计算机图形学技术范文

导语：如何才能写好一篇计算机图形学技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：计算机图形学；计算机视觉；可视化技术

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0054-02

计算机图形学、计算机视觉以及可视化技术三者均是计算机领域重要组成部分，要做好计算机知识，就要先学好计算机图形学，但计算机图形学学习相对枯燥，尤其是算法教学难以理解，为解决这一问题，计算机视觉与可视化技术被应用到计算机图形学中。可见，三者之间存在一定的联系，因此，有必要对计算机图形学、计算机视觉以及可视化技术展开研究。

1 计算机图形学概述

1.1 计算机图形学目的

所谓的计算机图形学实际上就是怎样利用计算机表示图形，并利用计算机完成图形计算与处理，而这一过程的实现需要得到相关算法的支持。学习计算机图形学的目的是利用计算机技术为人们呈现既带有美感又不缺真实的图形（如下图1所示），为实现这一目标，就需要按照图形的要求创设合适的场景，并在一些光照模型的作用下，做好光照效果设计，在这一过程中需要计算机图形学能够与其他计算机技术相配合。经过计算机图形学出来的图像，多会以数字图像的方式展示出来，总的来说，计算机图形学与图像处理之间存在着一定的联系[1]。计算机图形学的涉及范围相对宽泛，不仅有图形硬件设计，还包括动画制作，虚拟现实等多个部分。此外，计算机图形学在动画制作中的应用频率也很高，如45分钟一集的动画影片中，85%的画面都需要用算机图形学来完成，由此可见，计算机图形学的应用频率极高，并在动画制作中发挥着不可替代的作用。因此，应重视计算机图形学的应用。

1.2 计算机图形学应用

随着计算机图形学的发展，它被应用到各个领域中，并发挥着重要作用。首先，在计算机辅助设计与制造中的应用，这是计算机图形学应用最多的领域，在计算机图形学被应用以后，不仅可以设计出更精准的图形，还能做好人机交互设计，强化修改能力。计算机图形学还被应用到三维形体重建中，利用该技术可以将原理的二维信息转化为三维信息，如在某次工程图纸设计中就应用了计算机图形学，经过一系列的处理以后，三维形体逐渐形成，最终实现了重建。其次，在医学领域中的应用。计算机图形学在医学领域中的应用多以计算可视化的形式展示出来，如在脑部手术中，医生为看清患处真实情况，经常需要利用在可视化技术的作用下将复杂的数据转化为图像，这时就体现了计算机图形学在其中的应用[2]。再者，在计算机动画中的应用，人们看到的动画影片就是计算机图形学作用的结果，以动画人物的行走为例，为保证动画人物的行走与自然人不存在过大差异，就需要应用大量的计算机技术，并在计算机图形学的作用下完成设计。最后，在计算机艺术中的应用。计算机图形学在计算机艺术中也有广泛应用，它不仅可以用于艺术制作，很多场景都是通过计算机图形学来完成的，现阶段，一些人正在利用计算机图形学创设人体模拟系统，其目的是让已故人士再次出现在荧屏上，这一目标的实现就需要得到计算机图形学的支持。

2 计算机视觉技术

2.1 计算机视觉技术含义

所谓的计算机视觉技术，实际上就是用计算机取代人眼做识别、跟踪以及测量等，同时也兼顾图形处理，其目的是让图像在计算机被处理以后更适于识别。对于计算机视觉技术来说，意在实现人工智能，主要是从图像与多维数据等方面实现人工智能系统设计[3]。计算机视觉是一种在相关理论与模型基础上发展起来的视觉系统，其主要构成部分有以下几种：

（1）程序控制，这一点主要体现在机器人设计上；（2）事件检测，多体现在图像监测上；（3）信息组织，主要体现在图像数据库等方面。计算机视觉三个阶段如图2所示，通过观察图1可以发现，计算机视觉存在于图像处理始终，从早期处理直到后期结束都存在，最终实现了3D描述，可见，计算机视觉具有十分重要的作用[4]。

2.2 计算机视觉技术的应用

现阶段，现代社会已经进入信息化时代，计算机技术也被应用到各个领域，并发挥着重要作用。计算机视觉的应用促使计算机实现了智能化，在该技术的支持下，计算机可以像人一样透过视觉看待世界万物，且具有良好的适应能力，但这一目标的实现还需要很长时间，需要一系列的努力才能实现。现阶段，计算机视觉应用最多的就是车辆视觉导航，然而，这种导航还没有实现完全自主导航，这也是需要进一步研究的地方。计算机视觉技术的适应性较好，特别适合在工业领域应用，即便是存在电子在干扰或温度变化较大的地方都能很好的运行，其整体效果也不会受到影响，再者，计算机视觉技术的嵌入性较好，成本相对较低，尤其适合在PC方案中使用，同时，具有一定的非接触能力，能够获取大量信息，且不受距离限制，总的来说，计算机视觉技术总体效果较好，适合利用在各种工业环境中应用，因此，应重视计算机视觉技术的应用[5]。同时计算机视觉还被应用到移动机器人设计中，主要是利用小波模板展示人体形态，然后做图像扫描，这样就可以顺利完成小波变换，进而了解到人的存在。同样，将计算机视觉应用到机器人设计上，可以自动检测出正在行动的人或车辆，而无法检测到静止的人，之所以会出现这样情况，主要是由于其中采用率步态分析法。

3 可视化技术

3.1 可视化技术含义

可视化技术是一种综合了计算机图形学与图像处理于一体的技术，它可以将复杂的数据转化为图像并在屏幕上展示出来。在可视化技术中，融合了以上两种技术的特点，并在多个领域都有应用，随着可视化技术的应用，不仅有效实现了数据表示，还强化了数据处理能力，更对数据决策分析有一定作用[6]。现阶段，虚拟现实技术已经成为可视化技术主要发展方向。

3.2 可视化技术的应用

首先，在计算机图形学教学中的应用，计算机图形学相对枯燥，相关知识也很抽象，不便于学生理解，在计算机图形学中最重要的部分是曲线曲面，而这些曲线曲面多是与数学模型有关，具有一定的抽象性，学生理解难度较大，以往教师只能通过一系列的公式演算帮助学生理解，尽管这样依然难以让学生掌握曲线变化情况，学生依旧无法正确理解。为减少这种情况的发生，可视化技术被应用到计算机图形学教学中，教师将抽象的知识用动画的形式展示出来，学生只要观看动画，拖动一定的控制点就可以了解到曲线变化情况，这样一来不仅增加了教学趣味性，学生也可以随意变动曲线，让复杂的知识变得简单，深化学生对计算机图形学知识的深度理解，同时，利用可视化技术在一定条件下，还可以完成代码编译，如在Actoin ScriPt中做编译，这样也可以增强学生的理解能力[7]。

其次，在医学领域中的应用。医学领域对于可视化技术的应用主要体现在放射治疗与矫正手术上。通过可视化技术可以屏幕上看到手术整个过程，并将原来细节部位放大，手术医生观察的更加细致，手术成功几率也会大幅度提升，患者生命也能得到保证（如图3所示）。如在对某名患者进行身体检查的过程中需要应用到可视化技术，由于通过检查会获得大量数据，而这些数据又相对复杂，但在可视化技术下就可以通过图表、曲线图或立柱图的方式展示出来，经过可视化技术的作用，了解到患者的血糖为5.6mmol/L，医生可以根这一数据做出诊断，而不必再分析这些数据。据不完全统计，80%的医疗检查工作都是需要利用可视化技术。

