,该多边形不是一个凸多边形,因此,适用于判定点与凸多边形的关系的有向面积计算法不能用于解决点与任意多边形的内外关系问题。要解决点与任意多边形的内外关系问题,单纯使用叉积法、夹角法都不能很好地解决这个问题。经研究发现,综合差积法和夹角法的核心算法,结合向量代数知识,形成能够快速、准确判定点与任意多边形内外关系的“叉积-夹角”算法。

(1) 叉积计算

叉积源自于三维向量空间的运算,为了使问题简化,令空间Z轴退化为0,将三维空间问题转化为二维空间来计算。

假定在二维空间中存在任意两点p1(x,y)、p2(x,y),被测点p(x,y),三点间形成的向量$\overrightarrow{a}$和$\overrightarrow{b}$如图2所示。

根据叉积计算公式:$\overrightarrow{a}\times \overrightarrow{b}=ax\cdot by-bx\cdot ay$有被测点p(x,y)与多边形同向相邻两个顶点p1(x,y)、p2(x,y)的叉积为[8]:

Diff=(p.x-p1.x)×(p.y-p2.y)-

(p.x-p2.x)×(p.y-p1.y) (2)

(2) 夹角计算

被测点p(x,y)与多边形同向相邻两个顶点p1(x,y)、p2(x,y)的夹角为:

$\alpha =\frac{ax\times bx+ay\times by}{\sqrt{ax{}^2+ay{}^2}\times \sqrt{bx{}^2+by{}^2}}$ (3)

其中:ax=p.x-p1.xbx=p.x-p2.x

ay=p.y-p1.yby=p.y-p2.y

当叉积diff>0时,定义夹角α为正,否则为负。

(3) “叉积-夹角”法判定算法及其实现

在已知不规则图形近似多边形顶点坐标集S后,要判定一个点p(x,y)与该不规则图形的内外关系,只需要逐一计算点p(x,y)与顶点集S中每两点间的叉积及夹角,根据叉积的符号确定夹角的符号,再求夹角和。对最终求得的夹角和进行判断,如果其和>6.0则点p(x,y)在图形内,否则在图形外。

(A) 判定算法

① 不规则图形映射为多边形,生成其近似多边形顶点集S;

② 获取被测点p(x,y);

③ 置夹角和β=0,顶点顺序号i=1、计算标志flag=false;

④ 利用式⑵计算被测点p(x,y)与顶点集S中任意两相邻顶点pi、pi+1间的叉积diff;

⑤ 如果Min(pi.x,pi+1.x)≤p.x≤Max(pi.x,pi+1.x)并且Min(pi.y,pi+1.y)≤p.y≤Max(pi.y,pi+1.y),置计算结束标志flag=true,转第⑨步;

⑥ 利用式⑶计算被测点p(x,y)与顶点集S中任意两相邻顶点pi、pi+1间的夹角α;

⑦ 判定叉积diff符号。如果diff>0,则β=β+arccos(α),否则执行β=β-arccos(α);

⑧ 执行:i=i+1,转第④步,计算被测点与其余多边形顶点的叉积,直至全部顶点计算完毕为止;

⑨ 判定点与多边形的关系。如果|β|≤6.0并且flag=false,则被测点不在多边形内,否则在多边形内。

(B) 算法核心代码

① 判定算法函数

② 算法配套函数

2 算法测试

根据上述算法,笔者设计了验证用例(用Embarcadero RAD Studio XE实现,界面如图3所示。

图3中,左边为不规则图形绘图区,右边为鼠标位置判定结果。该验证用例中,任意画了3个不规则多边形作为测试对象,当单击<移动鼠标识别>按钮即开始对鼠标位置进行识别。当鼠标移动到其中任意一个不规则多边形内(含构成多边形的边上),右边框中即显示出当前鼠标所在不规则子图的序号及其夹角和的值。

测试环境:DELL笔记本(配置:双核2.1GHz,3GB内存、Windows XP)。

测试用时:<1ms。

测试结果表明:本算法能够正确、快速判定鼠标点与不规则图形的关系,达到了预期设计目的。

3 结 语

不规则图形热区研究技术,虽然已有部分研究成果,但不同程度地存在着计算量大或不便于程序实现的弊端,本设计算法较好地解决了这个问题。对本算法稍加修改即可方便地应用于三维不规则图形热区的应用领域。

参考文献

[1]周铁军.平面多边形内外点判定算法评估[J].微计算机信息,2006(2-3):231-233.

