基于OpenGL实验平台的计算机图形学教学改革

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摘 要：在当前这个世界图形时代,人们的认知方式已经进入了视觉形象方式.在这样的数字化时代背景下,计算机图形学的研究越来越显现出重要的地位和作用.因此,该文将结合当前计算机图形学教学中的存在的一些问题,提出了我们应该基于OpenGL　实验平台,尽快改革计算机图形学的教学模式,让OpenGL很好的在计算机图形学教学中应用起来,培养学生发现问题、解决问题的能力以及创新能力,运用综合性的考核办法来切实提高当前计算机图形学教学质量.

关 键 词：OpenGL实验平台；计算机图形学；教学改革；教学质量

中图分类号：G424文献标识码：A文章编号：1009-3044（2012）32-7826-02

在当今这个数字化时代,其特征就是世界图形或图像,主要通过视觉形象的方式来认知世界,打破了语言或者文字的障碍,并使得虚拟介入现实.这种时代特征正是计算机图形学所研究的对象.具体来讲,计算机图形学就是通过一种最为直接的方式来表现多姿多彩的生活.它是计算机专业中的一门专业课,是利用计算机将一些数据处理为图形信息的一门科学,包含了图形信息的表示、输入输出与显示、图形的几何变换、图形之间的运算以及人机交互绘图等方面的技术.它的研究领域主要有：如何描述、创建并处理几何模型；如何绘制模型.计算机图形学的根本目的就是为了在计算机屏幕上形成一个有真实感的图形.那么,这门计算机专业课程,由于包含了数学等多方面的综合知识,复杂度还是相对有点高的,学生学习起来还是具有一些难度的.因此,我们应该建立一个有效的实验平台,比如说OpenGL来让学生通过理论与实践的结合,加深对于计算机图形学的理解,提高他们的学习兴趣和动力,进而进一步培养他们的实践能力,从而推进计算机图形学教学改革的不断深化.

1　计算机图形学教学中的问题及其原因分析

计算机图形学应该来说具有非常广泛的使用范围,很多学生对于这门课的态度是刚接触的时候挺喜欢,但是,随着学习过程的慢慢开展,他们的主动性和积极性就慢慢被消磨掉了,他们开始不注重学习的创新能力,而仅仅为了得到相应的学分.这种现状的产生主要是由于以下几个方面的因素：

1）学习难度较大.由于计算机图形学涉及的知识面非常广,其中不仅有计算机知识,还有数学等其他学科的知识,因此,它的知识基础要求较高,学生学习起来难度较大也是情理之中的事情.事实上,计算机图形学是一门新兴学科,它是建立在图论、现代数学和计算机科学基础之上的,学科交叉繁杂,其理论性很强,同时实践性又不弱,这就让学生体会到了该门课程的综合性特征和难易掌握的感觉,从而让他们在巨大的学习难度面前望而却步；

2）教学理念较为滞后.当前的计算机图形学教学观念仍然沿用的是传统的教学观念,重视教师的单方面的知识传授,片面强调学生对于相关知识点的掌握程度.这样的教学观念往往使得教学在备课的时候,片面追求教学大纲的要求,非常详细讲解每一堂课的知识点.这样的背景之下,教师容易把计算机图形学课堂变成满堂灌,学生就是一种被动的学习状态,师生之间的互动性不高,学生的学习积极性和主动性自然也就大打折扣了.此外,传统的教学观念中不太重视实验教学环节,更不会重视学生实践能力的培养,大大阻碍了学生的创新精神培养与创新能力的提高；

3）实验教学环节不够科学与系统.当前,计算机图形学教学过程中的实验环节,很多高校一直采用C　或　VC++来实现编程,同时,进行实验的工具与内容又较为陈旧,考核方式也颇为单调,学时又不太多,使得学生对于计算机图形学的学习兴趣大大降低,而且学习起来的真实难度又是较大的,尤其是绘制模型的实现,使得学生的实验能力有待加强.

2　OpenGL图形系统及其在图形学上的应用

所谓OpenGL图形系统,指的就是一个丰富的三维图形函数库,是图形系统中的一个软件接口,允许程序开发者创建一个交互性的程序,从而能够产生三维移动的物体的彩像.它除了具有基本的OpenGL　函数以外,还能够支持OpenGL　实用库、OpenGL　辅助库、Windows专用库函数、Win32　API　函数等其他四类函数.它还可以有双缓存的功能,主要应用于制作动画.我们可以使用OpenGL图形系统来对计算机图形技术进行相关的控制,从而产生较为逼真的图形或者虚拟出实际生活中没有的图像.一般来说,OpenGL图形系统的应用非常广泛,具体应用到计算机图形学中的话,就是说我们可以利用OpenGL　函数来顺利实现图形算法的演示.这种方法可以提高许多图形函数,让它们能够通过单独调用或者组合某些函数来实现基本的图像操作,还可以对光线进行调整.目前,随着计算机技术的不断发展,现在的OpenGL　图形库中增加了不少新组件,已经可以产生形象化的三维效果.当前常用的图形设计方法有：图形生成算法、几何变换、投影变换等.具体应用步骤如下：建立基本模型、投影及视口变换、光照、材质、雾等的设置、显示三维图形.其中,建立基本模型就是指利用技术手段来提取真实物体的表面离散点,然后输入到计算机中去,从而形成三角网络模型.就投影及视口变换来说,OpenGL　函数主要提供了正射投影和透视投影两种投影方式.然后,对模型进行光照设置,这里的光照设置包含了环境光、漫反射光和镜面反射光等三种,对于材质的设置与光源类似,让其能够更加接近于真实物体.至于雾化,主要是使得物体能够更加自然逼真,具有一定的立体感.最后,完成以上三个步骤就显示三维图形.此外,OpenGL图形系统函数库还可以进行纹理设置、特殊光照处理以及实现动画效果等其他方面的强大功能.

