導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；計(jì)算機(jī)視覺(jué)；可視化技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）01-0054-02

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及可視化技術(shù)三者均是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域重要組成部分，要做好計(jì)算機(jī)知識(shí)，就要先學(xué)好計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，但計(jì)算機(jī)圖形學(xué)學(xué)習(xí)相對(duì)枯燥，尤其是算法教學(xué)難以理解，為解決這一問(wèn)題，計(jì)算機(jī)視覺(jué)與可視化技術(shù)被應(yīng)用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中?？梢?jiàn)，三者之間存在一定的聯(lián)系，因此，有必要對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及可視化技術(shù)展開(kāi)研究。

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述

1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)目的

所謂的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)際上就是怎樣利用計(jì)算機(jī)表示圖形，并利用計(jì)算機(jī)完成圖形計(jì)算與處理，而這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)需要得到相關(guān)算法的支持。學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的目的是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)為人們呈現(xiàn)既帶有美感又不缺真實(shí)的圖形（如下圖1所示），為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要按照?qǐng)D形的要求創(chuàng)設(shè)合適的場(chǎng)景，并在一些光照模型的作用下，做好光照效果設(shè)計(jì)，在這一過(guò)程中需要計(jì)算機(jī)圖形學(xué)能夠與其他計(jì)算機(jī)技術(shù)相配合。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)出來(lái)的圖像，多會(huì)以數(shù)字圖像的方式展示出來(lái)，總的來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖像處理之間存在著一定的聯(lián)系[1]。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的涉及范圍相對(duì)寬泛，不僅有圖形硬件設(shè)計(jì)，還包括動(dòng)畫(huà)制作，虛擬現(xiàn)實(shí)等多個(gè)部分。此外，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在動(dòng)畫(huà)制作中的應(yīng)用頻率也很高，如45分鐘一集的動(dòng)畫(huà)影片中，85%的畫(huà)面都需要用算機(jī)圖形學(xué)來(lái)完成，由此可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用頻率極高，并在動(dòng)畫(huà)制作中發(fā)揮著不可替代的作用。因此，應(yīng)重視計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用。

1.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，它被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，并發(fā)揮著重要作用。首先，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用，這是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用最多的領(lǐng)域，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)被應(yīng)用以后，不僅可以設(shè)計(jì)出更精準(zhǔn)的圖形，還能做好人機(jī)交互設(shè)計(jì)，強(qiáng)化修改能力。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)還被應(yīng)用到三維形體重建中，利用該技術(shù)可以將原理的二維信息轉(zhuǎn)化為三維信息，如在某次工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中就應(yīng)用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，經(jīng)過(guò)一系列的處理以后，三維形體逐漸形成，最終實(shí)現(xiàn)了重建。其次，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用多以計(jì)算可視化的形式展示出來(lái)，如在腦部手術(shù)中，醫(yī)生為看清患處真實(shí)情況，經(jīng)常需要利用在可視化技術(shù)的作用下將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像，這時(shí)就體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在其中的應(yīng)用[2]。再者，在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)中的應(yīng)用，人們看到的動(dòng)畫(huà)影片就是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作用的結(jié)果，以動(dòng)畫(huà)人物的行走為例，為保證動(dòng)畫(huà)人物的行走與自然人不存在過(guò)大差異，就需要應(yīng)用大量的計(jì)算機(jī)技術(shù)，并在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的作用下完成設(shè)計(jì)。最后，在計(jì)算機(jī)藝術(shù)中的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在計(jì)算機(jī)藝術(shù)中也有廣泛應(yīng)用，它不僅可以用于藝術(shù)制作，很多場(chǎng)景都是通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來(lái)完成的，現(xiàn)階段，一些人正在利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)創(chuàng)設(shè)人體模擬系統(tǒng)，其目的是讓已故人士再次出現(xiàn)在熒屏上，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)就需要得到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的支持。

2 計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)

2.1 計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)含義

所謂的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，實(shí)際上就是用計(jì)算機(jī)取代人眼做識(shí)別、跟蹤以及測(cè)量等，同時(shí)也兼顧圖形處理，其目的是讓圖像在計(jì)算機(jī)被處理以后更適于識(shí)別。對(duì)于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)來(lái)說(shuō)，意在實(shí)現(xiàn)人工智能，主要是從圖像與多維數(shù)據(jù)等方面實(shí)現(xiàn)人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]。計(jì)算機(jī)視覺(jué)是一種在相關(guān)理論與模型基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的視覺(jué)系統(tǒng)，其主要構(gòu)成部分有以下幾種：

（1）程序控制，這一點(diǎn)主要體現(xiàn)在機(jī)器人設(shè)計(jì)上；（2）事件檢測(cè)，多體現(xiàn)在圖像監(jiān)測(cè)上；（3）信息組織，主要體現(xiàn)在圖像數(shù)據(jù)庫(kù)等方面。計(jì)算機(jī)視覺(jué)三個(gè)階段如圖2所示，通過(guò)觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)存在于圖像處理始終，從早期處理直到后期結(jié)束都存在，最終實(shí)現(xiàn)了3D描述，可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)具有十分重要的作用[4]。

2.2 計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)也被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，并發(fā)揮著重要作用。計(jì)算機(jī)視覺(jué)的應(yīng)用促使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了智能化，在該技術(shù)的支持下，計(jì)算機(jī)可以像人一樣透過(guò)視覺(jué)看待世界萬(wàn)物，且具有良好的適應(yīng)能力，但這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)還需要很長(zhǎng)時(shí)間，需要一系列的努力才能實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)階段，計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用最多的就是車(chē)輛視覺(jué)導(dǎo)航，然而，這種導(dǎo)航還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全自主導(dǎo)航，這也是需要進(jìn)一步研究的地方。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的適應(yīng)性較好，特別適合在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，即便是存在電子在干擾或溫度變化較大的地方都能很好的運(yùn)行，其整體效果也不會(huì)受到影響，再者，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的嵌入性較好，成本相對(duì)較低，尤其適合在PC方案中使用，同時(shí)，具有一定的非接觸能力，能夠獲取大量信息，且不受距離限制，總的來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)總體效果較好，適合利用在各種工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，因此，應(yīng)重視計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用[5]。同時(shí)計(jì)算機(jī)視覺(jué)還被應(yīng)用到移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)中，主要是利用小波模板展示人體形態(tài)，然后做圖像掃描，這樣就可以順利完成小波變換，進(jìn)而了解到人的存在。同樣，將計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用到機(jī)器人設(shè)計(jì)上，可以自動(dòng)檢測(cè)出正在行動(dòng)的人或車(chē)輛，而無(wú)法檢測(cè)到靜止的人，之所以會(huì)出現(xiàn)這樣情況，主要是由于其中采用率步態(tài)分析法。

3 可視化技術(shù)

3.1 可視化技術(shù)含義

可視化技術(shù)是一種綜合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖像處理于一體的技術(shù)，它可以將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像并在屏幕上展示出來(lái)。在可視化技術(shù)中，融合了以上兩種技術(shù)的特點(diǎn)，并在多個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，隨著可視化技術(shù)的應(yīng)用，不僅有效實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)表示，還強(qiáng)化了數(shù)據(jù)處理能力，更對(duì)數(shù)據(jù)決策分析有一定作用[6]?，F(xiàn)階段，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為可視化技術(shù)主要發(fā)展方向。

3.2 可視化技術(shù)的應(yīng)用

首先，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相對(duì)枯燥，相關(guān)知識(shí)也很抽象，不便于學(xué)生理解，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中最重要的部分是曲線曲面，而這些曲線曲面多是與數(shù)學(xué)模型有關(guān)，具有一定的抽象性，學(xué)生理解難度較大，以往教師只能通過(guò)一系列的公式演算幫助學(xué)生理解，盡管這樣依然難以讓學(xué)生掌握曲線變化情況，學(xué)生依舊無(wú)法正確理解。為減少這種情況的發(fā)生，可視化技術(shù)被應(yīng)用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中，教師將抽象的知識(shí)用動(dòng)畫(huà)的形式展示出來(lái)，學(xué)生只要觀看動(dòng)畫(huà)，拖動(dòng)一定的控制點(diǎn)就可以了解到曲線變化情況，這樣一來(lái)不僅增加了教學(xué)趣味性，學(xué)生也可以隨意變動(dòng)曲線，讓復(fù)雜的知識(shí)變得簡(jiǎn)單，深化學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)的深度理解，同時(shí)，利用可視化技術(shù)在一定條件下，還可以完成代碼編譯，如在Actoin ScriPt中做編譯，這樣也可以增強(qiáng)學(xué)生的理解能力[7]。

其次，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)τ诳梢暬夹g(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在放射治療與矯正手術(shù)上。通過(guò)可視化技術(shù)可以屏幕上看到手術(shù)整個(gè)過(guò)程，并將原來(lái)細(xì)節(jié)部位放大，手術(shù)醫(yī)生觀察的更加細(xì)致，手術(shù)成功幾率也會(huì)大幅度提升，患者生命也能得到保證（如圖3所示）。如在對(duì)某名患者進(jìn)行身體檢查的過(guò)程中需要應(yīng)用到可視化技術(shù)，由于通過(guò)檢查會(huì)獲得大量數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)又相對(duì)復(fù)雜，但在可視化技術(shù)下就可以通過(guò)圖表、曲線圖或立柱圖的方式展示出來(lái)，經(jīng)過(guò)可視化技術(shù)的作用，了解到患者的血糖為5.6mmol/L，醫(yī)生可以根這一數(shù)據(jù)做出診斷，而不必再分析這些數(shù)據(jù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，80%的醫(yī)療檢查工作都是需要利用可視化技術(shù)。

地質(zhì)勘探是我國(guó)最重要的工作之一，由于多數(shù)礦藏都深埋地下，即便使用探測(cè)儀受多種因素影響也無(wú)法了解到實(shí)際礦藏情況，這就需要應(yīng)用到可視化技術(shù)，在可視化技術(shù)的作用下，相關(guān)工作人員可以了解到地下有無(wú)礦藏，如果存在礦藏，相關(guān)工作人員也可以了解到礦藏所在位置與實(shí)際儲(chǔ)備量，進(jìn)而為礦藏開(kāi)采奠定基礎(chǔ)。如在地質(zhì)勘探中，相關(guān)工作人員利用可視化技術(shù)做地形圖整理，然后從中提取地形數(shù)據(jù)，再用CATIA做導(dǎo)入，這樣就可以完成地形模型創(chuàng)建，這樣就完成了三維地質(zhì)模型創(chuàng)建工作，同時(shí)在相關(guān)工作臺(tái)的影響下，還可以完成地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入，進(jìn)而生成一定的地形云點(diǎn)，如果其中存在錯(cuò)誤，可視化技術(shù)也可以將其中的錯(cuò)誤內(nèi)容刪除，這些都是可視化技術(shù)所帶來(lái)的好處[8]。由此可見(jiàn)，可視化技術(shù)已經(jīng)成為地質(zhì)勘探中不缺少的技術(shù)。

