計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)綜述

第第頁(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)綜述1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和問(wèn)題分析

國(guó)際先進(jìn)工程教育理念CDIO方法，讓學(xué)生以主動(dòng)、實(shí)踐、課程之間存在有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)，該方法有實(shí)踐可操作性、全面系統(tǒng)性和廣泛適應(yīng)性這三方面優(yōu)點(diǎn)，文獻(xiàn)融合該理念方法進(jìn)行了圖形學(xué)課程教學(xué)改革，設(shè)計(jì)了一個(gè)分層次的完整實(shí)驗(yàn)體系，包括基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、綜合強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新培育實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次。通過(guò)分析以上三種方法，總結(jié)出以下共同的觀點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要以學(xué)生為中心，充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，內(nèi)容難度要分層次，具有可操作性。

然后對(duì)目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析。一是與前導(dǎo)課程的銜接問(wèn)題，該課程一般在大三以上開(kāi)設(shè)，線性代數(shù)等數(shù)學(xué)課程內(nèi)容間隔時(shí)間較長(zhǎng)，而C/C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程又缺乏實(shí)踐，有的專業(yè)VC程序設(shè)計(jì)課程還沒(méi)開(kāi)課；二是很多圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都是基于OpenGL圖形API，整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)變成了OpenGL圖形平臺(tái)的應(yīng)用熟悉過(guò)程，一些圖形學(xué)基本算法的實(shí)驗(yàn)變成了OpenGL函數(shù)的調(diào)用，圖形學(xué)算法實(shí)驗(yàn)無(wú)法起到應(yīng)有的實(shí)踐練習(xí)作用；三是圖形學(xué)算法知識(shí)點(diǎn)分散，學(xué)生難以融會(huì)貫通、完整地掌握相關(guān)算法之間的聯(lián)系；四是實(shí)驗(yàn)效果不理想，由于同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的學(xué)生過(guò)多，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)無(wú)法面面俱到，有些學(xué)生不認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)應(yīng)付。通過(guò)以上問(wèn)題分析，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)要選擇合適的練臺(tái)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)要考慮到課程延續(xù)性、整體實(shí)驗(yàn)展示和實(shí)驗(yàn)管理考核問(wèn)題。

2.層次性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)學(xué)院信息與計(jì)算科學(xué)屬于理科，該專業(yè)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)很強(qiáng)，對(duì)于課程中涉及到的圖形算法內(nèi)容容易理解，但是該專業(yè)學(xué)生的編程基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，對(duì)于課程中算法的程序?qū)崿F(xiàn)有一定難度；軟件工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)兩個(gè)專業(yè)則剛好相反。兼顧三個(gè)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，需要選擇理論與實(shí)踐并重的理論課程教材，這里選用的是清華大學(xué)出版社出版、孔令德編著的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程（VisualC++版）(第2版)》。該書配套的實(shí)踐教輔書內(nèi)容太廣，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)綜合性太強(qiáng)，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容陳舊且與新教材不匹配，因此需要精選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、重新制定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。根據(jù)第2節(jié)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和問(wèn)題的分析和三個(gè)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用分層次方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括整體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的層次性以及每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目難度的層次性。

首先是整體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的層次性，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目順序時(shí)，要采用自頂而下的思想，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要能使學(xué)生對(duì)圖形學(xué)的渲染繪制流程形成整個(gè)概念，能明白圖形學(xué)是用來(lái)做什么的，都包括哪些步驟，后續(xù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目則對(duì)應(yīng)每一個(gè)繪制步驟具體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)練習(xí)；然后是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目難度的層次性，設(shè)計(jì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，要考慮到不同層次學(xué)生的練習(xí)效果，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行難度劃分，這里將每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目劃分為基本練習(xí)、拓展練習(xí)和思考練習(xí)三項(xiàng)，其中基本練習(xí)用來(lái)對(duì)教材算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證，拓展練習(xí)用來(lái)綜合應(yīng)用所學(xué)算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜問(wèn)題，思考練習(xí)用來(lái)分析還要做什么工作，激發(fā)學(xué)生探索后續(xù)章節(jié)知識(shí)理論的興趣，達(dá)到促進(jìn)理論課程學(xué)習(xí)的目的。

所有實(shí)驗(yàn)都是基于VC的MFC，版本選擇較新的VisualStudio2005，圖形生成、填充、幾何變換、投影變換、光照等全部從底層進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后，則通過(guò)分組課程設(shè)計(jì)的形式進(jìn)行綜合性練習(xí)。根據(jù)整體教學(xué)任務(wù)課時(shí)情況，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為8次16學(xué)時(shí)，為保證教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的連貫性，其中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排對(duì)應(yīng)教材知識(shí)點(diǎn)和示例。受實(shí)驗(yàn)課時(shí)限制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)可以采用"先授之以魚，再授之以漁"方式進(jìn)行，先演示實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果，再讓學(xué)生進(jìn)行模仿、探索實(shí)驗(yàn)，以提高實(shí)驗(yàn)效率。實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要考核學(xué)生對(duì)具體算法的理解和實(shí)現(xiàn)能力，由平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)和課程設(shè)計(jì)成績(jī)組成，為使成績(jī)判定公平合理，平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)通過(guò)考勤和現(xiàn)場(chǎng)提交實(shí)驗(yàn)成果判定，課程設(shè)計(jì)成績(jī)通過(guò)分組答辯、綜合打分判定。

3.結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)該課程的教學(xué)至關(guān)重要，通過(guò)分析目前實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和問(wèn)題，結(jié)合計(jì)算機(jī)學(xué)院各專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)和教學(xué)大綱的要求，對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了層次性設(shè)計(jì)，即自頂而下的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組織和三層難度的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容