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計算機圖形學是利用計算機研究圖形的表示、生成、處理，顯示的科學。經過30多年的發展，計算機圖形學已成為計算機科學中最為活躍的分支之一，并得到廣泛的應用。1950年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學院（MIT）旋風一號——（Whirlwind）計算機的附件誕生．該顯示器用一個類似示波器的陰極射線管（CRT）來顯示一些簡單的圖形。在整個50年代，只有電子管計算機，用機器語言編程，主要應用于科學計算，為這些計算機配置的圖形設備僅具有輸出功能。計算機圖形學處于準備和醞釀時期，并稱之為：“被動式”圖形學。
2計算機圖形學在曲面造型技術中的應用
曲面造型技術是計算機圖形學和計算機輔助幾何設計的一項重要內容，主要研究在計算機圖象系統的環境下對曲面的表示、設計、顯示和分析。它肇源機、船舶的外形放樣工藝，經三十多年發展，現在它已經形成了以Bezier和B樣條方法為代表的參數化特征設計和隱式代數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。隨著計算機圖形顯示對于真實性、實時性和交互性要求的日益增強，隨著幾何設計對象向著多樣性、特殊性和拓撲結構復雜性靠攏的趨勢的日益明顯，隨著圖形工業和制造工業邁向一體化、集成化和網絡化步伐的日益加快，隨著激光測距掃描等三維數據采樣技術和硬件設備的日益完善，曲面造型在近幾年來得到了長足的發展。
2．1從研究領域來看，曲面造型技術已從傳統的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，擴充到曲面變形、曲面重建、曲面簡化、曲面轉換和曲面位差。
曲面變形（DeformationorShapeBlending）：傳統的非均勻有理B樣條（NURBS）曲面模型，僅允許調整控制頂點或權因子來局部改變曲面形狀，至多利用層次細化模型在曲面特定點進行直接操作；一些簡單的基于參數曲線的曲面設計方法，如掃掠法（Sweeping），蒙皮法（skinning），旋轉法和拉伸法，也僅允許調整生成曲線來改變曲面形狀。計算機動畫業和實體造型業迫切需要發展與曲面表示方式無關的變形方法或形狀調配方法，于是產生了自由變形（fFD）法，基于彈性變形或熱彈性力學等物理模型（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和基于多面體對應關系或基于圖象形態學中Minkowski和操作的曲面形狀調配技術。
2．2從表示方法來看，以網格細分（Sub-division）為特征的離散造型與傳統的連續造型相比，大有后來居上的創新之勢。而且，這種曲面造型方法在生動逼真的特征動畫和雕塑曲面的設計加工中如魚得水，得到了高度的運用。
3在計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）的應用
這是一個最廣泛，最活躍的應用領域。計算機輔助設計（ComputerAidedDesign，CAD）是利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力，輔助知識勞動者進行工程和產品的設計與分析，以達到理想的目的或取得創新成果的一種技術。它是綜合了計算機科學與工程設計方法的最新發展而形成的一門新興學科。計算機輔助設計技術的發展是與計算機軟件、硬件技術的發展和完善，與工程設計方法的革新緊密相關的。采用計算機輔助設計已是現代工程設計的迫切需要。CAD技術目前已廣泛應用于國民經濟的各個方面，其主要的應用領域有以下幾個方面。:
3.1制造業中的應用。CAD技術已在制造業中廣泛應用，其中以機床、汽車、飛機、船舶、航天器等制造業應用最為廣泛、深入。眾所周知，一個產品的設計過程要經過概念設計、詳細設計、結構分析和優化、仿真模擬等幾個主要階段。同時，現代設計技術將并行工程的概念引入到整個設計過程中，在設計階段就對產品整個生命周期進行綜合考慮。當前先進的CAD應用系統已經將設計、繪圖、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一個系統內?，F在較常用的軟件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD應用系統，這些系統主要運行在圖形工作站平臺上。在PC平臺上運行的CAD應用軟件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各種因素，目前在二維CAD系統中Autodesk公司的AutoCAD占據了相當的市場。
3．2工程設計中的應用。CAD技術在工程領域巾的應用有以下幾個方面：①建筑設計，包括方案設計、三維造型、建筑渲染圖設計等。②結構設計，包括有限元分析、結構平面設計、框/排架結構計算和分析等。③設備設計，包括水、電、暖各種設備及管道設計。④城市規劃、城市交通設計，如城市道路、高架、輕軌等。⑤市政管線設計，如自來水、污水排放、煤氣等。⑥交通工程設計，如公路、橋梁、鐵路等。⑦水利工程設計，如大壩、水渠等。⑧其他工程設計和管理，如房地產開發及物業管理、工程概預算等。
3．3電氣和電子電路方面的應用。CAD技術最早曾用于電路原理圖和布線圖的設計工作。目前，CAD技術已擴展到印刷電路板的設計（布線及元器件布局），并在集成電路、大規模集成電路和超大規模集成電路的設計制造中大顯身手，并由此大大推動了微電子技術和計算及技術的發展。
3．4仿真模擬和動畫制作。應用CAD技術可以真實地模擬機械零件的加工處理過程、飛機起降、船舶進出港口、物體受力破壞分析、飛行訓練環境、作戰方針系統、事故現場重現等現象。在文化娛樂界已大量利用計算機造型仿真出逼真的現實世界中沒有的原始動物、外星人以及各種場景等，并將動畫和實際背景以及演員的表演天衣無縫地合在一起，在電影制作技術上大放異彩，拍制出一個個激動人心的巨片。
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我們現代人生活在各種各樣的信息之中，如何應用計算機處理信息，處理圖形成為了一個越來越重要的課題。本論文所要介紹的計算機圖形技術，是計算機領域的熱門領域之一，它是同電子硬件和計算機的周邊設備一同發展而來。隨著人類在航空航天、軍事和通信等領域的突破，計算機圖形學也得到了很快的發展。
計算機圖形學是一門實用計算機產生、顯示以及處理圖形界面的知識體系。計算機圖形學已經變得越來越重要，主要原因是：人們接收和發出信息，圖形是很好的一種傳遞信息的方式。一個圖形本身，就具有很豐富的信息，人們根據圖形能夠很自然快速地與外界進行交流。
1.2 計算機圖形學研究熱點
計算機圖形學主要研究以下三個方面的內容。第一：隱藏線（面）的消除；第二：基本曲線的裁剪以及繪制；第三：現代圖形學熱點研究的內容，主要是虛擬現實技術、可視化、三維立體的重建等等。
由于在一個圖形應用或圖形軟件中要大量重復調用這些基礎算法，因此在這方面的任何進步都會對整個圖形系統產生很大的影響。計算機圖形學的基礎算法經過人們幾十年的研究，己比較成熟。但每一個進步對解決圖形技術所面臨的存儲、傳輸、顯示等問題都有很大的幫助。
2. 基礎算法的研究
2.1 多邊形裁剪算法
裁剪是處理圖形一種很基礎的方法，常見的裁剪操作主要有將不同的圖形裁剪拼接形成新的圖形。我們可以看出，裁剪算法在計算機圖形學中是一種十分基礎但是卻又十分重要的操作[1]。
本論文所提到的裁剪方法，主要是針對凸多邊形的。裁剪方法主要可以分為四個方法：中點算法、CS算法、CB算法、梁B算法。
（1）CS算法是Cohen-Sutherland的一種分區編碼算法[2]。CS算法以前是計算機圖形學中很重要的一種算法。CS算法對線段可以分為以下三種情況：窗內、窗外以及其它情況。我們在使用CS算法的時候，需要判斷線段兩端端點的編碼，進而判斷窗口和線段之間的位置關系，這種算法的缺點是對于判斷所做的工作比其他算法多。端點編碼檢查算法的核心代碼如下：
end point code algorithm
P1 and P2 are the end points of the line
xL，xn，yT，yB are the left， right， top and bottom window coordinates calculate the end point codes
put the codes for each end into 1*4 arrays called P1code and P2code
first end point： P1
if x1 < xL then P1code（4） = 1 else P1code（4） = 0
if x1 > xR then P1code（3） = 1 else P1code（3） = 0
if y1 < yB then P1code（2） = 1 else P1code（2） = 0
if y1 < yT then P1code（1） = 1 else P1code（1） = 0
second end point： P2
if x2 < xL then P1code（4） = 1 else P1code（4） = 0
if x2 > xR then P1code（3） = 1 else P1code（3） = 0
if y2 < yB then P1code（2） = 1 else P1code（2） = 0
if y2 < yT then P1code（1） = 1 else P1code（1） = 0
finish
（2）中點算法是基于硬件實現的。重點算法同樣把窗口和線段的關系分成三種情況：窗內、窗外以及其它情況。對于窗內和窗外這兩種情況，中點算法和CS算法的處理方法相同；對于第三種情況，中點算法簡單地將線段分成兩段。中點算法是基于硬件的，所以算法比較簡單，相對于用軟件來實現，更偏重于用硬件來實現。
（3）CB算法能夠裁剪任意一種凸多邊形的窗口。CB算法會將交點簡化成上下兩組，主要判斷的方法是：直線段的方向矢量和窗口邊法矢量的點積是否大于零。CB算法會取上組部分最小的交點以及下組最大的交點，作為可見部分的端點。由于CB算法更適用于一般情況，所以CB算法的運算更加復雜。
（4）梁B算法在四種方法中，運算速度最快。但是在某些特殊情況下，梁B算法也需要進行大量的運算。
四種基礎算法的適用情況，如表2-1所示。
2.2 逐點生成算法
上一小節主要介紹了圖像的裁剪，本小節的逐點生成算法主要著重于研究圖形曲線的繪制。由于任何圖像都是根據圖形而來，而任何圖形都需要繪制，所以圖形曲線的繪制也是一項非?；A性的研究課題。
科學家最開始采用幾何算法作為繪圖算法，這是因為以前的圖形顯示器都是掃描類型的顯示器。目前這種算法已經很少采用，但是在工程制圖的繪制過程中，受到各方面的限制，我們往往不得不采取這種方法。這種算法的基本思想就是：步長之間的兩個點，采取直線的方法連接。但是由于步長很小，我們實際看起來就是一條曲線。由于繪制條件以及算法本身的限制，這類算法有著自身的缺點：運算量非常大而且繪制不夠精細。
不同于曲線的幾何算法，像素級生成算法是一種全新的基于計算機的算法，這種算法主要分成兩種。第一種是對參數方程進行求導，進而計算出小于或等于一個像素迭代步長的距離的點。這類算法的優點是能夠適用于大多數曲線的繪制；這類算法的缺點是計算量很大，而且會造成多余的計算。第二種是根據曲線的隱式方程，找出曲線走向中下一個像素中最近的點。正是由于采用了這種原理進行曲線繪制，所以曲線的誤差在一個像素范圍內。這類算法的優點是速度快，因為每一次的步長都是一個像素點的距離；這類算法的缺點是適用范圍狹窄[3]。
3. 結論
我們現代人生活在各種各樣的信息之中，如何應用計算機處理信息，處理圖形成為了一個越來越重要的課題。本論文主要介紹了計算機圖形學，以及兩種基礎算法：多邊形裁剪算法和逐點生成算法。對于這些基礎算法的研究，對提高計算機圖形系統系能具有重要的意義。
參考文獻
[1]高云 計算機圖形學若干基礎算法的研究[J] 沈陽工業大學，2002.
