计算机图形学实验设计综述

第第页计算机图形学实验设计综述1.实验设计方法和问题分析

国际先进工程教育理念CDIO方法，让学生以主动、实践、课程之间存在有机联系的方式学习，该方法有实践可操作性、全面系统性和广泛适应性这三方面优点，文献融合该理念方法进行了图形学课程教学改革，设计了一个分层次的完整实验体系，包括基础验证实验、综合强化实验和创新培育实验三个层次。通过分析以上三种方法，总结出以下共同的观点：实验设计要以学生为中心，充分激发学生的主观能动性，内容难度要分层次，具有可操作性。

然后对目前计算机图形学实验设计中存在的问题进行分析。一是与前导课程的衔接问题，该课程一般在大三以上开设，线性代数等数学课程内容间隔时间较长，而C/C++程序设计语言、数据结构等课程又缺乏实践，有的专业VC程序设计课程还没开课；二是很多图形学实验设计都是基于OpenGL图形API，整个实验的设计变成了OpenGL图形平台的应用熟悉过程，一些图形学基本算法的实验变成了OpenGL函数的调用，图形学算法实验无法起到应有的实践练习作用；三是图形学算法知识点分散，学生难以融会贯通、完整地掌握相关算法之间的联系；四是实验效果不理想，由于同时进行实验的学生过多，导致实验指导无法面面俱到，有些学生不认真进行实验、抄袭实验报告来应付。通过以上问题分析，在进行实验设计时要选择合适的练台，设计实验项目时要考虑到课程延续性、整体实验展示和实验管理考核问题。

2.层次性实验设计

计算机学院信息与计算科学属于理科，该专业学生的数学基础很强，对于课程中涉及到的图形算法内容容易理解，但是该专业学生的编程基础相对薄弱，对于课程中算法的程序实现有一定难度；软件工程、计算机科学与技术两个专业则刚好相反。兼顾三个专业学生的特点，需要选择理论与实践并重的理论课程教材，这里选用的是清华大学出版社出版、孔令德编著的《计算机图形学基础教程（VisualC++版）(第2版)》。该书配套的实践教辅书内容太广，实验项目设计综合性太强，现有实验指导书的内容陈旧且与新教材不匹配，因此需要精选实验项目、重新制定实验指导书。根据第2节对实验设计方法和问题的分析和三个专业学生的特点，实验项目采用分层次方法进行设计，包括整体实验项目设计的层次性以及每个实验项目难度的层次性。

首先是整体实验项目设计的层次性，设计实验项目顺序时，要采用自顶而下的思想，第一个实验项目要能使学生对图形学的渲染绘制流程形成整个概念，能明白图形学是用来做什么的，都包括哪些步骤，后续实验项目则对应每一个绘制步骤具体进行实验练习；然后是实验项目难度的层次性，设计每个实验项目时，要考虑到不同层次学生的练习效果，对实验内容进行难度划分，这里将每个实验项目划分为基本练习、拓展练习和思考练习三项，其中基本练习用来对教材算法进行实现验证，拓展练习用来综合应用所学算法实现复杂问题，思考练习用来分析还要做什么工作，激发学生探索后续章节知识理论的兴趣，达到促进理论课程学习的目的。

所有实验都是基于VC的MFC，版本选择较新的VisualStudio2005，图形生成、填充、几何变换、投影变换、光照等全部从底层进行设计实现。实验课程结束后，则通过分组课程设计的形式进行综合性练习。根据整体教学任务课时情况，计算机图形学实验课程为8次16学时，为保证教学和实验的连贯性，其中实验内容安排对应教材知识点和示例。受实验课时限制，实验教学时可以采用"先授之以鱼，再授之以渔"方式进行，先演示实验的预期效果，再让学生进行模仿、探索实验，以提高实验效率。实验成绩主要考核学生对具体算法的理解和实现能力，由平时实验成绩和课程设计成绩组成，为使成绩判定公平合理，平时实验成绩通过考勤和现场提交实验成果判定，课程设计成绩通过分组答辩、综合打分判定。

3.结语

计算机图形学实验对该课程的教学至关重要，通过分析目前实验设计方法和问题，结合计算机学院各专业学生的特点和教学大纲的要求，对计算机图形学实验进行了层次性设计，即自顶而下的实验项目组织和三层难度的实验内容