应用研究数字技术 与应用MATLAB在平面电磁波可视化课堂中的应用研究王艳(湖南科技大学信息与电气工程学院,湖南湘潭 411201)摘要:把MATLAB软件应用到电磁场与波课程平面电磁波章节中,可以方便地获得平面波的波形图,也可以吧抽象的电磁场与电磁波通过图形可视化,并动态模拟电磁波的传播和辐射特性,理论与实践有效结合,这有助于学生获得符号表达式中无法直接得到的讯息,加深对平面波特性的理解,取得了较好的效果。关键词:平面电磁波；Matlab；可视化中图分类号:TM15文献标识码:A文章编号:1007-9416(2017)03-0116-02MATLAB软件是美国MathWorks公司开发的数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。该软件可以实现高效的数值计算,符号计算功能和绘图功能,从而使人们摆脱繁杂的数学运算分析,并且可以方便绘出函数图形。使用者能够从直观的图形中获得符号表达式无法展现的信息,把握函数的基本特性。这也是MATLAB软件在高等院校的许多课程中得以广泛应用的原因。平面电磁波是现实生活中电磁波最简单的理想的一种形式,也是我们理解电磁场与波课程中电磁波这部分内容的基础。我们发现,虽然平面电磁波看似很简单,但是学生有时理解不深刻,无法掌握和灵活运用该部分知识,以致明显影响后面的内容,如平面电磁波的反射折射、电磁波的辐射散射等内容。MATLAB软件应用我们可以很方便简洁的获得平面电磁波的二维或三维图,而且可以从多角度分析观察,使学生获得直观信息,并与符号表达式相关物理量相结合,加深对该部分内容的理解。下面以平面电磁波的相关知识为基础,简单介绍如何应用MATLAB软件,主要针对平面电磁波的传播特性这一部分内容。均匀平面波是电磁波的一种理想情况,其分析方法简单,但又表征了电磁波的重要特性。为了简单起见,选择坐标通常以电场沿x轴方向,即其对应的的瞬时值为。通过此表达式来介绍正向行波和反向行波及其传播参数。通过Matlab软件,我们可以给出时间相位分别为0和时的二维波形图和三维图。如图1、2所示。通过二维图和三维图我们可以看到,波沿z轴传播,z为某个值时,波面上各点的场强相等。当然我们利用MATLAB软件,可以获得为其它任意值(0到2)时,电场与空间位置z的关系。电场和磁场之间满足麦克斯韦方程组,均匀平面波在传递过程中同样适用。为了直观的了解电场和磁场在空间中的分布。通过Matlab软件,可以绘制出均匀平面波在空间传播的动态图。本文以为例,绘制了均匀平面波的三维动态图。现给出了t=0s和t=36s的波形图,可以看出电场和磁场是相互垂直的,随着时间的流逝,电场和1 利用MATLAB软件实现平面电磁波可视化图1 电场的瞬时波形二维图图2 电场的瞬时波形三维图收稿日期:2017-03-11作者简介:王艳(1983—),女,湖南衡南人,博士,副教授,研究方向:锂离电极材料的性能研究。116Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.数字技术 与应用应用研究图3 均匀平面波的波形磁场也是变化的。演示均匀平面波的三维动态图,有助于学生理解磁场与波这门课程的可视化提供了有效工具。波的传播方向与电场和磁场的关系,加深其感性认识。如图3所示。参考文献2 结语本文通过均匀平面波的具体事例,讨论了Matlab软件在电磁场与波可视化应用。由此可以说明,利用Matlab软件能够获得电磁场与波中相关知识点的直观图。这有助于同学们的理解和学习,为电[1]宗卫华,曲晓云,王英,于海生.Matlab在电磁场与电磁波实验教学中的应用[J].实验科学与技术,2010,29(1):53-55.[2]包宋建,许艳英,陈帅华,汤勇. MATLAB语言在数字图像处理中的应用[J].工业控制计算机,2011,24(6):38-39.法,对武当山景区虚拟旅游系统进行分析设计,该系统能为游客提供导航、导游、导览、导购等服务,不仅有利于相关职能部门的科学管理,也为广大消费者的网上旅游提供了一个良好的平台。参考文献[1]赵文龙,马新春.基于虚拟旅游的网站功能探析[J].电子设计工程,2011,11:12-15.[2]谭云兰,贾金原,康永平,彭硕,张博.基于WebVR的井冈山虚拟旅游系统架构设计[J].井冈山大学学报,2012,11:46-50.[3]包富华,张学宝.基于OSG的西安市景区虚拟旅游系统设计与开发[J].咸阳师范学院学报,2012,3:68-71.[4]孟祥增,马萍,刘瑞梅.三维虚拟场景的创设与立体播放[J].中国电化教育,2011,8:125-128.[5]农晓锋.3D虚拟旅游的现状及发展前景[J].大众科技,2016,8:5-6,12.[6]程程,邓小威,明庆忠.3D虚拟景区:旅游景区营销新模式[J].中共云南省委党校学报,2012,5:124-126.······上接第115页种小存储空间的移动终端来说,大规模的数据传输显然不合实际,因此可采用基于P2P的网络渐进式下载机制,不仅节省存储空间,还可以大幅缓解漫游过程中数据流传输对网络及服务器造成的压力。在实际运用过程中,场景空间的渲染以视点最大可视距离的限制为准,用户在虚拟场景中行走的时候,并不需要事先将所有场景全部进行渲染,而是随着视点的平移逐渐下载场景后再渲染,从而减少用户每次请求场景的数据量,也大大减少了对本地存储空间的需求;而对于场景中的模型来说,因其数量庞大,种类繁多,容量参差不齐,解决网络延时的办法就是对模型进行多分辨率建模,同样以最大可视距离为准,在不降低视觉效果的同时,根据模型与人物视点的距离和视线的偏移角度按需下载不同分辨率的模型数据,以提高系统运行速度。4 结语虚拟旅游是建立在现实旅游景观的基础上,通过模拟和超越构建一个虚拟的旅游环境,使得参与虚拟旅游的旅游者能够如同身临其境般进行虚拟旅游活动。以Virtools为开发平台,结合GIS技术、虚拟现实技术和Internet技术,采用统一过程和面向对象相结合的方······上接第113页相应的反馈。算法的实现过程如图5所示,实现的效果图如图6所示。参考文献[1]宋俊华.关于非物质文化遗产数字化保护的几点思考[J].文化遗产,2015(2).[2]段利亚.移动增强现实大范围定位与注册关键技术研究[D].华中科技大学博士学位论文,2013.5 结语移动增强现实技术的发展,不仅为非物质文化遗产数字化保护和研究提供了新思路,而且有利于非物质文化遗产的传播。随着移动终端的发展,拓宽了移动增强现实技术应用领域,包括教育行业、游戏行业、医疗行业、商业领域和军事领域等,不仅给人们带来视觉上带来冲击,同时改变了人们的生活方式。117Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.