地质勘探是我国最重要的工作之一，由于多数矿藏都深埋地下，即便使用探测仪受多种因素影响也无法了解到实际矿藏情况，这就需要应用到可视化技术，在可视化技术的作用下，相关工作人员可以了解到地下有无矿藏，如果存在矿藏，相关工作人员也可以了解到矿藏所在位置与实际储备量，进而为矿藏开采奠定基础。如在地质勘探中，相关工作人员利用可视化技术做地形图整理，然后从中提取地形数据，再用CATIA做导入，这样就可以完成地形模型创建，这样就完成了三维地质模型创建工作，同时在相关工作台的影响下，还可以完成地形数据导入，进而生成一定的地形云点，如果其中存在错误，可视化技术也可以将其中的错误内容删除，这些都是可视化技术所带来的好处[8]。由此可见，可视化技术已经成为地质勘探中不缺少的技术。

最后，在气象预报中的应用（如图4所示）。利用可视化技术能够将数据转化为图像，通过观察图像就可以了解到云层变化情况，同时也能了解到实际风力大小与风走向等，气象预报人员就可以根据图像做出精准分析，需要了解气象变化的人也能了解到现实情况，如果气象条件恶劣，相关工作人员也可以及时做出工作调整，减少危险事件的发生。据不完全统计，可视化技术在气象预报中的应用频率高达100%，由此挽回的经济损失高达13.2亿元，可见，可视化技术在气象预报中的应用十分有必要，因此，应重视可视化技术在气象预报中的应用。

4 结语

通过以上研究得知，计算机图形学、计算机视觉以及可视化技术三者各具特色，三者间也存在一定的关系，尤其是可视化技术综合了前两者的特点，并融合了其他技术，在很多领域中都有应用。可视化技术是现阶段应用最多的一种技术，在计算机图形学教学中也有应用，并发挥着不可替代的作用。本文分析了计算机图形学、计算机视觉以及可视化技术的含义与应用，希望能为相关人士带来有效参考，正确利用这些技术。

参考文献：

[1]陈敏雅，金旭东.浅谈计算机图形学与图形图像处理技术[J].长春理工大学学报，2011（01）：138-139+146.

[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，2010（33）：9551-9552.

[3]滑瑞朋.计算机图形学的应用及研究[J].山西科技，2012（05）：37-38+45.

[4]刘涛，仲晓春，孙成明，郭文善，陈瑛瑛，孙娟.基于计算机视觉的水稻叶部病害识别研究[J].中国农业科学，2014（04）：664-674.

[5]关然，徐向民，罗雅愉，苗捷，裘索.基于计算机视觉的手势检测识别技术[J].计算机应用与软件，2013（01）：155-159+164.

[6]许志杰，王晶，刘颖，范九伦.计算机视觉核心技术现状与展望[J].西安邮电学院学报，2012（06）：1-8.

篇2

国际先进工程教育理念CDIO方法，让学生以主动、实践、课程之间存在有机联系的方式学习，该方法有实践可操作性、全面系统性和广泛适应性这三方面优点，文献融合该理念方法进行了图形学课程教学改革，设计了一个分层次的完整实验体系，包括基础验证实验、综合强化实验和创新培育实验三个层次。通过分析以上三种方法，总结出以下共同的观点：实验设计要以学生为中心，充分激发学生的主观能动性，内容难度要分层次，具有可操作性。

然后对目前计算机图形学实验设计中存在的问题进行分析。一是与前导课程的衔接问题，该课程一般在大三以上开设，线性代数等数学课程内容间隔时间较长，而C/C++程序设计语言、数据结构等课程又缺乏实践，有的专业VC程序设计课程还没开课；二是很多图形学实验设计都是基于OpenGL图形API，整个实验的设计变成了OpenGL图形平台的应用熟悉过程，一些图形学基本算法的实验变成了OpenGL函数的调用，图形学算法实验无法起到应有的实践练习作用；三是图形学算法知识点分散，学生难以融会贯通、完整地掌握相关算法之间的联系；四是实验效果不理想，由于同时进行实验的学生过多，导致实验指导无法面面俱到，有些学生不认真进行实验、抄袭实验报告来应付。通过以上问题分析，在进行实验设计时要选择合适的练习平台，设计实验项目时要考虑到课程延续性、整体实验展示和实验管理考核问题。

2.层次性实验设计

计算机学院信息与计算科学属于理科，该专业学生的数学基础很强，对于课程中涉及到的图形算法内容容易理解，但是该专业学生的编程基础相对薄弱，对于课程中算法的程序实现有一定难度；软件工程、计算机科学与技术两个专业则刚好相反。兼顾三个专业学生的特点，需要选择理论与实践并重的理论课程教材，这里选用的是清华大学出版社出版、孔令德编著的《计算机图形学基础教程（VisualC++版）(第2版)》。该书配套的实践教辅书内容太广，实验项目设计综合性太强，现有实验指导书的内容陈旧且与新教材不匹配，因此需要精选实验项目、重新制定实验指导书。根据第2节对实验设计方法和问题的分析和三个专业学生的特点，实验项目采用分层次方法进行设计，包括整体实验项目设计的层次性以及每个实验项目难度的层次性。

首先是整体实验项目设计的层次性，设计实验项目顺序时，要采用自顶而下的思想，第一个实验项目要能使学生对图形学的渲染绘制流程形成整个概念，能明白图形学是用来做什么的，都包括哪些步骤，后续实验项目则对应每一个绘制步骤具体进行实验练习；然后是实验项目难度的层次性，设计每个实验项目时，要考虑到不同层次学生的练习效果，对实验内容进行难度划分，这里将每个实验项目划分为基本练习、拓展练习和思考练习三项，其中基本练习用来对教材算法进行实现验证，拓展练习用来综合应用所学算法实现复杂问题，思考练习用来分析还要做什么工作，激发学生探索后续章节知识理论的兴趣，达到促进理论课程学习的目的。

所有实验都是基于VC的MFC，版本选择较新的VisualStudio2005，图形生成、填充、几何变换、投影变换、光照等全部从底层进行设计实现。实验课程结束后，则通过分组课程设计的形式进行综合性练习。根据整体教学任务课时情况，计算机图形学实验课程为8次16学时，为保证教学和实验的连贯性，其中实验内容安排对应教材知识点和示例。受实验课时限制，实验教学时可以采用“先授之以鱼，再授之以渔”方式进行，先演示实验的预期效果，再让学生进行模仿、探索实验，以提高实验效率。实验成绩主要考核学生对具体算法的理解和实现能力，由平时实验成绩和课程设计成绩组成，为使成绩判定公平合理，平时实验成绩通过考勤和现场提交实验成果判定，课程设计成绩通过分组答辩、综合打分判定。

3.结语

篇3

关键词：计算机图形学；可视化；计算机动画；教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）13-3088-02

1 计算机图形学的相关理论

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

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.