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計算機圖形學一個主要的目的就是要利用計算機產生令人賞心悅目的真實感圖形。為此，必須創建圖形所描述的場景的幾何表示，再用某種光照模型，計算在假想的光源、紋理、材質屬性下的光照明效果。所以計算機圖形學與另一門學科計算機輔助幾何設計有著密切的關系。事實上，圖形學也把可以表示幾何場景的曲線曲面造型技術和實體造型技術作為其主要的研究內容。同時，真實感圖形計算的結果是以數字圖象的方式提供的，計算機圖形學也就和圖像處理有著密切的關系。
圖形與圖像兩個概念間的區別越來越模糊，但還是有區別的：圖像純指計算機內以位圖形式存在的灰度信息，而圖形含有幾何屬性，或者說更強調場景的幾何表示，是由場景的幾何模型和景物的物理屬性共同組成的。
計算機圖形學的研究內容非常廣泛，如圖形硬件、圖形標準、圖形交互技術、光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實體造型、真實感圖形計算與顯示算法、非真實感繪制，以及科學計算可視化、計算機動畫、自然景物仿真、虛擬現實等。
計算機圖形學（Computer Graphics，簡稱CG）是研究怎樣用計算機表示、生成、處理和顯示圖形的一門學科。簡單地說，計算機圖形學主要是研究怎樣運用計算機進行圖形的表示以及運用計算機實現圖形的計算、處理和顯示等相關原理與算法。隨著數字化娛樂時代的到來，三維圖形的生產與顯示技術成為吸引群眾眼球的產物，群眾文化作為宣傳的窗口，信息的交流和傳播平臺，多方面引入了計算機圖形學相關的技術，借以來推動了群眾文化工作的持續發展。在此，筆者粗略的談一下計算機圖形學在群眾文化工作中的應用。
1 計算機圖形學豐富了群眾文化的表現內容
隨著計算機技術的迅猛發展，目前計算機圖形學成為各個領域中加強信息理解與傳遞的重要技術和工具。同時計算機圖形無論是硬件還是軟件的盛大生產，對人們的生活產生了一定的影響，使得人們的精神水平迅速提升，不再滿足于一般的精神文化需求，更多的是需要高科技的文化產物。文化館作為文化的宣傳窗口、群眾交流信息的平臺，應科技發展的需求，開始廣泛運用計算機圖形學。如：運用CAD技術進行動畫制作、仿真模擬；即：運用計算機圖形學的CAD技術真實的模擬一些教育實踐案例、法律小故事、交通故事、群眾熱點事情重現等，加強對群眾經濟、法律、教育等知識的滲透，同時還運用計算機圖形學中的造型仿真技術再現原始動物、外星人等各種場景等等，還可以將群眾配以實際的背景運用計算機圖形技術大放異彩，制作出群眾自己的電影巨片。此外，運用計算機圖形學中的科學計算技術能夠讓人們直觀的看到一些數據的發展規律，諸如：力學、氣象科學、天體物理、分析生物學等等，充實了文化館的文化內容，有效的豐富了群眾文化的表現內容。
2 計算機圖形學創新了群眾文化的表現形式
近些年來我國市場經濟發展迅猛，人民群眾的生活水平也越來越高，連帶著對文化娛樂的欣賞水平也越來越高。新興劇場的多功能特色，即：舞臺演出、會議、報告、影院等等成為了人民群眾的最愛。多功能劇場的出現對群眾文化館的發展來說是機遇也是挑戰。為了人民群眾的需求，文化館必須革新自己的文化娛樂表現形式，運用計算機圖形學的相關技術。如：文化館采取多媒體計算機的矩陣控制系統來控制整體的音響系統，這樣一來，整個過程都可以以數碼方式進行處理，使得他們無論在精度、信噪比、還是失真方面都高于傳統的模擬設備。這樣，運用媒體矩陣音響系統，就可以創新群眾文化工作的表現形式，即：能夠在禮堂、音樂廳、體育館、體育場、公園一些大型的場地實現擴聲。能夠為群眾文化活動的順利開展提供有保障的后盾力量。同時，媒體矩陣還可以隨時執行替換功能，文化館工作人員可以根據實際需求隨時修改或者添加諸如：調音臺、眼分音器、自動音壓控制器、信號分配器等設備。群眾文化娛樂活動大都是通過聲音來組織、引導群眾開展的，運用計算機圖形學中的技術能夠將音頻處理帶到一個全新的網絡境界，提升了文化工作人員的工作效率和質量。
在這種形式下，我們必須充分發揮現代傳媒技術的優勢，加強對傳統文化精髓的提煉與傳播，打造民族文化精品，這不僅可以對國民進行循序漸進的傳統文化的精神洗禮，還可以充分利用媒介重新建構起更加符合現在形勢的文化觀。同時，避免傳統藝術形式因內涵意義不易理解而從我們的視野中消失，也避免產生因為計算機形式輕內涵而導致主流藝術缺乏文化深度的社會現象，而要以媒體語言整合傳統文化精神，讓世界更清楚地認識中國的現在和過去，從而實現文化傳承，打造民族藝術精品。
3 計算機圖形學拓展了群眾文化的宣傳途徑
群眾文化工作是對外宣傳的窗口，更是當地老百姓進行文化信息交流、傳播的平臺?，F如今是數字化時代，網絡成為人們生活的重要組成部分，群眾文化運用網絡的特性實現高速度、高質量的宣傳，進而推動群眾文化的繁榮發展。如：建設一個具有當地群眾文化特色的網絡，讓全國各地的人通過互聯網就能夠瀏覽文化信息，通過留言板、email、QQ、MSN等工具進行文化信息的交流，拓展了傳統群眾文化的宣傳途徑。筆者所在的文化館，結合安徽的相關文化狀態、生活習俗等運用計算機圖形學的相關知識建設了一個自己群文網絡，有：本館信息、非物質文化介紹、在線服務（聯系我們）、藝術展廳、藝術圖畫展覽、活動展示等等內容，同時，將各地市級、縣級群文網站的鏈接也成立一個板塊設置在網站的首頁，形成網絡群眾文化聯盟，為瀏覽文化信息的群眾提供方便。這樣運用計算機圖形學技術將群眾文化活動以影視、圖片加以文字制作成群眾文化的宣傳材料上傳至網站上，以互聯網為傳播路徑，推動群眾文化形成全球化的宣傳、互動、交流新格局。
群眾文化是人們生活娛樂所不可缺少的，而人們運用計算機生活娛樂、運用計算機進行數據處理等等成為發展的必然趨勢。計算機圖形以其科學性、技術性為群眾文化的建設與發展提供了無限的幫助，有著“催化劑”的作用。可以說，計算機圖形學在群眾文化工作中的應用涉及甚廣，是群眾文化可持續發展的后盾力量。
參考文獻：
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1計算機圖形學的發展簡史
1950年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學院(MIT)旋風號—(Whirlwind)計算機的附件誕生了。該顯示器用一個類似示波的陰極射線管(CRT)來顯示一些簡單的圖形。在整個50年代，只有子管計算機，用機器語言編程，主要應用于科學計算，為這些計算機置的圖形設備僅具有輸出功能。計算機圖形學處于準備和醞釀時期并稱之為：“被動式”圖形學。1963年，伊凡•蘇澤蘭在麻省理工學院發表了名為《畫板》的博士論文，它標志著計算機圖形學的正式誕生。此前的計算機主要是符號處理系統，自從有了計算機圖形學，計算機可以部分地表現人的右腦功能了，計算機圖形學的建立意義重大。
2計算機圖形學的應用
2.1計算機輔助設計與制造
CAN/CAN是計算機圖形學在工業界最廣泛，最活躍的應用領域。計算機圖形學被用來進行土建工程，機械結構和產品的設計，包括設計飛機、汽車、船舶的外形和發電廠、化工廠等的布局以及電子線路、電子器件等。有時，著眼于產生工程和產品相應結構的精確圖形，然而更常用的是對所設計的系統，產品和工程的相關圖形進行人—機交互設計和修改，經過反復的選代設計，便可利用結果數據輸出零件表、材料單、加工流程和工藝卡，或者數據加工代碼的指令。在電子工業中，計算機圖形學應用到集成電路、印刷電路板，電子線路和網絡分析等方面的優勢十分明顯。在網絡環境下進行異地異構系統的協同設計，已成為CAD領域最熱門的課題之一?，F代產品設計已不再是一個設計領域內孤立的技術問題，而是綜合了產品各個相關領域，相關過程，相關技術資源和相關組織形式的系統化工程。
CAD領域另一個非常重要的研究領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，通過對這些信息進行分類，綜合等一系列處理，在三維空間中重新構造出二維信息所對應的三維形體，恢復形體的點、線、面及其拓撲關素，從而實現形體的重建。
2.2科學計算可視化
目前科學計算可視化廣泛應用于醫學，流體力學，有限元分析，氣象分析當中。尤其在醫學領域，可視化有著廣闊的發展前途。依靠精密機械做腦部手術是目前醫學上很熱門的課題，而這些技術的實現的基礎則是可視化。當我們做腦部手術時，可視化技術技術將醫用CT掃描的數據轉化成圖象，使得醫生能夠看到并準確的判別病人的體內患處，然后通過碰撞檢測一類的技術實現手術效果的反饋，幫助醫生成功完成手術。我們利用了可視化技術。天氣氣象站將大量數據，通過可視化技術轉化成形象逼真的圖形后，經過仔細的分析就可以清晰的預見幾天后的天氣情況。
2.3圖形實時繪制與自然景物仿真
重現真實世界的場景叫做真實感繪制。真實感繪制主要是模擬真實物體的物理屬性，簡單的說就是物體的形狀，光學性質，表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對位置，遮擋關系等等。在自然景物仿真這項技術中我們需要過行消除隱藏線及面、明暗效應、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，以便用不同的色彩灰度來增加圖形的真實感。自然景物仿真在幾何圖形、廣告影視、指揮控制，科學計算等方面應用范圍很廣。除了建造計算機可實現的逼真物理模型外，真實感繪制還有一個研究重點是研究加速算法，力求能在最短的時間內繪制出最真實的場景。
2.4計算機動畫
隨著計算機圖形和計算機硬件的不斷發展，計算機動畫應運而生。事實上動畫也只是生成一幅幅靜態的圖象，但是每一幅都是對前一幅小部分修改，如何修改便是計算機動畫的研究內容，這樣，當這些連續播放時，整個場景就動起來。
