數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

梁麗香 張翠翠

摘要：針對(duì)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)，學(xué)生編程能力弱，而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法復(fù)雜等問(wèn)題，提出將虛擬實(shí)驗(yàn)、分層次實(shí)驗(yàn)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，把抽象對(duì)象和算法運(yùn)算形象化、可視化，從而達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，使學(xué)生充分參與實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；分層次實(shí)驗(yàn)；虛擬實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；數(shù)字媒體技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）30-0182-02

Abstract： Aiming at the problems of digital media technology， students 'weak programming ability， and computer graphics algorithm complexity， this paper puts forward the introduction of virtual experiments and hierarchical experiments into experimental teaching， and visualizes and visualizes abstract objects and algorithms to improve experimental teaching-level. The purpose of teaching to enable students to fully participate in the experiment.

Key words： Computer Graphics； Hierarchical experiment； Virtual experiment； Experimental design； Digital media technology

1 引言

數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)是以動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)、影視技術(shù)、數(shù)字媒體產(chǎn)品開(kāi)發(fā)策劃與管理為基本理論與方法，涉及多種學(xué)科的新興專業(yè)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程作為數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的理論基礎(chǔ)課程，理論性強(qiáng)、算法多、難度逐漸增大，而數(shù)字媒體專業(yè)更偏重于實(shí)踐應(yīng)用，該專業(yè)學(xué)生大多有繪畫(huà)基礎(chǔ)，更喜歡操作軟件作圖，對(duì)理論學(xué)習(xí)有心理抵觸情緒。要在數(shù)字媒體專業(yè)中更好深入地開(kāi)展此課程，更好運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)圖形及動(dòng)畫(huà)，需要對(duì)傳統(tǒng)的課程教學(xué)方式做出改進(jìn)與調(diào)整。經(jīng)過(guò)調(diào)查、研究、分析發(fā)現(xiàn)，造成上述問(wèn)題的原因主要有以下幾方面。

2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

2.1學(xué)習(xí)興趣不持久，容易畏難放棄

學(xué)生初次接觸圖形學(xué)時(shí)充滿興趣，抱著能很快掌握繪制炫酷圖形、制作精美動(dòng)畫(huà)的美好愿望，然而接觸以后發(fā)覺(jué)是枯燥理論的學(xué)習(xí)，基本圖形的生成。課程內(nèi)容與學(xué)生實(shí)際想達(dá)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(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，學(xué)習(xí)目的變成了應(yīng)付考試，獲得學(xué)分[1]。

2.2理論學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，編程思維弱

在多年的圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生更擅長(zhǎng)使用軟件類進(jìn)行真實(shí)感圖形繪制、動(dòng)畫(huà)制作，而對(duì)圖形具體如何生成、顯示等算法之類的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)畏難而裹足不前。對(duì)于數(shù)字媒體專業(yè)的本科學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們更關(guān)注最后的圖形效果，而對(duì)原理并不想花太多的時(shí)間去研究。編程對(duì)于他們來(lái)說(shuō)又是一大難題，學(xué)生習(xí)慣于軟件的操作，要轉(zhuǎn)換思維去深入思考實(shí)現(xiàn)工具更深次的原理，如果前期數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與編程語(yǔ)言學(xué)習(xí)不扎實(shí)，對(duì)于他們來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)變得可望而不可即。

2.3實(shí)踐課時(shí)不足，達(dá)不到訓(xùn)練目標(biāo)

從課程內(nèi)容上來(lái)看，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有創(chuàng)新型，難以引起學(xué)生興趣。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)需要大量的實(shí)踐，只有不斷加深實(shí)踐才能體會(huì)到課程廣博精深。然而實(shí)際上實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容偏少、課時(shí)少，編程能力不足，依葫蘆畫(huà)瓢成為學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課的通病，沒(méi)有實(shí)際價(jià)值，學(xué)生實(shí)踐能力沒(méi)有得到充分鍛煉。