篇4

一、计算机图形学教学的重要性

随着信息技术的发展，与计算机图形学（以下简称图形学）相关的理论与方法，越来越受到关注与重视。图形学是研究与讨论用计算机把数据转换为图形，并在显示终端上显示的学科[1]。由于图形所携带的信息比纯文本方式要丰富多彩，图形数字化的应用迅速在各领域快速发展，计算机图形学技术深入人们工作、生活的各个领域，从航空航天飞行器以及汽车外形的设计、天气预报，到电影电视广告、游戏制作、可视电话、微信等，都因为计算机图形学技术的应用而精彩。

目前国内高校的计算机以及相关专业多数开置了“计算机图形学”课程，也是计算机及相关专业的重要课程之一。该课程理论与实用并重，又是如数字图像与模式识别、3D动画编程等实用性强的课程的前置课程，因此，学生对计算机图形学课程充满好奇与期待。

二、计算机图形学课程特点、教学过程中存在的问题及教学改革

1.计算机图形学课程特点。首先，涉及内容广，是计算机图形学课程的特点之一。计算机图形学是一门涉及多学科的综合性课程，其内容包括计算机硬件、软件、空间解析几何、算法原理、编程等，因此要求学生具备多方面的知识。如较好的数学基础，特别是空间解析几何、线性代数、矩阵论等数学基础知识，计算机语言编程、数据结构等方面的知识。

其次，?课程在理论方面，涉及的原理需要一定的数学基础才能较好理解，繁多又抽象的图形生成算法增加了学习的难度。

第三，理论与实验并重的课程。用计算机语言描述并实现图形学的问题的过程。也就是其内容包括计算机语言及图形学知识。一般而言，对图形学相关的基本算法描述的理解是学生学习计算机图形学的一个难点，是一个从理论到实践的认识过程。

2.存在的问题。由于计算机图形学课程的特点，在教学过程中，学生普遍反映：都能认识到计算机图形学是一门重要的、有用的、实用的课程，对学习计算机图形学课程开始时抱着极大的兴趣学习，但是，随着课程的深入学习，图形算法越来越复杂，虽然课堂上能听懂算法的原理与流程，但是课后上机实现算法却感到困难，理论与实践不能很好结合。随着时间的推移，不能解决的问题的累加，旧的内容未理解、问题还没解决，又要忙于学习新内容，学习变成了一种压力，积极性和自信心受到打击，学习主动性逐渐下降，这样一来，教学效果不理想。总之，学生感到图形学的内容不易理解、不好学，理论与实验总是存在一定的距离。

3.教学方法的改革。为了解决面对教学过程遇到的问题，提高计算机图形学课程教学质量、收到更好的教学效果，不少计算机图形学的老师们在教学实践中，尝试用不同的教学方法进行课堂教学，收到了很好的教学效果[2]。

计算图形学的内容中，其重点与难点都会涉及到复杂算法的内容，而这些内容对学生来说，是最难理解的，用常规的教学方法，其效果相对较低，因此，计算机图形学教学过程中，不同的教学内容，应选取和采用合适的教学方法才能收到更好的教学效果，使教学方法的效率最大化，实现教学方法精准化。为了在计算机图形学的教学实现教学方法的精准应用，本文提出：在涉及复杂算法内容教学过程中，引入虚拟现实技术[3]，用三维交互技术对复杂算法的流程及运行机理进行描述，使复杂算法问题具体化、简单化，更易于理解，把理论与实验这两者这间更好地融会贯通，更好地抓住学习计算机图形学的重点与难点，把握学好计算机图形学的关键，化解学习过程中的难题。

三、计算机图形学虚拟现实技术教学改革

1.虚拟现实技术引入计算机图形学课堂教学的必要性和重要性。要实现与理论与实践相结合，首先要充分理解算法的原理、算法的核心、流程。但是，大部分计算机图形学的算法，都以数学理论为支撑，要求学生具备如空间解析几何、线性代数、矩阵理论及应用等数学基础知识，换言之，良好的数学基础，是学好计算机图学算法的有利条件。而良好的数学基础，需要通过专业训练。一般情况下，我们面对的学生其数学基础都不是很好，这也是学生对算法学习感到相对困难的原因。针对这种情况，在算法教学过程中，利用现代信息技术替代传统的粉笔和黑板，引入计算机技术进行算法的模拟演示，使算法的描述和实现的流程形象化、具体化，也就是通过虚拟现实技术，把抽象的算法转化虚拟环境进行动画演示，让学生易于接受与理解，从而激发学生主动学习的积极性，让教学效果达到最佳，为学生课后上机实现算法做好充分的准备，实现理论与实践的结合。因此，在教学过程中引入虚拟现实技术，是很有必要的。

2.虚拟现实技术引入计算机图形学课堂教学的过程。教学过程中，将抽象、无形的数学模型通用虚拟现实技术将其具体化、形象化。具体实现如下：将算法实现的过程分解，用虚拟技术的方法将算法运行中的步骤和中间结果一步一步演示，以课件的形式在课堂演示，让学生建立数学模型、算法与代码之的对应关系，达到更深刻地理解各种图形算法的原理及实现过程。

本文选择Virtools4.0+3Ds MAX作为课件的开发环境。3DsMax具有很强的建模功能，由于图形学算法实现流程中的计算单元（内存、函数等）在对应的虚拟实验场景中可用简单的几何体（正方体、园柱体、球体等）表示，在单一的场景中，3DsMax可以实现快速、高效的建模，此外，Max带有许多批量建模的工具，如使用镜像、散布、阵列等工具，可实现任意多个精确（几何体的坐标）的建模，完全满足了图形学虚拟实验场景建模的需要。Virtools是一款比较成熟具有三维交互式的最后合成软件，其良好的兼容性突显其优势，通过相应的插件直接导入经过转换输出的3DsMax构建的虚拟场景及动画（3DsMax中预设的动画），Virtools中支持多场景功能，可通过交互功能实现多场景间的切换、跳转等，使虚拟实验表现力更强、更灵活和多样，表现出虚拟实验直观、交互、多样性等优势。

??现过程：将图形学算法实现过程中涉及的内存单元、变量以及函数在虚拟场景中实体化（在虚拟场景中可用长方体或球体等表示），构成图形算法实现的虚拟的场景，在3DsMAX中建好的（单一）场景导入Virtools中，按算法的流程进行动画编排。由于Virtools支持多场景功能，可根据需要，将复杂的图形算法的实现过程分解为若干个子算法（过程），在Virtools中用不同的场景表现不同的相对独立的子算法，即依次在不同场景中编排相应的场景动画实现子算法，在各场景上设计交互界面，实现场景间的切换和跳转，最后导出生成具有交互功能的三维虚拟实验课件。

篇5

计算机图形学 教学方法 上机实践计算机图形学课程在我校已经开设了多年，其教学任务是本着理论与实践相结合的原则，以基本概念、算法原理和实践技术为主线，使学生掌握计算机图形生成与处理技术的基础知识、基本原理和方法，培养学生的实际动手能力。然而，历年的教学工作中发现，由于该课程学科内容丰富、理论难度大、实践性强，且作为专业限选课学时又有限，导致了学生对所学内容不易掌握，疲于应付，甚至产生学生厌学、教学低效等现象。因此，如何提高学生的学习兴趣，增加课堂信息量，解决课时少与内容多的矛盾、理论与实践的矛盾，是计算机图形学教学工作中一个非常值得思考的问题。本文面向计算机科学与技术专业，在分析计算机图形学教学中存在问题的基础上，针对该课程的学科特点和学生的特点，根据笔者近年来在教学实践中的亲身体会，探讨一种新的教学思路和方法。