早期的計算機動畫靈感來源于傳統的卡通片，在生成幾幅被稱作“關健幀”，連續播放時2個關健幀就被有機的結合起來了。計算機動畫內容豐富多彩，生成動畫的方法也多種多樣，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。近年來人們普遍將注意力轉向基于物理模型的計算機動畫生成方法。這是一種嶄新的方法，該方法大量運用彈性力學和流體力學的方程進行計算，力求使動畫過程體現出最適合真實世界的運動規律。然而要真正到達真實運動是很難的，比如人的行走或跑步，要實現很自然的人走路的畫面，計算機方程非常復雜和計算量極大，基于物理模型的計算機動畫還有許多內容需要進一步研究。
2.5計算機藝術
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計算機圖形學是一門理論與實驗并重的學科。從理論方面看，該學科主要涉及與圖形相關的概念和算法，和數
學、物理等相關學科的關系緊密，學起來有一定的難度。而實驗是理論教學的深化與補充，是抽象轉化為具體的方式，是晦澀難懂的公式變為活生生畫面的過程。通過實驗，不僅可以培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力，而且對于建立學生自信心、培養學生興趣也起至關重要的作用。學生對該課程是既喜歡又擔心學起來難度太大，如何上好第一次課，改變學生的態度，如何安排教學內容和實驗環節，使學生既易于接受又能反映計算機圖形學的基礎知識和最新知識。本文針對這些問題，結合教學中的實際情況淺談一下自己的看法和體會。
1課程內容介紹
在多數人的印象中，計算機圖形學和其它專業課相比較，數學公式太多，難以學習和理解。但是由于它的諸多應用非常具有吸引力，尤其它是大家所感興趣的游戲和動畫的基礎，很多學生又想接觸它。如何加強學生的這個念
頭，第一次課非常關鍵，它在很大程度上決定了學生是否選學這門課。圖形學的理論雖然抽象，但是所表示的內容卻形象，可以以此作為突破口。我們知道被稱為“圖形學之父”的Sutherland博士論文答辯時，將所研究的內容制作一部電影，邊放映邊講解，大獲成功。所以我覺得可以從一個動畫短片或游戲片段出發，將所涉及的圖形學知識融會貫通起來。因為在沒學習圖形學之前，學生很難建立圖形學知識和游戲動畫之間的聯系。他們只知道圖形學理論很抽象，游戲動畫很容易吸引學生眼球，而且也知道它們之間的關系很緊密，但具體有什么聯系卻不是很清楚。我們可以從此出發，引出圖形學的相關知識，讓學生在不知不覺中了解圖形學，接受圖形學。這樣輕松建立了相關知識點與實際應用的聯系，也解答了學生學有何用的疑問。
現以動畫短片《棋逢敵手》(Geri's Game)為例來說明如何引出圖形學內容。該短片講述的是Geri老頭在公園跟自己下棋的事，故事情節生動，動畫效果惟妙惟肖，很具吸引力。學生非常感興趣，這是怎么做的，采用什么技術，Geri老頭是怎么得到的等等一系列問題。我們便可以問題為導向一一解釋給學生。Geri老頭采用的是一種稱為Catmull－Clark的細分曲面造型技術，在造型之前需要準備數據，所謂巧婦難為無米之炊，一般這樣的數據是先建立一個實物的模型，然后通過三維激光掃描儀獲取的。三維掃描儀掃描實物的表面數據，其數據量大，而且帶有噪音，所以需要做去噪，簡化等處理。簡化后得到Geri老頭的表面骨架，然后再采用細分曲面造型技術獲取光滑逼真的模型。細分造型是一種逐層加細技術，如圖1所示，圖1(a)-(c)是不同層次的效果。從中可以看出圖(c)圖形的光滑效果最好，而圖(a)最差。但是圖(c)的數據量最大，這就需要根據不同情況選擇不同的圖形，如圖2所示，當圖形距離我們較遠時可以選擇精度不高的(a)圖形，而較近時選擇(c)圖形。在游戲動畫方面，對速度要求高，而對圖形逼真性的要求相對低，這時可以選擇數據量小的圖形。這樣通過圖形展示給學生以感性的認識，一方面易于接受，易于理解，另一方面也能增加學習的興趣。另外，形象逼真的圖形采用真實感繪制技術，場景遠近變化利用了圖形變換的知識等等。一個短篇，基本上把圖形學的相關內容都包括了，我們還可以再結合其它一些具體生動的圖形動畫介紹給學生。實際上，在圖形學授課的各個環節，為了調節枯燥的數學公式，都可以演示一些相關內容的圖形，也所謂的多媒體教學，在這方面，圖形學應該更有優勢。
2理論與實踐并重
對計算機圖形學這樣的專業課而言，理論的學習離不開實踐，實驗是非常重要的一個環節。抽象的理論，乏味的數學公式，如果不和實驗結合，學生是體會不到學習樂趣的。通過實驗，所學的知識得以鞏固，枯燥的算法與生動的圖形之間建立聯系。學生的興趣也是通過實驗建立起來的。每次實驗報告，我都會要求學生寫下心得體會，從報告可以看出，多數學生能夠在實驗中找到快樂，能夠通過實驗建立自信心，成就感。他們說做實驗很受鍛煉，知識掌握的也更牢固。當然有的學生也提到，做實驗是一件非常辛苦的事情，特別是沒有思路或者找不到錯誤時，真的很痛苦。但是成功后的滿足，特別是做出來的那一瞬間，那種心境別人無法體會。
由于計算機圖形學是專業限選課，學時不多。我們一般安排32個上課學時和16個實驗學時。為了增加學生的知識面，我們的實驗是在Sun工作站Solaris操作系統下采用gcc編譯器進行，編程時調用OpenGL庫中的圖形函數。通常安排4個學時熟悉這些內容。這樣根據剩余學時安排五個小實驗：直線生成、裁剪、幾何變換、曲線生成以及真實感圖形繪制，還有一個綜合性實驗：做一個簡單的圖形系統。題目的要求隨著難易程度變化。直線生成算法比較簡單，學生編寫的程序應具有通用性，適用于任何直線。裁剪算法是為了確定顯示區域內的圖形，實驗一般要求實現線段裁剪算法，算法易于實現，考慮到易操作性，采用交互式的畫線方式，即以鼠標點擊繪圖區的位置確定線段的起點和終點，其中涉及消息映射和屏幕坐標到世界坐標轉化等相關知識。幾何變換幾乎在每個圖形系統或圖形應用軟件都有使用，其主要包括旋轉、平移、縮放以及復合變換等內容。學生對三維圖形更感興趣，尤其是較復雜的圖形。在做該實驗時，通常先介紹一些三維圖形的相關知識，包括幾何圖形表示、存儲形式以及讀文件操作等，一般以簡單的OBJ數據文件為例。然后讓學生實現三維圖形的幾何變換。另外，考慮到該實驗包括幾個操作，增加了菜單選擇功能。曲線曲面也是圖形學的核心內容，生成方法有兩種：一種是逐層遞推的方法，另一種是根據參數曲線定義。學生根據自己的理解選擇不同的方法實現。在曲線生成的基礎上，增加鼠標拖動控制點改變曲線曲面形狀的功能。真實感實驗是為了增加學生學習的興趣，通過調用OpenGL的庫函數做出一些漂亮的效果，讓學生感覺到圖形學功能很強大，一些看似復雜的效果實現起來也簡單，只需調用OpenGL中現成的庫函數。綜合性實驗報告我也鼓勵學生做一些自己感興趣的東西，比如有的學生對游戲很感興趣，基礎也較好，想做一個小游戲，我是完全許可的。應該來說，安排的實驗任務重，覆蓋內容多，在有限學時內完成這些實驗是不可能的，需要學生在課外做許多準備工作。而且，有些知識點較難，學生難以消化。針對這種情況，實驗部分也分了解和掌握兩種情況，這樣做的一個目的就是想增加學生的知識面。
3教學內容安排
計算機圖形學知識更新快，內容深而廣，如何在有限的學時內安排教學內容，使講解的知識難度適中，既兼顧基礎知識又可以反映計算機圖形學的最新成果和技術，同時，既兼顧理論又兼顧實驗。另外，在學生可以接受的情況下盡可能介紹三維知識。
我們的教學內容主要分這幾部分內容：光柵圖形學，圖形變換，幾何造型，真實感圖形繪制。而且，各部分內容貫穿OpenGL的相關知識。前兩部分比較基礎，內容相對簡單，課時盡可能安排緊湊，理論講的相對深入。但是對于幾何造型，尤其是曲線曲面造型部分，內容的深淺需要根據學生情況來把握。曲面難度較大，一般只介紹大致的思路及做一些演示。對于曲線，如果講得比較深入，對于基礎不好的學生來說也難以接受。我曾嘗試采用分段多項式的形式推導B樣條基函數，不少同學聽得很費力，甚至影響后面知識的學習。現在講這部分內容時，我只是介紹基函數的由來，告訴學生基函數是根據曲線的性質和定義推導出來的，不是隨隨便便指定的，這樣學生比較容易接受。實際上，無論Bezier曲線或B樣條曲線，都是曲線造型技術中的經典算法，但也存在缺點。目前比較流行的曲線造型技術是細分算法，它有很多很好的性質，如多分辨率，應用簡單等。由于其比較新，很多教科書中尚未介紹。一般我從應用層的角度將三次B樣條細分和四點插值細分等典型算法介紹給學生，介紹他們的特點以及實現技術。真實感圖形繪制部分，涉及數學、物理、心理學等方面的知識，理論較深，不太適合本科生學習。但由于其做出來的圖形太漂亮，很具吸引力。而且，用OpenGL的庫函數實現并不難，所以這部分內容我一般是介紹一些基本概念，然后做一些程序演示。一方面增加學習的興趣，另一方面讓他們意識到，有些知識盡管理論比較深，但由于有現成的類似OpenGL庫函數這樣的技術支撐，也容易實現。很多東西并不是想象的那么神秘，那么可怕。
4結語
計算機圖形學是一門理論內容深，應用范圍廣的課程。本文就如何組織教學內容談了自己的見解和體會，目的在于提高學生學習興趣，讓學生在易于接受的情況下學到更多有用的知識。實踐表明方法具有一定的可行性，普遍學生反映，通過課程的學習體會到了圖形學的博大精深，增加了圖形學的學習興趣。但也有部分同學感覺有些內容講解不夠深入，難以理解。所以，如何在有限的學時內更好地組織教學，還有待進一步探討。相信通過學習、思考和實踐可以做得更好。
參考文獻：
[1] 唐榮錫,汪嘉業,彭群生. 計算機圖形學教程(修訂版)[M]. 北京:科學出版社,2000.
