Опыт разработки объемных визуализаций по курсу физики

Рис. 7. 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 оптики. Демонстрации: 1 - ход лучей в незначительно разъюстированном резонаторе; 2 – абсолютная оптическая система «Рыбий глаз» Максвелла; 3 – стереоскопическая модель хода лучей в сложном объективе.

Рис. 8. Стереоскопическая модель хода лучей в капле воды, приводящего к возникновению радуги (анаглифический метод, в печатном варианте цветные стереопары расположены на обложке журнала): 1 – капля воды, преломляющая параллельный световой пучок солнечных лучей; 2 – «первое поколение отрезков лучей», ограниченных источником и поверхностью капли; 3 – «второе и третье поколения отрезков лучей», распространяющихся внутри капли и покинувших ее объем, не испытав отражения от границы раздела «вода-воздух»; 4 – «четвертое и пятое поколения отрезков лучей», отразившихся от внутренней поверхности капли и вышедших наружу, образовав коническую поверхность повышенной интенсивности света, соответствующую первой радуге; 5 – «шестое и седьмое поколении отрезков лучей», обеспечивающих формирование двойной радуги; 6 – кадр из стереоскопического видеофильма, посвященного механизму образовании первой и второй радуг.

В ряде случаев использование объемных изображений позволило эффективно продемонстрировать дополнительную информацию. Так, например, при моделировании хода лучей, приводящих к возникновению радуги, в стереоскопическом варианте демонстрации оказывается возможным продемонстрировать ход лучей, составляющий цилиндрический пучок. В результате в объемном изображении оказывается легко наблюдаем трехмерный конус, боковая поверхность которого соответствует области усиления разложенного в спектр солнечного света, позволяющего наблюдать радугу на фоне относительно светлого неба (рис. 8). Множество попадающих в глаз наблюдателя фрагментов таких конусов, создаваемых хаотически распределенными в пространстве водяными каплями, создает на сетчатке яркие изображения капель хорошо известное изображение радуги.

В целом первый опыт создания видеоклипов с объемным изображением на базе оригинальных интерактивных Java – конструкторов виртуальных физических моделей следует признать удачным. В настоящее время начата работа по созданию новых версий моделирующих программ-конструкторов, позволяющих в реальном времени сочетать интерактивность с возможностью получения стереоскопических визуализаций.

Созданная на базе среды 3dsMax серия стереоскопических демонстраций векторных моделей атомов, иллюстрирует различные приближения, используемые при расчетах стационарных состояний атомов и молекул. В рамках этой модели для простейшего случая одноэлектронного атома рассматривается движение электрона по квазиклассической эллиптической орбите, ориентация плоскости которой определяется вектором момента количестве движения электрона l, который в самом грубом приближении считается сохраняющимся во времени. Наличие спина у электрона s и связанного с ним магнитного момента приводит к дополнительной энергии соответствующего магнитного диполя с эффективным магнитным полем ядра, движущегося относительно системы отсчета, связанной с электроном. Соответствующая добавка энергии оказывается пропорциональной скалярному произведению векторных операторов орбитального момента и спина. Учет описанного спин-орбитального взаимодействия приводит к изменению во времени орбитального и спинового моментов при выполнении закона сохранения для суммарного момента электронного облака j = l + s. На языке векторной модели это иллюстрируется как прецессия векторов l и s вокруг их суммы. Вызываемые прецессией орбитального момента периодические колебания плоскости орбиты электрона приводят к появлению добавочного движения частицы и, как следствие, к появлению добавки энергии, пропорциональной частоте прецессии.

Материалы по педагогике:

Классификация исполнителей
Хотя алгоритмические исполнители используются повсеместно в школьной практике, однако до сих пор нет стройной классификации по этой теме. В своих методических статьях и выступлениях А. П. Ершов выдвигал следующую идею применительно к школьной информатике: различать исполнителей алгоритмов, работающ ...

Особенности логического мышления младших школьников
К началу младшего школьного возраста психическое развитие ребёнка достигает достаточно высокого уровня. Ж. Пиаже, характеризуя данный период развития ребенка, называет его стадией конкретных операций с предметами. По его мнению, это время является третьей стадией в развитии логического мышления реб ...

Системы студенческого самоуправления в университетах Европы и других стран
В современных условиях необходимо осмыслить роль и место студенческого самоуправления в условиях реформирования украинской системы высшего образования, в частности, в связи с участием нашей страны в так называемом Болонском процессе. Основная цель программы действий Болонской декларации - создание ...

Разделы

• Главная
• Развитие познавательных интересов на уроках
• Образование как ценность
• Информатизация образования
• Образование как система и процесс
• Методологические основы педагогики
• Нравственно-этическое воспитание детей
• Образование: теория и практика
• Карта сайта
• Контакты