最后，在氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用（如圖4所示）。利用可視化技術(shù)能夠?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像，通過(guò)觀察圖像就可以了解到云層變化情況，同時(shí)也能了解到實(shí)際風(fēng)力大小與風(fēng)走向等，氣象預(yù)報(bào)人員就可以根據(jù)圖像做出精準(zhǔn)分析，需要了解氣象變化的人也能了解到現(xiàn)實(shí)情況，如果氣象條件惡劣，相關(guān)工作人員也可以及時(shí)做出工作調(diào)整，減少危險(xiǎn)事件的發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，可視化技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用頻率高達(dá)100%，由此挽回的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)13.2億元，可見(jiàn)，可視化技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用十分有必要，因此，應(yīng)重視可視化技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上研究得知，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及可視化技術(shù)三者各具特色，三者間也存在一定的關(guān)系，尤其是可視化技術(shù)綜合了前兩者的特點(diǎn)，并融合了其他技術(shù)，在很多領(lǐng)域中都有應(yīng)用?？梢暬夹g(shù)是現(xiàn)階段應(yīng)用最多的一種技術(shù)，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中也有應(yīng)用，并發(fā)揮著不可替代的作用。本文分析了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及可視化技術(shù)的含義與應(yīng)用，希望能為相關(guān)人士帶來(lái)有效參考，正確利用這些技術(shù)。

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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)要選擇合適的練習(xí)平臺(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(shū)配套的實(shí)踐教輔書(shū)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(shū)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(shū)。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(yú)，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)

篇3

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；可視化；計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）13-3088-02

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)理論

1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的定義

隨著計(jì)算機(jī)在生活中的廣泛應(yīng)用，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)圖形學(xué)結(jié)合起來(lái)描述產(chǎn)品已經(jīng)并非難事。而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所研究的正是這方面的知識(shí)。因?yàn)樵诂F(xiàn)代制造業(yè)中，用計(jì)算機(jī)圖形來(lái)模擬描述產(chǎn)品變得越來(lái)越廣泛，所以，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外大學(xué)，都將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為一門(mén)必修的應(yīng)用課程。目前國(guó)內(nèi)被采納的定義是：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣利用計(jì)算機(jī)表示、生成、處理和顯示圖形的原理、算法、方法和技術(shù)的一門(mén)學(xué)科。

1.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的整體框架

2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的現(xiàn)狀分析

2.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在教學(xué)中的發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)無(wú)論在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的算法研究，還是軟件應(yīng)用或是硬件發(fā)展方面都取得了巨大的進(jìn)步空間?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已經(jīng)成為工程應(yīng)用領(lǐng)域傳遞信息的主要技術(shù)和工具，而與它相關(guān)的軟硬件產(chǎn)業(yè)也形成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，從事研究這個(gè)產(chǎn)業(yè)的隊(duì)伍十分龐大。正是由于此份需求，我國(guó)高等院校的理工科專業(yè)現(xiàn)在基本都開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門(mén)課程。

從前面的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的整體框架可以看出，此門(mén)課課程涉及的內(nèi)容很廣泛，包含了，數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等課程，是一門(mén)交叉學(xué)科，而且此門(mén)課程的學(xué)習(xí)是以數(shù)學(xué)基礎(chǔ)作為最基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)的，所以大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)開(kāi)始的時(shí)候都感到這門(mén)課程難于理解，枯燥。另外，目前國(guó)內(nèi)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教材基本取材于幾本經(jīng)典教科書(shū)，而這幾本教科書(shū)主要講述的是上世紀(jì)七八十年代的圖形學(xué)技術(shù)，主要強(qiáng)調(diào)的亦是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。正是由于這些原因，目前我國(guó)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)普遍存在以下問(wèn)題：

第一、學(xué)生期望與教學(xué)要求之間的矛盾。在學(xué)期開(kāi)學(xué)之初，學(xué)生們拿到課本的時(shí)候，往往會(huì)在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的課本上看到的是各種當(dāng)今最新的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究成果和各種可以亂真的圖形效果，他們認(rèn)為學(xué)習(xí)完后既可以繪制出像課本彩頁(yè)上一樣的效果圖，所以開(kāi)始的時(shí)候總是對(duì)這門(mén)課程充滿期望。但是由于課時(shí)的限制，各個(gè)高校對(duì)此門(mén)課程的教學(xué)要求僅僅是掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念并且能夠完成一些基本圖形的繪制，即是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的入門(mén)課程，要想完成向課本彩頁(yè)上的那種效果圖還需要學(xué)生在學(xué)習(xí)完這門(mén)課程后畫(huà)上幾年的時(shí)間繼續(xù)學(xué)習(xí)和刻苦鉆研。學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)這門(mén)課程之初的期望和學(xué)校對(duì)這門(mén)課程的教學(xué)要求之間存在巨大的落差，隨著學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)時(shí)間增長(zhǎng)會(huì)慢慢的體現(xiàn)出來(lái)，而學(xué)生們對(duì)這門(mén)課程的興趣也會(huì)慢慢的遞減，最后慢慢失望導(dǎo)致放棄學(xué)習(xí)。

第二、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)過(guò)分強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的整體框架我們可以看出，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，這是毋庸置疑的，任何圖形要顯示出來(lái)都必須先構(gòu)造出數(shù)學(xué)模型，然后才能通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)圖形的顯示。而目前國(guó)內(nèi)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教材基本取材于幾本經(jīng)典教科書(shū)，而這幾本教科書(shū)主要講述的是上世紀(jì)七八十年代的圖形學(xué)技術(shù)，主要講述的是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的算法，因?yàn)檫@些算法的構(gòu)思比較獨(dú)特而且實(shí)現(xiàn)的方法又精巧，所以學(xué)生比較難于理解。這種算法的邏輯思維比較適合數(shù)學(xué)基礎(chǔ)良好的理科學(xué)生，相對(duì)工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們就往往會(huì)被這些算法所困擾，對(duì)這門(mén)課程產(chǎn)生畏難心理。

第三、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)內(nèi)容過(guò)于豐富導(dǎo)致課程泛泛而談。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門(mén)交叉學(xué)科，涉及到微電子學(xué)，信息學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)，圖形學(xué)，幾何學(xué)等學(xué)科。另外由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的不斷發(fā)展，它的軟硬件更新?lián)Q代和大量涌出的新算法這些都是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)所要傳授的內(nèi)容。這樣就要求計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的授課教師具有全面的知識(shí)結(jié)構(gòu)，并且在傳授課程的時(shí)候要分清主次，合理取舍。否則的話，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)都講到就會(huì)使得學(xué)生在學(xué)期后只能學(xué)到分散的知識(shí)點(diǎn)，而不能將這些分散的知識(shí)點(diǎn)連成知識(shí)面，不知道學(xué)了什么，這樣會(huì)使他們喪失繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。

第四、傳統(tǒng)教學(xué)模式忽視應(yīng)用實(shí)踐。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性強(qiáng)的課程。它要求學(xué)生具有較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力和編程能力。如果理論與實(shí)踐互動(dòng)性不夠，容易造成學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力薄弱。

通過(guò)以上分析，可以看出在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中采用傳統(tǒng)的課堂上講授理論，課下讓學(xué)生去做實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，急切需要探討新的教學(xué)思路和教學(xué)方法。

2.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在教學(xué)中所能做的改革

根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教改的總體計(jì)劃和總體目標(biāo)，我們進(jìn)行了教學(xué)研究，實(shí)施了一些教學(xué)改革，具體有如下認(rèn)識(shí)和做法：

2.2.1 重視基礎(chǔ)知識(shí)、突出重點(diǎn)技術(shù)

計(jì)算機(jī)是工科類學(xué)科，而計(jì)算機(jī)的應(yīng)用專業(yè)又是其中應(yīng)用實(shí)踐性最強(qiáng)的專業(yè)，這使得很多職業(yè)高校在進(jìn)行此專業(yè)的專業(yè)教學(xué)時(shí)有忽視理論基礎(chǔ)，片面注重操作應(yīng)用的傾向。這樣就違背了我們國(guó)家要培養(yǎng)兼顧理論與實(shí)踐操作的專門(mén)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，所以，各大高校必須要重視理論基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論基礎(chǔ)包括：計(jì)算機(jī)圖形設(shè)備的輸入、圖形在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示、圖形在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的運(yùn)算，變換原理算法、以及在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的圖形如何經(jīng)過(guò)圖形設(shè)備輸出，如何將這些點(diǎn)、線、面、體的幾何元素在計(jì)算機(jī)圖形設(shè)備上表現(xiàn)出來(lái)。這些內(nèi)容確實(shí)比較枯燥，甚至遠(yuǎn)離應(yīng)用，不像FLASH、PHOTOSHOP等用戶圖形系統(tǒng)那樣可以直接操作，具有所見(jiàn)即所得的圖形效果，但是這些卻是計(jì)算機(jī)圖形應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。傳授這些基礎(chǔ)知識(shí)可以為學(xué)生日后的學(xué)習(xí)與鉆研打下基礎(chǔ)，幫助他們?cè)谌蘸蟮膶W(xué)習(xí)中加深理解。但是由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的知識(shí)太過(guò)于廣泛，這就要求教師在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)中分清主次，以點(diǎn)帶面，濃縮教學(xué)的內(nèi)容。如：在講二維圖形的生成技術(shù)時(shí)，就可以將拋物線的二維圖形生成技術(shù)作為重點(diǎn)，其他的稍作介紹，這樣的話即可保證計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論基礎(chǔ)，又可突出圖形生成技術(shù)作為教學(xué)重點(diǎn)。