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核心期刊在發表的時候，大家應該都知道它相對于其他的期刊來說，應該都是比較難的吧，所以就有很多人就會選擇核心期刊的增刊，那么問題來說，核心期刊的增刊還屬于核心期刊嗎？今天小編就來和大家詳細的講解一下。
增刊并不是非法刊物，增刊是很多正規刊物每年出版的合集，新聞出版總署規定，正規刊物每年可以出版兩期增刊，由于增刊的刊號、主管單位、主辦單位等等信息都是完全一致的，但是發表增刊需要三思而后行。
增刊上發表的論文并非絕對無效，因為期刊通常把一些具有相當水準，但又無法在正常周期的刊物上發表的文稿安排在增刊上，因此增刊的學術影響力較正常周期出版的刊物為弱，在評定中級以下職稱時，省級期刊的增刊大多不被承認，但國家級期刊或核心期刊的增刊往往會被降級使用，相當于省級期刊或普通學術期刊。
所以在職稱評審中，一般是不認可增刊發表的文章的，即便是核心期刊的增刊，也同樣是不被認可的，文章也不會被知網等數據庫收錄，因此在評職稱中是不能發揮作用的，建議作者不要發表增刊，評職稱晉升最好發表正刊，正刊發表確實不易，尤其核心期刊，但是作者只要做足充分的準備也是可以順利發表的。
核心期刊推薦：《計算機輔助設計與圖形學學報》(月刊)創刊于1989年，是由中國計算機學會主辦的我國CAD和計算機圖形學領域第一個公開出版的學術刊物。該刊以快速傳播CAD與計算機圖形學領域的知識與經驗為目的，刊登有創新的學術論文，報導最新科研成果和學術動態，及時反映該領域發展水平與發展方向。
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關鍵詞：雙語教學；教學模式；計算機圖形學
雙語教學是目前教學改革深入發展的熱點，一方面可以滿足當今社會對人才的需求，另一方面能夠不斷地提高學校的競爭力。信息與計算科學專業主要涉及數學和信息處理技術兩個主要知識范疇，對該專業進行課程的系列化雙語教學，需要逐步推進和總結其實踐過程和經驗。
1 計算機圖形學課程雙語教學的實施目標
雙語教學指教師同時使用英語和漢語兩種語言進行授課，通過兩種語言的合理搭配，并關注講授課程專業知識的主導性，使學生通過外語語言工具學好專業課程知識，營造使用外語進行學術思考和語言交流的環境，要求學生能準確全面地理解原版教材內容，提升學生運用中英文進行新課程專業知識學習的能力，使他們能在課堂上聽懂專業知識，用英文完成作業練習、階段性考試、期末考試、小型研究報告撰寫和課程設計等教學內容，力求教學內容與國際接軌，以開拓學生專業知識面的深度和廣度。
雙語教學的最終目標是促進學生使用母語和外語進行思維交流。信息與計算科學專業對計算機圖形學課程實行雙語教學，要求學生不僅要具備在數學、計算機科學方面的學科專業知識和較強的編程能力，還應具備較強的外語應用能力，在此過程中掌握和提高其應用水平，但其主要目的是掌握數學和計算機專業課程的主要理論和技術，使學生具備用新的語言媒介去獲取新知識和技術的能力，為培養具備創新能力和實踐能力的國際性人才奠定基礎。
2 計算機圖形學課程雙語教學的實施
組織和實施好雙語教學是一個復雜的過程，它涉及教材的合理選擇和利用、教學計劃的合理執行、教學模式的合理選擇、教師師資水平培養提高和教學方法采用等多方面因素。
2.1 選擇合適的教材和教輔材料
教材和教輔材料是影響信息類課程雙語教學的實施的一個重要因素，因此應根據本專業學科的特點及學生水平選擇教材。教材應反映本學科領域新發展和與國際接軌的人才培養新體系。英文原版教材中的圖形學知識系列、外語專業詞匯系列和相關應用系列組成了最具實用價值的、以外語為表達媒介的知識體系。英文教材具有知識新穎、內容豐富、數據翔實、敘述得當、強調實踐等優勢，因而采用原版英文教材是把握雙語教學質量最基本的前提。選擇原版教材要考慮被授課學生的培養目標、課文中外語語言表述的難易程度、數學基礎應用與算法及程序設計部分的比例等影響學習興趣和理解效率的因素。
教輔材料是實際教學情況的適當補充和完善。教師在教學過程中，可分發歸類成冊的專業詞匯對比手冊以幫助學生更好地理解教材，提供主要的知識點提綱提高學生學習興趣。
考慮到華東交通大學信息與計算科學專業高年級學生對數學和計算機知識已有所掌握，我們選用了偏重于數學知識和算法的英文版《計算機圖形學的算法基礎》，該書系統講解了計算機圖形學的基礎理論和算法，內容涉及微積分、離散數學、空間幾何、圖論和計算機圖像學的軟硬件知識，學生可以從中涉獵到已掌握知識的英文詞匯和相應的描述方法，并且能夠逐步在新的語言環境中掌握計算機圖形學相關數學和計算機應用的知識和能力。教學輔助材料采用華東交通大學編寫的中文版數字圖像處理和模式識別書籍，這些教材更偏重于算法的程序實現和工程應用，與原版英文教材的理論知識結構形成互補。
2.2 采用與雙語教學相適應的“以學生為中心”的教學模式
雙語的教學模式依照學生的理解程度與課程知識面的覆蓋而靈活調整，教師與學生互動的教學方式將溝通相互間的信息交流和對理解程度的反饋。授課過程中，教師既要考慮到學生的知識基礎和接受能力，又要根據學生對專業英語的理解程度制定較為靈活的教學步驟和教學方法。課程專業知識的傳授采用45度遞增函數曲線方式，課程中外語應用程度采用峰值為方波的正態分布函數曲線方式。學生對課程內容的理論知識和應用能力應該是隨著課程講授的進展而逐步夯實和提高的，一門課程采用雙語教學還是母語教學都不能影響課程知識面的掌握，而外語媒介的引入和應用程度依知識面的掌握而做合理調整。在課程講授的最初幾周，教學過程中英文交叉使用，講解以中文為主，專業術語和內容淺顯的地方用英文介紹，而重點和難點則用中文講解。隨著學生英語水平的提高和對教學方法的逐步適應，教師可逐漸提高英語講授的比重，最后過渡到以英文教學為主甚至是全英文教學。在課程學習的后期，考慮到應用問題的廣泛性和課程復習的需要，教師可適當增加中文應用的比例。在課堂討論以及程序編寫和解釋方面，教師可盡量鼓勵學生使用英文，另外，整個教學過程中要考慮到學生對英文表達的接受能力，根據學生的英語理解程度制定和調整比較靈活的教學安排和教學方法。普通高校信息類、計算機專業課程的雙語教學應安排在高年級的學生中開展，以保證學生具有一定的專業知識和英語基礎，同時還能通過學生前期的數學和計算機知識及編程能力彌補其語言理解上的不足和缺陷。
2.3 制定和實施可彈性執行的教學計劃
在課程的開始和復雜內容的傳授階段，同樣的教學內容在兩種語言授課的情況下，必然存在一定程度上對相同教學內容重復使用兩種語言講解的過程。教師還要考慮學生在知識水平和語言能力上的差異，并要保證大多數學生能夠理解和掌握所授的教學內容，這在一定程度上影響了計劃的課程進度。因此，教學計劃在顧全內容的情況下需要考慮執行過程中的彈性和靈活性調節。在整個教學計劃中，前期講授的內容應該少而精，這個階段是學生的語言應用適應調整期；教學計劃中期講授的內容應該控制在一般難度水平，這個階段教師除了講授具體的知識內容外，還需對外語語言在課程中的應用方法和技巧作一個引導式的總結，如外文教材科技知識描述的一般方式及對教學過程涉及的專業單詞進行分類和總結，或將專業單詞分為數學類、幾何形狀類和算法類等，使學生對所學知識的語言應用方法有個不斷完善的過程；教學計劃后期講授的內容則可控制在用單一外語講授知識內容的程度上，因為這個階段的學生已適應雙語教學的環境和教學方式，所以主要是加強專業知識和第二外語的使用；在教學計劃最后講授的內容安排上則要著重于課程知識點的算法實現和工程應用上，本階段是學生雙語教學的實際應用階段，重點應放在培養學生的文獻查詢和研討論文的寫作上，這一階段也是課程內容復結階段，此時的授課內容和研討專題的難易程度由具體的教學效果而做出適時調整。
在每一教學單元和階段性教學過程中，授課內容多少可以依照課堂教學的實際情況而確定，如在講授圖形區域填充的內容時，主要介紹簡單種子填充算法和程序實現技術，由理論和實驗分析讓學生知道這種算法的運算速度慢和要求堆棧大等不足，進而引入掃描線種子填充的算法和各種相應的改進算法，由此分析各種算法的運行效率和改進算法的來龍去脈。這種新算法引入的授課內容的深度和廣度需要依學生的接受程度、課堂具體情況和這個教學計劃的執行情況而靈活把握。教學實踐中，對書本中的相關內容要合理取舍，課程中重點內容和主要知識點一定要講得透徹清楚。
2.4 教學方法和方式的改革
課程試圖采用多種教學手段和方式，實現教學資源和方式的優勢互補。例如，將文字、動畫、聲音、圖像、程序演示等媒體融為一體，通過生動活潑的教學方式使語言種類的使用對教學效果的影響降低到一定的程度。
考慮到學生間英語水平參差不齊，在講課時應注意由淺入深。老師起初適當使用較多中文，然后慢慢增加使用英文的程度，采用多媒體英文版課件為課堂教學的內容介紹方式，板書為主要概念、關鍵詞和程序流程的解釋、強調的輔助方式。板書語言依具體情況可采用英文或者中文，如在課程的階段性總結時通過板書將專業詞匯按算法分類、基礎理論分類乃至專業單詞的數學類、幾何形狀類等進行講解和總結，在整個教學過程應采用多種方法或多種方式的組合，簡單的內容可以全用英文講解，復雜的內容則采用中英文混雜在一起講解，課程中的主要算法、原理等核心內容部分用中英文各講一遍。雖然投影屏幕上多媒體課件是全英文的，但課堂上講授的語言可以采用不同的中、英文比例，黑板上板書內容的提示、強調和總結也可交替采用中、英文。
