基于OpenGL的化学液体倾倒虚拟仿真实验的设计与实现

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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。
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