2.2.2 完善教學(xué)內(nèi)容、加強(qiáng)實(shí)踐能力

隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的飛速發(fā)展，這門(mén)課程已有相當(dāng)成熟的數(shù)學(xué)表示、變換、運(yùn)算和算法，并且最重要的是它已經(jīng)被集成到許多圖形系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)中。我們的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)的理論基礎(chǔ)還停留在最原始的概念上，如各種圖形的變換，利用單一的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行矩陣運(yùn)算。而這些在現(xiàn)有的圖形系統(tǒng)中都可以使用相應(yīng)的函數(shù)和堆棧操作完成。也就是圖形學(xué)的教學(xué)內(nèi)容還是在矩陣的元素級(jí)的運(yùn)算，而現(xiàn)有圖形系統(tǒng)在矩陣級(jí)的運(yùn)算。三維幾何體的變換可以借助于操作矩陣堆棧直接應(yīng)用取景變換。這樣理解，我們把計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)分為三級(jí)：一級(jí)：如何用數(shù)學(xué)模型生成二維圖形，二級(jí)：如何用二維圖形生成三維圖像、三級(jí)：圖形軟件的教學(xué)。可以看出，在傳統(tǒng)的教學(xué)中我們只強(qiáng)調(diào)了一級(jí)教學(xué)，而對(duì)二級(jí)只是簡(jiǎn)單帶過(guò)，三級(jí)更是由于時(shí)間的限制無(wú)法介紹。這種情況必須得到改善，我們必須通過(guò)這三個(gè)層次的教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：這三部分教學(xué)內(nèi)容的層次是越來(lái)越高的，而且每一層次對(duì)應(yīng)著不同應(yīng)用需求，如：第一層次主要對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)單的二維圖形制作；第二層次主要對(duì)應(yīng)二維或沒(méi)有規(guī)則的三維幾何體圖形制作，且可以有真實(shí)效果顯示；第三層次對(duì)應(yīng)規(guī)則幾何體的真實(shí)效果顯示，但開(kāi)發(fā)工作量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于第二層次，主要用于游戲軟件、虛擬社區(qū)漫游、電腦廣告制作等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的完善，加強(qiáng)實(shí)踐知識(shí)傳授，使學(xué)生可以將所學(xué)的知識(shí)連貫起來(lái)，知道他們所學(xué)習(xí)的究竟是什么，并掌握如何應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)。從而提高他們的學(xué)習(xí)興趣。

2.2.3 結(jié)合實(shí)際問(wèn)題、提高應(yīng)用水平

從培養(yǎng)目標(biāo)看，計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)學(xué)生不是應(yīng)用軟件的使用者，而是為這些使用者提供應(yīng)用軟件的軟件研發(fā)人員。教學(xué)時(shí)可用一些經(jīng)典案例，讓學(xué)生以角色帶入，通過(guò)這樣的教改實(shí)踐，教學(xué)內(nèi)容覆蓋了一、二、三級(jí)圖形軟件，這樣不僅可以拓寬學(xué)生的知識(shí)面，也可以讓他們?cè)趯W(xué)校就感受到社會(huì)工作時(shí)團(tuán)隊(duì)的力量。從而提高他們的實(shí)踐應(yīng)用水平。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用廣泛，不同學(xué)科的特點(diǎn)各不相同，以及學(xué)生不同的專業(yè)背景，在教學(xué)上應(yīng)因材施教尋求各自合適的模式。但歸根結(jié)底應(yīng)把培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力作為最終目標(biāo)，為以后學(xué)習(xí)相關(guān)課程和從事相關(guān)研究與開(kāi)發(fā)工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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篇4

一、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)的重要性

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（以下簡(jiǎn)稱圖形學(xué)）相關(guān)的理論與方法，越來(lái)越受到關(guān)注與重視。圖形學(xué)是研究與討論用計(jì)算機(jī)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在顯示終端上顯示的學(xué)科[1]。由于圖形所攜帶的信息比純文本方式要豐富多彩，圖形數(shù)字化的應(yīng)用迅速在各領(lǐng)域快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)深入人們工作、生活的各個(gè)領(lǐng)域，從航空航天飛行器以及汽車(chē)外形的設(shè)計(jì)、天氣預(yù)報(bào)，到電影電視廣告、游戲制作、可視電話、微信等，都因?yàn)橛?jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的應(yīng)用而精彩。

目前國(guó)內(nèi)高校的計(jì)算機(jī)以及相關(guān)專業(yè)多數(shù)開(kāi)置了“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程，也是計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的重要課程之一。該課程理論與實(shí)用并重，又是如數(shù)字圖像與模式識(shí)別、3D動(dòng)畫(huà)編程等實(shí)用性強(qiáng)的課程的前置課程，因此，學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程充滿好奇與期待。

二、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程特點(diǎn)、教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題及教學(xué)改革

1.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程特點(diǎn)。首先，涉及內(nèi)容廣，是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的特點(diǎn)之一。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門(mén)涉及多學(xué)科的綜合性課程，其內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)硬件、軟件、空間解析幾何、算法原理、編程等，因此要求學(xué)生具備多方面的知識(shí)。如較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，特別是空間解析幾何、線性代數(shù)、矩陣論等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面的知識(shí)。

其次，?課程在理論方面，涉及的原理需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)才能較好理解，繁多又抽象的圖形生成算法增加了學(xué)習(xí)的難度。

第三，理論與實(shí)驗(yàn)并重的課程。用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言描述并實(shí)現(xiàn)圖形學(xué)的問(wèn)題的過(guò)程。也就是其內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)語(yǔ)言及圖形學(xué)知識(shí)。一般而言，對(duì)圖形學(xué)相關(guān)的基本算法描述的理解是學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)，是一個(gè)從理論到實(shí)踐的認(rèn)識(shí)過(guò)程。

2.存在的問(wèn)題。由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生普遍反映：都能認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門(mén)重要的、有用的、實(shí)用的課程，對(duì)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程開(kāi)始時(shí)抱著極大的興趣學(xué)習(xí)，但是，隨著課程的深入學(xué)習(xí)，圖形算法越來(lái)越復(fù)雜，雖然課堂上能聽(tīng)懂算法的原理與流程，但是課后上機(jī)實(shí)現(xiàn)算法卻感到困難，理論與實(shí)踐不能很好結(jié)合。隨著時(shí)間的推移，不能解決的問(wèn)題的累加，舊的內(nèi)容未理解、問(wèn)題還沒(méi)解決，又要忙于學(xué)習(xí)新內(nèi)容，學(xué)習(xí)變成了一種壓力，積極性和自信心受到打擊，學(xué)習(xí)主動(dòng)性逐漸下降，這樣一來(lái)，教學(xué)效果不理想?？傊?，學(xué)生感到圖形學(xué)的內(nèi)容不易理解、不好學(xué)，理論與實(shí)驗(yàn)總是存在一定的距離。

3.教學(xué)方法的改革。為了解決面對(duì)教學(xué)過(guò)程遇到的問(wèn)題，提高計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量、收到更好的教學(xué)效果，不少計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的老師們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中，嘗試用不同的教學(xué)方法進(jìn)行課堂教學(xué)，收到了很好的教學(xué)效果[2]。

計(jì)算圖形學(xué)的內(nèi)容中，其重點(diǎn)與難點(diǎn)都會(huì)涉及到復(fù)雜算法的內(nèi)容，而這些內(nèi)容對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，是最難理解的，用常規(guī)的教學(xué)方法，其效果相對(duì)較低，因此，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)過(guò)程中，不同的教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)選取和采用合適的教學(xué)方法才能收到更好的教學(xué)效果，使教學(xué)方法的效率最大化，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法精準(zhǔn)化。為了在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法的精準(zhǔn)應(yīng)用，本文提出：在涉及復(fù)雜算法內(nèi)容教學(xué)過(guò)程中，引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[3]，用三維交互技術(shù)對(duì)復(fù)雜算法的流程及運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行描述，使復(fù)雜算法問(wèn)題具體化、簡(jiǎn)單化，更易于理解，把理論與實(shí)驗(yàn)這兩者這間更好地融會(huì)貫通，更好地抓住學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，把握學(xué)好計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的關(guān)鍵，化解學(xué)習(xí)過(guò)程中的難題。

三、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)改革

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課堂教學(xué)的必要性和重要性。要實(shí)現(xiàn)與理論與實(shí)踐相結(jié)合，首先要充分理解算法的原理、算法的核心、流程。但是，大部分計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的算法，都以數(shù)學(xué)理論為支撐，要求學(xué)生具備如空間解析幾何、線性代數(shù)、矩陣?yán)碚摷皯?yīng)用等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，換言之，良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，是學(xué)好計(jì)算機(jī)圖學(xué)算法的有利條件。而良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，需要通過(guò)專業(yè)訓(xùn)練。一般情況下，我們面對(duì)的學(xué)生其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)都不是很好，這也是學(xué)生對(duì)算法學(xué)習(xí)感到相對(duì)困難的原因。針對(duì)這種情況，在算法教學(xué)過(guò)程中，利用現(xiàn)代信息技術(shù)替代傳統(tǒng)的粉筆和黑板，引入計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行算法的模擬演示，使算法的描述和實(shí)現(xiàn)的流程形象化、具體化，也就是通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，把抽象的算法轉(zhuǎn)化虛擬環(huán)境進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示，讓學(xué)生易于接受與理解，從而激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，讓教學(xué)效果達(dá)到最佳，為學(xué)生課后上機(jī)實(shí)現(xiàn)算法做好充分的準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合。因此，在教學(xué)過(guò)程中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是很有必要的。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課堂教學(xué)的過(guò)程。教學(xué)過(guò)程中，將抽象、無(wú)形的數(shù)學(xué)模型通用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將其具體化、形象化。具體實(shí)現(xiàn)如下：將算法實(shí)現(xiàn)的過(guò)程分解，用虛擬技術(shù)的方法將算法運(yùn)行中的步驟和中間結(jié)果一步一步演示，以課件的形式在課堂演示，讓學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型、算法與代碼之的對(duì)應(yīng)關(guān)系，達(dá)到更深刻地理解各種圖形算法的原理及實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

本文選擇Virtools4.0+3Ds MAX作為課件的開(kāi)發(fā)環(huán)境。3DsMax具有很強(qiáng)的建模功能，由于圖形學(xué)算法實(shí)現(xiàn)流程中的計(jì)算單元（內(nèi)存、函數(shù)等）在對(duì)應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中可用簡(jiǎn)單的幾何體（正方體、園柱體、球體等）表示，在單一的場(chǎng)景中，3DsMax可以實(shí)現(xiàn)快速、高效的建模，此外，Max帶有許多批量建模的工具，如使用鏡像、散布、陣列等工具，可實(shí)現(xiàn)任意多個(gè)精確（幾何體的坐標(biāo)）的建模，完全滿足了圖形學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景建模的需要。Virtools是一款比較成熟具有三維交互式的最后合成軟件，其良好的兼容性突顯其優(yōu)勢(shì)，通過(guò)相應(yīng)的插件直接導(dǎo)入經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換輸出的3DsMax構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景及動(dòng)畫(huà)（3DsMax中預(yù)設(shè)的動(dòng)畫(huà)），Virtools中支持多場(chǎng)景功能，可通過(guò)交互功能實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景間的切換、跳轉(zhuǎn)等，使虛擬實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)力更強(qiáng)、更靈活和多樣，表現(xiàn)出虛擬實(shí)驗(yàn)直觀、交互、多樣性等優(yōu)勢(shì)。