[2]Feito F,Torres J C,Urena A.Orientation,simplicity,and inclusiontest for planar polygons[J].Computers&Graphics,1995,19(4):595-600.

[3]王志强,肖立谨,洪嘉振.多边形的简单性、方向及内外点的判别算法[J].计算机学报,1998,21(2):183-187.

[4]周培德.判定点集是否在多边形内部的算法[J].计算机研究与发展,1997,34(9):672-674.

[5]孙家广,杨长贵.计算机图形学[M].北京:清华大学出版社,1995:388-393.

[6]陈志杰.高等代数与解析几何[M].北京:高等教育出版社,2010:189-198.

[7]韩冰,等.Delphi多媒体应用开发技术与实例[M].北京:清华大学出版社,2002:190-202.

图形和图像构建虚拟场景技术研究 篇9

几何图形的建模技术是以计算机图形学为基础,首先对真实场景进行抽象,用实体构造虚拟景观的三维模型,并建立虚拟环境中的关照和材质,然后进行纹理映射及控制参数设定,通过虚拟现实软件,根据观察者的位置、光照、消隐信息,在输出设备上实时渲染画面。

2 图像的建模技术

图像的渲染技术是一种发展很快的虚拟现实方法,它以计算机视觉和图像处理等学科的理论和方法为基础,试图利用真实的图像代替传统的几何建模型,同时又用图像空间的变换操作来代替传统的渲染过程。由于图像的渲染技术在构造真实感场景和渲染速度上,与传统图形学相比较有很大的独特优势,逐渐成为图形学发展的一个热点,在虚拟场景的构建上有着很好的应用前景。

图像的建模技术具有真实感强,算法复杂度与场景规模无关等优点,但由于这种技术是用拍摄实景照片图像做处理对象,所以这种技术的系统一般是针对实际存在的、静态的场景。

3 图形与图像混合型的虚拟场景构建立技术

上述的两种实现虚拟场景的构建的技术中,图形法为基于几何模型的建模和渲染(Geometry_Based Modeling and Rendering__GBMR),而图像法可称为基于图像的建模和渲染(Image_Based Modeling and Rendering__IBMR)。从上面部分对两种技术的介绍可以看出:与GBMR相比较,IBMR的优点在于:

(1)建模容易

不需耗费大量的人力和技巧,通常的IBMR意义下的建模过程主要是一个系统如何组织和联系现有获得数据的问题,而不是需要所有的几何细节。用户需要做的事情主要是拍摄照片以及一些简单的交互操作。即使需要一些额外的几何信息,IBMR系统一般也是主要通过计算机视觉的知识进行自动的提取和匹配。

(2)绘制快

不需要复杂的计算,直接从己有的视图中合成新视图,绘制时间不依赖于场景的复杂度,它所构造的场景模型一旦建立,在绘制输出时和场景的复杂度没有关系,只跟采样与显示分辨率有关。在场景复杂度增加时,它的显示输出时间是一个常数。不会因为场景复杂度增加而引起“屏闪”现象。由于绘制速度快,可以在低档微机上实时生成场景,无需高档的图形专用硬件,这是IBMR技术的一个明显优势。

(3)真实感强

由于所有景物的形状、光照、材质和纹理等效果都是来自真实拍摄的照片,而不是通过模型计算生成光照与纹理图像,真实场景的显示容易达到很高的逼真效果,是传统基于几何方法所无法比拟的,这是IBMR技术相对于传统几何建模绘制技术最明显的一个优势。

