凸透鏡數(shù)字模型設(shè)計(jì)

摘要：凸透鏡是光學(xué)虛擬儀器的核心部件。用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想，利用Authoware的變量和函數(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)凸透鏡數(shù)字模型的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字模型；設(shè)計(jì)；Authoware

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)08-10ppp-0c

1 設(shè)計(jì)思路

虛擬儀器（Virtual Instrument，VI）的研究始于美國(guó)的斯坦福大學(xué)和馬里蘭大學(xué)。虛擬儀器的出現(xiàn)，克服了以硬件為主的傳統(tǒng)儀器的功能只能由廠家定義而用戶難以改變的缺陷.虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器，儀器工作時(shí)通過(guò)操縱位于計(jì)算機(jī)屏幕虛擬面板上的“按鈕”來(lái)完成檢測(cè)或者控制任務(wù)[1]。根據(jù)凸透鏡成像原理，通過(guò)Authoware，可以將物體與凸透鏡的距離（物距）和凸透鏡的焦距做為的變量，用程序設(shè)計(jì)構(gòu)建一模擬成像規(guī)律的數(shù)字化虛擬模型。模型設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是在程序運(yùn)行時(shí)，根據(jù)參數(shù)的設(shè)定，計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成成像系統(tǒng)，并計(jì)算和標(biāo)識(shí)出系統(tǒng)的項(xiàng)各參數(shù)，可控性地動(dòng)態(tài)演示凸透鏡成像規(guī)律。具體設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：程序自動(dòng)繪制成像系統(tǒng)平臺(tái)；在調(diào)節(jié)物距和改變焦距的時(shí)候，系統(tǒng)平臺(tái)自動(dòng)動(dòng)態(tài)描繪主光軸、透鏡兩邊的焦點(diǎn)及兩倍焦距點(diǎn)，同時(shí)繪制出三條特殊光線的成像光路并繪制出所成的像；演義出光路的可逆性；演義出成像的規(guī)律；通過(guò)界面的交互控件實(shí)現(xiàn)與程序的交互。

2 程序的模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

通過(guò)“背景”模塊繪制透鏡和設(shè)定控制界面的文字顯示界面。通過(guò)“初始設(shè)定”模塊設(shè)定系統(tǒng)需要的變量及初始值；通過(guò)“物體”模塊繪制出移動(dòng)物體的控制模塊；通過(guò)“移動(dòng)物體”模塊將物體的控制模塊移動(dòng)到初始位置；用“畫(huà)初始光線和像”模塊繪制出初始成像光路圖；通過(guò)“拖動(dòng)”交互模塊實(shí)現(xiàn)在參數(shù)改變時(shí)的適時(shí)交互控制。“拖動(dòng)”模塊是程序的核心模塊，它內(nèi)含三個(gè)群組，通過(guò)Dragging[2]@\"物體\"群組模塊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪圖功能；通過(guò)“焦距增加”群組模塊實(shí)現(xiàn)焦距的增大控制，通過(guò)“焦距減小”群組模塊實(shí)現(xiàn)焦距的減小控制。程序模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1。

圖1 程序模塊結(jié)構(gòu)

3 程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 “初始設(shè)置”模塊的程序設(shè)計(jì)

h:=100

a:=30

SetFrame(TRUE，RGB(0，0，0))

SetLine(2)

Line(2，a，231，a，231-h)

SetFrame(TRUE，RGB(255，255，255))

Line(1，0，231，700，231)

3.2 初始化模塊的程序設(shè)計(jì)

Movable@\"背景\":=0

x0:=319

y0:=231

f:=54

SetMode(1)

y1:=y0-h

id:=ChildNumToID(@\"拖動(dòng)\"， 1)

GoTo(id)

3.3 核心模塊的程序設(shè)計(jì)

“拖動(dòng)”核心模塊采用按鍵交互響應(yīng)控制[3]模式。“增加焦距”模塊和“減小焦距”模塊的程序設(shè)計(jì)基本上和Dragging@\"物體\"模塊的程序相同，只是在其中增加了對(duì)焦距f的控制。Dragging@\"物體\"模塊的程序設(shè)計(jì)如下：

x1:=DisplayX@\"物體\"

SetFrame(TRUE，RGB(255，0，0))

SetLine(2)

Line(3，x1，229，x1，231-h)

u:=x1-x0

zy:=Test(u>0，1，-1)

u:=ABS(u)

v:=f*u/(u-f)

xs:=Test(v>0，\"實(shí)\"，\"虛\")

xx:=x0-zy*v

xh:=h*v/u

xy:=y0+xh

SetFrame(TRUE，RGB(255，255，255))

Line(5，x0-f，y0，x0-f，y0)

Line(5，x0-2*f，y0，x0-2*f，y0)

Line(5，x0+f，y0，x0+f，y0)

Line(5，x0+2*f，y0，x0+2*f，y0)

SetFrame(TRUE，Test(xs=\"實(shí)\"，RGB(0，255，0)，RGB(0，0，255)))

SetLine(2)

Line(2，xx，y0+2，xx，xy)

Line(1，x1，y1，(x1+x0)/2，y1)

Line(1，x0，y1，(x0+xx)/2，(y1+xy)/2)

Line(1，x1，y1，(x1+xx)/2，(y1+xy)/2)

Line(1，x1，y1，(x1+x0)/2，(y1+xy)/2)

Line(1，x0，xy，(x0+xx)/2，xy)

SetLine(0)

Line(1，x1，y1，x0，y1)

Line(1，x0，y1，xx，xy)

Line(1，x1，y1，xx，xy)

Line(1，x1，y1，x0，xy)

Line(1，x0，xy，xx，xy)

4 結(jié)束語(yǔ)

凸透鏡數(shù)字模型主要利用了Authorware的內(nèi)部變量IconTitle、IconID和Quit()、Goto（）、SetFrame()、SetLine()、SetMode()、Line()、ChildNumToID()等內(nèi)部函數(shù)及條件判斷，并利用了其強(qiáng)大的交互功能實(shí)現(xiàn)了程序的控制。程序很好地實(shí)現(xiàn)了物體移動(dòng)和光路繪圖的同步以及焦距調(diào)節(jié)和光路繪圖的同步，也實(shí)現(xiàn)了參數(shù)發(fā)生變化時(shí)的同步顯示和焦點(diǎn)的動(dòng)態(tài)精確描繪。

參考文獻(xiàn)：

[1]荊學(xué)東，徐濱士.虛擬儀器技術(shù)及其應(yīng)用[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，(02).

[2]畢廣吉.Authorware多媒體開(kāi)發(fā)[M].人民郵電出版社，2004.

[3]電腦報(bào).Authorware7.0[M].汕頭大學(xué)出版社，2006.