在對算法原理理解的過程中，充分采用與語言沒有很大關系的視覺性媒介如圖片動畫等方式進行輔助講解和演示，同時多用強調實踐能力培養的源程序的講解和演示來輔助算法理解，程序的源碼對不同外語水平的學生具備相同的可理解程度，且源碼的字里行間只包含算法的邏輯和過程，它的語言屬性是中性和共性的。采用和創造的合適的語言環境將使得專業知識的傳授過程變得更加順利和通暢，也使不同層次的專業水平和外語水平的學生逐步融入和參與到課程教與學的過程中。
在課程學習后期的綜合應用問題的專題討論中，通過選擇原版的科技論文進行討論分析，對比論文中已采用的這門課程里的技術和算法，學生逐步從課程學習到接觸實際的外文科技資料的雙語使用逐步走向成熟，教師適時布置該課程的課程設計任務，要求學生的設計文稿和程序用英文形式完成。
針對計算機圖形學課程的實踐性和應用性強的特點，教師采取算法講解與程序演示相結合，理論學習與源碼編寫相結合，課堂教學與實驗課上機和課程設計相結合的教學方式。同時，借助于課程網站實現全部教學資源上網，教師在網絡上提供重點內容的專題講解和課程設計、畢業設計的范例，實現本課程教學資源的共享，使學生能夠準確地理解和觸摸到信息學科核心與前沿信息。
2.5 采用合理的考核方式和方法
有效的考核方式是對學生學習本課程的鼓勵和階段性教學質量把控的手段。本課程在信息與計算科學專業三年級展開，這一階段的學生具備一定的數學、計算機學科知識和編程能力，針對掌握著不同層次的專業知識和外語水平的學生需實行多元化的評價方式以加強學生的學習興趣和滿足課程教育的基本要求。對學生學習的考核方式應體現在教學的各個環節，針對本課程實踐性強且算法實現都有相應的視覺顯示效果并具備廣泛的工程應用的特點，需要考查學生對本課程知識綜合運用的實際能力，采取課堂上編寫小程序、上機實驗時間完成小工程項目和算法改進、文獻查詢并撰寫報告、期終卷面筆試和課程設計等階段的考核成績累計方式，分別在算法設計與編程能力、文獻閱讀與創新能力、口語和卷面筆試考核這幾個方面來評定學生的知識點掌握和外語應用能力。
同時，合理適當的課程考核方式和結果是對雙語教學效果的分析與評價指標，階段性和分項考核也是對雙語教學過程的質量的階段性控制。通過對考核結果的分析比較，教師對教學內容難易程度和外語使用量的把控能夠實時調整，也是執行和修正彈性教學計劃的一個具體過程。階段性地把握雙語教學過程中的技術內容的教授和英文使用的程度是對雙語教學全過程質量的控制。雙語教學的效率和質量通過對教學過程和教學效果評價反映在學生的成績和實際應用能力上。對雙語教學效果的考核包含對學生的成績評定和對雙語課堂教學過程及教學效率的評價。通過學生對雙語教學的網上評價和作業完成情況，可反映出學生對雙語教學的質量的認同程度和對課程的理解程度。一門課程的考核也是對該專業的系列課程考核和評價的一部分，更是系列課程開展雙語教學的體系構建和實施研究的一個重要方面。
3 雙語教學的思考與分析
3.1 師資隊伍的培養
雙語教學的師資應具備良好的英語和專業水平。本課程的雙語教學要求教師具備數學、計算機科學系列課程的專業知識，還要具備扎實的外語應用能力，并能將這兩方面的知識靈活地兼顧應用。雙語教師在教學實踐中要通過合理分配兩種語言的使用率使學生接受和掌握課程的主要知識點，在教學準備環節把握課程的難點和重點及學生的可接受程度，在課堂教學的過程中要揣摩學生的認知心理和理解程度，及時調整教學方式和兩門語言使用的比率。教師扎實的專業知識只有通過合適的教學氛圍和方式才能被學生所掌握。教師個體的雙語教學技能要通過教學過程逐步提升，系列課程教師隊伍的形成要通過合理的師資隊伍培訓和培養機制的建立和傳、幫、帶方法完成，這樣雙語教學工作就能得到良好開展。
3.2 探索有效提高學生學習主動性的教學方式
由于學生的專業知識和外語水平層次差別較大，教師不管采用何種教學方式，都應該考慮到施教對象的可接受程度等因素。在雙語教學推廣的初期，教師注重把雙語教學的目標和涉及面控制在一定的高度和廣度，課堂教學應考慮部分采用中文或英文講授，慢慢過渡到用英文講授專業知識。對于復雜的知識點，教師應采用從少到多、從易到難、先中文后英文講授或交替的方法進行，配以多媒體演示和程序演示，分階段將專業性英文單詞進行分類總結。隨著學生對技術內容和雙語形式的適應，逐步加大課程內容的難度和英文使用的分量，教師授課時可以采用全英文的課件，但在授課過程中應注意循序漸進，對于簡單的概念和理論采用英文解釋，對于不太難的算法解釋可采用中英文兩種語言配合解釋，最后逐步過渡到全英文簡要介紹新的知識點。
學生對一門課程產生的興趣將使其學習過程變得更加主動和順利，對學生興趣的培養需要將雙語課程和他們的后繼課程、畢業設計和職業規劃相結合。考慮到部分學生由于外語水平層次缺陷而對于雙語課程的學習與開展有一定的畏難或抵觸情緒，因此雙語課程的教學一定要控制外語教學實施的難度。知識點傳授的重點和語言理解的難度要逐步推進和全面兼顧，使學生克服對外語語言的畏難情緒。教師根據學生的認知程度來調整教學活動，在教與學的互動過程中獲得學生的反饋并提升其學習的主動性，使學生對課程內容和語言駕馭的積極性、主動性都能發揮出來，提高學生的創新能力和參與國際競爭的能力。
在信息與計算科學專業進行計算機圖形學的雙語教學，不但提高了學生在這門課程中的專業知識掌握程度和借助外語媒介進行新技術學習的能力，也為以后學習與國際合作、新技術相關的課程和從事相關研究建立了一個學習方法和途徑。由于注重學生的實踐能力和綜合能力的培養，本課程中運用雙語學習的方法和能力在后繼課程、課程設計和畢業設計中將得到應用和發展，進而促使本課程在系列化課程雙語教學實踐中發揮更大作用。
4 結語
計算機圖形學課程雙語教學的成功實施取決于教學內容的合理調配，并始終將教學內容中知識點的傳授放在教學工作的首要位置。實踐證明，通過學生的主動參與，專業課程內容的掌握和外語水平同時均得到提高。我們將在教學過程中繼續把更多教學經驗和方法應用于相關專業的雙語教學上，更好地為培養創新型人才探索貢獻力情。
參考文獻：
[1]姜忠鼎.計算機圖形學教學與實踐[J].計算機教育，2006（3）：10-13.
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隨著三維掃描技術和計算機圖形學廣泛應用于工業，機械，醫學等領域，三維模型成為一種新多媒體數據類型，面對龐大的三維模型數據庫， 幫助用戶快速準確地獲取所需三維模型，實現資源重用成為了計算機視覺、計算機圖形學界的一個研究熱點。如何合理地描述三維模型即特征提取成為三維模型檢索首先要解決的難點問題。同時絕大多數三維模型檢索的研究都是針對通用模型進行的. 這也使得對三維模型特征提取的研究更加復雜。現有的三維模型檢索技術可以分為基于統計特征、基于拓撲結構、基于幾何結構分析和基于視圖四大類。
基于統計特征的方法通過對三維模型的某一特征信息進行統計，獲得統計直方圖后將其量化而得到三維模型特征向量，但是大多數統計特征帶有隨機性， 檢索性能不穩定。基于拓撲和結構分析得到的特征在檢索系統中檢索響應時間較長。基于視圖將三維模型投影成多個不同視角的二維圖像，再對二維投影進行特征的提取用以描述三維模型。這種方法將復雜的三維問題轉化為較為成熟的二維圖像處理問題，降低了計算的復雜度，符合人的視覺特征，檢索性能較好。基于視圖的三維模型特征提取一般為三個步驟模型預處理，視圖獲取，描述符提取。
二、模型預處理
對于任意三維模型，其初始空間位置、尺寸及方向具有很大的隨機性，為了對三維模型在相同尺度、相同規則下進行比較檢索，首先對其進行位置和尺寸標準化預處理。一般分為三個部分平移歸一化，旋轉歸一化，尺度歸一化。 完整的模型歸一化過程表述為如下的幾何變換。
S*R*（I-C） （2-1）
式中： s 為縮放系數；R 為對應于PCA變換的旋轉矩陣；I 為原始模型坐標；C為坐標原點。
2.1平移歸一化
平移歸一化的目的是為了在模型上找到一個點作為新坐標系的原點，重新計算模型在新坐標系中的頂點坐標實際應用中的三維模型往往不是密度均勻分布的模型，文獻[1]采用面積加權法來提高重心平移的魯棒性，也就是將每個點的表面積作為該頂點的權重。
2.2旋轉歸一化
旋轉歸一化的目的是為了保證模型具有一個統一的姿態方向，使得提取的特征具有旋轉不變性，文獻[2]對旋轉歸一化改進利用蒙特卡羅法在三維模型表面均勻采點，以此代替原來頂點。該方法的特點是能快速地按照等面積原則，在三維模型表面采樣大量的三維點數據。
2.3 尺度歸一化
為了統一三維模型的尺度，保證拉伸不變性，需要計算縮放因子。文獻[1]采用的方法是找到模型中距離質心最遠的頂點，取值為這個最大距離的倒數，然后按照這個系數進行縮放。
三、視圖獲取
模型預處理完成后需要進行視圖提取，按照提取的視圖是否進行二次選擇可分為：最優視圖提取和多視圖提取.
