转动惯量虚拟仿真实验设计.pdf
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1、 西南交通大学学报(社会科学版)2023 年 2 月 JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY Feb.2023 第 24 卷 (Social Sciences)Vol.24 增刊第 2 期 实验教学 转动惯量虚拟仿真实验设计 刘五祥,吴 昊,赵红晓,茹东恒(同济大学力学实验中心,上海 200092)摘 要:本论文结合我校实验教学的实际情况,同时借助于转动惯量理论知识,自主设计并开发了转动惯量虚拟实验系统。转动惯量虚拟仿真实验系统是一个基于浏览器进行开发,采用 HTML、Javascript以及 CSS3等语言,通过 Three.js技术开发而来的一款网
2、站系统,通过网页接入服务器方式,在客户端网页进行虚拟的转动惯量虚拟仿真实验,从而替代或补充在现实世界进行的真实转动惯量实验教学活动。关键词:虚拟仿真实验;WebGL;转动惯量 基金项目:同济大学第 16期实验教改项目 一、引言 目前已有的虚拟仿真实验软件一般都是安装在客户端电脑上,不支持移动设备,使用起来也不是很方便。如今 3D 技术和移动设备的快速发展,人们的生活、学习方式也发生了很大的变化。3D 场景不仅能够给学生带来真实的实验体验,而且日益普及的手机、平板等移动设备也能让学生随时随地进行实验训练。因此,如何基于 WebGL 前端技术开发具有高仿真度且同时支持电脑和移动设备的虚拟实验训练平
3、台就成为了当今国内各大院校开展研究和开发建设的热点。同济大学力学实验中心一直致力于实验技术创新,在具有成本低、材料零消耗、可重复性好、可扩展性强、共享性好且不受地域场地限制的理论力学虚拟仿真实验建设方面进行了积极探索。基于先进的 Web 前端技术开发了理论力学刚体转动惯量虚拟实验训练软件,不仅提高了虚拟实验的仿真度,而且支持移动设备,为全面进入 3D 仿真实验时代奠定了基础。二、开发技术及软件原理 本虚拟仿真软件基于浏览器进行开发,使用的语言是 HTML、Javascript 以及 CSS3,3D 引擎采用了功能强大的 Three.js(支持最新的 HTML5、WebGL)。HTML5 是对
4、HTML 的第 5 次重大升级,增90 西南交通大学学报(社会科学版)第 24 卷 加了许多新对象和新功能,能更好地支持电脑和移动设备,可以直接播放音频、视频和绘制图形。HTML5 增加的画布(Canvas)对象,可以直接在浏览器中绘制矢量图形,编写成令人炫目的 3D 图形,而不用 Flash 和 Silverlight 等第三方插件。WebGL 全称 Web Graphics Library,是一种 3D 绘图协议,将 JavaScript 和 OpenGL ES 2.0 结合在一起,为 HTML5 画布(Canvas)对象提供硬件 3D 加速渲染,这样就可以在浏览器里直接展示 3D 场景和
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