3　基于OpenGL实验平台进行计算机图形学教学改革

一般来说,计算机图形学具有非常广泛的应用领域,比如说信息显示、设计、仿真与动画以及用户界面等方面.如果我们应用OpenGL图形系统实验平台,将对传统的教学应用思想产生一定的冲击和影响.从传统的教学思想来看,我们往往习惯于选择Powerpoint　中的课件制作组件来制作课件,虽然它能够解决基本的图形问题,但是,一旦碰到较为抽象和复杂的图形学理论,就难以应对.因此,笔者认为,我们应该采用一种新型的图形学理论来指导我们的课件制作,以增加图形的逼真程度和提高图形学课件的制作质量.在此,笔者提出了我们可以基于OpenGL图形系统实验平台来将不同的知识点进行课件制作,努力培养学生上机进行实践的兴趣和主动性,让学生提高互动参与性,从而提高他们的学习效果.但是,当前我国高校计算机图形学教学现状不容乐观,还存在着不少急需解决的问题.因此,我们应该尽快采用OpenGL实验平台来加强计算机图形学教学改革.具体如下：1）高校应该首先认清楚OpenGL　图形系统的真实内涵,充分利用其优秀的图形处理资源和演示效果来大大激发出学生的学习心理,让他们主动参与到实践中来,对抽象的内容进行具体化的解读.这就需要学校改变传统的教学观念,因为传统的教学观念仍然是以教师教授知识为主,学生处于被动消极的地位,他们的学习积极性和主动性被严重的压抑了,而这与理论性实践性兼具的计算机图形学教学来说,是相背离的.它的基本内容就是要学习传统的经典计算方法,然后再学会分析并改进计算方法,最后解决相关问题.因此,传统的教学观念显然是不能够适应这种教学要求的.因此,我们应该彻底改变原来的教学观念,建立一种以培养学生能力为目标的新型教学模式,让学生积极参与到学习过程中,做学习的主人,并逐步培养并提高自身的分析与解决问题的能力；

2）高校要尽量调整相关的实验工具,重新设置实验项目.我们知道,OpenGL图形系统是一个非常专业的图形程序接口,它具有非常强大的图形数据库,提供了基本库、实用库和辅助库三个方面的函数库,可以开发二维和三维图形程序所需要的多个方面.我们如果在计算机图形学的教学中很好的应用OpenGL图形系统,就可以把它作为基础开发的应用程序,独立于窗口系统和操作系统来实现不同平台之间的移植工作.因此,计算机图形学教学中适当的借助于OpenGL实验平台,可以与图形算法进行合理的结合.这种教学方法可以满足学生的学习需求,还可以培养他们的实际应用能力,并设置新的实验项目,让学生很好的掌握基本的算法,培养学生的科研和分析实践能力；

3）考核方法要改进.当前,计算机图形学教学的考核方法过于单一,大大消磨了学生的学习积极性和主动性.那么,我们就要适当的改革以前的那种考核办法,而应该根据学生的实际情况,采用多因素和异权重的综合考核办法来增加学生成绩评定体系的科学性和合理性.因为正确合理的评价体系是保证教学质量的重要手段之一,它有利于调动学生的积极性,提高他们的创新思维,还可以让教师引领学生及时发现问题并解决问题.具体来说,学校可以采用一体化的教学过程评价方法,综合学生在整个学习过程中的学习态度、操作情况、参与实践教学的主动性、创造性、正确性等来给予学生综合性的成绩评定,而不是简单的依赖于理论考试和实验报告来决定他们的最终学习成绩.这样就可以培养出既有专业理论知识,又有一定实际操作能力和创新能力的新世纪复合型人才.

4　结束语

总之,作为一门新兴的学科,计算机图形学教学在信息化时代显得日益重要.我们要针对当前计算机图形学教学现状和问题,有意识的改革传统的教学观念,建立基于OpenGL实验平台的计算机图形学教学模式,狠抓学生基本功练习,合理安排一体化学习任务,把握理论知识和技能教学的穿插时机,认真设计学习任务,激发学生的学习兴趣,提高学生的学习积极性,并采用综合性的评价体系来进行及时总结评价,激

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