??現(xiàn)過(guò)程：將圖形學(xué)算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程中涉及的內(nèi)存單元、變量以及函數(shù)在虛擬場(chǎng)景中實(shí)體化（在虛擬場(chǎng)景中可用長(zhǎng)方體或球體等表示），構(gòu)成圖形算法實(shí)現(xiàn)的虛擬的場(chǎng)景，在3DsMAX中建好的（單一）場(chǎng)景導(dǎo)入Virtools中，按算法的流程進(jìn)行動(dòng)畫(huà)編排。由于Virtools支持多場(chǎng)景功能，可根據(jù)需要，將復(fù)雜的圖形算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程分解為若干個(gè)子算法（過(guò)程），在Virtools中用不同的場(chǎng)景表現(xiàn)不同的相對(duì)獨(dú)立的子算法，即依次在不同場(chǎng)景中編排相應(yīng)的場(chǎng)景動(dòng)畫(huà)實(shí)現(xiàn)子算法，在各場(chǎng)景上設(shè)計(jì)交互界面，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景間的切換和跳轉(zhuǎn)，最后導(dǎo)出生成具有交互功能的三維虛擬實(shí)驗(yàn)課件。

篇5

計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 教學(xué)方法 上機(jī)實(shí)踐計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程在我校已經(jīng)開(kāi)設(shè)了多年，其教學(xué)任務(wù)是本著理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則，以基本概念、算法原理和實(shí)踐技術(shù)為主線，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)圖形生成與處理技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理和方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。然而，歷年的教學(xué)工作中發(fā)現(xiàn)，由于該課程學(xué)科內(nèi)容豐富、理論難度大、實(shí)踐性強(qiáng)，且作為專業(yè)限選課學(xué)時(shí)又有限，導(dǎo)致了學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容不易掌握，疲于應(yīng)付，甚至產(chǎn)生學(xué)生厭學(xué)、教學(xué)低效等現(xiàn)象。因此，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加課堂信息量，解決課時(shí)少與內(nèi)容多的矛盾、理論與實(shí)踐的矛盾，是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)工作中一個(gè)非常值得思考的問(wèn)題。本文面向計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，在分析計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，針對(duì)該課程的學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生的特點(diǎn)，根據(jù)筆者近年來(lái)在教學(xué)實(shí)踐中的親身體會(huì)，探討一種新的教學(xué)思路和方法。

一、認(rèn)真組織課堂教學(xué)內(nèi)容該課程的基本目標(biāo)是是學(xué)生全面而系統(tǒng)地理解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)概念、原理和知識(shí)，具有一定實(shí)踐體會(huì)和相關(guān)的編程能力，了解當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門(mén)功課，沒(méi)有學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，是很難學(xué)好的。難學(xué)是學(xué)習(xí)積極性的主要障礙。因此在教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：充分注意學(xué)生的接受程度，教學(xué)內(nèi)容要“精”。首先是注重基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)基本概念、基本原理，以如何“逼真”地模擬現(xiàn)實(shí)世界的物體為主線。其次也要突出重點(diǎn)，對(duì)一些要求掌握的算法，要仔細(xì)分析，強(qiáng)調(diào)其基本思想、基本原理。只要算法的基本思想掌握了，算法的實(shí)現(xiàn)就容易理解，對(duì)相關(guān)算法就可舉一反

三、觸類旁通。在教學(xué)內(nèi)容上，也應(yīng)注意“新”。教學(xué)內(nèi)容的選取應(yīng)跟上學(xué)科發(fā)展的步伐，介紹一些當(dāng)前的研究熱點(diǎn)（如：真實(shí)感圖形顯示、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、人機(jī)交互技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等）及重要文獻(xiàn)，使學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展情況，也同時(shí)增加課堂教學(xué)的趣味性。在教學(xué)內(nèi)容上，還應(yīng)注意理論與實(shí)用軟件之間的關(guān)系。應(yīng)介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論、算法在流行的圖形設(shè)計(jì)和動(dòng)畫(huà)制作軟件中的應(yīng)用，促進(jìn)理論學(xué)習(xí)和實(shí)用軟件使用形成互動(dòng)。

二、注重教學(xué)方法和手段在教學(xué)方法上，注意啟發(fā)性。如：在講畫(huà)線算法前，應(yīng)思考：為什么在屏幕上畫(huà)出直線段時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)鋸齒？如何解決？等等。這些思考的問(wèn)題可以引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)和自學(xué)，減輕課堂負(fù)擔(dān)，使課堂教學(xué)的目標(biāo)清晰，任務(wù)簡(jiǎn)化。在重要算法的講授中，首先在清晰的介紹其基本思想和原理，應(yīng)作到深入淺出，簡(jiǎn)明扼要，充分利用圖形圖示的作用，這樣使復(fù)雜的算法變得易于理解，易于學(xué)生的接受。在介紹算法的奇思妙想之后，應(yīng)注意分析其效率和特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)追求高效率、精益求精是算法不斷改進(jìn)的重要原因。在算法講解中，應(yīng)避免繁瑣復(fù)雜的算法推導(dǎo)和連篇累牘的算法分析，這樣會(huì)使很多學(xué)生感到困惑、煩躁，會(huì)使學(xué)習(xí)的積極性下降。

三、恰當(dāng)設(shè)計(jì)課前、課后習(xí)題習(xí)題應(yīng)與課堂教學(xué)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)的工作結(jié)合起來(lái)。習(xí)題可分為課后習(xí)題和課前思考題。課前思考題具有一定的引導(dǎo)作用，幫助學(xué)生預(yù)習(xí)和自學(xué)，減輕課堂負(fù)擔(dān)，使課堂教學(xué)的目標(biāo)清晰，任務(wù)簡(jiǎn)化。課后習(xí)題是對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的消化、吸收、補(bǔ)充、完善和提高。習(xí)題一定要精心設(shè)計(jì)和選擇，特別避免作業(yè)形式單一、難度較大，否則就會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。注意循序漸進(jìn)、難易適度。注重基礎(chǔ)，注意多層次、多形式（如判斷題、選擇題、填空題、簡(jiǎn)答題、算法設(shè)計(jì)題和綜合應(yīng)用題等），使學(xué)生得到全面的訓(xùn)練。習(xí)題應(yīng)注意啟迪學(xué)生的思維，培養(yǎng)獨(dú)立思考的能力，也可大大提高學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)課程教學(xué)需要，在參閱一些著名計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教材的基礎(chǔ)上，筆者經(jīng)過(guò)收集整理，編寫(xiě)了教學(xué)輔助材料《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)習(xí)題集》。

四、充分重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，上機(jī)實(shí)驗(yàn)是其重要環(huán)節(jié)?；灸繕?biāo)是將學(xué)生的計(jì)算機(jī)操作能力、分析能力、設(shè)計(jì)能力與應(yīng)用實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本理論和算法。好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容充滿了趣味性，又有挑戰(zhàn)性，在上機(jī)實(shí)驗(yàn)中可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，必然影響其它教學(xué)環(huán)節(jié)。

五、課程設(shè)計(jì)必不可少課程設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)踐教學(xué)的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程以及相關(guān)知識(shí)的綜合測(cè)試，是對(duì)學(xué)生圖形設(shè)計(jì)的問(wèn)題分析、算法設(shè)計(jì)與分析、程序設(shè)計(jì)和調(diào)試等能力的考核，是進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。課程設(shè)計(jì)在課程教學(xué)的中后期完成。課程設(shè)計(jì)的題目、要求在該課程的中期給出，題目也可自擬。課程設(shè)計(jì)任務(wù)不宜過(guò)難，最好在實(shí)驗(yàn)課的基礎(chǔ)上進(jìn)行，可以是實(shí)驗(yàn)的綜合、改進(jìn)、完善等。要求在規(guī)定的期限內(nèi)完成所有的文檔資料（包括源程序清單、可執(zhí)行程序等），并評(píng)定課程設(shè)計(jì)成績(jī)，作為課程總成績(jī)的重要組成部分。

六、嚴(yán)格教學(xué)的過(guò)程化管理與考核重視教學(xué)的過(guò)程化管理與考核是保證教學(xué)質(zhì)量的重要手段。對(duì)課堂、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正每一環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題。應(yīng)在過(guò)程中解決教學(xué)中的問(wèn)題，不能讓其積累起來(lái)，避免學(xué)生感到課程的難學(xué)，以致學(xué)習(xí)積極性的下降。過(guò)程化考核體現(xiàn)在評(píng)定學(xué)生的課程成績(jī)時(shí)，全面考核各重要教學(xué)環(huán)節(jié)（如上課、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、期末考試等）的學(xué)習(xí)情況，應(yīng)充分重視平時(shí)的學(xué)習(xí)情況，鼓勵(lì)在平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)中獨(dú)立思考，并有所創(chuàng)新。每次作業(yè)、實(shí)驗(yàn)都要給出等級(jí)，各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況都有逐一評(píng)定成績(jī)，并按比例記入到課程的總成績(jī)中?？傊?，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門(mén)不斷發(fā)展的交叉學(xué)科，其教學(xué)方法需要在實(shí)踐中不斷探索。我們教學(xué)工作者在研究高效率的教學(xué)手段和教學(xué)方法的同時(shí)，還應(yīng)積極參與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的科研工作，從而更加明確教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，做到在教學(xué)過(guò)程中有的放矢，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考的積極性和主動(dòng)性。

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關(guān)鍵詞：圖形實(shí)時(shí)繪制 自然景物仿真

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(ComputerGraphics，簡(jiǎn)稱CG)是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容就是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。圖形通常由點(diǎn)、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。從處理技術(shù)上來(lái)看，圖形主要分為兩類，一類是基于線條信息表示的，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等，另一類是明暗圖，也就是通常所說(shuō)的真實(shí)感圖形。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已成為計(jì)算機(jī)科學(xué)中最為活躍的分支之一，并得到廣泛的應(yīng)用。本文將介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容、發(fā)展歷史，應(yīng)用和圖形學(xué)前沿的方向。

