計算機動畫原理與技術課程的教學實踐與討論*

安維華

北京語言大學信息科學學院 北京 100083

計算機動畫原理與技術課程的教學實踐與討論*

安維華

北京語言大學信息科學學院 北京 100083

首先介紹數字媒體技術專業的特點，以及計算機動畫原理與技術課程在該專業中的重要性；然后基于教學經驗，對該課程進行深入分析，具體包括課程定位、教學內容、實驗環節等方面；最后對教學效果和改進方向進行總結。

數字媒體技術；計算機動畫；教學內容；實驗環節

1 引言

數字媒體技術[1]是以信息科學和數字技術為主導，以大眾傳播理論為依據，以現代藝術為指導，將信息傳播技術應用到文化、藝術、商業、教育和管理領域的科學與藝術高度融合的綜合交叉學科。隨著信息技術和計算機網絡的發展，數字媒體技術已經滲透到人們的日常生產和生活中，并對人們的生活方式、意識形態以至民族傳統文化產生重要影響。目前，與數字媒體相關的行業已經非常廣泛，包括影視、出版、新聞、展覽、移動通信、數碼產品、娛樂游戲、廣告等行業。

為了適應數字媒體技術的發展所產生的各種社會需求，國內各個院校已經相繼開辦數字媒體技術專業。具體來講，該專業具有下面一些特點。

1）該專業的知識結構非常豐富，并且具有交叉性。媒體技術方面，它融合了計算機圖形圖像、數字音視頻處理、人機交互、二維三維動畫、網站開發等多項技術；藝術設計方面，它包括美術基礎、色彩素描、平面立體設計、視聽語言等內容。

2）該專業的培養目標強調創新能力的培養[2]。因為數字媒體內容的消費是一種精神的消費，這就需要數字媒體產品具有優秀的創意。

3）該專業的定位面向實踐和應用。該專業需要為學生提供盡量多的實踐機會，這樣才能使學生具有扎實的理論基礎和豐富的、創新的定位，面向實踐和應用。

由此可見，數字媒體技術專業的知識面廣，社會需求豐富，特點鮮明。因此，各個學校都根據自己的教學資源和教學特色進行課程設置，選擇性地重點突出一個或幾個方面，而沒有追求大而全的辦學模式。

2 計算機動畫原理與技術課程的重要性

在數字媒體技術的眾多應用領域中，動漫產業最為成熟[3]。因此，很多高校的數字媒體技術專業都將動畫技術作為一項重要的教學內容，紛紛開設相關課程。為了完善數字媒體技術專業的課程體系，提高學生的專業綜合素質，北京語言大學信息科學學院數字媒體技術專業的教師經過反復調研和討論，決定將動畫技術作為該專業的一項重要技能進行培養，同時將“計算機動畫原理與技術”課程設定為核心課程。該課程的開設具有重要意義。

1）從就業需求的角度講，該課程對于鍛煉學生的專業素質，提高學生的就業能力具有重要作用。當前，國家不斷加大力度發展文化創意產業，這其中非常重要的一點就是動漫產業的發展[4]。我國已經先后建立眾多動漫游戲產業發展基地。可見，社會發展對動漫人才的需求非常迫切。

2）從課程體系的角度講，該課程對完善數字媒體技術專業的課程體系結構具有重要作用。數字媒體技術專業所教授的基礎內容包括圖形學、圖像處理、視音頻等內容。“計算機動畫原理與技術”是在此基礎上開設的高層次理論和實踐課程，能夠使學生更深入地掌握矢量媒體的基本原理和實踐技能，同時能夠為后續的程序開發類課程（計算機游戲、虛擬現實、人機交互技術等課程）打下堅實的基礎。

3）從人才培養的角度講，該課程的指導思想有別于藝術院校和社會培訓機構。目前，很多藝術院校和培訓機構在動漫方面的培養只是注重軟件的應用，而不注重基本原理以及高層次開發能力的培養。這就給學生的職業發展造成諸多問題。例如：學生對動畫的基本原理和開發方法不夠熟悉，很難在相關領域進行深入發展；學生的綜合能力不強，就業面窄。然而，該課程能夠將軟件應用和軟件開發能力緊密結合起來，讓學生不但掌握動畫創作能力，還具備相關領域的軟件研發能力。這樣就提高了學生的綜合素質和競爭力。