(4)计算量小

基于几何的方法需要建立场景完整的、精确的表达,绘制时也要对整个场景进行计算和存储。相反,IBMR技术只需要离散的相片采样,绘制时也只要对与当前视点相邻的图像进行处理,因此计算量远远小于传统计算机图形学建模。

IBMR方法存在如下局限性:

(1)存储空间大:采样与还原需大量的存储空间,在存储空间不能保证时,压缩算法与随机访问效率显得尤其重要;

(2)采样间隔:为保证基本无误地还原,特别在自由漫游时,大量样本的采集十分困难,而且必须在数据量与显示效果间折衷;

(3)自由交互困难:出于视点的限制,任意视点与视角的自由交互在IBMR中至今仍然悬而未决。IBMR的缺点也限制了它的应用。可以看出GBMR和IBMR这两种方法各有优缺点,如果采用图形与图像混合建模技术就能将两者的优点集于一体,在应用中扬长避短。

4 在virtools虚拟现实软件中,混合型建模技术的实现

在virtools目录下的doucumentationCMOSBBSamplesvisualsuse z Information.cmo有一个玩偶在一个桌面上站着,如图1,恢复到初始状态,运行程序:如图2,人物出现了倒影,用“平面反射”就可以实现,图2中任务又出现了阴影,当人物绕到了键盘旁边时,有一部分被遮挡了,而且阴影也被挡住了,如图3,当人物绕到屏幕后面的时候,遮挡再次出现,如图4。

最后遮挡出现在茶杯的后面,玩偶被遮挡,可阴影能呈现出来。这种情况的出现,实际上就是图片和模型混合技术实现的,场景中是一系列大大小小的“盒子”,将“盒子”按照坐标轴进行放大,通过摄像机的“方向”可以精确控制“盒子”与背景中的实体完全重合,在“层级管理器”中,找到box1,双击它,进入到“三维对象设置窗口”,切换到“属性”,box1带有“仅使用z信息”属性,删除次属性可以看到真正的场景,如图5,这些实体是在建模软件中完成,然后导入到场景中来的,由于使用了“使用z信息”属性,因此它被隐藏了。

5 结语

混合建模技术的基本思想是先利用IBMR构造虚拟场景的环境来获得逼真的视觉效果,同时对虚拟环境中用户要与之交互的对象利用GBMR来进行实体构建,这样既增加了场景真实感,又能保证实时性与交互性,提高用户的沉浸感。在实际应用上,这种技术将很有意义。首先是虚拟实体对象(即实体模型)与纯粹虚对象(即二维图像中的对象)之间在虚拟世界坐标系中的坐标位置、摆设方向上要精确匹配。其次是虚拟实体对象几何模型,在虚拟光源照射下所产生的实体亮度、阴影强度及方向与纯粹虚对象的亮度、阴影强度和方向也要准确匹配。另外,这种虚实无缝连接还要满足实时交互性,即随着用户视角、位置的改变要能立即生成新的视点图像,而且对实体对象的操作要能立即得到反馈。

参考文献

[1]冯茂岩,李玉峰.基于D3D立体显示器图像生成算法研究.计算机工程与应用.2007年43卷35期.

[2]刘晓明,李勤,等.基于Virtools的虚拟漫游系统的设计与实现.大庆石油学院学报.2006,(4):121-123.

[3]王曦,安洋.基于VIRTOOLS的游戏软件的设计与开发.微计算机信息.2007,5-3.

[4]李昌国,朱福全,谭良,杨春.基于3D和Virtools技术的虚拟实验开发方法研究.计算机工程与应用.2006,(31):85-87.

