计算机图形学课程教学改革探索

梁丽香　梁剑波

摘要：通过分析计算机图形学课程教学中所面临的主要问题，对图形学的教学改革从重视理论知识的学习，理解算法原理，启发式教学，结合实验强化学习方面，进行了探讨。实践表明，使用启发式教学对加深课程理解、培养学生独立思考能力和提高教学质量有明显的作用。

关键词：计算机图形学；图形学实验；教学改革；教学实践；启发式教学

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）08-0199-02

Abstract： through the analysisof the main problemsof teachingcomputer graphics ，teachingreform of graphics from the emphasis on the theory of knowledge， understanding the principle，algorithm of heuristic teaching， combined with experimental reinforcement learning， are discussed.Practice shows that， Using heuristic teaching to deepen understanding， to cultivate students' independent thinking ability and to improve teaching quality have obvious effect.

Key words： computer graphics； graphicsexperiment； teaching reform； practice teaching； heuristic education

1 引言

计算机图形学是研究怎样利用计算机来表示、生成、处理和显示图形的一门学科，在计算机辅助设计、地理信息系统、计算机游戏、计算机动画、虚拟现实等方面有着广泛的应用[1]，是计算机及其相关专业的核心课程，但是学生普遍觉得该课程难学，特别是计算机图形学的算法的数学基础知识，本文分析了学生学习中产生困难的原因，在教学中做了一些尝试。

2 计算机图形学课程教学中存在的问题

计算机图形学教学内容主要有：直线与圆的生成与计算、图形几何变换与输出、曲线和曲面、真实感图形显示。该课程学习需要有良好的数学基础，然而大多数学生数学基础较差，从刚开始学就产生恐惧心理，这给理论教学带来了很大的困难。

对于计算机图形学课程，学生的认识各不相同。学习之初，对图形学课程充满了好奇与期待。有的学生认为可能与艺术有关，有的学生认为该课程是学习如何开发游戏的，有的学生认为学好计算机图形学，就能进行游戏编程、动画设计、特效处理或平面图像处理等。而实际上计算机图形学本科课程，是计算机图形学的入门课程，教学内容要求只是理解基本图形绘制算法，学会基本图形的程序设计。学生学习过程中发现该课程并没有他们所想的有趣，而且过程中多是数学知识的推导，对该课程的兴趣慢慢消退，最后由失望转为放弃学习。

实验课内容集中在图形算法的实现上，需要学生运用学习过的高级程序设计编程语言进行编程，然而这些课程中一般又不涉及图形库编程接口（API）的讲授，学生在实验时觉得算法原理清楚，但是实现起来无从下手[2]。

3 强调理论知识的重要性，激发学生的学习求知欲

上好第一堂课，解除学生疑惑，阐述明白计算机图形学与各类相近学科之间的关系，明确计算机图形学学哪些内容。既要展示计算机图形学的发展前沿，又要联系课堂实际所讲内容，把它们之间的联系讲明白，告诉学生课堂上将讲其中哪一部分，让学生对所学知识有一个纵向和横向的认识。纵向上有个大概认识，为有兴趣的同学提供引导；横向上是课堂要仔细讲解的内容。这样，逐步让学生建立合理的期望，好脚踏实地步步向前。

学习的目的是为了应用，学生渴望在课堂上学到对他们认为有用的知识。很多时候我们需从宏观上、学生感兴趣的方面去导入课堂，逐渐地回到最基本的知识点上。比如图形变换，用学生最感兴趣的游戏场景来加以说明，图形的几何变换是构造场景的重要工具，投影变换是实现场景在二维屏幕上显示的基本原理。

4 建立合适的教学理念，提高教学质量

由于计算机图形学涉及很多算法，课堂讲授重点放在对知识发现、逐步完善的过程上，总结算法的特征，对学生进行思维方法培养和思维能力训练。从算法的提出背景出发，把课堂教学变成学生自己研究问题的过程，通过提问、引导鼓励启发学生不断去发现，不断去探索，寻求问题的答案，类似于寻求宝藏，给予学生一条条线索。这样枯燥的算法讲解就变成了一个启发式的研究过程，有利于提高学生的思维能力、发现问题和解决问题的能力[3]。

光栅图形学是计算机图形学中非常重要的一部分。其中直线、圆的生成算法中“增量法”是学生应该掌握的知识。可以首先讲述一下什么是增量法，是一种特殊的迭代，它特殊在哪里，和递推有什么区别，让学生从本质上掌握算法的原理。也可以直接以直线生成的实例来讲，但要引导学生逐步归纳总结出方法，让学生要有一个整体上的认识。比如直线的DDA生成算法，学生掌握很好的话，那么后续的直线的Bresenham算法以及中点画圆、圆的Bresenham 算法，学生可以触类旁通。可以试着让学生自学，检验学习效果。

5 强化实验环节，提高学生动手能力

教学实践过程中，可以采用MATLAB软件来模拟，MATLAB具有程序简单，显示方便等优点，有利于学生理解算法原理，激发学生学习兴趣。由于实验课时比较少，要合理安排。首先要让学生熟悉MATLAB软件使用，如何来编程。学生在实验时，有时不知使用什么命令实现。教师可以在教学中先把设计思想，以及要用到的重要命令讲解给学生，然后让学生来独立完成。

MATLAB有着直观形象的特点，通过调用MATLAB函数来实现三维对象的表示、曲线曲面的表示、图形变换、人机交互、光源设置、纹理映射等等，这些函数的调用比利用计算机图形学基本算法更直接、更简单、更快捷。通过实验，可以提高学生理论联系实际的能力。

6 结束语

计算机图形学课程的教学强调理论与实践相结合，由于该课程本身的特点我们采取结合计算机图形学的应用从整体上认识，启发式的教学方法，强化实验环节的方式教学。实践表明，该方式有助于提高教学效果。

参考文獻：

[1] 潘云鹤，童若锋.计算机图形学[M].3版，北京：高等教育出版社，2011.

[2] 郭玉珂.基于示例的《计算机图形学》教学改革研究[J].信息技术，2011（11）.

[3] 姚莉.计算机图形学教学改革与实践[J].实验科学与技术，2010（2）.