用Matlab和VB实现光学实验仿真系统的开发

0 引 言

随着计算机技术的迅猛发展和教育教学现代化的需要，计算机正逐渐走进学校，走进课堂。计算机辅助教学以其灵活、生动、形象、鲜明的文字、声音、图形和动画等丰富多彩的表现形式，使物理实验教学内容化难为易。计算机辅助教学的出现改变了传统的实验教学的模式，促进教师教育观念的转变，通过人机交互、信息共享，拓展了学生的视野，很好地培养了学生创造性思维能力。

将计算机仿真技术用于光学实验教学，不受实验仪器和实验场所的限制，可以通过改变实验参数获得不同的实验结果，方便教师课堂演示，使课堂教学内容形象化，表现手段多样化，创造一个生动活泼的学习氛围，让学生能够结合形象的实验现象更加深刻理解光学理论。开发光学实验的仿真模拟系统，并将其运用到物理光学的教学和实验当中，可以进一步提高大学物理实验教学的现代化水平。

但是，由于光学实验理论的复杂性、高水平仿真图像和人性化仿真界面的要求，目前国内融合光学实验的仿真系统开发还不多见。在此以VB为界面平台，Mat-lab强大的绘图、计算功能为基础，解决了VB和Mat-lab的接口技术，开发出了光学实验的仿真系统，并用于辅助实验教学。

1 开发环境的选择及技术

Visual Basic是由微软公司开发的可视化编程语言之一，简单易学而且功能丰富，能够迅速有效地编制优良的可视化界面。Matlab是美国MathWorks公司推出的交互式、面向对象的程序设计语言，擅长处理数值计算和系统模拟仿真。但是Matlab程序的执行速度比较慢，而且在界面设计方面远远比不上VB，VC等软件。鉴于二者各自的优势，通过VB和Matlab的接口技术将VB功能强大的可视化界面与Matlab的绘图功能结合起来，实现二者混合编程，即可开发出模拟光学实验的软件。

VB调用Matlab一直是一个难题，可以通过ActiveX自动化技术或Matlab的COM Builder技术实现。但是利用ActiveX时会在后台启动一个Matlab进程，不能脱离Matlab环境，而且实时性差；通过COMBuilder技术虽然可以脱离Matlab环境，但是一些工具箱函数还是无法编译，有一定的局限性，这两种方法都难以满足软件开发的要求。这里利用DLL动态链接库方法实现了在VB中调用Matlab。

利用动态链接库方法也就是将Matlab的M一文件转变成为VB可以调用的DLL文件，从而实现VB对Matlab的调用。具体过程如下：

(1)利用Matlab编写函数，并保存为M一文件。利用Matcorn4．．5软件将其编译为DLL文件，同时还会自动生成在VB中声明DLL的模块文件．bas文件和．cls文件。

(2)把DLL文件拷贝到VB工程目录或者是系统目录systera32下，并用上面生成的．bas文件声明。

(3)把生成的．cls文件添加到VB的公共模块中。

(4)在VB中引入MaxtrixVB库作为与DLL的接口代理，Matlab编写的函数就可以在VB中直接应用。利用DLL技术能够实现VB对Matlab的调用，这种方法可以方便地在自己开发的应用软件中嵌入Mat-lab软件的功能，实现自己的运算及图像显示。

2 系统设计

2．1 主体界面及设计思路

在实验教学过程中，学生的学习过程应该是主动、自主学习的过程。本软件的设计思想在于创立友好的人机交互界面，方便的仿真系统，开发面向学生、直观、易于操作的辅助实验教学软件。在设计上，用一个主目录窗体界面将主要的光学实验整合在一起，这部分设计以文本属性、窗体的链接为主，软件主窗体如图1所示。