一、认真组织课堂教学内容该课程的基本目标是是学生全面而系统地理解计算机图形学的相关概念、原理和知识，具有一定实践体会和相关的编程能力，了解当前的研究热点。计算机图形学这门功课，没有学习积极性和主动性，是很难学好的。难学是学习积极性的主要障碍。因此在教学内容上，应注意以下几点：充分注意学生的接受程度，教学内容要“精”。首先是注重基础，强调基本概念、基本原理，以如何“逼真”地模拟现实世界的物体为主线。其次也要突出重点，对一些要求掌握的算法，要仔细分析，强调其基本思想、基本原理。只要算法的基本思想掌握了，算法的实现就容易理解，对相关算法就可举一反

三、触类旁通。在教学内容上，也应注意“新”。教学内容的选取应跟上学科发展的步伐，介绍一些当前的研究热点（如：真实感图形显示、计算机动画、人机交互技术与虚拟现实技术等）及重要文献，使学生了解学科发展情况，也同时增加课堂教学的趣味性。在教学内容上，还应注意理论与实用软件之间的关系。应介绍计算机图形学的理论、算法在流行的图形设计和动画制作软件中的应用，促进理论学习和实用软件使用形成互动。

二、注重教学方法和手段在教学方法上，注意启发性。如：在讲画线算法前，应思考：为什么在屏幕上画出直线段时，经常出现锯齿？如何解决？等等。这些思考的问题可以引导学生预习和自学，减轻课堂负担，使课堂教学的目标清晰，任务简化。在重要算法的讲授中，首先在清晰的介绍其基本思想和原理，应作到深入浅出，简明扼要，充分利用图形图示的作用，这样使复杂的算法变得易于理解，易于学生的接受。在介绍算法的奇思妙想之后，应注意分析其效率和特点，强调追求高效率、精益求精是算法不断改进的重要原因。在算法讲解中，应避免繁琐复杂的算法推导和连篇累牍的算法分析，这样会使很多学生感到困惑、烦躁，会使学习的积极性下降。

三、恰当设计课前、课后习题习题应与课堂教学、上机实验等环节的工作结合起来。习题可分为课后习题和课前思考题。课前思考题具有一定的引导作用，帮助学生预习和自学，减轻课堂负担，使课堂教学的目标清晰，任务简化。课后习题是对课堂教学内容的消化、吸收、补充、完善和提高。习题一定要精心设计和选择，特别避免作业形式单一、难度较大，否则就会使学生产生畏难情绪。注意循序渐进、难易适度。注重基础，注意多层次、多形式（如判断题、选择题、填空题、简答题、算法设计题和综合应用题等），使学生得到全面的训练。习题应注意启迪学生的思维，培养独立思考的能力，也可大大提高学习兴趣。根据课程教学需要，在参阅一些著名计算机图形学教材的基础上，笔者经过收集整理，编写了教学辅助材料《计算机图形学习题集》。

四、充分重视实验教学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计算机图形学基本理论和算法。好的实验内容充满了趣味性，又有挑战性，在上机实验中可以提高学生的学习兴趣，必然影响其它教学环节。

五、课程设计必不可少课程设计是计算机图形学实践教学的另一个重要环节，是对学生计算机图形学课程以及相关知识的综合测试，是对学生图形设计的问题分析、算法设计与分析、程序设计和调试等能力的考核，是进一步提高教学质量的有效途径。课程设计在课程教学的中后期完成。课程设计的题目、要求在该课程的中期给出，题目也可自拟。课程设计任务不宜过难，最好在实验课的基础上进行，可以是实验的综合、改进、完善等。要求在规定的期限内完成所有的文档资料（包括源程序清单、可执行程序等），并评定课程设计成绩，作为课程总成绩的重要组成部分。

六、严格教学的过程化管理与考核重视教学的过程化管理与考核是保证教学质量的重要手段。对课堂、作业、实验等环节进行有效的管理，及时发现和纠正每一环节中存在的问题。应在过程中解决教学中的问题，不能让其积累起来，避免学生感到课程的难学，以致学习积极性的下降。过程化考核体现在评定学生的课程成绩时，全面考核各重要教学环节（如上课、作业、实验、课程设计、期末考试等）的学习情况，应充分重视平时的学习情况，鼓励在平时作业、实验、课程设计中独立思考，并有所创新。每次作业、实验都要给出等级，各环节的学习情况都有逐一评定成绩，并按比例记入到课程的总成绩中。总之，计算机图形学是一门不断发展的交叉学科，其教学方法需要在实践中不断探索。我们教学工作者在研究高效率的教学手段和教学方法的同时，还应积极参与教学内容相关的科研工作，从而更加明确教学重点和难点，做到在教学过程中有的放矢，激发学生学习和思考的积极性和主动性。

参考文献：

[1]何援军.计算机图形学

[M].北京：机械工业出版社，2009.2.

[2]吴元斌.“计算机图形学”教学的几点体会

[J].安康师专学报，2004，（4）：119-121.

篇6

关键词：图形实时绘制 自然景物仿真

计算机图形学(ComputerGraphics，简称CG)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。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。经过30多年的发展，计算机图形学已成为计算机科学中最为活跃的分支之一，并得到广泛的应用。本文将介绍计算机图形学的研究内容、发展历史，应用和图形学前沿的方向。

1 计算机图形学的发展简史

1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院(MIT)旋风号—(Whirlwind)计算机的附件诞生了。该显示器用一个类似示波的阴极射线管(CRT)来显示一些简单的图形。在整个50年代，只有子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形学处于准备和酝酿时期并称之为：“被动式”图形学。1963年，伊凡•苏泽兰在麻省理工学院发表了名为《画板》的博士论文，它标志着计算机图形学的正式诞生。此前的计算机主要是符号处理系统，自从有了计算机图形学，计算机可以部分地表现人的右脑功能了，计算机图形学的建立意义重大。

2 计算机图形学的应用

2.1计算机辅助设计与制造

CAN/CAN是计算机图形学在工业界最广泛，最活跃的应用领域。计算机图形学被用来进行土建工程，机械结构和产品的设计，包括设计飞机、汽车、船舶的外形和发电厂、化工厂等的布局以及电子线路、电子器件等。有时，着眼于产生工程和产品相应结构的精确图形，然而更常用的是对所设计的系统，产品和工程的相关图形进行人—机交互设计和修改，经过反复的选代设计，便可利用结果数据输出零件表、材料单、加工流程和工艺卡，或者数据加工代码的指令。在电子工业中，计算机图形学应用到集成电路、印刷电路板，电子线路和网络分析等方面的优势十分明显。在网络环境下进行异地异构系统的协同设计，已成为CAD领域最热门的课题之一。现代产品设计已不再是一个设计领域内孤立的技术问题，而是综合了产品各个相关领域，相关过程，相关技术资源和相关组织形式的系统化工程。

