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計算機圖形學實驗教學研究論文
摘要：針對數(shù)字媒體技術專業(yè)，學生編程能力弱，而計算機圖形學算法復雜等問題，提出將虛擬實驗、分層次實驗引入實驗教學中，把抽象對象和算法運算形象化、可視化，從而達到提高實驗教學水平，使學生充分參與實驗的教學目的。
關鍵詞：計算機圖形學；分層次實驗；虛擬實驗；實驗設計；數(shù)字媒體技術
1引言
數(shù)字媒體技術專業(yè)是以動畫設計、影視技術、數(shù)字媒體產(chǎn)品開發(fā)策劃與管理為基本理論與方法，涉及多種學科的新興專業(yè)。計算機圖形學課程作為數(shù)字媒體技術專業(yè)的理論基礎課程，理論性強、算法多、難度逐漸增大，而數(shù)字媒體專業(yè)更偏重于實踐應用，該專業(yè)學生大多有繪畫基礎，更喜歡操作軟件作圖，對理論學習有心理抵觸情緒。要在數(shù)字媒體專業(yè)中更好深入地開展此課程，更好運用所學知識來設計圖形及動畫，需要對傳統(tǒng)的課程教學方式做出改進與調(diào)整。經(jīng)過調(diào)查、研究、分析發(fā)現(xiàn)，造成上述問題的原因主要有以下幾方面。
2計算機圖形學實驗教學存在的問題
2.1學習興趣不持久，容易畏難放棄
學生初次接觸圖形學時充滿興趣，抱著能很快掌握繪制炫酷圖形、制作精美動畫的美好愿望，然而接觸以后發(fā)覺是枯燥理論的學習，基本圖形的生成。課程內(nèi)容與學生實際想達到的愿望落差太大。隨著課程的深入及難度的增加，逐漸失去了學習的主動性與積極性，學習目的變成了應付考試，獲得學分[1]。
2.2理論學習動力不足，編程思維弱
在多年的圖形學實驗教學中發(fā)現(xiàn)，數(shù)字媒體技術專業(yè)學生更擅長使用軟件類進行真實感圖形繪制、動畫制作，而對圖形具體如何生成、顯示等算法之類的基礎理論學習畏難而裹足不前。對于數(shù)字媒體專業(yè)的本科學生來說，他們更關注最后的圖形效果，而對原理并不想花太多的時間去研究。編程對于他們來說又是一大難題，學生習慣于軟件的操作，要轉(zhuǎn)換思維去深入思考實現(xiàn)工具更深次的原理，如果前期數(shù)學基礎與編程語言學習不扎實，對于他們來說，實驗變得可望而不可即。
2.3實踐課時不足，達不到訓練目標
從課程內(nèi)容上來看，大多數(shù)實驗為驗證性實驗，沒有創(chuàng)新型，難以引起學生興趣。計算機圖形學需要大量的實踐，只有不斷加深實踐才能體會到課程廣博精深。然而實際上實驗課程內(nèi)容偏少、課時少，編程能力不足，依葫蘆畫瓢成為學生上實驗課的通病，沒有實際價值，學生實踐能力沒有得到充分鍛煉。
3計算機圖形學實驗課程改革探討
3.1激發(fā)學生學習興趣
學生的學習不能理論脫離實際,教師應努力創(chuàng)設生活化情境,把教材內(nèi)容與實際應用場景結(jié)合起來,使圖形學學習真正與學生生活交融,實現(xiàn)教學貼近生活。這樣，學生就會真正體會到圖形學的美,感受到圖形學學習的真諦與價值。每次實驗講述實際應用情況，使學生有深刻的體會。受實驗課時限制，實驗教學時可以先演示實驗的預期效果，講解關鍵技術，采用誘導方式進行，再讓學生進行模仿、完成實驗，獲得良好的體驗，增強興趣，提高實驗效率。實驗項目采用分層次方法進行設計，包括實驗項目層次與實驗難度層次的劃分。設計實驗項目順序時，要采用先整體后逐個突破的思想，設計第一個實驗時要能使學生對圖形學的渲染繪制流程有整體概念，具體包含哪些步驟，實現(xiàn)順序等。后續(xù)實驗將圍繞每一個繪制步驟具體展開。設計實驗項目時要考慮到學生的層次，每個實驗進行難度等級劃分，劃分為基本練習、拓展練習和思考練習三項，例如基本練習，直線掃描轉(zhuǎn)換，拓展練習，顏色漸變直線，思考練習，繪制多邊形，使每個學生都有所收獲，激發(fā)學生對后面章節(jié)知識理論的興趣，從而逐步達到理論課程學習的目的。實驗課程結(jié)束后，則通過分組課程設計的形式進行綜合性練習[2]。
3.2教學內(nèi)容改革
數(shù)字媒體技術專業(yè)主要以實際應用為主，并不是以算法研究為目的。因此實驗課程內(nèi)容應向?qū)嵱眯赞D(zhuǎn)變。以MatlabOpenGL圖形庫為基礎，將圖形開發(fā)融合到實驗教學當中，提高實驗教學比重；減少算法程序描述講解，加強圖形學繪制流水線講解[3]。實驗中增加三維繪制流水線，學會簡單的OpenGL生成三維模型的函數(shù)，學會三維繪制過程、模型的變換等；模型導入及繪制，學會模型的導入和顯示，結(jié)合三維繪制流水線繪制簡單場景；使用OpenGL光照給場景添加光源，并使用紋理數(shù)組給模型添加紋理。
3.3教學方法與手段
為了在有限的時間內(nèi)達到實驗教學目的，需要改進教學方法與手段。首先對于一些基本操作如實驗環(huán)境配置，包括OpenGL軟件的安裝、基本圖元的繪制、顏色的設置、用鼠標和鍵盤對圖形進行交互控制等，采取類似于慕課的形式，由教師將這部分內(nèi)容的操作演示做成教學視頻，發(fā)布在校園網(wǎng)的網(wǎng)絡教學平臺，學生在上機實踐之前先通過下載視頻自學相關的基礎操作[4]。利用有交互功能的軟件制作實驗課件。將圖形學算法實現(xiàn)過程中，按算法的流程進行動畫編排。采用支持多場景功能軟件（例如Virtools），根據(jù)情況，將復雜的圖形算法的實現(xiàn)過程分解若個子算法，逐個演示子算法達到的效果，在各場景上實現(xiàn)相應功能轉(zhuǎn)，最后導出多媒體實驗課件[5]。
4結(jié)語
實踐證明，將制作虛擬實驗課件結(jié)合分層次實驗引入課堂，有利于計算機圖形學教學的展開，弱化了計算機圖形學中的難點，有助于教學效果的提高，提升了學生對課堂的參與性，提高了學生的實踐應用能力。后續(xù)還要在實驗教學中不斷地進行完善。
參考文獻：
[1]石巖.提高數(shù)字媒體專業(yè)計算機圖形學課程教學質(zhì)量的探索[J].教育論壇,2013(7):158.
[2]馬天.計算機圖形學層次性實驗設計研究[J].科技信息,2014(2):1.
[3]夏力前.數(shù)字媒體技術專業(yè)計算機圖形學教學內(nèi)容研究[J].中國教育技術裝備,2017,2(4):91-92.
[4]趙明.基于“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的《計算機圖形學》課程建設和改革[J].教育教學論壇,2016(48):122-123.
[5]趙智,陳兵.計算機圖形學課程虛擬實驗教學探索[J].教育教學論壇,2017,6(23):274.
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