基于WebGL的三维算法演示系统的设计与实现

摘要

算法是计算机学科中的重要基础和核心专业知识。然而算法的学习过程中涉及到大量抽象和复杂的概念，学生极易感到枯燥，失去学习兴趣。采用算法演示系统可加深学生对算法知识的理解，提高教学质量。目前，国内外已有一些算法演示系统应用在教学活动中，并取得了较好的效果。但这些算法主要是二维平面展示，且普遍存在着运行环境复杂，操作繁琐，交互方式差，运行界面不友好等问题。
　　本研究基于WebGL技术设计和实现了一个三维的算法演示系统。WebGL是一种3D绘图标准，通过WebGL技术，前端web开发工程师可以轻松的在浏览器里创建和展示复杂的3D场景和模型。该系统共分为算法演示和自定义代码编辑两大模块。算法演示模块能够在浏览器中利用3D模型对算法执行过程进行详细的演示，而且用户可以对算法的参数和算法的执行步骤进行手动控制。目前算法演示模块已经完成了对10种常见算法的可视化。自定义代码编辑模块为用户提供了自定义代码编辑器，用户可以根据自己的理解使用编辑器对更多的算法进行可视化实现。这对于系统内容丰富化的推进具有极大的推动作用。因此基于 WebGL的三维算法演示系统的开发应用具有极其广阔的前景。介绍了相关技术、系统的需求分析、系统总体设计、关键问题的解决和系统详细设计、系统的实现与测试等内容。在相关技术中，详细介绍了开发过程中所使用的技术。在系统需求分析阶段，从功能性需求和非功能性需求两个方面对系统进行详细分析明确了系统的各项要求。在系统总体设计阶段，提出了组件化和模块化的设计原则，确定了系统的总体功能框架，并通过系统功能架构图进行全面展示。在详细设计阶段，首先介绍了系统中一些关键问题的解决方案，其次利用时序图对各个算法进行详细的分析,同时提取出各个算法中相同的功能逻辑模块，设计相应的实现函数。这大大提高了代码的重复利用率和系统开发的速度。其中包括冒泡排序、插入排序、选择排序、快速排序、归并排序、希尔排序、折半查找、二叉树-堆、图的深度遍历和广度遍历、单链表的增删改查共10种算法。在系统实现和测试阶段，通过关键代码和界面截图对系统功能的实现情况进行展示。并按照系统的功能测试用例对系统各个模块和算法进行全面的测试，根据出现的问题进行修改和完善。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.3论文主要工作

1.4本文的组织结构

第二章 相关技术

第三章 需求分析

3.1系统需求概述

3.2功能性需求分析

3.3非功能性需求分析

第四章 系统总体设计

4.1系统设计原则

4.2系统技术架构

4.3系统功能架构

4.4系统流程设计

第五章 系统详细设计

5.1关键问题的解决

5.2算法编辑模块

5.3自定义算法编辑模块

第六章 系统的实现和测试

6.1系统开发与运行环境

6.2系统的主界面实现

6.3算法演示系统的实现

6.4自定义算法编辑模块的实现

6.5系统测试

第七章 总结与展望

参考文献

致谢