綜上所述，該課程的根本作用在于，適應社會對高水平動漫人才的需求，提高學生的綜合素質，培養學生的動畫創作能力和軟件開發能力，使學生在計算機動畫領域的應用能力和實踐能力得到全面發展。為了實現課程的目標，筆者對北京地區的多所高校進行調研，對動畫技術課程的教學內容和實驗大綱進行充分的對比，最終形成該課程的具體教學思路。本文的工作就是在此基礎上形成的。

3 計算機動畫原理與技術課程的教學實踐

3.1 課程定位

目前，很多院校開設的動畫類課程主要重視藝術的訓練和軟件的操作，并沒有開設專門的原理技術類課程[5]。計算機動畫原理與技術課程正是彌補這方面的不足而開設的。該課程的主要目標是，不但使學生對計算機動畫的發展、本質特征、表現技術以及制作流程有一個較全面的了解，而且使學生對計算機動畫的低層運動控制與高層運動控制技術的基本概念、基本理論有深入認識和理解；通過編程實踐，使學生掌握常用動畫技術的編程技巧；通過創作軟件的操作，使學生對動畫軟件的組成和功能有一個系統的認識。為此，本課程的定位具有下面幾個特點。

1）本課程重視動畫原理技術的分析。本課程將著重講解各種動畫的實現技術，例如關鍵幀插值技術、過程動畫技術、分形技術等。對這些技術的理解，能夠幫助學生深入理解動畫軟件的各個模塊，從而能夠深入掌握動畫軟件的創作技巧。

2）本課程重視實踐能力的培養。這里的實踐不但包括軟件的操作，而且包括編程的內容。學生通過自己編寫程序，實現3Ds Max軟件中的功能，這樣更能深入掌握這些動畫技術。

3）本課程體現最新動畫技術的發展。為了讓學生的知識結構能夠緊跟技術發展，本課程在教學內容的安排上將體現最新動畫技術的進步和發展，擴大學生的知識視野。

4）本課程的教學方法體現啟發性，重視知識、能力、素質的協調發展。本課程所有作業都具有開放性，教師安排作業的框架性要求，學生自己決定作業的具體內容，這樣不但能夠鍛煉學生的實踐能力，而且能夠培養創新能力。

3.2 教學內容

北京語言大學信息科學學院數字媒體技術專業將“計算機動畫原理與技術”課程設置在大三上學期，每周4學時，共18周，總計72學時。其中，理論教學36學時，實驗環節36學時。在授課方式上，理論教學和實驗環節全部在機房進行，通過邊講解邊實踐的方式，來加深學生的理解。本節重點介紹理論教學課程的內容。

該課程在理論教學的安排上突出各種計算機動畫技術的講述。借助相關動畫軟件的演示，該課程將介紹這些動畫技術是如何在實踐中應用的。該課程還將分析這些動畫技術的發展前景。下面理論教學內容的具體進度[6]。

1）動畫概述（1周，2學時）：主要講述動畫的發展歷史、制作方法的變革等內容，同時強調計算機在動畫發展中的重要作用。

2）傳統動畫與計算機動畫（1周，2學時）：主要講述傳統動畫與計算機動畫在制作流程上的區別，計算機二維動畫與三維動畫的區別，常用動畫軟件等內容。

3）計算機動畫的圖形基礎（2周，4學時）：主要講述與計算機動畫相關的圖形學技術，包括矩陣運算、三維變換、坐標系變換、投影變換等內容。

4）幾何造型技術（3周，6學時）：主要講述三維模型在計算機中的存儲原理，具體包括參數造型、多邊形網格造型、分形造型、樣條線技術等。

5）OpenGL編程技術（6周，12學時）：主要講述這種編程語言的各種語法規則，為學生的編程實驗打下基礎。

6）各種動畫技術的原理（這部分是關鍵內容）（4周，8學時）：主要講述插值動畫技術、變形動畫技術、軌跡動畫技術、粒子系統、關節動畫與過程動畫等。

7）動畫技術的最新發展動向（1周，2學時）：主要介紹最新影視作品中所采用的新技術，包括運動跟蹤技術、表情識別技術等。

3.3 實驗環節

本課程實驗環節的定位在于，使學生加深對理論的理解和增強實踐能力，而不在于讓學生制作出優美的動畫片，因為后者是其他課程的內容。為此，該課程設計了兩大類上機實驗。

第一大類是3Ds Max軟件的操作（共10周，20學時），主要內容包括三維物體和場景的建模、材質和貼圖的應用、各種動畫控制技術（關鍵幀、運動約束、粒子系統、動力學模擬）、渲染環境設置等。這部分實驗的目的是使學生通過軟件操作理解相關動畫原理，并掌握動畫的創作流程和創作技巧。