图形技术 篇10

关键词：信息技术,调整图形,案例分析

一、教材分析

1. 本节课的教学目的:

《调整图形》是江苏省信息技术教材与我校信息课教学特点的内容想结合。本节课教学内容是图形的翻转/旋转。让学生在认识图形工具的基础上, 熟练的掌握“翻转/旋转”命令的使用方法, 从而为以后综合创作打下基础。

2. 教学目标:

根据新大纲对知识技能培养, 过程与方法, 情感态度与价值观三者统一以及信息技术掌握的要求, 我将本节课的教学目标定为以下三方面。 (1) 知识、技能培养:使学生学会图形的“翻转/旋转”并能熟练运用到实际中去。 (2) 过程与方法:通过对图形的调整, 提高学生的审美、学习、观察、想象能力。 (3) 情感目标:通过师生间的交流, 给学生以方法、以胆量、以鼓励、以成功, 让学生享受成就感。

3. 教学重难点:

本课的重点和难点是图形的“翻转/旋转”, 并能熟练掌握以及运用。帮助学生自行探究知识的同时, 培养学生的观察、分析能力, 提高学生各方面综合能力。

二、教法

考虑到学生年龄段特点, 设计本课时, 我着重考虑了兴趣和能力的培养, 在生活中寻找题材, 在学科中寻找融合点。通过教师演示, 学生完成任务, 掌握新知, 自主探索, 发现问题, 解决难点。培养学生观察、审美、学习、想象、表达能力等能力, 具体表现为以下两方面。

1. 任务驱动:

在这堂课中, 为图形的“翻转/旋转”设计了小任务。将新的知识与学生感兴趣的事物融入其中, 学生通过对所担的任务进行分析完成。这样有利于对新知识的理解、掌握和熟练运用。

2. 课程整合:

在本课教学中, 将动画人物融入到信息技术课中来, 通过观察、思考、想象。提高学生各方面素养, 使信息技术潜移默化地融入学生的知识结构中。

三、学法

授人以鱼, 不如授人以渔。教师在课堂上创造一种自主探究的氛围, 让学生在生动的环境中学习新知识。在学会图形的“翻转/旋转”的基础上, 学会运用实践操作, 从而达到发展思维能力, 培养自学能力和动手能力的目的。

四、教学过程

1. 教学目标与要求。

(1) 知识与技能:学习“翻转/旋转”调整图形。 (2) 过程与方法:通过观察、分析、创作, 培养学生处理信息、运用信息的能力:培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。 (3) 情感态度与价值观:发展学生的创新思维, 提高学生的审美情趣, 激发学生学习信息技术的兴趣。