3.1多視圖提取
多視圖提取一般將模型放在球體或正方體盒內，在不同角度攝取二維深度圖像，Min[3]等人提出使用三維模型的二維輪廓圖描述比較模型之間的相似性。該方法從模型的正視、側視及俯視三個固定方向獲得二維投影視圖，然后對每副視圖進行輪廓特征提取。該方法由于只選擇了三個固定方向上獲取視圖。不能夠完全表達模型Chen[4]等提出一種基于光場（LightFiel Descriptor， LFD）的特征算法。首先，在正十二面體的10個頂點處捕獲二維圖像，由于正十二面體是對稱的所以只取20個頂點中的10個。每個頂點處設定10中不同的光場，這樣對于各個三維模型可以采100張圖像。對于每張圖像提取Zemike矩特征（取35個系數）和傅里葉變換特征（取10個系數），最后用4500維的特征向量來表示一個三維模型，龐大的特征向量帶來計算的困難。Shih[5]等提出了一種基于正視圖的特征提取算法，提取六個正視圖來表示三維模型，所有正視圖都是二維灰度圖形，用最小正方體盒包圍三維模型分別從前部，上部，右部，后部，下部和左部6個角度投影獲得正視圖，將每個圖形分解為L個同心正方形提取出圖形描述符。
3.2最優視圖提取
由于產生的多視圖來描述模型在檢索模型時計算時間長，且有些視圖是冗余的。有些研究者會將多視圖進行最優選擇出一組或一個最優視圖。Cyr[6]等人提出基于形狀相似性的代表性視圖（Aspect Graph）方法。該方法首先對三維模型從不同視點得到大量視圖，然后用一組代表性視圖描述三維模型。代表性視圖通過對視圖集聚類分析，選擇那些彼此之間存在明顯差異的視圖而得到。
劉志等采用AdaBoost算法對輸入三維模型形狀特征進行相似性學習得到該模型的最優視圖樣例，然后將輸入模型從不同視點得到的渲染視圖和最優視圖樣例進行形狀相似性分析，以相似度最高者作為輸入模型的最優視圖.得到的最優視圖不僅可以有效地逼近用戶選擇結果而且具有較好的穩定性。
四、總結
由于三維模型及其組成的三維場景能提供比二維圖像更多、更豐富的視覺感知細節。所以三維模型的檢索與復用近年來成為計算機圖形學領域內的一個重要研究課題。但三維模型比二維圖像特征提取更為復雜，現在二維圖像處理技術非常成熟所以將三維模型表達成視圖在進行處理，得到很好的模型描述符在檢索三維模型時節省時間。
參 考 文 獻
[1]基于視圖的三維模型檢索技術研究 馮毅攀 浙江工業大學碩士學位論文 2011.10.20
[2]三維模型特征提取與檢索 柳 偉 申請上海交通大學博士學位論文 2008.1
[3] P. Min， J. Chen， T. Funkhouser. A 2D sketch interface for a 3D model search engine[A]. Proc of 2002 annual conference on Computer Graphics Proceedings[C]. San Autonio： ACM， 2002， 138.
[4]D.Y. Chen， X.P. Tian， Y.T. Shen. et al. On visual similarity based on 3D model retrieval[J]. Computer Graphics Forum. 2003， 22（3）： 223-232
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1引言
虛擬現實(Virtual Reality,簡稱VR)主要采用以計算機技術為核心的現代高技術生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境(Virtual Environment,簡稱VE),用戶借助必要的設備(如特制的服裝、頭盔、手套和鞋),以自然的方式與虛擬環境中的實體對象進行交互作用、相互影響,從而產生身臨其境的感受和體驗。虛擬現實具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和構想(Imagination)特性。交互特性強調參與者通過專用設備以人類自然方式與VE中的對象進行相互操作;沉浸特性要求計算機所創建的虛擬環境能使參與者產生置身其中的體驗;構想特性是指虛擬環境能夠啟發參與者發現新問題并輔助產生創新思維。
二十世紀六十年代初,“圖靈獎”獲得者,被稱為計算機圖形學之父的美國科學家Ivan Sutherland發表“終極顯示”論文提出虛擬現實概念,自此,虛擬現實技術歷經一系列里程碑式的理論、方法與技術研究工作,并取得了重大工程應用成果。今天虛擬現實技術的應用領域已經非常廣泛,主要包括三大應用方向,即訓練演練、規劃設計與預測、觀賞娛樂等。例如在虛擬戰場環境中進行作戰指揮模擬,宇宙飛船、飛機、艦船模擬駕駛訓練,飛機、導彈、輪船等復雜系統的虛擬設計與制造,城市環境規劃及其建筑物的展示,手術培訓與導航,游戲動漫與影視制作等。由于虛擬現實技術涉及的學科綜合性、交叉性強,是可以拉動多學科發展,不斷產生新思想、新技術,具有廣泛和重大應用前景的科學技術領域,國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)把虛擬現實技術確定為信息領域優先支持的三大前沿技術之一。
2課程的特點
北京航空航天大學計算機學院從1994年開始從事虛擬現實技術領域的研究,取得許多創新成果,在相關學科領域產生了較大影響,逐步形成了北航計算機學院一個新的優勢學科方向。作為計算機應用本科生的專業限選課程,“虛擬現實技術”課程教學已經講授了5年。本課程的教學目的是通過對有關虛擬現實技術國內外研究熱點問題、典型研究工作的介紹,使學生了解當前虛擬現實技術的發展趨勢;通過對虛擬現實基本原理、基本算法、開發方法、主流系統的介紹,使學生掌握虛擬現實主要技術、開發環境與平臺;以虛擬現實技術與系統國家重點實驗室研究工作為主要實踐教學支撐,培養學生的創新能力,滿足國民經濟和國防部門對虛擬現實領域專門人才的需求。虛擬現實課程具有以下特點:
2.1學科交叉性、綜合性強
國家中長期科學和技術發展規劃綱要指出:“虛擬現實技術重點研究心理學、控制學、計算機圖形學、數據庫設計、實時分布系統、電子學和多媒體技術等多學科融合的技術,研究醫學、娛樂、藝術與教育、軍事及工業制造等多個相關領域的虛擬現實技術和系統?！碧摂M現實技術主要從計算機科學與技術、控制科學與技術、機械工程科學與先進制造技術等學科中孕育并實現跨越,逐步發展成熟,涉及心理學、認知科學、計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器技術等,學科交叉性、綜合性強,如圖1所示。
2.2數理基礎要求高
虛擬現實課程的許多理論、方法和技術涉及大量的數學公式和物理定律,例如在基于圖形的虛擬現實技術中所涉及的計算機圖形學,基于圖像的虛擬現實技術中所涉及的圖像處理和信號處理技術,在建模技術中涉及的動力學、運動學等,都需要學生具備深厚的數理基礎。
2.3創新思維豐富
虛擬現實被眾多學者認為是科學研究與工程實踐中理論和實驗方法之外的第三種方法,可以虛擬和仿真人類難以到達的宏觀或微觀環境,進行研究和體驗;在虛擬環境下進行逼真的規劃、設計、訓練演練,作出評價和決策,其與生俱來的構想特性能夠啟發參與者發現新問題并產生創新思維。虛擬現實技術由于多學科交叉性,在不同學科交叉融合中源源不斷地產生新思想、新方法。
2.4工程應用突出
虛擬現實技術既有堅實的理論基礎和方法,也有大量的典型算法,同時又是一門應用牽引強,各種開發平臺和應用工具豐富,人機交互設備多,軟硬件結合與系統集成占相當比重的課程。
2.5課程內容多課時緊
本課程是本科生計算機應用方向的限選課程,在本科四年級上學期開設,其間正值學生考研復習準備階段,課時總計36學時,課內教學18學時、課外實踐18學時,授課時間十分緊張。
3教學內容安排
我們經過多年的教學實踐,在不斷與學生教與學交互的活動中,結合自身學科研究特色,總結、完善主要教學內容,形成了如下的教學大綱:
第一章:概論(2h)
問題的提出、名詞術語、虛擬現實特征、里程碑工作和研究現狀、國內外典型應用實例。
第二章:虛擬現實硬件與系統(2h)
虛擬現實輸入設備、虛擬現實輸出設備、高端圖形工作站、圖形處理單元(Graphic Processing Unit簡稱GPU)、典型沉浸式交互系統的構建實例。
第三章:基于圖形的虛擬現實建模與開發技術(6h)
視覺感知相關基本概念、場景表示與數據庫結構設計、CREATOR建模軟件與合成自然環實例、場景圖組織與基本繪制流程、OpenGVS與WTK開發軟件、虛擬場景漫游應用程序開發實例。
第四章:基于圖像的虛擬現實建模與繪制技術(2h)
IBMR技術與全光函數、全景圖像與柱面全景圖像實例、同心拼圖方法。
第五章:人工生命-人工魚實例(2h)
人工魚的總體方案、人工魚的生物力學分析、感知與行為建模、幾何建模與外觀屬性、虛擬海洋環境建模、運動系統、逼真性與效率權衡。
第六章:虛擬人技術(2h)
人體抽象模型與國際標準、逼真運動獲取與表示、運動約束與重用、虛擬人技術應用實例。
第七章:分布式虛擬現實技術(2h)
DIS技術與IEEE1278、HLA技術與IEEE1516、分布交互仿真程序開發與應用實例。
教學實踐與課外教學安排:(18h)
課外研讀學習OpenGL、構建虛擬現實漫游程序;參觀虛擬現實技術與系統國家重點實驗室,觀看演示、操作實驗室研究設備,了解當前主要研究方向和趨勢。
4教學實踐與思考
針對虛擬現實課程的上述特點,我們在課程的教學活動中形成了“突出三個基本,注重融會貫通;點面結合,各有側重;結合實例,促進創新思維”的教學思路。
4.1突出三個基本,注重融會貫通
在教學中突出三個基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的講授。虛擬現實課程的諸多內容來自不同的研究和應用領域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同歸。對于這部分內容在教學活動中應有意識進行聯系,分析講解,努力讓學生融會貫通。以細節層次概念(LOD)為例,細節層次概念是圖形建模中的基本概念,是指用一組復雜程度(常常以多邊形數來衡量)各不相同的實體細節層次模型來描述對象,在運行時根據一些主客觀標準在這些LOD模型間進行切換,實時改變場景的復雜度,從而能夠繪制效率與效果的平衡,該方法需要解決模型間切換時產生的視景跳躍問題。在GPU的基本貼圖處理(MIP MAPPING )、復雜光照模型實時繪制等研究工作中也引入和應用了同樣的原理,因此在講解細節層次概念時進行舉一反三,加深學生對這一滿足逼真性和繪制實時性普適基本方法的理解,進一步可以引伸出連續細節層次方法以及與視點相關的遞進傳輸技術如何滿足基于網絡的虛擬現實應用問題。這樣教學思路始終貫徹在七維全光函數降維、八叉樹的數據組織方法等諸多教學內容中,以達到融會貫通的目的。