CAD领域另一个非常重要的研究领域是基于工程图纸的三维形体重建。三维形体重建是从二维信息中提取三维信息，通过对这些信息进行分类，综合等一系列处理，在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体的点、线、面及其拓扑关素，从而实现形体的重建。

2.2科学计算可视化

目前科学计算可视化广泛应用于医学，流体力学，有限元分析，气象分析当中。尤其在医学领域，可视化有着广阔的发展前途。依靠精密机械做脑部手术是目前医学上很热门的课题，而这些技术的实现的基础则是可视化。当我们做脑部手术时，可视化技术技术将医用CT扫描的数据转化成图象，使得医生能够看到并准确的判别病人的体内患处，然后通过碰撞检测一类的技术实现手术效果的反馈，帮助医生成功完成手术。我们利用了可视化技术。天气气象站将大量数据，通过可视化技术转化成形象逼真的图形后，经过仔细的分析就可以清晰的预见几天后的天气情况。

2.3图形实时绘制与自然景物仿真

重现真实世界的场景叫做真实感绘制。真实感绘制主要是模拟真实物体的物理属性，简单的说就是物体的形状，光学性质，表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置，遮挡关系等等。在自然景物仿真这项技术中我们需要过行消除隐藏线及面、明暗效应、颜色模型、纹理、光线跟踪，辐射度等工作。这其中光照和表面属性是最难摸拟的。而且还必须处理物体表面的明暗效应，以便用不同的色彩灰度来增加图形的真实感。自然景物仿真在几何图形、广告影视、指挥控制，科学计算等方面应用范围很广。除了建造计算机可实现的逼真物理模型外，真实感绘制还有一个研究重点是研究加速算法，力求能在最短的时间内绘制出最真实的场景。

2.4计算机动画

随着计算机图形和计算机硬件的不断发展，计算机动画应运而生。事实上动画也只是生成一幅幅静态的图象，但是每一幅都是对前一幅小部分修改，如何修改便是计算机动画的研究内容，这样，当这些连续播放时，整个场景就动起来。

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。计算机动画内容丰富多彩，生成动画的方法也多种多样，比如基于特征的图象变形，二维形状混合，轴变形方法，三维自由形体变形等。近年来人们普遍将注意力转向基于物理模型的计算机动画生成方法。这是一种崭新的方法，该方法大量运用弹性力学和流体力学的方程进行计算，力求使动画过程体现出最适合真实世界的运动规律。然而要真正到达真实运动是很难的，比如人的行走或跑步，要实现很自然的人走路的画面，计算机方程非常复杂和计算量极大，基于物理模型的计算机动画还有许多内容需要进一步研究。

2.5计算机艺术

用计算机从事艺术创作，计算机图形学除了广泛用于艺术品的制造，如各种图案、花纹及传统的油画、中国国画等。还成功的用来制造广告、动画片甚至电影，其中有的影片还获得了奥斯卡奖。这是电影界最高的殊荣。目前国内外不少人士正在研制人体模拟系统，这使得在不久的将来把历史上早已去世的著名影视明星重新搬上新的影视片成为可能。这是一个传统的艺术家无法实现也不可想象的。

篇7

摘要：“计算机图形学”是计算机专业的一门非常重要的基础课程，但在教学中存在很多问题，本文总结了两种结合方式的教学方法，分析和探讨了其在教学中的应用。

关键词：计算机图形学；教学方法；教学与实验

中图分类号：G642

文献标识码：A

1引言

“计算机图形学”在计算机科学与技术专业的一门基础课，其课程涉及图形硬件设备、图形系统、交互技术、基本图形生成算法、几何变换、真实感图形生成等内容。在笔者的教学实践当中发现教学过程中普遍存在以下两个问题。

1.1理论知识掌握方面

由于“计算机图形学”具有较强理论性，部分算法比较抽象不易理解。所以学生在学习的时候很难将抽象算法与具体的三维图像结合起来，经常表现出畏难情绪。

1.2实践能力培养方面

由于“计算机图形学”课程的教学主要精力放在了图形的基本概念和算法原理的讲解上，上机实践环节滞后；另外，现在大部分的教材中仍然是以Turbo C作为上机实习的平台，但是由于Turbo C再实际应用中早已不作为开发工具使用，学生并不能够在实验中获得未来就业环境下真是需要掌握的编程知识，需要二次学习才能适应社会的需求。

针对以上问题，给出以下解决方案。

2理论讲解与具体开发工具的使用相结合

图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。如何在计算机中表示图形以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要研究内容。目前，大部分《计算机图形学》教材都是以计算机图形学的基本概念、基本理论、基本原理及经典算法作为主要内容，以丰富学生的基础知识，培养学生的独立研究能力。然而，在微型计算机日益普及的今天，随着计算机科学及技术的发展，出现了很多功能完善的图形软件标准和图形软件，如何利用他们培养学生的学习兴趣，提高实际应用的能力，则是当今教学的重点。

为了能够更加广泛地接触和学习图形软件，笔者在以Turbo C语言作为开发工具来介绍基本图元的经典画法的同时，将OpenGL引入到计算机图形学的学习中。

OpenGL是近10年来发展起来的一个性能卓越的、通用共享的三维图形标准，已得到广泛应用。OpenGL提供十分清晰明了的图形函数，所以图形绘制可以通过它的各种函数来实现。OpenGL具有标准型、稳定性、可扩展性、可缩放性、易用性、可靠性和可移植性等特点。与其他图形程序包相比，OpenGL应用程序代码行数少，又封装了有关基本硬件的信息，因此在很多领域都得到广泛的应用。

在教学过程中，为了让学生对“计算机图形学”中所讲解的知识能够更好的理解和掌握，可以从三个步骤来进行讲解：

2.1理论讲解――基本概念、原理及算法

理论讲解过程中，我们可以把OpenGL与之结合起来。例如：我们在讲解直线的扫描算法时，首先介绍经典的中点绘制直线算法和Bressman算法，通过这两个算法的原理的介绍可以使学生了解到在计算机中怎样以像素作为处理单位来实现直线的绘制。然后，我们可以介绍一下OpenGL中对直线进行绘制的方法，从而体会两种开发工具的相同和不同之处：

(1) Turbo C：Bressman算法实现直线的绘制

voidBresenham_Line (int x1, int y1, int x2, int y2,int color)

{

intx, y, dx, dy, dk, i；

dx = x2 C x1；dy = y2Cy1；dk = dy C dx；

x = x1；y = y1；

for (i = 0; i

{ putpixel (x, y, color);

x=x + 1;

if(dk

dk=dk+2*dy;

else

{y = y + 1； dk = dk +2*dyC 2 * dx； }

}

}

(2)OpenGL实现

glBegin ( GL_LINES );

glColor3f(1.0,1.0,0.0);

glVertex2f(-11.0,8.0);

glVertex2f(-7.0,7.0);

glEnd();

在Turbo C中需要具体的算法和参数实现对像素逐个处理从而形成一条直线；在OpenGL中我们只需要给出直线的坐标、属性的数据就可以得到一条直线了。这样学生就可以了解到直线的绘制原理，以及在实际开发中具体实现发法，有效地把理论知识与实际应用结合起来，达到了较好的教学效果。