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

1950年，第一臺(tái)圖形顯示器作為美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)旋風(fēng)號(hào)—(Whirlwind)計(jì)算機(jī)的附件誕生了。該顯示器用一個(gè)類似示波的陰極射線管(CRT)來(lái)顯示一些簡(jiǎn)單的圖形。在整個(gè)50年代，只有子管計(jì)算機(jī)，用機(jī)器語(yǔ)言編程，主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算，為這些計(jì)算機(jī)置的圖形設(shè)備僅具有輸出功能。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)處于準(zhǔn)備和醞釀時(shí)期并稱之為：“被動(dòng)式”圖形學(xué)。1963年，伊凡•蘇澤蘭在麻省理工學(xué)院發(fā)表了名為《畫(huà)板》的博士論文，它標(biāo)志著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的正式誕生。此前的計(jì)算機(jī)主要是符號(hào)處理系統(tǒng)，自從有了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，計(jì)算機(jī)可以部分地表現(xiàn)人的右腦功能了，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的建立意義重大。

2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用

2.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造

CAN/CAN是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在工業(yè)界最廣泛，最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)被用來(lái)進(jìn)行土建工程，機(jī)械結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)飛機(jī)、汽車(chē)、船舶的外形和發(fā)電廠、化工廠等的布局以及電子線路、電子器件等。有時(shí)，著眼于產(chǎn)生工程和產(chǎn)品相應(yīng)結(jié)構(gòu)的精確圖形，然而更常用的是對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，產(chǎn)品和工程的相關(guān)圖形進(jìn)行人—機(jī)交互設(shè)計(jì)和修改，經(jīng)過(guò)反復(fù)的選代設(shè)計(jì)，便可利用結(jié)果數(shù)據(jù)輸出零件表、材料單、加工流程和工藝卡，或者數(shù)據(jù)加工代碼的指令。在電子工業(yè)中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用到集成電路、印刷電路板，電子線路和網(wǎng)絡(luò)分析等方面的優(yōu)勢(shì)十分明顯。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行異地異構(gòu)系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)，已成為CAD領(lǐng)域最熱門(mén)的課題之一?，F(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)已不再是一個(gè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)孤立的技術(shù)問(wèn)題，而是綜合了產(chǎn)品各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域，相關(guān)過(guò)程，相關(guān)技術(shù)資源和相關(guān)組織形式的系統(tǒng)化工程。

CAD領(lǐng)域另一個(gè)非常重要的研究領(lǐng)域是基于工程圖紙的三維形體重建。三維形體重建是從二維信息中提取三維信息，通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行分類，綜合等一系列處理，在三維空間中重新構(gòu)造出二維信息所對(duì)應(yīng)的三維形體，恢復(fù)形體的點(diǎn)、線、面及其拓?fù)潢P(guān)素，從而實(shí)現(xiàn)形體的重建。

2.2科學(xué)計(jì)算可視化

目前科學(xué)計(jì)算可視化廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，流體力學(xué)，有限元分析，氣象分析當(dāng)中。尤其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可視化有著廣闊的發(fā)展前途。依靠精密機(jī)械做腦部手術(shù)是目前醫(yī)學(xué)上很熱門(mén)的課題，而這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)則是可視化。當(dāng)我們做腦部手術(shù)時(shí)，可視化技術(shù)技術(shù)將醫(yī)用CT掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖象，使得醫(yī)生能夠看到并準(zhǔn)確的判別病人的體內(nèi)患處，然后通過(guò)碰撞檢測(cè)一類的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手術(shù)效果的反饋，幫助醫(yī)生成功完成手術(shù)。我們利用了可視化技術(shù)。天氣氣象站將大量數(shù)據(jù)，通過(guò)可視化技術(shù)轉(zhuǎn)化成形象逼真的圖形后，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析就可以清晰的預(yù)見(jiàn)幾天后的天氣情況。

2.3圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真

重現(xiàn)真實(shí)世界的場(chǎng)景叫做真實(shí)感繪制。真實(shí)感繪制主要是模擬真實(shí)物體的物理屬性，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是物體的形狀，光學(xué)性質(zhì)，表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對(duì)位置，遮擋關(guān)系等等。在自然景物仿真這項(xiàng)技術(shù)中我們需要過(guò)行消除隱藏線及面、明暗效應(yīng)、顏色模型、紋理、光線跟蹤，輻射度等工作。這其中光照和表面屬性是最難摸擬的。而且還必須處理物體表面的明暗效應(yīng)，以便用不同的色彩灰度來(lái)增加圖形的真實(shí)感。自然景物仿真在幾何圖形、廣告影視、指揮控制，科學(xué)計(jì)算等方面應(yīng)用范圍很廣。除了建造計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)的逼真物理模型外，真實(shí)感繪制還有一個(gè)研究重點(diǎn)是研究加速算法，力求能在最短的時(shí)間內(nèi)繪制出最真實(shí)的場(chǎng)景。

2.4計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)

隨著計(jì)算機(jī)圖形和計(jì)算機(jī)硬件的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)應(yīng)運(yùn)而生。事實(shí)上動(dòng)畫(huà)也只是生成一幅幅靜態(tài)的圖象，但是每一幅都是對(duì)前一幅小部分修改，如何修改便是計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的研究?jī)?nèi)容，這樣，當(dāng)這些連續(xù)播放時(shí)，整個(gè)場(chǎng)景就動(dòng)起來(lái)。

早期的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)靈感來(lái)源于傳統(tǒng)的卡通片，在生成幾幅被稱作“關(guān)健幀”，連續(xù)播放時(shí)2個(gè)關(guān)健幀就被有機(jī)的結(jié)合起來(lái)了。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)內(nèi)容豐富多彩，生成動(dòng)畫(huà)的方法也多種多樣，比如基于特征的圖象變形，二維形狀混合，軸變形方法，三維自由形體變形等。近年來(lái)人們普遍將注意力轉(zhuǎn)向基于物理模型的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)生成方法。這是一種嶄新的方法，該方法大量運(yùn)用彈性力學(xué)和流體力學(xué)的方程進(jìn)行計(jì)算，力求使動(dòng)畫(huà)過(guò)程體現(xiàn)出最適合真實(shí)世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。然而要真正到達(dá)真實(shí)運(yùn)動(dòng)是很難的，比如人的行走或跑步，要實(shí)現(xiàn)很自然的人走路的畫(huà)面，計(jì)算機(jī)方程非常復(fù)雜和計(jì)算量極大，基于物理模型的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)還有許多內(nèi)容需要進(jìn)一步研究。

2.5計(jì)算機(jī)藝術(shù)

用計(jì)算機(jī)從事藝術(shù)創(chuàng)作，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)除了廣泛用于藝術(shù)品的制造，如各種圖案、花紋及傳統(tǒng)的油畫(huà)、中國(guó)國(guó)畫(huà)等。還成功的用來(lái)制造廣告、動(dòng)畫(huà)片甚至電影，其中有的影片還獲得了奧斯卡獎(jiǎng)。這是電影界最高的殊榮。目前國(guó)內(nèi)外不少人士正在研制人體模擬系統(tǒng)，這使得在不久的將來(lái)把歷史上早已去世的著名影視明星重新搬上新的影視片成為可能。這是一個(gè)傳統(tǒng)的藝術(shù)家無(wú)法實(shí)現(xiàn)也不可想象的。

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摘要：“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門(mén)非常重要的基礎(chǔ)課程，但在教學(xué)中存在很多問(wèn)題，本文總結(jié)了兩種結(jié)合方式的教學(xué)方法，分析和探討了其在教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)與實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)課，其課程涉及圖形硬件設(shè)備、圖形系統(tǒng)、交互技術(shù)、基本圖形生成算法、幾何變換、真實(shí)感圖形生成等內(nèi)容。在筆者的教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中普遍存在以下兩個(gè)問(wèn)題。

1.1理論知識(shí)掌握方面

由于“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”具有較強(qiáng)理論性，部分算法比較抽象不易理解。所以學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候很難將抽象算法與具體的三維圖像結(jié)合起來(lái)，經(jīng)常表現(xiàn)出畏難情緒。

1.2實(shí)踐能力培養(yǎng)方面

由于“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的教學(xué)主要精力放在了圖形的基本概念和算法原理的講解上，上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)滯后；另外，現(xiàn)在大部分的教材中仍然是以Turbo C作為上機(jī)實(shí)習(xí)的平臺(tái)，但是由于Turbo C再實(shí)際應(yīng)用中早已不作為開(kāi)發(fā)工具使用，學(xué)生并不能夠在實(shí)驗(yàn)中獲得未來(lái)就業(yè)環(huán)境下真是需要掌握的編程知識(shí)，需要二次學(xué)習(xí)才能適應(yīng)社會(huì)的需求。

針對(duì)以上問(wèn)題，給出以下解決方案。

2理論講解與具體開(kāi)發(fā)工具的使用相結(jié)合

圖形通常由點(diǎn)、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，構(gòu)成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容。目前，大部分《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》教材都是以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、基本理論、基本原理及經(jīng)典算法作為主要內(nèi)容，以豐富學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立研究能力。然而，在微型計(jì)算機(jī)日益普及的今天，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)及技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多功能完善的圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)和圖形軟件，如何利用他們培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)際應(yīng)用的能力，則是當(dāng)今教學(xué)的重點(diǎn)。

為了能夠更加廣泛地接觸和學(xué)習(xí)圖形軟件，筆者在以Turbo C語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)工具來(lái)介紹基本圖元的經(jīng)典畫(huà)法的同時(shí)，將OpenGL引入到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的學(xué)習(xí)中。

OpenGL是近10年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一個(gè)性能卓越的、通用共享的三維圖形標(biāo)準(zhǔn)，已得到廣泛應(yīng)用。OpenGL提供十分清晰明了的圖形函數(shù)，所以圖形繪制可以通過(guò)它的各種函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。OpenGL具有標(biāo)準(zhǔn)型、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性、可縮放性、易用性、可靠性和可移植性等特點(diǎn)。與其他圖形程序包相比，OpenGL應(yīng)用程序代碼行數(shù)少，又封裝了有關(guān)基本硬件的信息，因此在很多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。

在教學(xué)過(guò)程中，為了讓學(xué)生對(duì)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”中所講解的知識(shí)能夠更好的理解和掌握，可以從三個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行講解：

2.1理論講解――基本概念、原理及算法

理論講解過(guò)程中，我們可以把OpenGL與之結(jié)合起來(lái)。例如：我們?cè)谥v解直線的掃描算法時(shí)，首先介紹經(jīng)典的中點(diǎn)繪制直線算法和Bressman算法，通過(guò)這兩個(gè)算法的原理的介紹可以使學(xué)生了解到在計(jì)算機(jī)中怎樣以像素作為處理單位來(lái)實(shí)現(xiàn)直線的繪制。然后，我們可以介紹一下OpenGL中對(duì)直線進(jìn)行繪制的方法，從而體會(huì)兩種開(kāi)發(fā)工具的相同和不同之處：