4.2點面結合,各有側重
虛擬現實課程涉及學科眾多,內容十分豐富,有限的課時內做到面面俱到幾乎不可能。我們的教學大綱基本覆蓋虛擬現實的主要研究分支,重點是基于圖形和基于圖像的虛擬現實技術,由于增強現實在其他課程有重點講授,不過多涉及。其次注重對當前國內外的研究重點、熱點問題,以及當前的主流設備、開發工具與平臺介紹。通過發揮授課教師的計算機科學與技術專業背景,結合實驗室多年的研究工作進行知識點的深入講解。例如在分布式虛擬現實技術教學中,實驗室在該方向上開展了長達十年的研究工作,研究成果既體現了該內容的基本方法、國際標準,又體現了當前的最新研究成果。該內容的教學從早期的DIS入手,通過與HLA核心技術的對比,重點講解分布式虛擬現實技術如何應用數據抽象與封裝、與訂購、基于值的信息過濾 (DDM)等核心技術解決大規模交互仿真問題,進一步引伸介紹目前該方向的研究進展,讓同學了解當前研究熱點問題。
4.3結合實例,促進創新思維
虛擬現實是一門多學科交叉的科學技術,不同學科理論與方法的互相借鑒、啟迪、創新尤為明顯。因此在講授具體內容的同時,應介紹該研究工作和成果產生的背景,體現交叉創新、集成創新思路,啟迪同學的創造性思維是本課程不斷追求“授之與漁”的目標。在課程綜述中重點介紹信息資源環境的智能化、普適化、協同化、沉浸化發展的各個不同歷史時期代表性工作,以及仿真技術、先進制造技術等學科對虛擬現實的重要貢獻,突出虛擬現實技術交叉融合的特性。將具體的課程知識點講授融入到典型實例中,人工生命課程教學中以ACM優秀博士論文工作為基礎,講述了人工魚的感知與行為建模、幾何與外觀屬性建模、虛擬海洋環境建模等,目的在于突出建模內涵的寬泛性和在虛擬現實技術中的重要地位,通過詳述人工魚的生物力學分析、總體方案設計,行為與運動系統實現,歸納總結出多學科交叉、逼真性與效率的完美平衡是其創新所在。在講授虛擬人技術時,首先提出逼真人體運動復雜性和實時性這一矛盾,引入機器人技術領域的逆向運動學以及信號與系統中的信號處理方法,重點介紹借鑒其他學科方法解決虛擬人運動重用和大規模人群等關鍵問題,強調借鑒啟迪是創新的源泉。在諸如同心拼圖、分布式虛擬環境中同樣貫徹了結合實例,促進創新思維這一教學思路。
5結論與展望
“虛擬現實技術”涉及面寬、內容十分豐富,同時發展迅速,應用越來越廣泛,如何講授好該課程是一個需要不斷探討、研究總結的教學課題。筆者在多年的教學活動中,通過教與學的交流,不斷總結形成了一些教學思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不斷完善充實,主要包括兩個方面內容:(1)如何做好虛擬現實技術課程與計算機圖形學、多媒體技術、圖像處理技術的銜接;(2)如何利用好虛擬現實技術與系統國家重點實驗室的研究環境、軟硬件資源以進一步加強虛擬現實課程的實踐環節。我們將在今后繼續研究探索,以解決這些重要問題。
參考文獻:
篇10
主辦單位：華北計算技術研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：16開
國際刊號：1673-9418
國內刊號：11-5602/TP
郵發代號：82-560
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：2007
期刊收錄：
核心期刊：
期刊榮譽：
篇11
主辦單位：中國科學院軟件研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：16開
國際刊號：1000-9825
國內刊號：11-2560/TP
郵發代號：82-367
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1990
期刊收錄：
SA 科學文摘(英)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽：
中科雙百期刊
篇12
一、虛擬現實技術的概述
虛擬現實（VirtualReality，簡稱VR技術），又稱靈境技術，是以浸沒感、交互性和感知性為基本特征的計算機高級人機界面[1]。虛擬現實系統的核心設備仍然是計算機，即通過計算機圖形構成的三維數字模型，以仿真的方式給用戶創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維虛擬世界，并通過頭盔顯示器(HMD)、數據手套等輔助傳感設備，給用戶提供一個觀測與該虛擬世界交互的三維界面，使用者可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環境及事物的內在變化，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，使人和計算機很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到真實世界中無法親身經歷的體驗。
作為尖端科技，虛擬現實綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和傳感技術的最新發展成果，是一種由計算機生成的高技術模擬系統。虛擬現實技術的應用前景十分廣闊，已廣泛應用于工業、模擬軍事演習、工程、教育、醫學、字化酒店、商品展示、娛樂等領域，也同樣適用于網絡會展。
二、虛擬現實技術在會展業中的應用現狀
隨著迅速發展的虛擬現實技術與計算機多媒體展示技術的結合，在展覽方面也不斷涌現出一些結合虛擬現實技術的網絡會展。如今國外的虛擬會展業已經十分成熟，如著名的德國漢諾威展，在網絡上運用虛擬現實技術建立三維立體的展示系統；國外一些城市宣傳也開始采用虛擬現實技術，如網上新加坡、虛擬龐貝古城、虛擬巴黎圣母院等，運用三維虛擬現實技術展示一些有價值的文物、展品和三維場景，使用戶能夠通過Internet遠程連接去體驗。
國內的虛擬會展目前還基本屬于界面包裝，主要通過二維平面靜態地網頁展示，如中國茶葉博覽會，采用虛擬現實技術對茶具和茶文化進行網上瀏覽，還有虛擬現實環球網站（www．vwww．com）利用虛擬現實技術進行網上展銷；再如武漢國際機電博覽會，采用網上虛擬武博會和武博會同期開幕，未到展會現場的客戶通過點擊該網站，就可像親赴現場一樣，可在場館內每一個展位前流連，任意觀看各種產品，了解它們的性能和用途，甚至突破實際參觀過程中的限制，深入了解展品的內部結構，瀏覽武博會的即時信息。
虛擬展覽系統按其表現形式可分為三類：①運用圖文聲像以及環視圖展示物品和場景。這類系統因表現形式的局限，不能更生動、更全面的展示。②單純的三維場景展示，用戶可以隨意漫游，但只提供展覽會的表面形式，不提供展覽內容與展覽場景的關聯。③既提供三維場景，也提供實際展覽內容，并與三維場景結合在一起[3]。
三、基于虛擬現實技術的網絡會展發展的展望
在綜合考慮現有技術條件及未來虛擬現實技術發展前景的情況下，網絡會展的發展將會呈現出兩種模式，即現階段的實物會展+網絡會展+電子商務模式和未來的實物會展+網絡會展模式，具體理念如下：
（一）實物會展+網絡會展+電子商務模式
網絡會展作為會展業一種新的發展形勢，有著廣闊的發展前景。但目前網絡會展還只是實物會展的補充和配角，網絡會展只有作為實體展覽的輔助，才能逐漸地被人們認識而發展起來。免費論文，虛擬現實技術。就目前情況而言，線上展會和線下展會二者可相互補充，二者有機融合會相得益彰的。當然雙方會有部分重疊，但不可輕言取代，否則就是昏了頭了，若干年后或許會的，但至少目前不會。因此，我們不能夸大網絡技術的作用，基于傳統會展的傳統優勢，傳統會展仍然起著主導作用。免費論文，虛擬現實技術。同時，隨著會展業的蓬勃發展，促進了電子商務技術向會展業的滲透，在某種程度上彌補了網絡會展技術的不足，促進著網絡會展的發展。
總之，在目前甚至今后相當長的一段時間內，我國會展將遵循實物會展+網絡會展+電子商務模式，即充分利用電子商務技術大力發展網絡會展，實物會展和網絡會展并舉，實物會展結束后，網絡會展作為實物會展的延伸和補充，繼續實行“永不落幕的會展”，并不斷更新、豐富和完善，使實物會展和網絡會展相互促進，共同發展壯大。
（二）實物會展+網絡會展模式
由于網絡展會的模式模糊和傳統展會的主導地位，中國會展業進入網絡時代還有很長的一段路要走。但從長遠來看，網上會展前景不可限量，隨著虛擬現實技術的進一步發展，必將成為現代展覽業的重要組成部分，必將代替部分實物會展，從而實現實物會展和網絡會展并存的局面，這是一種必然的趨勢。免費論文，虛擬現實技術。免費論文，虛擬現實技術。因為網上會展有不受時空限制、節省展覽交易成本等優勢，很多商品和服務都適合在網上進行展覽和銷售。如網絡圖書展就有絕對優勢，因為圖書沒有過多的質地的要求、尺寸的要求，在網上看到的這本書和書店買到的書幾乎沒有差別。另外，從目前網絡交易的商品清單看，網絡交易的對象正從數碼產品迅速擴展到服裝、電器、日用品、玩具、個人護理品等眾多產品，而這些產品正是我國制造的優勢所在，也是目前辦展頻率最高的產品。免費論文，虛擬現實技術。這些產品將來都可以作為網絡會展展示的對象，市場前景好。免費論文，虛擬現實技術。
此外，會展業的發展與土地資源供給瓶頸的矛盾已見端倪。政府不可能無止境的耗費大量土地進行場館建設，同時場館建設投入大、周期長、風險大，而在互聯網上建立虛擬展館，舉辦網絡展覽卻可以節省大量時間和金錢，大大提高展會的效益?？梢?，我們既要看到目前實物會展的優勢，也要前瞻性的看到網絡會展的優勢，尤其是網絡會展的后發優勢和趨勢，為大力發展網絡會展，共創低碳會展經濟做好一切準備。
參考文獻
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篇13
