第四章 虛擬物理實驗室--運動學實驗之程式設計
第三節 研究建議
學生對於資訊技術的發展特別敏銳，也樂於嘗試新式的電子設備。今年初，
由日本任天堂所推出的遊戲機 - Wii，帶動一股新的流行風潮，其遙控器具備指 向定位以及動作感應功能，在遊戲當中能夠化身為各種工具，讓使用者能夠在遊 戲中彷彿身歷其境。 所以後續的研究建議如下：
一. 虛擬實境在教學應用上仍需要繼續發展與研究 二.虛擬實驗設計的方法仍需要繼續改良與研究
三.虛擬實驗室的內容與操作方式仍需要繼續改良與研究
四.讓本研究中的各項實驗也加入具定位及動作感應功能的遙控器，讓平臺上的 實驗都能使用指向定位及動作感應，且藉由單槍投影成大畫面，學生們更樂於 嘗試此種學習型式。
五.讓各種物理實驗都虛擬實境化，形成一套完整的實驗教材，學生們可自行操 作學習，以提升學習者的實驗能力。
六.若單獨點選各個分散的虛擬物理實驗，容易失之於枯燥乏味，若能設計成虛
獨樹一格的過關遊戲，讓學生們自由討論如何闖關，而主動學習各種物理現 象。增進物理常識。
七.充實遠距教學內容：各種遠距教學課程中，最難教授的是實驗課程，以往皆 須親自到校實地操作，如果虛擬實驗室發展成熟，遠距教學的科目又可增加許 多，學生的學習管道更為豐富。
參考文獻
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附錄（1）MouseCam 模組程式說明
MouseCam 為 camera 的一種，不是物件(object)，故須另建一個有物件屬性的 3D frame 即 FrameMouseCam 當 其 前 導 ， 為 了 避 免 碰 撞 故 加 入 Object Slider 這模組，讓 FrameMouseCam 與對應的群組內(obstacles)所有的物件產生滑動的 現象。
而 MouseCam 的模組設計主要有三個功用 1. 連結 MouseCam 與 FrameMouseCam ， 擷取 FrameMouseCam 的世界參數矩陣當為 MouseCam 的世界參數矩陣，同時設定 FrameMouseCam 為 MouseCam 的母階層。2. 設定 MouseCam 為主功用的攝影機。3.
設定 MouseCam 能隨滑鼠的動作產生移動及轉動的現象。而呈現場景中的每個角 落，隨時觀看場景中的每個部位，其設計是由 Mouse Waiter 接收外部滑鼠左右按 鍵的壓放，經由 Priority 選擇由 in1 或 in2 進入，而控制產生 out1 或 out2 的輸出結果。滑鼠左鍵的壓放操控 MouseCam 的左、右轉，滑鼠右鍵的壓放操控 MouseCam 的前進。當按下滑鼠左鍵時，觸發 Priority 的 reset 對應到 Priority 的 reset out，再接到 Get Mouse Displacement 取得滑鼠在 x 軸方向移動多少 像素的資料，經由 division 除以 1000 匯到 Rotate 當為 MouseCam 轉動多少 角度的依據，當 Rotate 接到 Get Mouse Displacement 傳來的訊息後，就以 FrameMouseCam 當標的，以 y 軸為軸心轉動角度 。同理 ，當 Get Mouse Displacement
附錄（1）圖 1 MouseCam 的整體轉動模組程式
取得滑鼠在 y 軸方向移動多少像素的資料，經由另一 division 除以 1000 匯到 另一 Rotate 當為 MouseCam 以 x 軸為軸心轉動角度。第二個 Rotate 的輸出連接 到 Priority 的 in1，再對應到 out2，觸發 Get Mouse Displacement 而形成一個 迴圈，當滑鼠左鍵被壓下時，MouseCam 可連續轉動，直到滑鼠左鍵被放開，當滑 鼠左鍵被放開時 Mouse Waiter Left Button Up 訊息傳到到 Priority 的 in2，再 對應到 out2 ，此時 out2 空接 ，故 MouseCam 無動作 。滑鼠右鍵的壓放操控 MouseCam 的前進。當按下滑鼠右鍵時，觸發 Priority 的 reset 對應到 Priority 的
resetout，再接到 Per Second 以控制滑鼠每秒的移動速度，經由 Mutiplcation 乘 以 (0.0.1) 控制在 z 軸方向，匯到 Translate 使 MouseCam 往前移動，而後 Translate 的輸出接到 Priority 的 in1 再觸發 Per Second 形成一個迴圈，當滑鼠 右鍵被壓下時，MouseCam 可一直前進，直到滑鼠右鍵被放開時，因此時 Mouse Waiter 的 RightButton.Up 訊息傳到到 Priority 的 in2，再對應到 out2，此時 out2 空接，故 MouseCam 無動作不前進。
附錄（1）圖 2 MouseCam 的轉動模組
L.B.
down
L.B.
