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:

Принцип наглядности
Одним из первых в истории педагогики стал оформляться принцип наглядности. Установлено, что эффективность обучения зависит от степени привлечения к восприятию всех органов чувств человека. Чем более разнообразны чувственные восприятия учебного материала, тем более прочно он усваивается. Эта законом ...

Знания, умения, навыки младших школьников по курсу «Трудовое обучение»
Ни одна из существующих в мире балльная система оценивания не даст объективных результатов оценки без чёткого представления об оцениваемых показателях владения знаниями, умениями, навыками. В настоящее время существует ряд различных программ по трудовому обучению, каждая из которых по-своему тракту ...

Об отечественной педагогике
В настоящее время отечественная педагогика развивается в основном в трех направлениях. Первое направление стремится к модернизации педагогических технологий, ориентированных на формирование у школьников знаний, умений и навыков. Второе направление характеризуется введением личностно ориентированных ...

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