固体物理学CAI课件中的媒体技巧。.pdfVIP

维普资讯 高等理科教育 2003年第4期 (总第5O期) “固体物理学CAI课件 中的媒体技巧。 闫军锋 王雪文 赵丽丽 张志勇 (西北大学 电子科学系 陕西西安 710069) 摘 要 本文重点介绍 “固体物理学”CAI课件研制过程 中对一些大型动画的处理技巧 ，及能 够实现交互属性的计算机模拟蝙程。同时，对有关程序的执行效率和算法的优化过程作简要描述。 关键词 固体物理学 CAl 计算机模拟 优化 中图分类号 G642 文献标识码 A 随着计算机及其相关技术的快速发展，多媒体以其全方位的真实感受，得到人们广泛的重视 。 多媒体集成了图形、图像、声音、音效及动画的多维效果 ，并具有高度的可交互性 ，使得个人 电 脑成为友善可亲的应用工具，这在教育与学习上具有极大的潜力。在 “固体物理学”CAI课件开 发中，力求充分发挥多媒体的交互性与模拟性 ，使用户在使用过程 中可 以控制动画的播放进程或 可 以改变动画的某些参数 ，这样用户就可以切身感受到各物理量对物理现象的影 响。比如在制作 的 “PN 结加正反偏 电压 ”的动画 中，用户可 以 自行 的调节PN 结的外加电压 。在 “导带与价带 中 电子的填充浓度 ”的动画中，用户也可 以自行调节费米能级和温度这两个重要参数 。总之，这些 多媒体手段和技巧的应用 ，使得抽象难懂的物理图像个个生动活泼而又不失严谨 的科学 内涵，真 正为固体物理学课程提供 了一个十分有效的教学手段 。 一 、 课件的设计思想 为了充分发挥多媒体教学优势，我们尽量将抽象难懂的物理图像和物理过程 以动画方式展示， 并力图使动画能够在用户的控制下运行。在课件 中使用了声音播放与否的可控技术，用户可根据 需要开、关背景音乐。我们在一些动画中为用户提供 了参数调节按钮 ，使用户可 以自行调节物理 参数 ，这样 ，动画的状态就随着这些参数的不同而不同，不但使用户对物理现象有 了感性的认识， 而且还能使用户从理性上对物理现象加 以思考 。笔者认为，CAI课件只有具备了这方面的交互属 性 ，才能充分发挥 出辅助教学的魅力 。 最后，要考虑的是课件 的运行速度 问题 。内容再好的课件如果运行速度无法满足用户的需求， 这个课件便失去 了实用价值 。 二 、课件研制 中的媒体技巧 由于本课件动画数量很大 ，这里不便一一赘述 ，鉴此 ，笔者只对一些典型 的动画技巧与计算 机模拟编程作详细介绍。 1．金刚石特写动 画 ·收稿 日期 2oo2一o9—25 作者简介 囝军锋 (1970一)男 ．陕西洛南人，讲师．主要从事固体电子学及多媒体教材研究． 一 88 — 维普资讯 高等理科教育 “固体物理学”CAI课件中的媒体技巧 金刚石结构是一种非常重要 的复式点阵类型 ，为了使用户对金刚石点阵结构有较透彻 的认识 ， 特使用3DSMAX为金刚石特写动画的制作平 台。这一动画共采用 了64个金刚石结晶学原胞 ，在 动 画开始时 ，这 64个 原胞重叠在 一起 ，用户 只能看 到一个 原胞 ，随着时 间的推移 ，这些原胞便开 始排列 ，用户所能看到 的效果是一个原胞平移成为两个原胞 ，这两个原胞又平移成为 四个原胞 ，依 此类推 ，最终经过6次 的平移呈现 出了64个原胞累积而成 的金刚石点阵。在整个动画播放过程 中， 起初使摄像机绕着正在形成的金刚石点阵拍摄 ，当空间点阵结构完全形成后 ，摄像机会从点阵中 的一个 “环 ”中穿过 ，以非常强 的立体效果表现出金刚石点阵的结构 ，最终摄像机会在 点阵上盘 旋一周而结束动画。整个动画有 1分多钟，在制作 中用了2千多个模型，1 多种色彩渲染 ，7个光 源和大量辅助模型 。 制作一个完整 的金刚石结 晶学原胞 ，注意原胞 内的两种原子要 区分为不 同的组 。在金刚石原 胞 中，既制作 了共价键 ，又制作