2. 教学重点与难点。

(1) 重点:“图像”菜单中“翻转/旋转”的使用。 (2) 难点:“按一定角度旋转”操作的理解。

3. 教学准备, 多媒体机房等。

4. 教学过程。

(1) 创设情境导入。师:今天老师带来了两位“小朋友”和同学们一起上课, 大家欢迎吗? (欢迎) 师 (出示灰太狼贴图) :看, 这是谁?生:灰太狼。师: (出示美羊羊贴图) 瞧, 这是谁?生:美羊羊。师:当灰太狼遇到了美羊羊, 通常会做什么呢?生:灰太狼最喜欢抓小羊啦, 看见了美羊羊就想抓住她。 (学生自由发言) 师:这时, 美羊羊又会做什么呢?生:美羊羊想逃跑。 (学生自由发言) 师:是的, 同学们说得都很好。可是美羊羊跑得方向对吗? (不对) 为什么呢?生:美羊羊向前跑的话, 更容易让灰太狼抓住。师:是的。所以首先应该帮美羊羊调整方向, 这就是我们今天要学习的调整图形。 (2) 新授。主题1:帮美羊羊逃跑 (水平翻转) 。师:谁愿意上来帮美羊羊调整一下呢?生:学生上台翻转图片, 教师适当指正。师:做的非常好, 像这样图案左右翻转, 就是我们要学习的水平翻转。板书:贴图。师:那在电脑画图中, 我们应该怎样来操作呢?请同学们仔细看好老师的操作。第一步:选中要操作的对象, 使用“选定”工具, 设置成“透明”, 选择“美羊羊”图像。第二步:选择“图像”菜单中的“翻转/旋转”命令, 打开“翻转/旋转”对话框。第三步:在“翻转/旋转”选项中选择“水平翻转”。 (注意:当我们选择相应的翻转时, 单选框中会有小圆点) 第四步:单击“确定”按钮。下面请同学们打开桌面上的“练习”文件夹, 选择“帮美羊羊逃跑”文件来操作, 完成之后, 保存一下。大家一起动手吧!生:学生练习, 教师巡视。师:同学们做的都很好, 顺利地帮美羊羊逃跑了。同学们注意:在进行水平翻转的过程中, 把整个画面都翻转了, 知道是什么原因吗? (出示未选定的作品, 翻转效果) 怎么处理?主题2:帮助美羊羊画出倒影。师:美羊羊真是太爱美了, 来到这美丽的小河边也忘不了照照自己。 (出示贴图) 师:可是河里怎么没有她的影子呢?你们愿意帮她吗?生:愿意。师:请同学上黑板来帮美羊羊贴出她的倒影?这位同学做得很好, 像这样把图案上下翻转, 就是我们要学习的垂直翻转。板书:垂直翻转。这种图案上下方向的翻转, 我们称为垂直翻转。板书:垂直翻转下面请同学们帮美羊羊画出她的倒影。打开“美羊羊倒影”文件, 赶快动手试试吧!看看谁最先完成! (提示:垂直翻转与水平翻转在一起哦!) 生:学生操作练习。师:好, 请同学们停下手中的鼠标, 请同学上台来演示一下。 (边说边操作) 师:这位同学操作非常棒, 下面请同学继续来完成, 同桌可以相互帮助一下。主题3:画风车。师:同学们给美羊羊添上了她美丽的倒影。美羊羊照完湖面的镜子, 继续去玩耍。走着走着, 看到有个风车在地上, 忍不住玩了起来。下面我们一起来画个风车。首先观察一下, 风车有什么特点, 有哪些相同点和不同点。生:风车叶子的大小、形状相同, 叶子的颜色不同。师:如果老师给你一片风叶, 应该怎样来操作呢?请同学们来说说看。生:复制粘贴出三片风叶, 然后调整每片风叶的位置。师:谁愿意到黑板上跟老师一起贴出一个风车呢?准备了四片风叶, 第二片风叶怎么贴出来, 在什么位置? (在第一片风叶的基础上, 顺时针旋转了90度, 板书:旋转90度;第三片风叶呢?板书:旋转180度;第四片风叶呢?板书:旋转270度:三片风叶都按一定角度进行了旋转) 这就是我们要学习的按一定角度旋转。板书:按一定角度旋转。师:风车的画法我们清楚了吗?下面我们也来画个风车, 好吗?生:学生练习, 教师巡视。师:谁能够到老师的机器上, 当回小老师边讲边演示给同学们看一下。 (学生操作, 教师讲解) 真像个小老师, 做得太棒了!我们给他一点掌声。师:没有完成的同学, 老师再给你一点时间, 赶快完成。 (3) 总结, 延伸创作练习。学生读要求:欢乐的海洋。里面只有一只海豚, 一只海鸟, 鱼儿又少, 都朝着一个方向游, 你能让这片海洋变得欢乐无比吗?美丽的公园。公园里景色怡人, 可惜只有一只蝴蝶, 你能让这么美的景色变得更美吗?充分发挥自己的想象, 运用今天所学的知识来创作, 打开“创作”文件夹, 选择一个你喜欢的图案来操作。 (ppt出示要求) 学生练习, 师生评价、总结:今天这节课, 我们学习了调整图形, 掌握了“翻转/旋转”操作中的水平翻转、垂直翻转。按一定角度旋转来调整方向, 可以帮助我们将图片修饰得更加美丽。谈谈教师此刻的心情, 总结这节课学生的表现, 给予赞许。让学生对信息技术课的兴趣无限延伸。