2.2多媒体演示――各种图元、概念、算法的实现和变化过程

由于“计算机图形学”这门课程中的很多理论知识比较抽象不容易理解，特别是需要学生具有较好的三维空间的立体感，才能更好的理解所学的知识，例如对坐标变换、投影变换等部分的概念的理解，对很多学生来讲都很难理解，为了达到更好的教学效果，可以将OpenGL引入到课程学习中，通过OpenGL的对应函数的多媒体演示，帮助学生更好地掌握这部分知识。在介绍了基本的变换中的平移变换、缩放变换和旋转变换的概念时，在计算机图形学中我们一般是通过二维的图形来帮助学生理解，如图1～3。

OpenGL多媒体演示见图4。

在OpenGL中分别使用glTranslatef()来表示平移变换，三个参数分别表示在三个坐标平移的距离；glRotatef()用来表示旋转变换，一个参数表示旋转地角度，另外一个参数表示旋转轴的坐标；glScalef()表示缩放变换，三个参数表示在三个坐标轴方向的缩放比例。这里，通过多媒体可是课件，通过鼠标来控制参数的值，根据参数值的变化，显示效果也会随之变化。通过这种三维的动态多媒体课件的演示，可以使学生更好的理解三种变换，同时对OpenGL中对应的函数及其参数的具体含义有了更好的掌握。

2.3具体应用――原理算法的具体应用

在完成前两个步骤的基础上，可以通过一些小的应用程序或游戏程序的演示，将其中对应的图形绘制方法的应用提炼分析出来，这样可以使学生对所学知识的具体应用有较直观的认识，为其将来的进一步学习和实践打下基础。

3教学与实验相结合

“计算机图形学”是一门实践性很强的课程，但在目前，普遍存在的现象是“计算机图形学”课程的理论教学内容存在着一定孤立性，与上机实践联系并不紧密；因此，有必要加强学生动手能力的培养。为了确保计算机图形学课程的教学质量，应该选用目前市场上比较流行的图形开发环境作为学生的实践环境，同时也要注重课堂知识的消化，因此理论知识的对应实验也不能轻视。笔者认为应将两者有效地结合起来才能达到更好的效果。

为了能够帮助学生更好地理解理论知识，更好地提高动手能力，实验部分可以分三部分进行：

(1) 基础实验：主要完成各种理论讲解过程中学习的代码实现，编程环境为Turbo C。

(2) 提高实验：以Visual C++ 和OpenGL作为开发环境，进行实践动手能力的培养和训练。

(3) 体验实验：以3D Max作为开发环境，进行图形图像软件开发的体验实验。

基础实验可以帮助学生更好地理解基本的理论和各种基本图元的经典算法。

提高实验可以提高学生理论联系实际的能力，能够使学生更多地接触实际开发中所使用的工具和开发环境，为将来的工作打好基础。

体验实验中的3DMax是图形开发的具体产品，通过对其的使用和接触，可以让学生感知到计算机图形学的应用情况。

通过基础实验、提高实验和体验实验的结合练习，不但可以提高学生的编程能力，而且加深了学生对所学知识的了解和认识，使学生对“计算机图形学”的实际应用有了感性的认识。

4结语

“计算机图形学”是计算机学科的主要基础课程之一，但由于各种原因，学生学起来有一定的难度，这给授课的教师带来相当大的挑战。“计算机图形学”的教学是一个复杂的系统工程，它会涉及到诸多方面的问题，以上所述仅仅是笔者授课过程中得粗略总结，有不妥或不足之处，敬请大家批评指正。

参考文献：

[1] 张曦煌,杜俊俐. 计算机图形学[M]. 北京邮电大学出版社,2006,8.

[2] OpenGL体系结构审核委员会等. OpenGL编程指南(第4版)[M]. 人民邮电出版社,2005,4.

[3] 陈元琰, 张睿哲, 吴东. 计算机图形学实用技术(第2版)[M]. 清华大学出版社,2007,3.

Teaching method discussion of Computer Graphics

XUE Chun-yan

( XiamenUniversity Tan Kah Kee college)

篇8

关键词：计算机图形学；教学改革；建构主义；开放式

0、引言

计算机图形学课程是计算机科学与技术专业的一门比较重要的课程。计算机图形学研究的是如何利用计算机生成、处理和显示图形的原理、方法与技术n]。它是一门复杂的综合性新兴学科，广泛应用在工业、科技、教育、管理、商业、艺术、娱乐等多种领域。这门课程理论性较强，内容抽象、难懂，要求学生有一定的数学基础并且具有一定的编程能力，部分学生感觉学习起来吃力，学习积极性不高，教学效果不够理想。文献提出了建构教学模式在图形学教学中的应用；文献[3]也针对已有的图形学教学模式提出了改进。笔者对计算机图形学课程教学中存在的问题进行了分析探讨，并对计算机图形学的教学内容及方法提出了改进，在计算机图形学教学与实验中，取得了良好的效果。

1、图形学教学及实验的现状及存在的问题

1.1 内容枯燥难懂

目前，计算机图形学课程讲述的重点是图形学技术，强调计算机图形学基本算法的生成和实现，对学生的数学基础要求较多，还要有一定的三维空间想象能力。这种强调图形算法基础的教学比较适合数学基础优秀的学生，对大多数本科学生来说，这种理论性太强的课程，理解起来较难，学习起来不易，直接影响了学生的积极性，影响了教学效果。

1.2 编程语言环境古板陈旧

在很多高校，计算机图形学的实验都是基于Turbo C环境下的编程练习。虽然Turbo C提供了非常优秀的C语言编程环境，但是由于编程界面不够友好，使用不方便，多数学生对它不感兴趣。

1.3 实验内容单一

该课程的实验内容包括最基本的实验环境的熟悉及像素点的生成，基本图形元素（直线、圆和椭圆）生成算法的实现，二维图形的填充和裁剪算法和图形几何变换（二维、三维变换）的实现等。基本的实验主要是为了验证理论教学中学到的算法，比如直线生成算法实验，就是编程实现一条直线的生成，没有实际的应用价值，学生感觉所编程序与现实中成熟的各类画图软件差距较大，进而失去学习兴趣。

2、教学改革实践

2.1 选择内容稍简单的教材

当前图形学的课本非常多，经典教材中多采用c语言伪代码，且讲解的知识较多、难度较大，学生学习比较吃力。考虑到本校硕士专业也开设了计算机图形学这门课，主要讲解三维的知识，所以我们将本科教学中的重点定位为二维知识的掌握，三维的知识作为简单介绍和了解，这样降低了学生的学习难度，为以后学习三维打好基础。因此，在选择教材时，主要考虑以二维知识为主的、包含有程序代码的、利于学生实验的教材。

