图形技术类系列课程教学内容综合研究和其教学探析

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1、图形技术类系列课程教学内容综合研究和其教学探析　　摘要：以计算机图形学、虚拟现实技术、游戏程序设计、计算机动画原理与技术4门课程为研究对象，从图形技术知识模块的角度出发，系统地分析各课程中教学内容间的体系结构和紧密联系，并在此基础上，以北京林业大学为例，对课程教学中存在的问题进行探讨，提出相应的调整措施与建议。关键词：计算机图形学；虚拟现实；图形技术类课程；教学内容规划0.引言11近20年来，图形技术获得了飞速发展，应用日益广泛。同时其也成为当前教育、培训的热点内容。各个大学与教育机构纷纷开设了图形技术类的课程，有以介绍图形基础理论为主的计算机图形学课程；以介绍图形技术应

2、用为主的虚拟现实技术、游戏编程技术等；以设计训练为主的三维图形设计、计算机动画设计等。这些课程有着不同的理论深度要求以及不同的技术侧重点，但它们都以图形技术为本，在许多教学内容上是相互连通、相互映照的。并且这些课程分别是从不同的层次上对图形理论进行阐述，其教学内容在安排上也有着先后顺序的要求。因此，为了能够让学生由浅入深、循序渐进、理论联系实践地系统掌握图形技术，图形技术类课程教学内容的统筹规划和统一设计是非常必要的。目前，北京林业大学开设的图形技术类课程包括：计算机图形学、虚拟现实技术、游戏程序设计、计算机动画原理与技术4门课程，主要面对计算机科学与技术、数字媒体艺术、

3、动画及地理信息系统等专业的学生。其中计算机图形学讲授图形技术的基础理论与重要算法；动画原理与技术讲授图形技术中动画制作的理论与实现技术；而虚拟现实技术、游戏程序设计则在基础理论和算法的基础上讲授图形技术在两个重要领域的应用技术。笔者首先简要介绍4门图形技术类课程的教学内容；然后对其教学内容进行综合分析，系统划分其知识模块，并对知识模块间的联系进行科学分析；在此基础上，对课程内容的规划与调整提出了具体的想法和建议，以供广大教学工作者参考与讨论。1.图形技术类课程教学内容介绍本节简要介绍4门图形技术类课程的主要教学内容，并进行一定分析。所介绍的教学内容主要以北京林业大学的课程

4、内容为参考。笔者对计算机图形学、虚拟现实技术、游戏程序设计、计算机动画原理与技术这4门课程有多年的教学经验，在教学过程中依据经典教材，结合自己的心得总结形成了比较系统的教学内容。因此所介绍的教学内容在目前国内相关课程的教学中具有很强的代表性。111.1计算机图形学计算机图形学主要以介绍图形基本理论为主，是4门课程中理论性最强，也是掌握难度最大的课程。其主要教学内容包括：①计算机图形学及图形系统概论；②二维图形算法；③计算机图形流程；④三维建模技术；⑤真实感图形学；⑥图形编程技术——OpenGL介绍。从以上的教学内容来看，第1、2部分是对图形理论的基本理解；第3、5部分是有

5、关绘制的技术；第4部分是建模；而第6部分则是图形编程实践。建模、绘制和动画是计算机图形学的3项主要研究内容。目前的课程内容循序渐进地对基础图形概念，以及绘制和建模技术进行了介绍，并配合OpenGL进行深入理解，其教学内容基本合理。之所以没有涉及动画技术是因为动画技术太过于庞杂，很难在有限的课时内进行系统介绍，而且相对于绘制与建模来说，动画技术是较高级内容，可留在后续课程系统介绍。1.2计算机动画原理与技术11与计算机图形学相呼应，这门课对图形学中的动画技术进行系统介绍。通过本课程的学习，使学生对计算机动画的低层运动控制与高层运动控制技术的基本概念、基本理论以及运动控制技术

6、在计算机动画中的运用有个基本的认识和理解，并使学生掌握各类动画制作的基本技术。其主要教学内容包括：①动画技术概述与动画基础知识；②各类动画技术的系统介绍，包括参数关键帧技术、轨迹驱动动画技术、变形动画技术、关节动画技术、粒子动画技术等，每种动画技术都将在介绍基础理论、算法的基础上结合3DSMax进行演示与实验教学；③动画脚本语言，讲授MAXScript脚本语言。计算机动画是计算机图形技术的重要研究内容。该课程从理论到实践，对计算机动画的主要技术进行了系统讲授，对学生完整掌握计算机图形技术体系具有补充作用。1.3虚拟现实技术虚拟现实技术是指运用计算机生成能够给人多种感官刺激

7、的虚拟环境的技术。在此虚拟环境中，用户应该能够以自然的方式与这个环境交互，从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感、沉浸感和身临其境的感觉。严格说来，虚拟现实技术所包含的技术范围大于图形技术范畴，它还涉及听觉、触觉、心理学等诸多学科技术。但是由于视觉在人类感知活动中占有绝对优势地位，因此图形技术是虚拟现实应用中最关注的技术，而虚拟现实也是图形技术的一个重要应用领域。虚拟现实技术的主要教学内容包括：①虚拟现实技术概论；②虚拟现实系统的接口设备；③虚拟现实系统的相关软件；④虚拟现实系统中的相关图形技术，包括几何建模、实时绘制、实时碰