Up
附錄（1）表 1 MouseCam 相關模組功用解說表
Object Slider 讓 FrameMouseCam 與群組 obstacles 內的物件產生 滑動
Get World Matrix 取得 FrameMouseCam 的世界參數矩陣 Set World Matrix 設置 MouseCam 的世界參數矩陣
Set Parent 設置 MouseCam 的母階層，即 FrameMouseCam Set As Active Camera 啟動 MouseCam 為現行攝影機
Mouse Waiter 當接收一滑鼠行為，會對應啟動一輸出事件 Priority 由 in1輸 入 就 由 out1輸出口去啟動對應的行為，
in2啟動out2
Get Mouse Displacement 獲取滑鼠游標的移動像素 Rotate 旋轉FrameMouseCam Translate 移動FrameMouseCam
Per Second 訂 一 運 算 行 為 在 每 秒的演算速度 division 除以
Mutiplcation 乘以
附錄（1）圖 3 MouseCam 的移動模組
R.B.
down
R.B.
Up
（附錄 2）等速運動實驗說明（試測） 一、［實驗目的］
了解等速運動的運動規律，距離和時間的關係。
二、［實驗原理］
若質點的直線運動，在任何時刻其速率都相同則稱為等速直線運動，簡稱等 速運動，等速度運動的物體，其位移與時間成正比，故其位移與時間之關係 式為：△ X = V × t 等速度運動的 v-t 圖為一水橫線，橫線下的面積為位移 等速度運動的 x-t 圖，為一斜直線。
V0＝Δx /Δt ＝tanθ＝limΔt→0Δx /Δt
由斜線的斜率 V0＝Δx /Δt，速度為一常數，即等速度運動。
三、［實驗方法］本實驗中的滑軌保持平衡，四個感測器主要測量滑車運動 時間及距離，再由此二項求得速度
四、［實驗步驟］
1.選擇欲操作的實驗項目
2.以鍵盤操作偵測器至滑軌上的特定位置
3.左右鍵控制感測器 1 向左向右,上下鍵控制感測器 2 向左向右 4.滑鼠點按滑車,依顯現的數據求滑車於感測器 1,2 的速率。
（附錄 3） 等速運動實驗紀錄表（試測）
紀錄 1 紀錄 2 紀錄 3
偵測器 距起點 ( m )
耗時 平均速度 耗時 平均速度 耗時 平均速度
紀錄 1.2.3 速度平均值
低 速
中 速
高 速
科 系：___________ 座 號：______ 組 別：______________
實驗日期：______________ 姓 名：______________
低速之 ST 圖及 VT 圖
ST 圖
中速之 ST 圖及 VT 圖
ST 圖
VT 圖
高速之 ST 圖及 VT 圖
ST 圖
（附錄 4）瞬時速度 實驗說明（試測）
7.分別以長度為 30cm，20cm，10cm,及 5cm 的旗尺，重覆步驟 1-6。 從所得 數據中，將各旗尺之長度ΔX 除以該尺通過 P 點的時間可得一組Δx／Δtp 之值。 再將Δx／Δtp 對Δtp 作圖。由數據統計方法求出此關係曲線之方 程式。
此直線在Δx／Δtp 軸上之截距，即為旗尺在 P 點之瞬時速度νp。
8.將數據填於實驗紀錄表中
Δx（旗尺之長度）=30，20，10，5cm Δtp 為經過的時間
在方格紙上繪出Δx/Δtp 與Δtp 之關係曲線：
以上各直線在Δx/Δtp 軸上之截距即為滑車經過各個 OP 距離時，
在 P 點之瞬時速度νp
（附錄 5） 瞬時速度 實驗紀錄表（試測）
紀錄 1 紀錄 2 紀錄 3
斜角 旗尺
耗時 平均速度 耗時 平均速度 耗時 平均速度
紀錄 1.2.3 速度平均值 15 o
5 ㎝ 10 ㎝ 20 ㎝
30 ㎝ 30 o
5 ㎝ 10 ㎝ 20 ㎝