<一>什么是計算科學和它的來歷
計算科學主要是對描述和變換信息的算法過程，包括其理論、分析、設計、效率分析、實現和應用的系統研究。全部計算科學的基本問題是，什么能（有效的）自動運行，什么不能（有效的）自動運行。本科學來源于對數理邏輯、計算模型、算法理論、自動計算機器的研究，形成于20世紀30年代的后期。
隨著存儲程序式通用電子計算機在上世紀40年代的誕生，人類使用自動計算裝置代替人的人工計算和手工勞動的夢想成為現實。計算科學的快速發展以也取得大量成果，計算科學這一學科也也應運而生。
<二>計算科學的發展
a、首先先介紹圖靈機
圖靈機的發明打開了現代計算機的大門和發展之路。圖靈機通過一條兩端可無限延長的袋子，一個讀寫頭和一組控制讀寫頭的（控制器）組成它有一個狀態集和符號集，而此符號集一般只使用0和1兩個符號。而就是這個簡潔的結構和運行原理隱含了存儲程序的原始思想，深刻的揭示了現代通用電子數字計算機的核心內容?，F在通用的計算機是電子數字計算機，而電子數字計算機的發展是建立在圖靈機的基礎之上。他的二進制思想使計算機的制作的簡化成只需兩個穩定態的元器件。這在今后的計算機制作上無論是二極管或集成電路上都顯示了明顯的優越性。
b、計算機帶動的計算學科
1946年隨著現代意義上的電子數字計算機ENIAC的誕生。掀起了社會快速發展的嶄新一頁。計算機工作和運行就擺在了人們的面前。
1、計算機語言
我們要用計算機求解一個問題，必須事先編好程序。因此就出現了最早的機器指令和匯編語言。20世紀50年代后，計算機的發展步入了實用化的階段。然而，在最初的應用中，人們普遍感到使用機器指令編制程序不僅效率低下，而且十分別扭，也不利于交流和軟件維護，復雜程序查找錯誤尤其困難，因此，軟件開發急需一種高級的類似于自然語言那樣的程序設計語言。1952年，第一個程序設計語言ShortCode出現。兩年后，Fortran問世。作為一種面向科學計算的高級程序設計語言，Fortran的最大功績在于牢固地樹立了高級語言的地位，并使之成為世界通用的程序設計語言。Algol60的誕生是計算機語言的研究成為一門科學的標志。該語言的文本中提出了一整套的新概念，如變量的類型說明和作用域規則、過程的遞歸性及參數傳遞機制等。而且，它是第一個用嚴格的語法規則——巴科斯范式（BNF）定義語言文法的高級語言。還有用于支持結構化程序設計的PASCAL語言，適合于軍隊各方面應用的大型通用程序設計語言ADA，支持并發程序設計的MODULA-2，支持邏輯程序設計的PROLOG語言，支持人工智能程序設計的LISP語言，支持面積對象程序變換的SMALLTALK、C等。
2、計算機系統和軟件開發方法
現代意義上的計算機絕不是一個簡單的計算機了而也包括了軟件（系統軟件、應用軟件）。各種各樣的軟件使得計算機的用途大大增強。而軟件開發也成為了一個重要課題和發展方向。軟件開發的理論基礎即是計算模型。隨著計算機網絡、分布式處理和多媒體的發展。在各種高級程序設計語言中增加并發機構以支持分布式程序設計，在語言中通過擴展繪圖子程序以支持計算機圖形學程序設計在程序設計語言中已非常的流行。之后，在模數/數模轉換等接口技術和數據庫技術的支持下，通過擴展高級語言的程序庫又實現了多媒體程序設計的構想。進入20世紀90年代之后，并行計算機和分布式大規模異質計算機網絡的發展又將并行程序設計語言、并行編譯程序、并行操作系統、并行與分布式數據庫系統等試行軟件的開發的關鍵技術依然與高級語言和計算模型密切相關，如各種并行、并發程序設計語言，進程代數，PETRI網等，它們正是軟件開發方法和技術的研究中支持不同階段軟件開發的程序設計語言和支持這些軟件開發方法和技術的理論基礎----計算模型
3、計算機圖形學
在計算機的硬件的迅速發展中。隨著它的存儲容量的增大，也掀起了計算機的巨大改革。計算機圖形學、圖像處理技術的發展，促使圖形化界面的出現。計算機圖形學是使用計算機輔助產生圖形并對圖形進行處理的科學。并由此推動了計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助教學（CAI）、計算機輔助信息處理、計算機輔助測試（CAT）等方向的發展。圖形化界面的出現，徹底改變了在一個黑色的DOS窗口前敲代碼輸入控制命令的時代。同時也成就了一個偉大的公司Microsoft。
4、計算機網絡
隨著用戶迫切需要實現不同計算機上的軟硬件和信息資源共享。網絡就在我們的需求中誕生了。網絡的發展和信息資源的交換使每臺計算都變成了網絡計算機。這也促進計算機的發展和廣泛應用。
<三>計算機學科的主線及發展方向
圍繞著學科基本問題而展開的大量具體研究，形成學科發展的主流方向與學科發展主線和學科自身的知識組織結構。計算學科內容按照基礎理論、基本開發技術、應用以及他們與硬件設備聯系的緊密程度分成三個層面：
1、計算科學應用層
它包括人工智能應用與系統，信息、管理與決策系統，移動計算，計劃可視化，科學計算機等計算機應用的各個方向。
2、計算科學的專業基礎層
它是為應用層提供技術和環境的一個層面，包括軟件開發方法學，計算機網絡與通信技術，程序設計科學，計算機體系結構、電子計算機系統基礎。
3、計算科學的基礎層
它包括計算科學的數學理論，高等邏輯等內容。其中計算的數學理論涵蓋可計算性與計算復雜性理論形式語言與計算機理論等。
<四>計算機的網絡的發展及網絡安全
(1)計算機網絡與病毒
一個現代計算機被定義為包含存儲器、處理器、功能部件、互聯網絡、匯編程序、編譯程序、操作系統、外部設備、通信通道等內容的系統。
通過上面定義，我們發現互聯網絡也被加入到計算機當中。說明了網絡的重要以及普及性。21世紀是信息時代。信息已成為一種重要的戰略資。信息科學成為最活躍的領域之一，信息技術改變著人們的生活方式?，F在互聯網絡已經廣泛應用于科研、教育、企業生產、與經營管理、信息服務等各個方面。全世界的互聯網Internet正在爆炸性的擴大，已經成為覆蓋全球的信息基礎設施之一。
因為互聯網的快速發展與應用，我們各行各業都在使用計算機。信息安全也顯得格外重要。而隨著計算機網絡的發展，計算機網絡系統的安全受到嚴重的挑戰，來自計算機病毒和黑客的攻擊及其他方面的威脅也越來越大。其中計算機病毒更是很難根治的主要威脅之一。計算機病毒給我們帶來的負面影響和損失是刻骨銘心的，譬如1999年爆發的CIH病毒以及2003年元月的蠕蟲王病毒等都給廣大用戶帶來巨大的損失。
我們想更好的讓計算機為我們服務，我們就必須很好的利用它，利用網絡。同時我們也應該建立起自己的防護措施，以抵抗外來信息的侵入，保護我們的信息不受攻擊和破壞。
(2)計算機病毒及它的防范措施：
計算機病毒是一組通過復制自身來感染其它軟件的程序。當程序運行時，嵌入的病毒也隨之運行并感染其它程序。一些病毒不帶有惡意攻擊性編碼，但更多的病毒攜帶毒碼，一旦被事先設定好的環境激發，即可感染和破壞。
<一>、病毒的入侵方式
1．無線電方式。主要是通過無線電把病毒碼發射到對方電子系統中。此方式是計算機病毒注入的最佳方式，同時技術難度也最大?？赡艿耐緩接校孩僦苯酉驅Ψ诫娮酉到y的無線電接收器或設備發射，使接收器對其進行處理并把病毒傳染到目標機上。②冒充合法無線傳輸數據。根據得到的或使用標準的無線電傳輸協議和數據格式，發射病毒碼，使之能夠混在合法傳輸信號中，進入接收器，進而進人信息網絡。③尋找對方信息系統保護最差的地方進行病毒注放。通過對方未保護的數據鏈路，將病毒傳染到被保護的鏈路或目標中。
2．“固化”式方法。即把病毒事先存放在硬件（如芯片）和軟件中，然后把此硬件和軟件直接或間接交付給對方，使病毒直接傳染給對方電子系統，在需要時將其激活，達到攻擊目的。這種攻擊方法十分隱蔽，即使芯片或組件被徹底檢查，也很難保證其沒有其他特殊功能。目前，我國很多計算機組件依賴進口，困此，很容易受到芯片的攻擊。
3．后門攻擊方式。后門，是計算機安全系統中的一個小洞，由軟件設計師或維護人發明，允許知道其存在的人繞過正常安全防護措施進入系統。攻擊后門的形式有許多種，如控制電磁脈沖可將病毒注入目標系統。計算機入侵者就常通過后門進行攻擊，如目前普遍使用的WINDOWS98，就存在這樣的后門。
4．數據控制鏈侵入方式。隨著因特網技術的廣泛應用，使計算機病毒通過計算機系統的數據控制鏈侵入成為可能。使用遠程修改技術，可以很容易地改變數據控制鏈的正常路徑。
<二>病毒攻擊的防范的對策
1．建立有效的計算機病毒防護體系。有效的計算機病毒防護體系應包括多個防護層。一是訪問控制層；二是病毒檢測層；三是病毒遏制層；四是病毒清除層；五是系統恢復層；六是應急計劃層。上述六層計算機防護體系，須有有效的硬件和軟件技術的支持，如安全設計及規范操作。
2．嚴把收硬件安全關。國家的機密信息系統所用設備和系列產品，應建立自己的生產企業，實現計算機的國產化、系列化；對引進的計算機系統要在進行安全性檢查后才能啟用，以預防和限制計算機病毒伺機入侵。
3．防止電磁輻射和電磁泄露。采取電磁屏蔽的方法，阻斷電磁波輻射，這樣，不僅可以達到防止計算機信息泄露的目的，而且可以防止“電磁輻射式”病毒的攻擊。
4．加強計算機應急反應分隊建設。應成立自動化系統安全支援分隊，以解決計算機防御性的有關問題。
很多公司都有因為電腦被入侵而遭受嚴重經濟損失的慘痛經歷，不少普通用戶也未能避免電腦被破壞的厄運，造成如此大損失的并不一定都是技術高超的入侵者所為，小小的字符串帶給我們的損失已經太多。因此，如果你是數據庫程序開發人員、如果你是系統級應用程序開發人員、如果你是高級計算機用戶、如果你是論壇管理人員......請密切注意有關字符漏洞以及其他各類漏洞的最新消息及其補丁，及時在你的程序中寫入防范最新字符漏洞攻擊的安全檢查代碼并為你的系統安裝最新的補丁會讓你遠離字符帶來的危險。經常殺毒，注意外來設備在計算機上的使用和計算機對外網的鏈接。也可以大大有效的避免計算機被攻擊。
<五>總結
在學了計算科學導論之后，讓我更深入的了解了我將來要從事的學科。計算科學導論指導著我們該怎么學習計算機。讓我更清楚的知道我們信息安全專業的方向。正如計算科學這座大樓一樣，在不斷的成長。信息安全也必將隨著網絡的進一步發展而更多的被人們重視?？傊畬W習了這門課之后讓我受益匪淺，也知道自己應該好好努力，爭取在自己的專業領域上有所成就。
參考文獻：
1、《計算科學導論》（第三版），趙志琢著，科學出版社2004版