(1) Turbo C：Bressman算法實(shí)現(xiàn)直線的繪制

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實(shí)現(xiàn)

glBegin ( GL_LINES );

glColor3f(1.0,1.0,0.0);

glVertex2f(-11.0,8.0);

glVertex2f(-7.0,7.0);

glEnd();

在Turbo C中需要具體的算法和參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)像素逐個(gè)處理從而形成一條直線；在OpenGL中我們只需要給出直線的坐標(biāo)、屬性的數(shù)據(jù)就可以得到一條直線了。這樣學(xué)生就可以了解到直線的繪制原理，以及在實(shí)際開(kāi)發(fā)中具體實(shí)現(xiàn)發(fā)法，有效地把理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

2.2多媒體演示――各種圖元、概念、算法的實(shí)現(xiàn)和變化過(guò)程

由于“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”這門(mén)課程中的很多理論知識(shí)比較抽象不容易理解，特別是需要學(xué)生具有較好的三維空間的立體感，才能更好的理解所學(xué)的知識(shí)，例如對(duì)坐標(biāo)變換、投影變換等部分的概念的理解，對(duì)很多學(xué)生來(lái)講都很難理解，為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，可以將OpenGL引入到課程學(xué)習(xí)中，通過(guò)OpenGL的對(duì)應(yīng)函數(shù)的多媒體演示，幫助學(xué)生更好地掌握這部分知識(shí)。在介紹了基本的變換中的平移變換、縮放變換和旋轉(zhuǎn)變換的概念時(shí)，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中我們一般是通過(guò)二維的圖形來(lái)幫助學(xué)生理解，如圖1～3。

OpenGL多媒體演示見(jiàn)圖4。

在OpenGL中分別使用glTranslatef()來(lái)表示平移變換，三個(gè)參數(shù)分別表示在三個(gè)坐標(biāo)平移的距離；glRotatef()用來(lái)表示旋轉(zhuǎn)變換，一個(gè)參數(shù)表示旋轉(zhuǎn)地角度，另外一個(gè)參數(shù)表示旋轉(zhuǎn)軸的坐標(biāo)；glScalef()表示縮放變換，三個(gè)參數(shù)表示在三個(gè)坐標(biāo)軸方向的縮放比例。這里，通過(guò)多媒體可是課件，通過(guò)鼠標(biāo)來(lái)控制參數(shù)的值，根據(jù)參數(shù)值的變化，顯示效果也會(huì)隨之變化。通過(guò)這種三維的動(dòng)態(tài)多媒體課件的演示，可以使學(xué)生更好的理解三種變換，同時(shí)對(duì)OpenGL中對(duì)應(yīng)的函數(shù)及其參數(shù)的具體含義有了更好的掌握。

2.3具體應(yīng)用――原理算法的具體應(yīng)用

在完成前兩個(gè)步驟的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)一些小的應(yīng)用程序或游戲程序的演示，將其中對(duì)應(yīng)的圖形繪制方法的應(yīng)用提煉分析出來(lái)，這樣可以使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的具體應(yīng)用有較直觀的認(rèn)識(shí)，為其將來(lái)的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和實(shí)踐打下基礎(chǔ)。

3教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，但在目前，普遍存在的現(xiàn)象是“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的理論教學(xué)內(nèi)容存在著一定孤立性，與上機(jī)實(shí)踐聯(lián)系并不緊密；因此，有必要加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。為了確保計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)該選用目前市場(chǎng)上比較流行的圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境作為學(xué)生的實(shí)踐環(huán)境，同時(shí)也要注重課堂知識(shí)的消化，因此理論知識(shí)的對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)也不能輕視。筆者認(rèn)為應(yīng)將兩者有效地結(jié)合起來(lái)才能達(dá)到更好的效果。

為了能夠幫助學(xué)生更好地理解理論知識(shí)，更好地提高動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)部分可以分三部分進(jìn)行：

(1) 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：主要完成各種理論講解過(guò)程中學(xué)習(xí)的代碼實(shí)現(xiàn)，編程環(huán)境為T(mén)urbo C。

(2) 提高實(shí)驗(yàn)：以Visual C++ 和OpenGL作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，進(jìn)行實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

(3) 體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：以3D Max作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，進(jìn)行圖形圖像軟件開(kāi)發(fā)的體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生更好地理解基本的理論和各種基本圖元的經(jīng)典算法。

提高實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，能夠使學(xué)生更多地接觸實(shí)際開(kāi)發(fā)中所使用的工具和開(kāi)發(fā)環(huán)境，為將來(lái)的工作打好基礎(chǔ)。

體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中的3DMax是圖形開(kāi)發(fā)的具體產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)其的使用和接觸，可以讓學(xué)生感知到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用情況。

通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、提高實(shí)驗(yàn)和體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合練習(xí)，不但可以提高學(xué)生的編程能力，而且加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的了解和認(rèn)識(shí)，使學(xué)生對(duì)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的實(shí)際應(yīng)用有了感性的認(rèn)識(shí)。

4結(jié)語(yǔ)

“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”是計(jì)算機(jī)學(xué)科的主要基礎(chǔ)課程之一，但由于各種原因，學(xué)生學(xué)起來(lái)有一定的難度，這給授課的教師帶來(lái)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)?！坝?jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它會(huì)涉及到諸多方面的問(wèn)題，以上所述僅僅是筆者授課過(guò)程中得粗略總結(jié)，有不妥或不足之處，敬請(qǐng)大家批評(píng)指正。

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Teaching method discussion of Computer Graphics

XUE Chun-yan

( XiamenUniversity Tan Kah Kee college)

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關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；教學(xué)改革；建構(gòu)主義；開(kāi)放式

0、引言

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門(mén)比較重要的課程。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的是如何利用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的原理、方法與技術(shù)n]。它是一門(mén)復(fù)雜的綜合性新興學(xué)科，廣泛應(yīng)用在工業(yè)、科技、教育、管理、商業(yè)、藝術(shù)、娛樂(lè)等多種領(lǐng)域。這門(mén)課程理論性較強(qiáng)，內(nèi)容抽象、難懂，要求學(xué)生有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)并且具有一定的編程能力，部分學(xué)生感覺(jué)學(xué)習(xí)起來(lái)吃力，學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果不夠理想。文獻(xiàn)提出了建構(gòu)教學(xué)模式在圖形學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用；文獻(xiàn)[3]也針對(duì)已有的圖形學(xué)教學(xué)模式提出了改進(jìn)。筆者對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析探討，并對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)內(nèi)容及方法提出了改進(jìn)，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中，取得了良好的效果。

1、圖形學(xué)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.1 內(nèi)容枯燥難懂

目前，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程講述的重點(diǎn)是圖形學(xué)技術(shù)，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本算法的生成和實(shí)現(xiàn)，對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較多，還要有一定的三維空間想象能力。這種強(qiáng)調(diào)圖形算法基礎(chǔ)的教學(xué)比較適合數(shù)學(xué)基礎(chǔ)優(yōu)秀的學(xué)生，對(duì)大多數(shù)本科學(xué)生來(lái)說(shuō)，這種理論性太強(qiáng)的課程，理解起來(lái)較難，學(xué)習(xí)起來(lái)不易，直接影響了學(xué)生的積極性，影響了教學(xué)效果。

1.2 編程語(yǔ)言環(huán)境古板陳舊

在很多高校，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的實(shí)驗(yàn)都是基于Turbo C環(huán)境下的編程練習(xí)。雖然Turbo C提供了非常優(yōu)秀的C語(yǔ)言編程環(huán)境，但是由于編程界面不夠友好，使用不方便，多數(shù)學(xué)生對(duì)它不感興趣。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一

該課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括最基本的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的熟悉及像素點(diǎn)的生成，基本圖形元素（直線、圓和橢圓）生成算法的實(shí)現(xiàn)，二維圖形的填充和裁剪算法和圖形幾何變換（二維、三維變換）的實(shí)現(xiàn)等?；镜膶?shí)驗(yàn)主要是為了驗(yàn)證理論教學(xué)中學(xué)到的算法，比如直線生成算法實(shí)驗(yàn)，就是編程實(shí)現(xiàn)一條直線的生成，沒(méi)有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，學(xué)生感覺(jué)所編程序與現(xiàn)實(shí)中成熟的各類畫(huà)圖軟件差距較大，進(jìn)而失去學(xué)習(xí)興趣。

2、教學(xué)改革實(shí)踐

2.1 選擇內(nèi)容稍簡(jiǎn)單的教材

當(dāng)前圖形學(xué)的課本非常多，經(jīng)典教材中多采用c語(yǔ)言偽代碼，且講解的知識(shí)較多、難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)比較吃力?？紤]到本校碩士專業(yè)也開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門(mén)課，主要講解三維的知識(shí)，所以我們將本科教學(xué)中的重點(diǎn)定位為二維知識(shí)的掌握，三維的知識(shí)作為簡(jiǎn)單介紹和了解，這樣降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，為以后學(xué)習(xí)三維打好基礎(chǔ)。因此，在選擇教材時(shí)，主要考慮以二維知識(shí)為主的、包含有程序代碼的、利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)的教材。

2.2 將AutoGAD等成熟軟件引入圖形學(xué)課堂

圖形學(xué)的基本內(nèi)容以二維為基礎(chǔ)，AutoCAD是最為成熟的二維圖形軟件之一，它的功能非常強(qiáng)大，幾乎囊括了圖形學(xué)中的所有知識(shí)。因此，在教學(xué)過(guò)程中以AutoCAD為例給學(xué)生講解，使本來(lái)抽象難瞳的知識(shí)變得可見(jiàn)，例如，在講到矢量字符時(shí)，AutoCAD可以允許用戶以形定義的方式自己創(chuàng)建矢量字符。學(xué)生在使用AutoCAD創(chuàng)建字符的同時(shí)，加深了對(duì)概念的理解。AutoCAD的交互能力是非常強(qiáng)大的，教師在講解圖形交互技術(shù)一章時(shí)，重點(diǎn)介紹AutoCAD中的對(duì)象捕捉功能、網(wǎng)格功能、約束技術(shù)等，使學(xué)生對(duì)圖形交互有更直觀的印象。在講解曲線一章時(shí)，教師可以用Photoshop中的路徑生成工具來(lái)講解Hermit曲線，講三維建模時(shí)引入3DMAX。這些成熟的軟件給學(xué)生搭建一個(gè)對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐的平臺(tái)，讓學(xué)生更好地理解課本的內(nèi)容，使難懂晦澀的內(nèi)容變得生動(dòng)形象起來(lái)，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.3 將最新的研究成果帶入課堂