2.2 将AutoGAD等成熟软件引入图形学课堂

图形学的基本内容以二维为基础，AutoCAD是最为成熟的二维图形软件之一，它的功能非常强大，几乎囊括了图形学中的所有知识。因此，在教学过程中以AutoCAD为例给学生讲解，使本来抽象难瞳的知识变得可见，例如，在讲到矢量字符时，AutoCAD可以允许用户以形定义的方式自己创建矢量字符。学生在使用AutoCAD创建字符的同时，加深了对概念的理解。AutoCAD的交互能力是非常强大的，教师在讲解图形交互技术一章时，重点介绍AutoCAD中的对象捕捉功能、网格功能、约束技术等，使学生对图形交互有更直观的印象。在讲解曲线一章时，教师可以用Photoshop中的路径生成工具来讲解Hermit曲线，讲三维建模时引入3DMAX。这些成熟的软件给学生搭建一个对所学知识进行实践的平台，让学生更好地理解课本的内容，使难懂晦涩的内容变得生动形象起来，极大地提高了学生的学习积极性。

2.3 将最新的研究成果带入课堂

图形学是当前研究的热点问题，它应用广泛，每一个应用方面都有最新的研究成果。在讲解课本知识之外，为了提高学生的学习兴趣，我们搜集了一些介绍图形学知识的纪录片。比如在讲到分形时，播放分形在影视特效中的应用；在讲到真实感图形时，播放工业光魔在这方面的研究历史，从最初起步到现在技术日益成熟。这些纪录片丰富了学生的知识，开阔了学生的视野，加深了学生对课本知识的理解。

3、实验改革实践

3.1 选择可视化编程语言环境

针对Turbo C编程环境的死板和界面不够友好的情况，我们在选择教材时，选择的是用VC编程的教材。学生可按照教材完成实验。因为VC开发环境是可视化的，编写的程序执行结果明显，学生很有成就感，对完成实验更有自信。学生也可以通过实验，来学习实用的编程语言，促进了对新知识的学习。

3.2 明确实验目标，整合实验效果

教师在新课刚刚开始讲解时就以Windows自带的画图软件为目标，鼓励学生在实验的时候以其为模板。在讲解实验的时候，老师一开始就引入了添加菜单、工具栏、鼠标画图、橡皮筋技术以及调色板，这样在实验中学生就可以自己编出用鼠标画出直线、设置颜色的程序，因为非常贴近现有的成熟软件，所以学生很有成就感。

整个学期的实验内容的设计围绕画图软件，使其与课程进展相结合，由简入繁。

有了画图软件这个目标，学生在实验中会主动地考虑一些功能的实现，比如用鼠标实现铅笔画功能，是学生自己考虑出来的。学生通过自己去想、去尝试、去实现，提高了学习的主动性、积极性，最后不仅完成了课本上要求的任务，还自己增加了一些实验内容，提高了编程能力。学生将每次所学的课程内容都添加在一个程序中，最后自然就完成了教材中所要求的综合性实验内容，而且所实现的功能要远远大于教材中的要求。

3.3 教学与实验结合，变被动复习为主动复习

在教学中，我们引入建构主义教育思想，将期末设计改为图形学教学网站的设计。建构主义认为学习者的知识是在一定情境下，借助他人的帮助，人与人之间的协作、交流，利用必要的信息等，通过意义的建构而获得的。以往的复习，就是学生个人死记硬背概念，学生不愿意背，也不容易记住。期末设计以小组团队为单位，在设计过程中，借助开放式实验思想，不限制实验地点，不限制实验时间，不限制实验小组，由学生自己决定团队，团队内部自主分配任务，通过网上指导，随时有问题随时解决，这是对学生将以往所学的网络知识与计算机图形学知识的一次整合，使学生充分体会到每门课都是息息相关的。学生们需要将所学的知识在网上重现，在重现的过程中，就是对所学知识的一次巩固、一次主动的复习。教学网站的设计包括各种图形学的基础知识、算法代码、当前图形学的研究热点、著名图形学网站的链接等。学生们根据自己在学习图形学中遇到的问题，借鉴现在网上已有的教学网站，设计出自己风格的网站，将枯燥的死记硬背改为有效的主动复习。图1是某小组实现的关于“当前研究的热点问题”这个方面的网页，他们搜集、查阅了大量资料，丰富了其图形学知识，在搜集过程中更提高了对图形学的兴趣。

图2中某小组搜集了各类图形学题目，在此给出了答案。在出题过程中，不会题的同学之间相互讨论，问老师，更好地掌握了所学知识，加深了对所学知识的理解。

通过期末设计，老师不仅可以了解学生的学习思维的方式，而且从中也能发现自己的不足，从而为以后的教学改进提供依据，在以后的教学中也应多从学生的角度来考虑教授内容，应将演示软件、网站等引入教学中，实现多方面、多维的立体化教学，提高学生的学习兴趣，并通过各种途径与学生交流和讨论。

篇9

关键词：计算机；图形处理；图像处理；技术

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 17-0000-02

随着计算机的迅猛发展，在20世纪末期，产生了运用计算机处理图形图像的新兴产业技术，这种技术主要是通过计算机进行设计、储存和修改图片，其中，图形图像的设计与修改是通过CAD、CAM等的软件来实现的。

1 计算机图形学的基本含义和主要内容

在1962年，首次提出了计算机图形这个术语ComputerGraphics。计算机图形学是通过计算机处理图像、设计图片、显示生成的一门学科。计算机图形制作的内容十分广泛，它囊括图形硬件和事物造型等多方面的内容。通过计算机运用软件的功能辅助完成真实感的图形。为此，利用几何的方式建立图形描述的场景，运用光照模型来综合表现出材质在相关光源下的效果。因此，计算机的图形学和计算机辅助几何制作有着密切的关系。同时，真实感的图形所显示的是一个数字性结果，计算机的图形和图像的修改间有一定的联系关系。比如：做一张独角兽的图形，我们就需要先运用3D MAX来做一个独角兽的整体模型，然后，在进行展UV贴图，再渲染，这样就能得到一张极富真实感的图片。如下图所示：

2 计算机图形图像处理技术的基本含义

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。这其中涉及到的内容有以下几个方面：第一、图形到数字化的转换，相关的图像的复原等；第二、几何的移植，例如平移、旋转等；第三、建立实物模型；第四、线条的色彩调度；第五、曲线以及曲面的运用；第六、色彩间的变换。在这需要说明的是图形、图像的有关创作是基于这两大组成要素为基点，运用一系列创作方法与步骤在计算机上操作实现的。

3 计算机图形、图像两者间的区别和联系

3.1 图形与图像间的区别

计算机图形学和图像处理两者最大的区别就是计算机软件的数据结构不一样。图形是由点、线、面等这些基本元素构成的，因此，如果图形简单，那么所需的数据也就简单，数据量也就少，相对的，图形复杂，数据量也会相应的增多；而图像处理是针对一幅画进行的一个二维数据组表示的，每一个像素都是该数据组的一个元素，因此，它的数据量很大。

3.2 图形与图像间的联系

图形处理和图像处理两者间具有一定的共性和依赖性，在实际运用中，如果图形与图像处理技术结合使用可以使图片的视觉效果和质量更加完美和清晰。随着计算机技术的迅速发展，二者间的界限也日趋模糊，他们间的关联和转换入下图所示：

