多普勒效应教学仿真系统的开发.pdfVIP

第31卷第4期 大学物理 V01．3lNo．4 2012年4月 COLLEGEPHYSICS Apr．2012 多普勒效应教学仿真系统的开发 杨 亮，刘钟馨，林仕伟，曹 阳 f1．海南大学材辩与化工掌豌，海南海口57022s．2．海痔大学海南拢势蜜源化工材料应用技术教育都重点实 验室．海南海口570228；3．海南大学硅锆钛资源综合开发与利用海南省重点实验室，海南海口570228；) Basic2DlO 摘要：Vi8ual ExpreBB 用教学仿真系统，经过优化的该系统仅需两个扬声器就能实现3D位置音效及多普勒效应．应用表明，多普勒效应教学仿真系 统具有交互性好、实用性强和效果逼真等特点． 关键词：多普勒效应；仿真系统；VB20lO；OpenGL；OpenAI 率圈分类号：O411．3 文献标识码：A 文章编号：looO—0712(20￡2)04一0055一05 1842年，奥地利物理学家、数学家克里斯琴·传达知识．虚拟现实技术能给用户提供视觉、听觉全 JDhann 约翰·多普勒(Chrj8tianDoppler)首次提出方位的沉浸感，已经广泛应用于社会生活的各个领 波源与观察者相互靠近或远离时，观察者接收到波 域．为提高学生对多普勒效应的感性认识，利用 的颇率会发生变化．1845年，荷兰物理学家白贝罗0penAL函数库进行了三维可变频率声音处理， (BuysBaIlot)在铁路上用一节火车头和一辆平板车OpenGL函数库进行了MD2三维动画演示工作． 对多普勒观点进行了验证…．因此该理论被称为多 1．1 三维声音处理函数库的选择 普勒效应旧J．目前，多普勒效应已经被广泛应用于科 目前主流的三维音效开发函数库主要有由Cre— 学研究、材料无损检测、声学测速及激光测速、交通 管理、超声全息医疗诊断、海洋污染检测以及声学遥 Audio nAL(OpenLibrary)函数库和微软公司发布的 感、气象预报等社会生活的众多领域一1．因此，多普 勒效应也成为中学物理和大学物理教学的一项重要 内容。但是，用于多普勒效应教学演示和实验验证的 件并具有很好兼容性，但仅能应用于wjndows平台 仪器不多’4。，在课堂教学中很难让学生体会多普勒 下进行开发；而OpenAL是一个跨平面的音频编程 效应引起声波频率变化的实际效果p。．为了增强学 生对多普勒效应的感性认识。加深理论理解，培养学 数库内置对多普勒效应的仿真算法，可通过定义听 生对物理理论学习的兴趣，改善课堂教学气氛，提高 者速度、声源速度及声音在介质中的传播速度等参 课堂教学效果，本文利用计算机的视频、音频及强大 数进行多普勒效应仿真，故本工作选取OpenAL函 的计算机运算能力制作了多普勒效应仿真演示软 数库来对声音进行处理以实现声音的3D位置效应 件，该软件能够仿真不同条件下声音频率的变化情 及多普勒效应． 况并能够进行实时声音输出，使学生能更逼真的感 1．2三维动画处理函数库的选择 受到多普勒效应引起的波频率改变． 0penCL(0pen 其图形工作站开发的三维图像处理函数库，具有开 1软件制作前期准备工作 放性，适用于多种硬件平台及操作系统，目前已经成 多媒体教学软件须承载文本、图形、图像、音频 为三维图形开发标准”J，在专业图形处理、科学计算 及视频等信息㈣，并将这些信息进行合理的整合以 等高端应厢领域应用广泛．由于在三维图像处理方 收稿日期：20ll—06—29：惨回日期：20ll—ll—lO 基金项县：毒南省教育厅高等学校科学研究项目(Hjsk20lo一23，Hj20