圖形學(xué)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，它應(yīng)用廣泛，每一個(gè)應(yīng)用方面都有最新的研究成果。在講解課本知識(shí)之外，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們搜集了一些介紹圖形學(xué)知識(shí)的紀(jì)錄片。比如在講到分形時(shí)，播放分形在影視特效中的應(yīng)用；在講到真實(shí)感圖形時(shí)，播放工業(yè)光魔在這方面的研究歷史，從最初起步到現(xiàn)在技術(shù)日益成熟。這些紀(jì)錄片豐富了學(xué)生的知識(shí)，開(kāi)闊了學(xué)生的視野，加深了學(xué)生對(duì)課本知識(shí)的理解。

3、實(shí)驗(yàn)改革實(shí)踐

3.1 選擇可視化編程語(yǔ)言環(huán)境

針對(duì)Turbo C編程環(huán)境的死板和界面不夠友好的情況，我們?cè)谶x擇教材時(shí)，選擇的是用VC編程的教材。學(xué)生可按照教材完成實(shí)驗(yàn)。因?yàn)閂C開(kāi)發(fā)環(huán)境是可視化的，編寫(xiě)的程序執(zhí)行結(jié)果明顯，學(xué)生很有成就感，對(duì)完成實(shí)驗(yàn)更有自信。學(xué)生也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)，來(lái)學(xué)習(xí)實(shí)用的編程語(yǔ)言，促進(jìn)了對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)。

3.2 明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，整合實(shí)驗(yàn)效果

教師在新課剛剛開(kāi)始講解時(shí)就以Windows自帶的畫(huà)圖軟件為目標(biāo)，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候以其為模板。在講解實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，老師一開(kāi)始就引入了添加菜單、工具欄、鼠標(biāo)畫(huà)圖、橡皮筋技術(shù)以及調(diào)色板，這樣在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生就可以自己編出用鼠標(biāo)畫(huà)出直線、設(shè)置顏色的程序，因?yàn)榉浅ＹN近現(xiàn)有的成熟軟件，所以學(xué)生很有成就感。

整個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)圍繞畫(huà)圖軟件，使其與課程進(jìn)展相結(jié)合，由簡(jiǎn)入繁。

有了畫(huà)圖軟件這個(gè)目標(biāo)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中會(huì)主動(dòng)地考慮一些功能的實(shí)現(xiàn)，比如用鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)鉛筆畫(huà)功能，是學(xué)生自己考慮出來(lái)的。學(xué)生通過(guò)自己去想、去嘗試、去實(shí)現(xiàn)，提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，最后不僅完成了課本上要求的任務(wù)，還自己增加了一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了編程能力。學(xué)生將每次所學(xué)的課程內(nèi)容都添加在一個(gè)程序中，最后自然就完成了教材中所要求的綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且所實(shí)現(xiàn)的功能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于教材中的要求。

3.3 教學(xué)與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，變被動(dòng)復(fù)習(xí)為主動(dòng)復(fù)習(xí)

在教學(xué)中，我們引入建構(gòu)主義教育思想，將期末設(shè)計(jì)改為圖形學(xué)教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計(jì)。建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)者的知識(shí)是在一定情境下，借助他人的幫助，人與人之間的協(xié)作、交流，利用必要的信息等，通過(guò)意義的建構(gòu)而獲得的。以往的復(fù)習(xí)，就是學(xué)生個(gè)人死記硬背概念，學(xué)生不愿意背，也不容易記住。期末設(shè)計(jì)以小組團(tuán)隊(duì)為單位，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，借助開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)思想，不限制實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，不限制實(shí)驗(yàn)時(shí)間，不限制實(shí)驗(yàn)小組，由學(xué)生自己決定團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)內(nèi)部自主分配任務(wù)，通過(guò)網(wǎng)上指導(dǎo)，隨時(shí)有問(wèn)題隨時(shí)解決，這是對(duì)學(xué)生將以往所學(xué)的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)的一次整合，使學(xué)生充分體會(huì)到每門(mén)課都是息息相關(guān)的。學(xué)生們需要將所學(xué)的知識(shí)在網(wǎng)上重現(xiàn)，在重現(xiàn)的過(guò)程中，就是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次鞏固、一次主動(dòng)的復(fù)習(xí)。教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計(jì)包括各種圖形學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、算法代碼、當(dāng)前圖形學(xué)的研究熱點(diǎn)、著名圖形學(xué)網(wǎng)站的鏈接等。學(xué)生們根據(jù)自己在學(xué)習(xí)圖形學(xué)中遇到的問(wèn)題，借鑒現(xiàn)在網(wǎng)上已有的教學(xué)網(wǎng)站，設(shè)計(jì)出自己風(fēng)格的網(wǎng)站，將枯燥的死記硬背改為有效的主動(dòng)復(fù)習(xí)。圖1是某小組實(shí)現(xiàn)的關(guān)于“當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題”這個(gè)方面的網(wǎng)頁(yè)，他們搜集、查閱了大量資料，豐富了其圖形學(xué)知識(shí)，在搜集過(guò)程中更提高了對(duì)圖形學(xué)的興趣。

圖2中某小組搜集了各類圖形學(xué)題目，在此給出了答案。在出題過(guò)程中，不會(huì)題的同學(xué)之間相互討論，問(wèn)老師，更好地掌握了所學(xué)知識(shí)，加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。

通過(guò)期末設(shè)計(jì)，老師不僅可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)思維的方式，而且從中也能發(fā)現(xiàn)自己的不足，從而為以后的教學(xué)改進(jìn)提供依據(jù)，在以后的教學(xué)中也應(yīng)多從學(xué)生的角度來(lái)考慮教授內(nèi)容，應(yīng)將演示軟件、網(wǎng)站等引入教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)多方面、多維的立體化教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并通過(guò)各種途徑與學(xué)生交流和討論。

篇9

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；圖形處理；圖像處理；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)：1007-9599 （2012） 17-0000-02

隨著計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，在20世紀(jì)末期，產(chǎn)生了運(yùn)用計(jì)算機(jī)處理圖形圖像的新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)，這種技術(shù)主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、儲(chǔ)存和修改圖片，其中，圖形圖像的設(shè)計(jì)與修改是通過(guò)CAD、CAM等的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本含義和主要內(nèi)容

在1962年，首次提出了計(jì)算機(jī)圖形這個(gè)術(shù)語(yǔ)ComputerGraphics。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是通過(guò)計(jì)算機(jī)處理圖像、設(shè)計(jì)圖片、顯示生成的一門(mén)學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形制作的內(nèi)容十分廣泛，它囊括圖形硬件和事物造型等多方面的內(nèi)容。通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)用軟件的功能輔助完成真實(shí)感的圖形。為此，利用幾何的方式建立圖形描述的場(chǎng)景，運(yùn)用光照模型來(lái)綜合表現(xiàn)出材質(zhì)在相關(guān)光源下的效果。因此，計(jì)算機(jī)的圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助幾何制作有著密切的關(guān)系。同時(shí)，真實(shí)感的圖形所顯示的是一個(gè)數(shù)字性結(jié)果，計(jì)算機(jī)的圖形和圖像的修改間有一定的聯(lián)系關(guān)系。比如：做一張獨(dú)角獸的圖形，我們就需要先運(yùn)用3D MAX來(lái)做一個(gè)獨(dú)角獸的整體模型，然后，在進(jìn)行展UV貼圖，再渲染，這樣就能得到一張極富真實(shí)感的圖片。如下圖所示：

2 計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)的基本含義

計(jì)算機(jī)的圖形圖像完善技術(shù)手段主要通過(guò)一定的概念和幾何方式，運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件完成相關(guān)操作的步驟，由圖形編制的二維技術(shù)和三維技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這其中涉及到的內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：第一、圖形到數(shù)字化的轉(zhuǎn)換，相關(guān)的圖像的復(fù)原等；第二、幾何的移植，例如平移、旋轉(zhuǎn)等；第三、建立實(shí)物模型；第四、線條的色彩調(diào)度；第五、曲線以及曲面的運(yùn)用；第六、色彩間的變換。在這需要說(shuō)明的是圖形、圖像的有關(guān)創(chuàng)作是基于這兩大組成要素為基點(diǎn)，運(yùn)用一系列創(chuàng)作方法與步驟在計(jì)算機(jī)上操作實(shí)現(xiàn)的。

3 計(jì)算機(jī)圖形、圖像兩者間的區(qū)別和聯(lián)系

3.1 圖形與圖像間的區(qū)別

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理兩者最大的區(qū)別就是計(jì)算機(jī)軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一樣。圖形是由點(diǎn)、線、面等這些基本元素構(gòu)成的，因此，如果圖形簡(jiǎn)單，那么所需的數(shù)據(jù)也就簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量也就少，相對(duì)的，圖形復(fù)雜，數(shù)據(jù)量也會(huì)相應(yīng)的增多；而圖像處理是針對(duì)一幅畫(huà)進(jìn)行的一個(gè)二維數(shù)據(jù)組表示的，每一個(gè)像素都是該數(shù)據(jù)組的一個(gè)元素，因此，它的數(shù)據(jù)量很大。

3.2 圖形與圖像間的聯(lián)系

圖形處理和圖像處理兩者間具有一定的共性和依賴性，在實(shí)際運(yùn)用中，如果圖形與圖像處理技術(shù)結(jié)合使用可以使圖片的視覺(jué)效果和質(zhì)量更加完美和清晰。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，二者間的界限也日趨模糊，他們間的關(guān)聯(lián)和轉(zhuǎn)換入下圖所示：

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的逆過(guò)程是分析、識(shí)別、輸入圖像，從中提取二維或者是三維的數(shù)據(jù)模型。如：手寫(xiě)識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)等。

4 計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)的相關(guān)運(yùn)用

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)在不斷的發(fā)展，他們的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大。目前，計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到以下方面：

4.1 計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）

在工業(yè)領(lǐng)域中，CAD和CAM是計(jì)算機(jī)圖形操作的運(yùn)用最廣泛的軟件。計(jì)算機(jī)的圖形操作被廣泛運(yùn)用到建筑設(shè)計(jì)和室內(nèi)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，并且，飛機(jī)與汽車(chē)等交通工具的外形設(shè)計(jì)也運(yùn)用了這些技術(shù)。此外，在印刷電板路和網(wǎng)絡(luò)分析等方面也采用了這項(xiàng)技術(shù)，給領(lǐng)域提供了很大的便利。CAD是一種運(yùn)用在國(guó)內(nèi)工程建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中的三維軟件。這樣的三維模型是建立在二維的基礎(chǔ)上，從中提煉出三維的相關(guān)信息，針對(duì)這些信息重新編排和分類，這就形成了一個(gè)與二維相對(duì)應(yīng)的三維模式，并從點(diǎn)擴(kuò)充到線，再完成模型的整體。

