数字媒体技术专业“计算机图形学”精品资源共享课建设探索与实践
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作者:邹昆 李悦乔 黄燕挺 李赞
[摘 要] 《计算机图形学》是数字媒体技术专业的核心课程，本文从课程教学内容改革与组织、实验实践教学实施、教学资源建设等方面介绍了应用型本科数字媒体技术专业《计算机图形学》精品资源共享课的建设方法，也提出了进一步完善的思路，以供同类院校参考。
[关键词] 计算机图形学;精品资源共享课;数字媒体技术
[基金项目] 广东省精品资源共享课项目“计算机图形学”;校级特色专业建设项目“数字媒体技术（数字媒体与游戏软件开发）”（TSZY201701）
[作者简介] 邹 昆（1980—），男，湖北郧西人，博士，电子科技大学中山学院教授，研究方向为数字媒体技术和图形图像处理。
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）43-0340-02 [收稿日期] 2020-02-28
一、引言
计算机图形学是研究如何利用计算机生成、显示和处理图形的原理、方法和技术的一门学科，在计算机游戏、电影制作、动画和特技、虚拟现实、科学计算可视化、计算机辅助设计等方面有着广泛应用。数字媒体技术专业下常设有游戏设计/开发、影视后期处理、人机交互设计等方向，计算机图形学对其中每一方向都可发挥重要作用，因此是数字媒体技术的核心专业课程。
电子科技大学中山学院的数字媒体技术专业主要定位于游戏软件开发方向的应用型人才培养。对于游戏开发而言，计算机图形学是进行高级3D游戏开发、游戏引擎开发的基础。结合专业定位、课程定位和应用型人才培养的目标，将课程的主要任务设定为使学生掌握3D计算机图形学的基本概念和方法，以及使用基于著色器的常用图形API进行基本图形编程的技能，通过学习计算机图形学的理论和技术并结合软件开发技术，达到制作交互式动画及进行游戏开发的目标。该课程于2015年获得广东省精品资源共享课项目立项，目前已完成预定任务目标并通过验收，本文对该课程的建设思路和方法进行总结，以供兄弟院校参考。
二、课程建设探索与实践
（一）课程教学内容改革与组织
传统的计算机图形学课程重理论和底层算法，不适合独立学院层次的应用型本科，因此我们对课程教学内容进行了改革与重组。1.课程内容摒弃了部分底层算法细节的讲授（如Bresenham算法、裁剪算法、光栅化算法等），将重点放在3D计算机图形学的基本概念和方法，以及用基于着色器的WebGL进行图形编程的技能上，主要内容包括图形学概述、基本WebGL编程、交互与动画、变换与观察、光照与着色、纹理映射。选用WebGL的原因是其相对于OpenGL更简单，易于入门，另外WebGL作品可直接在浏览器上运行，更易于展示。2.采用“自顶向下”的方式对教学内容进行组织，尽快让学生接触到图形编程，在有了实际动手的经验后，更容易理解底层算法的思想。3.整个教学内容围绕图形流水线的各处理环节展开（采用WebGL 1.0的简化图形流水线）。
（二）实验实践教学实施
对于应用型人才培养而言，实验实践教学是重中之重，为此，我们设置了32学时的实验教学课时以及32学时的配套实践课《3D图形编程实践》。实验课共设计了12个实验：开始图形编程、分形图形绘制、动画与交互、鼠标位置输入、索引数组、插值与变形、实例化变换、太阳系、摄像机漫游、拾取、光照与材质、纹理映射、Obj模型导入。每个实验分为基础实验、扩展实验和自由创作3个部分：基础实验为验证型实验，对照实验指导书即可完成;扩展实验则需要根据提示和要求，举一反三式地完成更多的实验内容，或是引导学生对实验程序进行修改，发现一些知识点和规律;自由创作部分则要求学生完全脱离给定的实验程序，利用所学自由创作图形作品。这种三层次递进式的实验教学内容，可照顾到不同层次的学生，自由创作部分可激发学生的学习兴趣，也可避免抄袭。《3D图形编程实践》在课程结束后开始，指导学生利用课程所学开发一个较复杂的3D交互式图形作品，主要包括：场景搭建与漫游实现、光照与纹理映射实现、Obj模型导入以及选做部分，选做部分主要涉及从图形方面完善程序的功能，以及利用着色器实现各种特效。
