VirtualRelativity：虚拟现实中狭义相对论的交互式模拟
物理教育
2024-08-07 v1 科普物理
摘要
阿尔伯特·爱因斯坦在20世纪初提出的狭义相对论，标志着我们对空间和时间理解的彻底转变。然而，该理论反直觉的推论仍然对初学物理的学生构成概念上的挑战。在本论文中，我们提出了一种基于虚拟现实的解决方案，该方案基于Unity包开发，能够在数字环境中模拟相对论效应。当前实现包括空间收缩、时间膨胀和相对论多普勒效应的表示。主要焦点在于相对论效应的准确表示、计算效率以及专门为增强理解和交互性而设计的用户界面建模。该包通过简化的API显著减少了开发人员的工作量，为虚拟场景的开发提供了最大自由度。设计目标通过专门的探针场景进行的测试阶段得到验证。为了展示这项工作的潜力，我们还展示了一个基于该包构建的VR应用的部署，该应用让用户体验真实场景中的相对论效应。该应用计划供米兰理工大学物理工程专业的硕士生使用。与此同时，其他教育领域的扩展也在探索中，表明这项工作在未来具有广阔前景。
关键词
引用
@article{arxiv.2408.01442,
title = {VirtualRelativity: An Interactive Simulation of the Special Theory of Relativity in Virtual Reality},
author = {Alberto Boffi and Ezio Puppin and Maurizio Contran},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.01442},
year = {2024}
}