五、教学反思

图形技术 篇11

最近，一份调查报告显示，超过70%的学生处于厌学状态。特别是学生面对传统数学教学中大量枯燥的公式、繁琐的运算和复杂的空间图形更是望而却步。借助什么手段使本身在这方面存在障碍的学生实现突破？如何改变过去困扰大多数学生的“被动接受知识, 机械模仿做题”却收效不佳的局面？教师如何在完成教学内容、符合教学要求的前提条件下，使教学形式尽量生动活泼，调动学生学习的积极性，使学生变被动接受式的学习为主动参与式的学习，使学生产生强烈的学习动机？如何培养学生主动学习的习惯，体会学习数学的快乐，在积极的良性循环中获取知识？

我们都知道“兴趣是最好的老师”。TI图形计算器中奇妙、形象和直观的图形语言能深深吸引学生，学生运用图形计算器在课堂上自己动手作图、亲历数学发现的过程、相互研究讨论、总结规律和发现新的问题，从而培养学生自行探究的能力，学生在这种状态下产生了浓厚的学习兴趣和强烈的求知欲望，自觉主动地、快乐地学习。

将知识点化难为易，使学生易于理解数学概念，更牢固地掌握数学知识，确保课堂效果的落实

如果只是简单地把规律讲授给学生，让他们模仿应用，不仅不利于学生创新思维的形成和发展，而且我们发现高一函数、三角函数部分的某些知识，如指数、对数函数的图像、性质及其变化规律以及函数的图像变换等，有一部分学生到了高三复习时仍出现问题。教师反思认为，一种可能性就是在这部分知识的教学过程中，规律并不是学生自己发现、总结、归纳出来的，而是教师用填鸭式的教学方式完成的，这样学习的知识学生怎能领会得深刻、掌握得牢固？

TI图形计算器的绘图功能使教师易于贯彻“数形结合”的思想，重要的是这个过程是学生自己动手进行探究，这一过程唤起学生原有知识经验中的感性成分，使学生在自主发现规律、总结规律的过程中，加深对数学概念的理解和记忆。

使学生养成发现问题、大胆假设和检验求证等研究问题的习惯，有效训练学生的数学思维能力和解决问题的能力

以往的数学教学中，许多优秀教师采用“问题—解决”教学法，强调“思维训练”，但“数学难”的状况没有得到根本改变。而手持图形技术动态模拟解决三种数学“语言”的同步与转化，为讨论式教学法、自主“研究性学习”等创造了好的条件, 从根本上实现了突破。

图形技术 篇12

1固定图形噪声的产生原因

固定图形噪声的起因是各像素的暗电流不均匀,因此即使没有入射光一样会发生,与噪声信号电压的储存时间成正比,并具有温度相关的性质。除此之外,CMOS图像传感器与电荷耦合元件(ChargeCoupledDevice;CCD)图像传感器的最大不同点,在于两者信号取出的方式(如图1所示)。由于CCD图像传感器对于光电转换的信号完全不加以任何处理,最后才由浮置扩散放大器(Floating DiffusionAmplifier,)将信号电压放大,因此中途加入多余的电荷或者转移劣化等原因会导致噪声出现。而在CMOS图像传感器方面,经各像素的信号分别放大后取出的过程,不易受到噪声的影响,但在放大本身也有相当大的问题存在。各像素利用各自的放大器放大信号电荷,也因为放大器的不均引发固定图形噪声。因此,以下两项是引起CMOS器件固定图形噪声的重大原因:像素放大器的偏差;光电二极管的暗电流。

1.1放大器的偏差

由如图2所示的CMOS图像传感器为例进行说明。首在光电二极管进行光电转换的信号电荷,由等价的电容器转换为光电二极管的电压变化。接着由连接栅极的MOS晶体管MA放大,并连接到列信号线的相关双采样(CorrelatedDoubleSampling;CDS)电路保持内存[2]。此时,由于MA同时进行负载晶体管ML与源极跟随器电路的动作,因此能够从MOS晶体管阈值电压的偏差直接表现出偏移性的偏差。一般认为,当饱和信号量约为数百毫伏到数千毫伏时,阈值电压的偏差就大到无法忽视。当然,不仅是放大晶体管MA的阈值偏差,阻抗之间也有偏差,但是如图2所示的方式,由于MA进行源极跟随器的动作,与阻抗之间相关感光度偏差较小,故可只专注于阈值电压偏差中,与光通量无关的偏移性偏差。

