27、3D虚拟实验室与自适应嵌入式多核实时系统调度：创新教育与高效计算的融合

3D虚拟实验室与自适应嵌入式多核实时系统调度：创新教育与高效计算的融合

3D虚拟实验室在物理教育中的应用

在物理教学中，对运动物体进行实验存在一定难度，尤其是在涉及力和运动的课程中。早期人们就开始使用个人计算机（PC）进行计算机模拟，它能解决结构化问题，通过简化实验变量来控制实验情况。如今，许多学生熟悉计算机通信、信息搜索和游戏，因此更喜欢基于计算机的学习方式。

然而，现有的大多数物理教学模拟系统基于二维（2D）虚拟环境，形式简单。在2D环境中，由于其基于固定参考点显示物体运动结果，观察结果会因坐标参考点的不同而改变，且难以对下落或碰撞物体进行逼真模拟，无法为学生提供理想的学习效果。因此，引入三维（3D）模拟让学生从不同视角体验物体的真实运动显得尤为重要。

相关工作

• 现有2D虚拟模拟系统从静态观察点模拟物体运动，使学生难以理解动力学物理概念，且使用键盘和/或鼠标控制物体运动参数，模拟结果常与实际实验不同。
• 此前有研究开发了基于PhysX物理引擎的虚拟现实物理教育应用，让学生在3D虚拟环境中创建并准确模拟物理实验，但该系统只能在特殊设备上运行。
• 印度国际信息技术研究所开发了基于开源组件的3D虚拟物理实验室，学生可在3D环境中创建实验、操作参数并观察结果。
• 还有虚拟模拟学习系统允许学生和教育者以化身形式在3D虚拟环境中合作进行物理实验，该系统仍在开发中，计划与其他相关项目集成。
• 一些物理引擎的应用程序编程接口（APIs）被开发出来，方便终端用户开发3D模拟实验，如AGEIA的PhysX、Havok和Open Dynamic Engine（ODE）等。