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基于OpenGL的化学液体倾倒虚拟仿真实验的设计与实现

作　者: 姜莉莉
导　师: 李献业
学　校: 东北师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 虚拟实验室 计算机图形技术 沉淀现象 纳维—斯托克斯公式 欧拉方程 OpenGL技术
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着现代社会的经济快速发展,我们已经步入了一个具有强大的知识化、信息化和学习化的大社会,我们对科学知识的渴求推动了现代教育事业的发展。然而在教育教学中,对学生的动手能力的提高是我们巩固学生理论知识的重要环节,因此我们需要加强对实验教学的重要性,加强学生动手能力。虚拟实验是利用计算机图形技术来模仿真实的实验现象与实验环节,使虚拟实验比传统的真实实验更加便于实验者的使用,并从中得到预定的实验效果。现今我们已经研发出很多种虚拟实验室,其中化学实验在中学化学实验教学课程部分中占据十分重要的地位。但是,在化学实验教学课程中仍有很多的限制因素,例如经费、场地和设备等因素的限制,由于诸多因素而使化学实验教学仍未能达到预期效果。本文在详细分析了虚拟实验的理论、发展及其相关技术的基础上,利用外部导入虚拟实验仪器模型的方法提高了工作效率,并采用粒子系统对澄清石灰水与碳酸钠反应产生的沉淀现象进行了模拟。研究重点是对此种液体倾倒型的化学实验产生沉淀现象的模拟,考虑到反应发生在液体中,液体的运动对细小的沉淀粒子影响也十分明显,基于著名公式纳维—斯托克斯公式(Navier-Stokes Equation)求解流体的运动现象也是本文的研究难点之一,但本实验中不关心热力学以及能量方面的精确度,所以模型的主要算法是基于欧拉(Euler)方程的连续性方程与动量守恒方程的。最后,在虚拟实验开发工具VC++6.0的环境下,结合OpenGL技术完成了一个澄清石灰水和碳酸钠反应的化学实验的设计实例。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 研究背景  8
  1.2 国内外研究现状  8-10
    1.2.1 虚拟现实技术在国外的研究现状  9
    1.2.2 虚拟现实技术在国内的研究现状  9
    1.2.3 虚拟实验在国外的研究现状  9-10
    1.2.4 虚拟实验在国内的研究现状  10
  1.3 研究意义  10-11
  1.4 研究内容  11
  1.5 论文框架  11-12
第二章 相关理论与技术  12-22
  2.1 虚拟现实技术  12-14
    2.1.1 虚拟现实技术的特性  12-13
    2.1.2 虚拟现实技术的分类  13
    2.1.3 虚拟现实技术的应用  13-14
  2.2 虚拟实验  14-15
    2.2.1 虚拟实验简介  14
    2.2.2 虚拟实验的特点  14-15
  2.3 粒子系统  15-17
    2.3.1 粒子系统简介  15
    2.3.2 粒子系统的基本模型  15-16
    2.3.3 粒子的生成  16
    2.3.4 粒子的属性  16
    2.3.5 粒子的消亡  16
    2.3.6 粒子的绘制  16-17
  2.4 OpenGL 图形库  17-20
    2.4.1 OpenGL 简介  17
    2.4.2 OpenGL 的特点  17-18
    2.4.3 OpenGL 的功能  18
    2.4.4 OpenGL 的工作原理  18-20
  2.5 Visual C++技术  20-21
    2.5.1 Visual C++简介  20
    2.5.2 Visual C++技术的特点  20-21
  2.6 在VC 中使用OpenGL  21
  2.7 本章小结  21-22
第三章 沉淀粒子运动轨迹的研究  22-29
  3.1 沉淀现象理论  22
  3.2 沉淀粒子模型  22-25
  3.3 沉淀粒子的运动属性  25-26
  3.4 粒子的运动轨迹分析  26-28
    3.4.1 粒子的产生  26-27
    3.4.2 粒子的运动控制  27-28
  3.5 本章小结  28-29
第四章 液体倾倒型实验产生沉淀的模拟  29-38
  4.1 液体倾倒型化学实验特征  29
  4.2 运行环境  29-30
  4.3 沉淀模拟的流程  30-31
  4.4 基于粒子系统沉淀模拟的实现  31-37
    4.4.1 沉淀粒子系统的定义  31-32
    4.4.2 沉淀粒子的初始属性  32-33
    4.4.3 沉淀粒子的属性变化  33-34
    4.4.4 沉淀粒子的消亡  34
    4.4.5 沉淀粒子的绘制  34-36
    4.4.6 沉淀现象的实现  36-37
  4.5 本章小结  37-38
第五章 实验实例—澄清石灰水与碳酸钠的反应  38-43
  5.1 澄清石灰水与碳酸钠反应原理  38
  5.2 类似于澄清石灰水与碳酸钠反应示例  38
  5.3 虚拟化学实验的设计与实现—澄清石灰水与碳酸钠的反应  38-40
    5.3.1 建模部分  38-39
    5.3.2 3DS 模型的载入  39-40
  5.4 实验结果与分析  40-42
  5.5 本章小结  42-43
第六章 结论  43-44
参考文献  44-46
致谢  46

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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