1.2暗电流

对于CCD图像传感器而言,降低光电二极管的暗电流可以说是永远的课题,同样,在研究初期的CMOS图像传感器其暗电流发生量大,因此对于照相机来说要实现实用化其目标一样遥不可及。原因是由于直接将MOS晶体管的源极-漏极和基板或电势阱的PN结作为光电二极管。此时,暗电流主要发生的部位是在光电二极管与元件分离的SiO2边界周边部位,以及在光电二极管的表面[3]。掩埋型光电二极管之所以成为CCD图像传感器的主流,是因为可以有效地抑制从周边与表面产生的暗电流,而CMOS图像传感器尚有改善暗电流的空间。

2抑制图形噪声的方法

由于在大部分的CMOS图像传感器构造中,放大晶体管经源极跟随器产生动作,导致阈值偏差发生偏移性而产生固定图形噪声,而利用减去偏移的成分来达到抑制的目的。因此,重点在如何减去,在这里主要介绍以下两种方式:ColumnCDS方式和电荷区域差值方式。

2.1 ColumnCDS方式

ColumnCDS方式是利用将像素信号与复位信号连接于列信号线的CDS电路进行减算,抑制放大晶体管阈值偏差的基本方法。由于内部可以直接处理模拟信号,因此不会增加外部信号处理的负担。

图3示出的是作为CDS电路及其动作时序,采用最少元件数的ColumnCDS方式。CDS电路将连接于各列的列信号线,首先在水平消隐期间的前半段与后半段,分别从像素单元输出像素信号与复位信号,并利用ФCL与ФSH脉冲钳位在CCL,而后采样于CSH。结果在CSH上相当于进行了像素信号与复位信号的减算,并维持抑制固定图形噪声后的信号[4]。之后,像素信号与列选择脉冲同步进行信号输出。

2.2电荷区域差值方式

电荷区域差值方式是经常使用的方式,不但可以充分抑制像素的固定图形噪声,同时可抑制列电路内发生的固定图形噪声。该动作正如其名,就是利用电荷计算像素信号与复位信号差值的方式。

如图4所示,首先当t=t1时,电容CL与CI在晶体管MR与MT的作用下,事先复位到各基准电压V-ref与电源电压VDD。在t=t2的时序下,在VCL上施加脉冲电压P1,利用决定像素的复位信号MOS晶体管ML的沟道电势,将CL的剩余电荷均分,并将该电荷量设定为基准值。之后,由于像素的输出从复位信号变换成像素信号(t=t3),由此变化ML的沟道电势。在t=t4的时序下,在VCL上施加电压P2,可以注入相当于复位信号和像素信号差值的电荷CI。利用这个动作,抑制固定图形噪声的电荷,通过水平信号线输出。

3结论

本文在分析了CMOS基本像素单元构造的基础上,得出了产生固定图形噪声的重要原因,并提出了两种抑制固定图形噪声的处理技术。由于固定图形噪声是决定图像SN比的重大因素,因此说CMOS图像传感器的课题在于去除像素内放大MOS晶体管的偏差,以及尽量降低光电二极管的暗电流。针对CMOS图像传感器特有的像素放大器所发生的固定图形噪声,除了本文提出的两种方法外,还可由其他多种方法解决[5],达到实用化的目的,从而为CMOS器件能够获得如CCD器件性能的画质提供了理论基础和实践经验。

参考文献

[1]张生才,董博彦,徐江涛.光电二极管有源像素CMOS图像传感器固定模式噪声分析.传感技术学报,2005;18(4):798—801

[2]佟首峰,阮锦,郝志航.CCD图像传感器降噪技术的研究.光学精密工程,2002;8(2):40—145

[3]刘上乾.红外CCD摄像机固定图案噪声及其校正.西安电子科技大学学报,2005;19(3):36—40

[4]陈榕庭.CCD/CMOS图像传感器基础与应用.北京:科学出版社,2007;102—108