基于Box2D的高中物理仿真系统的设计研究

论文核心提示:

【摘 要】本文阐述了使用Box2D物理引擎及常见的GDI开发的区别,在此基础上描述系统的总体结构,并举例说明物理试验仿真。    【关键词】Box2D 物理 仿真

   【摘 要】本文阐述了使用Box2D物理引擎及常见的GDI开发的区别,在此基础上描述系统的总体结构,并举例说明物理试验仿真。
   【关键词】Box2D 物理 仿真
   【中图分类号】TP391.9 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2012)09-0011-01
  
   通过计算机技术虚拟物理试验环境,进行物理试验演示,能够有效减少投资成本,消除试验设备的折旧率,且试验可以反复多次、无误差地进行。通过虚拟物理环境能够让学生解决实际的物理问题,从而更直观地进行物理分析,了解物理过程。高中物理实验是难度较大的一门实验课程。实际上,高中物理实验的内容主要是按传统实验的内容来编制,通过教师画图、讲述来描述整个实验过程。做仿真实验可以不受时间、地点、人次限制,学生随时可以进行,能很方便地借助大量的网络资源预习、复习实验,缓解了传统实验教学长期受到课堂、课时限制困扰这一问题,使实验教学内容在时间、空间上得到了延伸。因现根据高中物理的教学实践, 开发了一套高中物理虚拟仿真实验软件开发工具。
   一 开发工具选择
   1.基于GDI与Box2D的开发比较
   基于GDI的物理仿真系统开发,可以不考虑编译器和操作系统的使用,开发者只需要开发过程,但是开发者需要自行处理自己的图形化界面以及物理仿真中的公式和运行效果,开发工作量较大,实施困难较多,不利于开发。图1是笔者开发的基于GDI的物理仿真系统的图形化部分。
  
  图1 基于GDI的物理仿真系统图形功能
   Box2D物理引擎有C++、flash、Java等版本,支持跨平台,Box2D引擎集成了图像处理功能,用户不必处理复杂的图像绘制工作,可以大大减少开发过程,开发者可以专注于处理。
   2.开发环境的选择
   Box2D物理仿真引擎为开源,支持.cmake文件,需要使用中间软件如CMake将该开源代码转换为Visual Studio 2010支持的.sln工程文件,进而使用后者进行进一步开发。
   CMake是一个跨平台的编译工具,可以使用自己的组态文件CMakeLists.txt文件及源码文件,生成各种makefile或者project文件,从而满足用户使用gcc或者Visual C++进行进一步构建应用程序。
  
   本开发是基于Windows平台的软件开发,操作系统选择Windows XP sp2,物理引擎选用Box2D,中间软件使用CMake,编译器采用Visual Studio 2010。
   二 系统构建思想
   1.实验实例
   系统主要实现高中物理的力学部分实验,本文以“滑轮”试验为例,说明系统在实现这一功能的思想和构建过程。物理过程模型见图2。软件能够实现对物理量的设置,如重力加速度、物体的质量、初始状态灯,同时软件能够实时展示试验过程中的各种物理量,如某个瞬间的物体加速度、速度等。
   2.软件结构
   软件分为框架、属性、模型三部分。框架用于加载和保存程序的配置信息、存储文件以及控制和展示实验;模型部分用于动态生成仿真中所需要的物理模型;属性部分用于设置物理模型的属性以及整个物理实验的环境。属性设置部分见图3。
  
  
   三 结束语
   虚拟实验配合真实的实验使用能完善实验教学体系,满足实验教学的需要和发展,提高教学效率和教师的教学科研能力,促进教师业务知识的更新,使实验教学手段和教学内容丰富多样,利于学生更好地掌握实验方法、提高知识的应用能力,为创造性能力的形成打下了基础。使用Box2D物理引擎能够快速开发刚性的高中物理实验,构建生动的演示界面,能提高学生的学习兴趣,使学生对计算机有更深的了解,开阔学生的视野。
   参考文献
   [1]蔡青.仿真实验的应用与大学物理实验的教学改革[J本文世纪论文网(www.21cnlunwen.com)提供].成都信息工程学院学报,2006(01)
   [2]高亚妮、梁海生.物理实验教学与创新能力的培养[J].中山大学学报论丛,2004(03)
   [3]谭守标、霍剑青、王晓蒲.计算机虚拟技术在大学物理仿真实验教学系统中的应用[J].中国科学技术大学学报,2005
   [4]王民英.“多媒体仿真实验”在物理教学中的实践与思考[J].甘肃科技纵横,2008(02)
   〔责任编辑:王以富〕

 
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