自助式多媒体仿真系统的开发

赵大田 宗 波

使用Delphi+GLScene，开发出三维场景的多媒体教学辅助软件。使用该软件，教师可以根据自己的需要，方便的设定要显示的三维场景的内容以及运动规律，并在课堂上动态演示出该场景。

随着信息技术的发展，多媒体在高校物理教学中发挥着越来越大的作用。在课堂上，为了帮助学生理解物体的运动规律和复杂的场景，需要开发出多媒体教学软件，将其形象的描述出来。对于大多数教师而言，自行开发出符合自己需要的课件是很难的，在网上虽然可以找到大量的资源，但很难找到正好符合自己需要的课件。因此，笔者使用开发工具Delphi+OpenGL 开发出一种用于展示自定义多媒体场景的软件，教师不需要掌握任何计算机开发技术，只需输入要显示的物体的类型、参数和运动规律，即可在屏幕上准确、形象的显示出教师所想要表现的物理场景。

开发工具和开发原理简介

Delphi是Borland公司开发的可视化软件开发工具，为我们提供了一种方便、快捷的Windows 应用程序开发工具。拥有简洁高效的语言，功能强大的控件库，直观的开发环境，可以用很少的代码实现很强大的功能。Delphi程序员们开发出了成千上万的第三方控件，大幅度扩展了Delphi 的功能。

OpenGL 是行业领域中最为广泛使用的 2D/3D 图形接口函数库，它使用简便，效率高，可以对二维/三维物体进行建模、变换、颜色设置、光照和材质设置、纹理映射等功能，方便的在屏幕上显示出各种二维/三维物体的形象。开发者可以使用多种开发工具直接调用OpenGL 的功能，但开发难度较大，Delphi 开发者可以使用GLScene 控件库来解决问题，它将OpenGL 的功能封装成一个个简单易用的组件，你只需要掌握这些基类的简单操作，就可以迅速地进行程序开发。

大学物理教学中的各种场景，其实绝大部分都是一些常见的物体（或几何形状），其位置随时间不断变化的过程。对于一个教师而言，知道自己所要设置的物理场景中各个物体的运动规律，但无法将其在计算机上表现出来。笔者可以利用Delphi+OpenGl 的功能，开发出多个多媒体软件，在屏幕上显示出各种不同的物理场景。但这些显示特定场景的多媒体软件无法满足广大教师的教学需求。

因此，笔者开发出的这个软件，并不是用来显示某种特定场景的，而是由教师先定制出符合自己要求的场景，并将其具体信息（物体种类、大小、位置函数）输入到程序中。该软件则根据这些信息生成相应的图像，并不断刷新，形成运动场景。

开发实例：生成场景文件

下面以生成一个圆锥摆运动场景为例来分析介绍该软件的功能。首先，要输入圆锥摆运动场景的相关信息，保存为场景文件。其功能界面如图1 所示，你可以生成一个全新的场景文件，也可以读取一个已有的场景文件后往里面增加新物体。可选的物体暂时包括：球体、立方体、圆锥、圆柱体、圆盘、直线、平面、圆环、文字。以后还会增加。

一个圆锥摆运动场景由顶、线和小球三个物体组成。其中，线和小球的位置参数是随时间变化的。

首先输入顶部的信息：其颜色选择黄色；中心坐标为x=0，y=0，z=3；长度为1，宽度为1，绕xyz 轴转动的角度均为0，绕y 轴旋转180 度。

然后输入线的信息：颜色为绿色；线宽度为2 个像素；起点坐标为0，0，3；终点坐标为0.8＊cos（2＊t），0.8＊sin（2＊t），0。

最后输入小球的信息：颜色为蓝色，中心坐标为x=0.8＊cos（2＊t），y=0.8＊sin（2＊t），z=0；小球半径为0.2。

可以看出，线和小球的位置参数中包含了其位置随时间变化的规律。

每个物体都有起止时间两个参数，设置物体显示的时间范围。超出时间范围，物体将不显示。这是针对一些物体的运动规律发生变化的情况而设置的，比如一个小球在t=2.3s 时与其他物体发生碰撞，运动规律发生变化，这时可以加入两个小球，其中一个小球的运动起止时间为0～2.3s，另一个小球的起止时间为2.3～20s，这样就可以显示出一个小球碰撞的场景。

信息输入完成后，将其保存为一文本文件，文件名为“圆锥摆.txt”。每一行包含了一个物体的类型和各种相关参数，用分号作为分隔符，内容如下所示：

平 面；0 ；1000；65535；0；0；3；1；1；0；180；0

直 线；0 ；1000；32768；2；0；0；3；0.8＊cos（2＊t）；0.8＊sin（2＊t）；0

球；0；1000；1 6 7 1 1 6 8 0 ；0.8＊cos（2＊t）；0.8＊sin（2＊t）；0；0.2。

图1 场景设置界面

显示动态场景

教师在课前做好圆锥摆的场景文件，在课堂上就可以使用软件来展示该场景。首先选择场景文件，程序会分析每一行的信息，将其分解为若干个小字符串。其中第一个字符串是物体的种类，解析后动态生成相应的类实例，后面的字符串则包含了物体的各个参数的信息，有些参数的值是常量，使用strtofloat 函数可将其转化为数值，有些参数是时间的表达式，需要每次重绘图像时用控件TcalcExpress 来解析参数，获得数值。这些数值都保存在Parameters 数组中。部分代码如下所示：

载入场景文件并解析后，点击“开始”按钮，程序开始不断的计算运动参数，重绘图像，在屏幕上显示出物体运动的效果。如图2 所示。

部分代码如下：

图2 动态场景展示效果

可以看出，绘制一个物体所需的代码很少而且很简单，基本上只要写入几个参数，就可以在屏幕上绘制出相应的三维图像。

结语

使用该软件，广大物理教师可以根据自己的需要，方便的设计出各种三维动态的物理场景，并用多媒体展现出来，使学生能够直观的理解物理规律和现象，提高教学效果。