30 ㎝ 45 o
5 ㎝ 10 ㎝ 20 ㎝ 30 ㎝
科 系：___________ 座 號：______ 組 別：______________
實驗日期：______________ 姓 名：______________
實驗結果：
15 o 斜角，偵測器距起點_______公尺處之瞬時速度為__________
30 o 斜角，偵測器距起點_______公尺處之瞬時速度為__________
45 o 斜角，偵測器距起點_______公尺處之瞬時速度為__________
（附錄 6）等加速運動 實驗說明（試測）
（附錄 7）等加速運動 實驗紀錄表（試測）
科 系：___________ 座 號：______組 別：______________
實驗日期：______________ 姓 名：______________
（附錄 8）物理實驗運動篇問卷調查表（預測試）
親愛的同學您好：
這份問卷主要是想了解你在操作過虛擬實境普通物理實驗運動篇後，對此 份實驗教材的感受為何？希望經由您客觀的填寫此問卷後，藉由你的經驗 以做為未來規劃虛擬實境物理實驗的參考。請你依據您對問題的實際感受 與對問題內容的同意或不同意程度選取選項，也請你不吝填寫您的寶貴意 見，謝謝你的合作及協助。
基本資料 就讀學校：_____________________________________
科系：________________________ 年級________
問卷內容：
對整體教材的觀感
1、請問您曾經使用過虛擬實境教材嗎？
□是 □否
2、你覺得虛擬實境教材比平面教材更有臨場感嗎？
□是 □否
3、你覺得虛擬實境教材比平面教材更容易讓人理解嗎？
□是 □否
4、你覺得虛擬實境教材能取代傳統的教法嗎？
□是 □否
5、你覺得虛擬實境教材將成為輔助教材的主流嗎？
□是 □否
6、你覺得這個虛擬實境教材每個主題的內容量是適當的。
□非常不同意 □不同意 □普通 □同意 □非常同意 7、你覺得這個虛擬實境教材的整體呈現的畫面讓你感到舒適。
□非常不同意 □不同意 □普通 □同意 □非常同意 8、你覺得這個虛擬實境教材的整體操作方式是令你滿意。
□非常不同意 □不同意 □普通 □同意 □非常同意 9、你覺得這個虛擬實境教材，對於物理概念的建立很有幫助。
□非常不同意 □不同意 □普通 □同意 □非常同意 10、你覺得這個虛擬實境教材，比實際操作的實驗方式更有效率。
□非常不同意 □不同意 □普通 □同意 □非常同意 11、你覺得這個虛擬實境教材，比實際操作的實驗方式的準確度高。
□非常不同意 □不同意 □普通 □同意 □非常同意 12、你覺得這個虛擬實境教材的網頁設計不錯。
□非常不同意 □不同意 □普通 □同意 □非常同意 13、你覺得這個虛擬實境教材各個主題的解說內容已足夠。
□非常不同意 □不同意 □普通 □同意 □非常同意
對個別主題的觀感
14、你覺得這個虛擬實境教材，等速運動單元可滿足你的期望。
□非常不同意 □不同意 □普通 □同意 □非常同意
15、當你操作過虛擬實境教材，等速運動單元後，認為「等速運動實驗紀錄表」的設 計，合乎實驗者的操作需求。
16、當你操作過虛擬實境教材，等速運動單元後，對於「等速運動的運動規律」有更
□非常不同意 □不同意 □普通 □同意 □非常同意
25、當你操作過虛擬實境教材，等加速運動單元後，對於「利用速度、時間來測加速 度的方法」有更深入的了解。
□非常不同意 □不同意 □普通 □同意 □非常同意
26、操作完等速運動單元後，你覺得這個虛擬實驗有什麼優點呢？請寫下你的看法。
27、操作完等速運動單元後，你覺得這個虛擬實驗有什麼缺點呢？請寫下你的看法。
27、操作完等速運動單元後，你覺得這個虛擬實驗有什麼缺點呢？請寫下你的看法。