4.2 計(jì)算機(jī)圖形化的用戶接口

在一定的程度上，一個(gè)良好的圖形化的用戶界面能夠增強(qiáng)軟件的實(shí)用構(gòu)造，美國(guó)的Apple公司推出了相應(yīng)的圖形操作軟件，特別是windows，已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)廣泛運(yùn)用，這就象征著，計(jì)算機(jī)的圖形學(xué)已經(jīng)邁入了計(jì)算機(jī)的各大主流之中。

4.3 國(guó)家的地形、地貌圖與自然資源圖

對(duì)于一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)重要構(gòu)成元素就是國(guó)土的掌控信息。通過(guò)現(xiàn)實(shí)的相關(guān)信息能夠得到地形平面圖與三維圖形地貌，為國(guó)土的整體預(yù)測(cè)提供有效的方法與數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)國(guó)土資源的合理規(guī)范與管理，保障了信息的科學(xué)性，并給軍事方面帶來(lái)了巨大的便利。

4.4 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)和藝術(shù)設(shè)計(jì)

在動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)和藝術(shù)設(shè)計(jì)所能用到計(jì)算機(jī)軟件很多，比如：3D MAX、MAYA、FLASH、PS、PR等等。這些軟件在現(xiàn)代社會(huì)中的其他領(lǐng)域中都得到廣泛的運(yùn)用，并發(fā)揮著積極的作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)今社會(huì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的圖形、圖像技術(shù)在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中得到最大程度的運(yùn)用，它的創(chuàng)作是人們最大層次的發(fā)揮了主觀能動(dòng)性，并且，產(chǎn)生很多形式多樣且富有新意的視覺(jué)景象，為人們的生產(chǎn)生活活動(dòng)帶來(lái)了便利，改變了人們的生活環(huán)境與生活設(shè)施。圖形圖像技術(shù)的運(yùn)用與相關(guān)的技術(shù)處理不僅能夠創(chuàng)作出豐富多彩的生活，還能構(gòu)造美好的生活藍(lán)圖。

參考文獻(xiàn)：

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篇10

關(guān)鍵詞：圖形學(xué)；發(fā)展；應(yīng)用

一、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是利用計(jì)算機(jī)研究圖形的表示、生成、處理，顯示的科學(xué)。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已成為計(jì)算機(jī)科學(xué)中最為活躍的分支之一，并得到廣泛的應(yīng)用。1950年，第一臺(tái)圖形顯示器作為美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）旋風(fēng)一號(hào)——（Whirlwind）計(jì)算機(jī)的附件誕生．該顯示器用一個(gè)類似示波器的陰極射線管（CRT）來(lái)顯示一些簡(jiǎn)單的圖形。在整個(gè)50年代，只有電子管計(jì)算機(jī)，用機(jī)器語(yǔ)言編程，主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算，為這些計(jì)算機(jī)配置的圖形設(shè)備僅具有輸出功能。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)處于準(zhǔn)備和醞釀時(shí)期，并稱之為：“被動(dòng)式”圖形學(xué)。

二、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在曲面造型技術(shù)中的應(yīng)用

曲面造型技術(shù)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，主要研究在計(jì)算機(jī)圖象系統(tǒng)的環(huán)境下對(duì)曲面的表示、設(shè)計(jì)、顯示和分析。它肇源機(jī)、船舶的外形放樣工藝，經(jīng)三十多年發(fā)展，現(xiàn)在它已經(jīng)形成了以Bezier和B樣條方法為代表的參數(shù)化特征設(shè)計(jì)和隱式代數(shù)曲面表示這兩類方法為主體，以插值（Intmpolation）、擬合（Fitting）、逼近（Ap-proximation）這三種手段為骨架的幾何理論體系。隨著計(jì)算機(jī)圖形顯示對(duì)于真實(shí)性、實(shí)時(shí)性和交互性要求的日益增強(qiáng)，隨著幾何設(shè)計(jì)對(duì)象向著多樣性、特殊性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜性靠攏的趨勢(shì)的日益明顯，隨著圖形工業(yè)和制造工業(yè)邁向一體化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化步伐的日益加快，隨著激光測(cè)距掃描等三維數(shù)據(jù)采樣技術(shù)和硬件設(shè)備的日益完善，曲面造型在近幾年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。

2．1從研究領(lǐng)域來(lái)看，曲面造型技術(shù)已從傳統(tǒng)的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，擴(kuò)充到曲面變形、曲面重建、曲面簡(jiǎn)化、曲面轉(zhuǎn)換和曲面位差。

曲面變形（DeformationorShapeBlending）：傳統(tǒng)的非均勻有理B樣條（NURBS）曲面模型，僅允許調(diào)整控制頂點(diǎn)或權(quán)因子來(lái)局部改變曲面形狀，至多利用層次細(xì)化模型在曲面特定點(diǎn)進(jìn)行直接操作；一些簡(jiǎn)單的基于參數(shù)曲線的曲面設(shè)計(jì)方法，如掃掠法（Sweeping），蒙皮法（skinning），旋轉(zhuǎn)法和拉伸法，也僅允許調(diào)整生成曲線來(lái)改變曲面形狀。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)業(yè)和實(shí)體造型業(yè)迫切需要發(fā)展與曲面表示方式無(wú)關(guān)的變形方法或形狀調(diào)配方法，于是產(chǎn)生了自由變形（fFD）法，基于彈性變形或熱彈性力學(xué)等物理模型（原理）的變形法，基于求解約束的變形法，基于幾何約束的變形法等曲面變形技術(shù)和基于多面體對(duì)應(yīng)關(guān)系或基于圖象形態(tài)學(xué)中Minkowski和操作的曲面形狀調(diào)配技術(shù)。

2．2從表示方法來(lái)看，以網(wǎng)格細(xì)分（Sub-division）為特征的離散造型與傳統(tǒng)的連續(xù)造型相比，大有后來(lái)居上的創(chuàng)新之勢(shì)。而且，這種曲面造型方法在生動(dòng)逼真的特征動(dòng)畫(huà)和雕塑曲面的設(shè)計(jì)加工中如魚(yú)得水，得到了高度的運(yùn)用。

三、在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）的應(yīng)用

這是一個(gè)最廣泛，最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign，CAD）是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)有力的計(jì)算功能和高效率的圖形處理能力，輔助知識(shí)勞動(dòng)者進(jìn)行工程和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與分析，以達(dá)到理想的目的或取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。它是綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程設(shè)計(jì)方法的最新發(fā)展而形成的一門(mén)新興學(xué)科。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展是與計(jì)算機(jī)軟件、硬件技術(shù)的發(fā)展和完善，與工程設(shè)計(jì)方法的革新緊密相關(guān)的。采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已是現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的迫切需要。CAD技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾個(gè)方面。

3.1制造業(yè)中的應(yīng)用。CAD技術(shù)已在制造業(yè)中廣泛應(yīng)用，其中以機(jī)床、汽車(chē)、飛機(jī)、船舶、航天器等制造業(yè)應(yīng)用最為廣泛、深入。眾所周知，一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程要經(jīng)過(guò)概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化、仿真模擬等幾個(gè)主要階段。同時(shí)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)將并行工程的概念引入到整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在設(shè)計(jì)階段就對(duì)產(chǎn)品整個(gè)生命周期進(jìn)行綜合考慮。當(dāng)前先進(jìn)的CAD應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)將設(shè)計(jì)、繪圖、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)?，F(xiàn)在較常用的軟件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD應(yīng)用系統(tǒng)，這些系統(tǒng)主要運(yùn)行在圖形工作站平臺(tái)上。在PC平臺(tái)上運(yùn)行的CAD應(yīng)用軟件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各種因素，目前在二維CAD系統(tǒng)中Autodesk公司的AutoCAD占據(jù)了相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)。

3．2工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。CAD技術(shù)在工程領(lǐng)域巾的應(yīng)用有以下幾個(gè)方面：①建筑設(shè)計(jì)，包括方案設(shè)計(jì)、三維造型、建筑渲染圖設(shè)計(jì)等。②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括有限元分析、結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)、框/排架結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析等。③設(shè)備設(shè)計(jì)，包括水、電、暖各種設(shè)備及管道設(shè)計(jì)。④城市規(guī)劃、城市交通設(shè)計(jì)，如城市道路、高架、輕軌等。⑤市政管線設(shè)計(jì)，如自來(lái)水、污水排放、煤氣等。⑥交通工程設(shè)計(jì)，如公路、橋梁、鐵路等。⑦水利工程設(shè)計(jì)，如大壩、水渠等。⑧其他工程設(shè)計(jì)和管理，如房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)及物業(yè)管理、工程概預(yù)算等。

3．3電氣和電子電路方面的應(yīng)用。CAD技術(shù)最早曾用于電路原理圖和布線圖的設(shè)計(jì)工作。目前，CAD技術(shù)已擴(kuò)展到印刷電路板的設(shè)計(jì)（布線及元器件布局），并在集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)制造中大顯身手，并由此大大推動(dòng)了微電子技術(shù)和計(jì)算及技術(shù)的發(fā)展。

3．4仿真模擬和動(dòng)畫(huà)制作。應(yīng)用CAD技術(shù)可以真實(shí)地模擬機(jī)械零件的加工處理過(guò)程、飛機(jī)起降、船舶進(jìn)出港口、物體受力破壞分析、飛行訓(xùn)練環(huán)境、作戰(zhàn)方針系統(tǒng)、事故現(xiàn)場(chǎng)重現(xiàn)等現(xiàn)象。在文化娛樂(lè)界已大量利用計(jì)算機(jī)造型仿真出逼真的現(xiàn)實(shí)世界中沒(méi)有的原始動(dòng)物、外星人以及各種場(chǎng)景等，并將動(dòng)畫(huà)和實(shí)際背景以及演員的表演天衣無(wú)縫地合在一起，在電影制作技術(shù)上大放異彩，拍制出一個(gè)個(gè)激動(dòng)人心的巨片。:

3．5其他應(yīng)用。CAD技術(shù)除了在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用外，在輕工、紡織、家電、服裝、制鞋、醫(yī)療和醫(yī)藥乃至體育方面都會(huì)用到CAD技術(shù)。CAD標(biāo)準(zhǔn)化體系進(jìn)一步完善；系統(tǒng)智能化成為又一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)；集成化成為CAD技術(shù)發(fā)展的一大趨勢(shì)；科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造技術(shù)是CAD技術(shù)發(fā)展的新趨向。