（三）教学资源建设
作为精品资源共享课，建设丰富而有特色的教学资源并搭建课程网站是必须的一环。此外，对于独立学院层次的应用型本科而言，很难在64学时（32理论/32上机）的课程内涵盖的所有的课程内容，需要在丰富教学资源的支持下进行混合式教学。我们从以下几个方面开展了教学资源建设：
1.基于Unity开发3D交互式图形课件，将文本、图像、演示动画、演示和示例程序融合到3D课件中，同时也实现了传统PPT中主要的交互方式，从而替代传统的PPT课件，一方面可以更直观地展示3D图形及效果，更易于学生理解，另一方面也较传统课件更具趣味性和吸引力。整合式的3D课件容量较大，因此我们也将其中部分3D交互演示程序单独发布为WebGL程序，放入课程网站相应的章节中，这样学生可直接在网上运行。
2.建设完善的实验指导资源，包括实验指导书、实验指导视频和相关资料等，在编写指导书和录制指导视频时，注重引导学生思考、发现和解决问题。此外我们编写了两套实验指导书，一套是基于WebGL的，一套是基于OpenGL的，这样方便感兴趣的学生在课外学习OpenGL。
3.演示和示例程序的开发。除了利用Unity开发3D交互演示程序，也基于WebGL或OpenGL开发了数十个演示和示例程序，尽可能多地将计算机图形学中的知识点以形象直观的方式展现出来，或是为学生提供相应图形知识的应用示例。
4.录制理论教学视频，便于学生课后温故或自学相关内容;此外也请优秀的毕业生录制学长寄语视频，给师弟师妹介绍一些学习经验和建议，以及工作后所获得的一些行业经验或是所了解到的行业现状。 5.将数百份优秀学生作品展示到网站上，包括实验作品、课程设计作品、图形学相关的竞赛作品和毕业设计作品等，其中基于WebGL的作品可直接在网站上运行，这样大大激发了学生的学习兴趣和创作热情。
6.在超星泛雅平台上搭建了较完善的课程网站，将上述资源全部上网，学生可利用网站进行课程内容的自学，教师可利用该网站提供的功能查看学生的学习情况，此外师生也可利用该网站进行作业的提交和批复，以及进行讨论和沟通。
三、总结与展望
上述精品课程建设成果已应用于电子科技大学中山学院数字媒体技术专业，各类教学资源和教学网站在教学中发挥了重要作用。以2018年的教学班为例，网站统计数据显示有30%的学生完成了所有116个视频任务点，30%的学生网站访问次数达到300次以上，在课程结束后的半年内，每月仍有一定的学生访问量;从学生作品可以反应出，学生的图形编程能力有明显提高，课程平台上展示了大量的学生各类优秀作品，课程设计作品的展示率达到30%。
当然，课程建设仍存在一些不足，后续拟从以下几个方面進行进一步的完善：1.3D图形课件效果很好，但开发难度大，同时不便于修改，更好的方式是把图形课件碎片化，按小知识点开发图形课件，这样也易于发布为WebGL程序，可直接在网页上运行;2.增加独立演示软件的开发，覆盖更多的知识点;3.在教学视频方面增加以知识点为单位的微视频，对知识点进行索引，方便学生查看各个知识点的讲解;4.开发更多的课外实验指导书和配套视频;5.按照工作过程系统化的思想对课程内容进行重新组织。
参考文献
[1]邹昆.交互式三维课件在《计算机图形学》课程教学中的应用初探[J].福建电脑，2016（11）：86-87.
[2]邹昆，李赞，徐翔.基于OpenGL着色器的应用型本科计算机图形学教学初探[C].International Conference on Education and Teaching，2013，Wuhan，China，261-266.
[3]王莺歌.应用型本科院校省级精品资源共享课建设体系[J].教育教学论坛，2019（40）：202-204.
[4]陈鹏，张璇，靳蓓蓓.创新思维在“计算机图形学”教学中的实践[J].教育教学论坛，2020（3）：244-246.
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