3計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革探討

3.1激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

學(xué)生的學(xué)習(xí)不能理論脫離實(shí)際， 教師應(yīng)努力創(chuàng)設(shè)生活化情境， 把教材內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合起來(lái)， 使圖形學(xué)學(xué)習(xí)真正與學(xué)生生活交融， 實(shí)現(xiàn)教學(xué)貼近生活。這樣，學(xué)生就會(huì)真正體會(huì)到圖形學(xué)的美， 感受到圖形學(xué)學(xué)習(xí)的真諦與價(jià)值。每次實(shí)驗(yàn)講述實(shí)際應(yīng)用情況，使學(xué)生有深刻的體會(huì)。受實(shí)驗(yàn)課時(shí)限制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)可以先演示實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果，講解關(guān)鍵技術(shù)，采用誘導(dǎo)方式進(jìn)行，再讓學(xué)生進(jìn)行模仿、完成實(shí)驗(yàn)，獲得良好的體驗(yàn)，增強(qiáng)興趣，提高實(shí)驗(yàn)效率。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用分層次方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目層次與實(shí)驗(yàn)難度層次的劃分。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目順序時(shí)，要采用先整體后逐個(gè)突破的思想，設(shè)計(jì)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)要能使學(xué)生對(duì)圖形學(xué)的渲染繪制流程有整體概念，具體包含哪些步驟，實(shí)現(xiàn)順序等。后續(xù)實(shí)驗(yàn)將圍繞每一個(gè)繪制步驟具體展開(kāi)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)要考慮到學(xué)生的層次，每個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行難度等級(jí)劃分，劃分為基本練習(xí)、拓展練習(xí)和思考練習(xí)三項(xiàng)，例如基本練習(xí)-直線掃描轉(zhuǎn)換，拓展練習(xí)-顏色漸變直線，思考練習(xí)-繪制多邊形，使每個(gè)學(xué)生都有所收獲，激發(fā)學(xué)生對(duì)后面章節(jié)知識(shí)理論的興趣，從而逐步達(dá)到理論課程學(xué)習(xí)的目的。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)[2]。

3.2教學(xué)內(nèi)容改革

數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)主要以實(shí)際應(yīng)用為主，并不是以算法研究為目的。因此實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容應(yīng)向?qū)嵱眯赞D(zhuǎn)變。以Matlab＼OpenGL圖形庫(kù)為基礎(chǔ)，將圖形開(kāi)發(fā)融合到實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)比重；減少算法程序描述講解，加強(qiáng)圖形學(xué)繪制流水線講解[3]。

實(shí)驗(yàn)中增加三維繪制流水線，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的 OpenGL 生成三維模型的函數(shù)，學(xué)會(huì)三維繪制過(guò)程、模型的變換等；模型導(dǎo)入及繪制，學(xué)會(huì)模型的導(dǎo)入和顯示，結(jié)合三維繪制流水線繪制簡(jiǎn)單場(chǎng)景；使用 OpenGL 光照給場(chǎng)景添加光源，并使用紋理數(shù)組給模型添加紋理。

3.3教學(xué)方法與手段

為了在有限的時(shí)間內(nèi)達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的，需要改進(jìn)教學(xué)方法與手段。首先對(duì)于一些基本操作如實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置，包括OpenGL軟件的安裝、基本圖元的繪制、顏色的設(shè)置、用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)對(duì)圖形進(jìn)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(xué)視頻，發(fā)布在校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生在上機(jī)實(shí)踐之前先通過(guò)下載視頻自學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)操作[4]。

利用有交互功能的軟件制作實(shí)驗(yàn)課件。將圖形學(xué)算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，按算法的流程進(jìn)行動(dòng)畫(huà)編排。采用支持多場(chǎng)景功能軟件（例如Virtools），根據(jù)情況，將復(fù)雜的圖形算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程分解若個(gè)子算法，逐個(gè)演示子算法達(dá)到的效果，在各場(chǎng)景上實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能轉(zhuǎn)，最后導(dǎo)出多媒體實(shí)驗(yàn)課件[5]。

4結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，將制作虛擬實(shí)驗(yàn)課件結(jié)合分層次實(shí)驗(yàn)引入課堂，有利于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)的展開(kāi)，弱化了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的難點(diǎn)，有助于教學(xué)效果的提高，提升了學(xué)生對(duì)課堂的參與性，提高了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。后續(xù)還要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷地進(jìn)行完善。

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[4]趙明.基于“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程建設(shè)和改革[J].教育教學(xué)論壇，2016（48）：122-123.

[5]趙智，陳兵.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].教育教學(xué)論壇，2017，6（23）：274.

【通聯(lián)編輯：王力】