第二大類是基于OpenGL語言的編程實踐（共8周，16學時），主要內容包括二維變形動畫、關鍵幀動畫等效果的實現。這部分實驗的目的是使學生具備一定的動畫程序開發能力。

3.4 考核方式

本課程的考核重點在于，學生對理論知識的掌握效果以及相應的實踐能力。為此，具體的考核方式包括4個環節：1）課堂表現（10%），根據學生的課堂表現進行評價，包括學生的積極性、互動性等；2）實驗成績（20%），通過觀察學生實驗的積極性，檢查實驗項目完成情況，進行評價；3)）創新能力（20%），根據學生課外作業的創意和完成情況進行評價，這些課外作業是開放性的，教師只給出一個框架要求，學生自己確定實踐的內容和細節；4）期末考試（50%），重點考查學生對理論知識的理解情況和綜合應用能力。

4 教學效果分析

本課程已經在信息科學學院數字媒體技術專業講授2個學期。從教學效果來看，學生對計算機動畫原理有了深入的認識，對3Ds Max等動畫軟件的模塊劃分有了全面的理解，對學生在動畫軟件操作技巧的學習方面起到輔助作用。另外，學生的編程實踐能力得到鍛煉和加強。

另一方面，由于該課程是一門較新穎的課程，其他高校很少開設，因此能夠借鑒的經驗較少，而且該課程的教學周期還很短。這些都使得該課程還存在一些不完善的地方。首先，課程的理論內容較多，時間緊湊，學生對有些難點知識的消化理解不夠。為此，今后希望對教學內容有所調整，突出重點內容的講解，將一些非重點內容改為課下自學形式。其次，計算機動畫原理與技術課程與計算機圖形學課程具有非常密切的關系。后者主要解決虛擬對象的建模、存儲、繪制等問題；前者主要解決虛擬對象的運動問題。在教學過程中發現，這兩門課程在教學內容上有一些重復的地方。今后需要深入討論，使這兩門課程的教學達到很好的銜接。

5 總結與展望

本文詳細分析“計算機動畫原理與技術”課程在數字媒體技術專業中的重要作用。在對北京地區各高校相關專業調研的基礎上，本文總結出該課程的定位，以及教學內容、實驗環節、考核方式等方面的內容，從而積累豐富的教學經驗，取得良好的教學成果。在今后的教學過程中，需要進一步發揚這些教學經驗，并根據專業的發展目標對該課程進行不斷改進，如進一步強調理論聯系實際的能力，與相關企業合作，讓學生進一步認識該課程在相關行業中的重要作用。

[1]牟昱,葉福軍.淺談數字媒體技術專業的學習與就業[J].科教文匯,2010(01)∶184

[2]田茵.數字媒體技術專業特色教育的研究與實踐[J].科技信息∶科學·教研,2007(3)∶144-145

[3]鄔厚民.淺析美國動漫產業的文化與現狀[J].中國科技信息,2009(11)∶215-218

[4]劉駿.我國高等院校動畫教育探討[J].新課程學習∶學術教育,2010(08)∶118-119

[5]蘇鑫,任世杰,吳成.影視動畫實驗室課程建設探索[J].科技信息,2010(14)∶734

[6]雍俊海.計算機動畫算法與編程基礎[M].北京∶清華大學出版社,2008

Teaching Practice and Discussion on Course of Computer Animation Theory and Technology

An Weihua

This paper firstly presents the characteristics of digital media technology, and the significance of computer animation theory and technology course in this major. Then, based on the author’s teaching experience, we deeply analyze the course detail, such as course orientation,teaching content and experimental procedure. Finally, the teaching effect and improvement directions are summarized.

digital media technology; computer animation; teaching content; experimental procedure

Author’s address College of Information Science, Beijing Language and Culture University, Beijing, China 100083

G642

B

1671-489X(2011)03-0031-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2011.03.031

北京語言大學校級教學項目（編號：A200904）。

作者：安維華，博士，講師，研究方向為計算機圖形學。