圖形學教學體系疏理

計算機圖形學是研究如何利用計算機生成、處理和顯示圖形的原理、方法和技術的一門學科。它以圖形用戶界面和可視化技術爲典型應用，是信息技術中不可缺乏的部分和發展基石，在計算機輔助設計製造、仿真模擬、娛樂動畫等各個領域獲得普遍應用。所以，國內外大學都紛紛將其列爲計算機應用類課程中的一門重要專業基礎課程。它在幫助學生直觀、形象地理解計算機所處理的信息數據方面，起着很是重要的做用。

與圖形學技術突飛猛進的變化相比，圖形學課程教學發展卻稍微顯得有些滯後。當前，計算機圖形學教學中主要存在三種典型的教學體系，可總結爲：面向理論；面向編程；問題解決。下面分別簡單介紹以下：

1. 面向理論：教學目標上側重於培養學生對計算機圖形學理論知識的瞭解與掌握，教學內容上強調圖形學知識與概念的系統性與總體性，重點放在概念的解釋與原理的講解，理論內容過多太重，包含大量的公式推導。這種體系下典型的教材表明是David F.Rogers的《計算機圖形學算法基礎》、Foley的《計算機圖形學原理及實踐——C語言描述(原書第2版)》、唐榮錫的《計算機圖形學教程》、唐澤聖的《計算機圖形學基礎》、陳傳波的《計算機圖形學基礎》、彭羣生的《計算機圖形學應用基礎》、魏海濤的《計算機圖形學》、孫家廣、胡事民的《計算機圖形學基礎教程》、孫正興的《計算機圖形學教程》和何援軍的《計算機圖形學》等。這是傳統的教學體系，一直在國內外許多學校教學中延續使用。

2. 面向編程：這種體系的核心理念是學以至用，在教學目標上既側重於培養學生對計算機圖形學理論知識的系統瞭解，同時更增強調培養學生了解並初步掌握一種典型的圖形學API，使其能正確使用圖形學知識的能力。在教學內容上，主要從圖形學的使用者角度來選取與介紹計算機圖形學的必備理論與概念，擯棄沒必要要的數學知識與公式推導，不追求「羅列式的全面」，而追求「使用型的精煉」，同時內容配有典型圖形學API的相應知識與使用介紹。這種體系下典型的教材表明是Donald Hearn的《Computer Graphics with OpenGL》、Edward Angel的《Interactive Computer Graphics- A Top-Down Approach Using OpenGL (Fourth Edition)》、Hong Zhang的《計算機圖形學：應用Java 2D和3D》、Francis S Hill《計算機圖形學》等，其中介紹圖形學API主要有三種：OpenGL, DirectX, Java。目前，這是主流的一種教學體系，正在被國內外大多數院校逐漸採用。

3. 問題解決：這種體系認爲計算機圖形學在深刻理解複雜問題並與他人交流方面起着關鍵做用，在問題求解方面扮演很是重要的角色。所以，在教學目標上它側重於培養學生如何利用計算機圖形學知識創建與用戶的有效交流，來完成問題圖形化建模與解決的任務。在教學內容上它既包含計算機圖形學的傳統知識如投影變換、建模、繪製、光照、着色處理等，介紹了計算機圖形學中一系列的基本概念和技術，並說明OpenGL API如何提供實現這些概念和技術的圖形學工具；同時着重介紹瞭如何採用計算機圖形學來解決實際問題，及如何更有效地將結果展現給觀察者的方法。其目的是使學生理解圖形學概念，並學會使用圖形API來實現圖形學操做併爲觀察者創造有效的圖像來解決不一樣領域的問題。這是較新的一種教學體系，在美國正在逐漸興起，其典型的教材表明是Steve Cunningham的《計算機圖形學》，國內已有其對應的中譯本出版。

結合目前教學形勢與學生狀況，咱們認爲面向編程的教學方法還是一種合適的選擇。同時，圖形學本科教學平臺隨着OpenGL的跨平臺優點也逐漸轉向OpenGL，但教材市場中面向OpenGL平臺教學的優秀教材大多爲引進教材，如Angel或Francis Hill的教材，其特色爲內容多、體量重、技術新。從本科教學須要來看，其實須要的是一本能體現短小、精煉、經典的教學體系的教材。本教材即定位於此，旨在服務於32-48學時本科圖形學教學。它具備如下特色：以經典圖形學知識爲主，同時注重結合OpenGL圖形應用編程來詳細介紹相關技術實例；以OpenGL爲教學平臺與實驗平臺，提供實驗指導書與模擬試題，更好地知足教學須要；內容精煉，服務本科教學須要，不過多涉及最新技術。

注：本文內容節選自《計算機圖形學基礎(OpenGL版)》的前言部分。