第三節 第三節
第三節 虛擬實驗室之主要模組 虛擬實驗室之主要模組 虛擬實驗室之主要模組 虛擬實驗室之主要模組
一、固定不動物件之物理屬性
本研究之虛擬物理實驗室主要是模擬真實物理實驗操作，故相關的物件屬性 皆希望能接近真實的情形，圖 4-3-1 為虛擬實驗室當中實驗桌之物理屬性設定，
研究者以此來說明在虛擬物理實驗室當中，固定不動的物件其相關設定，分述如 下：
圖 4-3-1 實驗桌之物理屬性設定 1.Fixed：此選項必須勾選，物件才能固定於原處。
2.Friction：設定物件之摩擦力，若未設定磨擦力或磨擦力為 0，則放置於桌面 的物件會滑動掉落，故此物件磨擦力設定為 0.7。
3.Elasticity：設定物件之彈性係數，彈性係數之數值區間為 0-1，桌面不需與 實驗滑車進行碰撞，故設定為 0。
4.Mass：設定物件之質量，此物件質量參考真實實驗桌設定為 20kg。
5.Start Frozen：設定物件一開始即固定不動。
6.Enable Collision：允許物件相互碰撞，因為桌面不需與實驗滑車進行碰撞，
故設定為 0。
二、滑車物件之物理屬性
本虛擬物理實驗室之主要實驗器材滑車，其物理屬性設定如圖 4-1-2 所示，
分述如下：
圖 4-3-2 滑車之物理屬性設定 1.Fixed：此選項取消勾選，滑車物件才能進行碰撞運動。
2.Friction：本虛擬物理實驗主要觀察物件碰撞情形，若物件與軌道間之磨擦力 為 0，則使用者可專注於觀察物件碰撞運動情形，而不受磨擦力的影響故設定 滑車物件磨擦力為 0。
3.Elasticity：設定物件之彈性係數，彈性係數之數值區間為 0-1，圖 4-8 為完 全彈性碰撞時滑車的設定，故設定為 1。
4.Mass：設定物件之質量，為計算方便滑車物件質量設定為 1kg。
5.Start Frozen：此選項取消勾選，滑車物件才能進行碰撞運動。
6.Enable Collision：允許物件相互碰撞，此選項必須勾選，滑車 1、2 才能相 互碰撞。
三、物件速度測量模組
取得 3D 物件的速度模組，如圖 4-3-3 所示，分述如下：
圖 4-3-3 物件速度測量模組
1. Get Distance：取得兩 3D 物件之間的距離，在此處則是取得滑車 1 與光電管 1 之間的距離，並把取得的距離值傳給 Test。
2.Test：判斷滑車 1 與光電管 1 距離若為 0 則進行下一個 BB，若不為 0 則以迴圈 反覆偵測（設定時若設定距離為 0，則可能會因為電腦偵測速度太慢，而偶爾 會出現無法正確取得速度的情形。因此，實際上設定滑車 1 與光電管 1 距離若 小於 3 即進行下一個 BB 取得物件速度）。
3.Get Physics Speed：取得 3D 物件滑車的速度，並將取得的速度值傳至 Text Display 顯示於畫面上。
四、碰撞偵測模組
在完全彈性碰撞選項中滑車對撞的情形當中，滑車 2 第一次經過光電管 4 時 以物件速度測量模組偵測出其初速度。而對撞後滑車 2 再經過光電管 4 需再測量 出碰撞後之末速度，此時就必須採用碰撞偵測模組，如圖 4-3-4 所示，分述如下：
4-3-4 碰撞偵測模組設定
1.Physics Collision Event：以迴圈反覆偵測兩物件是否產生碰撞，如果兩物 件已經產生碰撞則繼續進行下一個 BB 流程，接著就是進行速度偵測的模組。
五、攝影機導覽模組
圖 4-3-5、圖 4-3-6 為攝影機導覽的程式模組，開始執行後攝影機會追尋 一隱形 box 物件移動，利用矩陣（array）預先輸入幾組位置座標，使 box 物件 依序移動至設定的位置，再搭配 Delayer 讓 box 物件停留於實驗器材數秒鐘，並 顯示器材名稱或操作方式，而攝影機則跟隨 box 物件作停留，如此可達到導覽整 體虛擬環境的目的。此模組內容說明如下所示：
圖 4-3-5 攝影機追尋目標設定
圖 4-3-6 目標物移動設定 1.Set As Active Camera：設定此攝影機為起始攝影機。
2.Set Position:設定攝影機的起始位置。
3.Look At：設定攝影機追尋的目標（box 物件）。
4.Iterator：指定目標矩陣，並設定起始的平行列（Row）與結束的平行列。
5.Move To：設定 box 物件為目標，讓 box 物件移動至矩陣中所預先設定的位置。
6.Delayer：讓程式暫時停留預設的時間後，再繼續執行。
六、mouse camera 模組
以滑鼠控制攝影機視角之模組，如圖 4-3-7 所示；圖中「Rotate」的 Behavior Graph 是攝影機旋轉設定，如圖 4-3-8 所示；而圖中「Forward」的 Behavior Graph 是攝影機移動的設定，如圖 4-3-9 所示，分述如下：
（一）滑鼠控制攝影機視角模組
圖 4-3-7 滑鼠控制攝影機視角之模組設定
1.Mouse Waiter：偵測滑鼠訊號之 BB，按下滑鼠左鍵則引發「Rotate」BB 促使 隱形 Box01 物件產生旋轉；放開滑鼠左鍵則停止「Rotate」BB 停止隱形 Box01 物件產生旋轉；按下滑鼠右鍵則引發「Forward」BB 促使隱形 Box01 物件往前進（以物件的正面前進）；而放開滑鼠右鍵則停止「Forward」
BB 停止隱形 Box01 物件往前進。
2.Get World Matrix：取得 Box01 物件世界座標及方位的矩陣。
3.Set World Matrix：依據取得 Box01 物件世界座標及方位的矩陣，設定攝影機 的座標及方位。
4.Set Parent：設定 Box01 為攝影機的父階層。
（二）攝影機旋轉設定
圖 4-3-8 攝影機旋轉設定
1.Priority：設定多個輸入訊號的優先權，按下滑鼠左鍵先回復初始值，再執行 視角轉換動作。
2.Get Mouse Displacement：取得滑鼠的相對移動量。
3.Division：將滑鼠在 X 軸和 Y 軸移動的量作除法的運算，並將數值傳至 Rotate。
4.Rotate：藉由兩個 Division 所傳來的數值，決定繞 X 軸和 Y 軸旋轉的量。
（三）攝影機前進設定
圖 4-3-9 攝影機前進設定
1.Multiplication：將 Z 軸的數值作乘法運算，並將數值傳至 Translate。
2. Translate：藉由兩個 Multiplication 所傳來的數值，決定 Z 軸移動的量。