计算机图形学的逆过程是分析、识别、输入图像，从中提取二维或者是三维的数据模型。如：手写识别、机器视觉等。

4 计算机图形图像处理技术的相关运用

计算机图形学和图像处理技术在不断的发展，他们的应用领域也在不断的扩大。目前，计算机图形图像处理技术已经运用到以下方面：

4.1 计算机的辅助设计和制造（CAD/CAM）

在工业领域中，CAD和CAM是计算机图形操作的运用最广泛的软件。计算机的图形操作被广泛运用到建筑设计和室内设计等领域，并且，飞机与汽车等交通工具的外形设计也运用了这些技术。此外，在印刷电板路和网络分析等方面也采用了这项技术，给领域提供了很大的便利。CAD是一种运用在国内工程建筑图纸设计中的三维软件。这样的三维模型是建立在二维的基础上，从中提炼出三维的相关信息，针对这些信息重新编排和分类，这就形成了一个与二维相对应的三维模式，并从点扩充到线，再完成模型的整体。

4.2 计算机图形化的用户接口

在一定的程度上，一个良好的图形化的用户界面能够增强软件的实用构造，美国的Apple公司推出了相应的图形操作软件，特别是windows，已经在全世界范围内广泛运用，这就象征着，计算机的图形学已经迈入了计算机的各大主流之中。

4.3 国家的地形、地貌图与自然资源图

对于一个国家来说，经济重要构成元素就是国土的掌控信息。通过现实的相关信息能够得到地形平面图与三维图形地貌，为国土的整体预测提供有效的方法与数据，从而实现国土资源的合理规范与管理，保障了信息的科学性，并给军事方面带来了巨大的便利。

4.4 计算机动画设计和艺术设计

在动画设计和艺术设计所能用到计算机软件很多，比如：3D MAX、MAYA、FLASH、PS、PR等等。这些软件在现代社会中的其他领域中都得到广泛的运用，并发挥着积极的作用。

5 结束语

在现今社会，计算机技术快速发展，计算机的图形、图像技术在日常生活和工业生产中得到最大程度的运用，它的创作是人们最大层次的发挥了主观能动性，并且，产生很多形式多样且富有新意的视觉景象，为人们的生产生活活动带来了便利，改变了人们的生活环境与生活设施。图形图像技术的运用与相关的技术处理不仅能够创作出丰富多彩的生活，还能构造美好的生活蓝图。

参考文献：

[1]王瑞红.计算机图形图像处理相关技术研究[J].无线互联科技，2012，（3）：116-116.

[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.

篇10

关键词：图形学；发展；应用

一、计算机图形学的发展

计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理，显示的科学。经过30多年的发展，计算机图形学已成为计算机科学中最为活跃的分支之一，并得到广泛的应用。1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风一号——（Whirlwind）计算机的附件诞生．该显示器用一个类似示波器的阴极射线管（CRT）来显示一些简单的图形。在整个50年代，只有电子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形学处于准备和酝酿时期，并称之为：“被动式”图形学。

二、计算机图形学在曲面造型技术中的应用

曲面造型技术是计算机图形学和计算机辅助几何设计的一项重要内容，主要研究在计算机图象系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。它肇源机、船舶的外形放样工艺，经三十多年发展，现在它已经形成了以Bezier和B样条方法为代表的参数化特征设计和隐式代数曲面表示这两类方法为主体，以插值（Intmpolation）、拟合（Fitting）、逼近（Ap-proximation）这三种手段为骨架的几何理论体系。随着计算机图形显示对于真实性、实时性和交互性要求的日益增强，随着几何设计对象向着多样性、特殊性和拓扑结构复杂性靠拢的趋势的日益明显，随着图形工业和制造工业迈向一体化、集成化和网络化步伐的日益加快，随着激光测距扫描等三维数据采样技术和硬件设备的日益完善，曲面造型在近几年来得到了长足的发展。

2．1从研究领域来看，曲面造型技术已从传统的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，扩充到曲面变形、曲面重建、曲面简化、曲面转换和曲面位差。

曲面变形（DeformationorShapeBlending）：传统的非均匀有理B样条（NURBS）曲面模型，仅允许调整控制顶点或权因子来局部改变曲面形状，至多利用层次细化模型在曲面特定点进行直接操作；一些简单的基于参数曲线的曲面设计方法，如扫掠法（Sweeping），蒙皮法（skinning），旋转法和拉伸法，也仅允许调整生成曲线来改变曲面形状。计算机动画业和实体造型业迫切需要发展与曲面表示方式无关的变形方法或形状调配方法，于是产生了自由变形（fFD）法，基于弹性变形或热弹性力学等物理模型（原理）的变形法，基于求解约束的变形法，基于几何约束的变形法等曲面变形技术和基于多面体对应关系或基于图象形态学中Minkowski和操作的曲面形状调配技术。

2．2从表示方法来看，以网格细分（Sub-division）为特征的离散造型与传统的连续造型相比，大有后来居上的创新之势。而且，这种曲面造型方法在生动逼真的特征动画和雕塑曲面的设计加工中如鱼得水，得到了高度的运用。

三、在计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的应用

这是一个最广泛，最活跃的应用领域。计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。CAD技术目前已广泛应用于国民经济的各个方面，其主要的应用领域有以下几个方面。

3.1制造业中的应用。CAD技术已在制造业中广泛应用，其中以机床、汽车、飞机、船舶、航天器等制造业应用最为广泛、深入。众所周知，一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个主要阶段。同时，现代设计技术将并行工程的概念引入到整个设计过程中，在设计阶段就对产品整个生命周期进行综合考虑。当前先进的CAD应用系统已经将设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一个系统内。现在较常用的软件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD应用系统，这些系统主要运行在图形工作站平台上。在PC平台上运行的CAD应用软件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各种因素，目前在二维CAD系统中Autodesk公司的AutoCAD占据了相当的市场。

3．2工程设计中的应用。CAD技术在工程领域巾的应用有以下几个方面：①建筑设计，包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计等。②结构设计，包括有限元分析、结构平面设计、框/排架结构计算和分析等。③设备设计，包括水、电、暖各种设备及管道设计。④城市规划、城市交通设计，如城市道路、高架、轻轨等。⑤市政管线设计，如自来水、污水排放、煤气等。⑥交通工程设计，如公路、桥梁、铁路等。⑦水利工程设计，如大坝、水渠等。⑧其他工程设计和管理，如房地产开发及物业管理、工程概预算等。

3．3电气和电子电路方面的应用。CAD技术最早曾用于电路原理图和布线图的设计工作。目前，CAD技术已扩展到印刷电路板的设计（布线及元器件布局），并在集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路的设计制造中大显身手，并由此大大推动了微电子技术和计算及技术的发展。

3．4仿真模拟和动画制作。应用CAD技术可以真实地模拟机械零件的加工处理过程、飞机起降、船舶进出港口、物体受力破坏分析、飞行训练环境、作战方针系统、事故现场重现等现象。在文化娱乐界已大量利用计算机造型仿真出逼真的现实世界中没有的原始动物、外星人以及各种场景等，并将动画和实际背景以及演员的表演天衣无缝地合在一起，在电影制作技术上大放异彩，拍制出一个个激动人心的巨片。:

3．5其他应用。CAD技术除了在上述领域中的应用外，在轻工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药乃至体育方面都会用到CAD技术。CAD标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热点；集成化成为CAD技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是CAD技术发展的新趋向。