Образование: теория и практика » Возможности использования технологий стереоскопических 3D-визуализаций в компьютерных моделях для сопровождения преподавании курсов физики » Опыт разработки объемных визуализаций по курсу физики

Опыт разработки объемных визуализаций по курсу физики

Страница 1

Для создания на базе 3D-стерео технологий виртуальных статических и анимированных сцен, иллюстрирующих физические явления и их описания, были использованы возможности графической среды 3ds Mах и собственные оригинальные интерактивные Java – конструкторы, осуществляющие визуализацию результатов расчетов движения систем частиц, электрических и магнитных полей, трассировку световых лучей в произвольных системах геометрической оптики. Для сведения в один файл анаглифических стереопар использовалась свободно распространяемая программа Quick 3D Photo 2, для демонстрации цветных статических и видеоизображений по технологии поляризационных очков создавались отдельные файлы для «правых» и «левых» изображений, синхронная подача на проекторы которых осуществлялась в реальном времени демонстрации программой. Для получения двух изображении виртуальных сцен, создаваемых в среде 3ds Mах использовались две разнесенные в виртуальном пространстве виртуальные видеокамеры. Как правило, обе камеры наводились на какой-либо неподвижный объект в центре сцены. При использовании собственных интерактивных конструкторов пары различающихся изображений создавались путем последовательного запуска моделирующей программы при одинаковых начальных условиях и незначительно отличающихся друг от друга углах разворота сцены относительно поверхности экрана. Видео захват компьютерных анимаций осуществлялся с помощью программы.

Монтаж составляющих стереоскопических видеофильмов осуществлялся в стандартных программах видеомонтажа Pinnacle Studio 14 и Windows Movie Maker. При этом решалась проблема выравнивания длительностей сцен для фильмов «правого» и «левого» каналов по числу кадров, остановки видео захвата которых осуществлялись вручную.

Первый собственный опыт создания объемных демонстраций показал, что ощущение эффекта глубины зависит от многих причин: характера различий между изображениями стереопары, степени сведения изображений, даваемых проекторами, освещенности сцены, характера движения ее объектов, наличия фоновой поверхности и нанесенной на нее текстуры.

Рис.6. Примеры стереоскопических изображений (анаглифический метод, в печатном варианте цветные стереопары расположены на обложке журнала), создаваемых с использованием оригинальных моделирующих интерактивных программ, разработанных для электронного сборника по курсу электродинамики. Демонстрации: 1 - движение электрона вблизи электрически заряженного магнитного монополя; 2– использование метода изображений для расчетов магнитных полей, создаваемых магнитным диполем, помещенным вблизи плоской границы ферромагнетика; классический расчет движения электронов в поле ядра с учетом электростатического отталкивания электронов.

В результате выбор расположения виртуальных видеокамер или ракурсов для записи результатов моделирования в каждом отдельном случае требовали визуальной настройки. Именно для этой процедуры нами использовался анаглифический метод, позволяющий осуществлять подготовку демонстрационной продукции на индивидуальном компьютерном оборудовании без использования двух проекторной системы.

Для выполнения тестовых экспериментов по использованию стереоскопических визуализаций для сопровождения лекций по физике из имеющейся у нас коллекции интерактивных 3D - моделей физических систем, созданных на базе оригинальных программ виртуальных физических конструкторов, были выбраны наиболее сложные для зрительного восприятия: «Движение электрона в поле фиксированного электрически заряженного монополя», «Общий случай движения заряженной частицы в постоянных однородных электрическом и магнитном полях», «Магнитное поле постоянного магнита вблизи высокотемпературного сверхпроводника», «Модель механизма возникновения гистерезиса левитационной силы, приложенной к постоянному магниту со стороны высокотемпературного сверхпроводника», «Движение гироскопа, закрепленного на вращающейся опоре, в гравитационном поле земли», «Система из двух нуклонов, взаимодействующих с силами, соответствующими потенциалу Юкавы», «Возникновение внутренних каустик в слабо рассогласованном резонаторе», «Искривление солнечных лучей в атмосфере планеты» и другие. Созданные на основе перечисленных интерактивных моделей стереоскопические изображения и видеофильмы позволили получить четкие изображения с хорошим эффектом глубины (рис. 6, 7).

Страницы: 1 2 3 4

Материалы по педагогике:

Использование нового оборудования и технологий
Основным инструментом в условиях дистанционного образования является стационарный персональный компьютер. Этот компьютер может быть подключен к Интернету или корпоративной сети учебного заведения при использовании сетевых технологий, когда же используются локальные обучающие ресурсы, компьютер може ...

Проект по развитию умения обобщать младших школьников при изучении математики
Цель проекта: в соответствии с гипотезой и теоретическими выводами, сделанными в 1 главе, а также результатами констатирующего эксперимента, отраженного во 2 главе, составить проект на основе алгебраического материала ИУМК «Школа 2000» Петерсон 3 класс, результатом которой будет сформированность ум ...

Оценка рынка электронных средств обучения
Повсеместное распространение компьютерной техники и связанных с ней информационных и телекоммуникационных технологий порождает новые направления информатизации деятельности человека практически в любой сфере общественной жизни. Очевидно, что образование не является исключением. За последние двадцат ...

Опыт разработки объемных визуализаций по курсу физики

Разделы