Celý svět, který nás obklopuje, funguje na základě principů klasické newtonovské fyziky. Příslušné zákony je nutné respektovat a využívat v technické praxi i v dalších oblastech. Znalosti fyziky a mechaniky jsou důležité v mnoha oborech lidské činnosti. Z těchto důvodů je vítána každá pomůcka, která je schopna výuku fyziky a mechaniky podpořit a to pokud možno zábavnou formou.

Jak se to daří aplikaci Physion? Na Stahuj.cz naleznete instalační balíček i portable verzi aplikace pro Windows XP/Vista/7. Na domovské stránce produktu je k dispozici také verze pro Linux. V tomto článku se můžete seznámit s prostředím a vlastnostmi aplikace Physion pod operačním systémem Windows.

Jestliže se rozhodnete pro instalaci, můžete tento proces absolvovat v češtině. V závěru instalace je k dispozici volba pro vytvoření zástupce na pracovní ploše. Portable verze je distribuována ve formě ZIP archivu, který po stažení stačí rozbalit a program přímo spustit souborem Physion.exe.

Uživatelské rozhraní a jeho konfigurace

Při spuštění aplikace je automaticky zobrazován "typ dne" (Tip of the Day) a pokud vás toto okno obtěžuje, můžete jeho zobrazení jednoduše deaktivovat zrušením volby Show tip at startup.

Okno aplikace při spuštění.
Okno aplikace při spuštění

Opětná aktivace zobrazení "tipů dne" je možná v okně Settings, které je dostupné z hlavní nabídky View - Dock Widgets - Settings. Zde jsou na záložce General k dispozici různé konfigurační volby programu, včetně nastavení jazyka pro uživatelské rozhraní. V současné době aplikace podporuje vedle angličtiny také japonštinu, němčinu, řečtinu, španělštinu a ruštinu. Čeština zde zatím podporována není.

Záložka General v okně Settings.

Záložka General v okně Settings

Interaktivní ovládání scény

Scéna představuje animaci, ve které je respektována reálná fyzika vzhledem k vlastnostem jednotlivých objektů. Společně s aplikací je distribuována celá řada zdařilých scén, jež vás mohou inspirovat při vlastní tvorbě. Tyto scény je možné otevřít z panelu Quick Load.

Ukázka scény Crash Test Dummy.Ukázka scény Crash Test Dummy

Scénu (průběh animace) můžete interaktivně ovládat. Potřebné nástroje jsou umístěny v liště General Toolbar. Jsou zde k dispozici tlačítka zpět (Undo), znovu (Redo) a tlačítko pro spuštění nebo pozastavení scény (Play / Pause). Následuje tlačítko pro výběr a přesunutí objektu (Select / Move) a odstranění vybraného objektu (Remove).

Nástrojová lišta General Toolbar.

Nástrojová lišta General Toolbar

Dále jsou k dispozici různé nástroje, které jsou vhodné spíše pro pobavení. Tlačítko s bombou (Explode Item) způsobí "explozi" objektu a jeho rozložení na prvky (trojúhelníky, čtverečky nebo kolečka) s rozměry definovanými uživatelam. Tlačítko s pistolí (Shoot Item) je schopno vložit do animace rázovou sílu jako simulaci výstřelu. Velikost i směr rázu lze nastavit pomocí šipky, kterou vytvoříte tažením myší.

Použití nástroje Shoot Item.
Použití nástroje Shoot Item


Naopak mezi praktické a užitečné nástroje patří kamera (tlačítko Create Camera), se kterou můžete v průběhu animace sledovat detailní pohled na libovolný vybraný objekt v samostatném okně. Kladně hodnotím funkci, která se skrývá pod posledním tlačítkem lišty General Toolbar. Jedná se o tlačítko Create Plot, které umožňuje zaznamenat časovou závislost rychlosti a zrychlení vybraného objektu. Příslušný graf je vytvořen v samostatném okně.

Ukázka grafu časové závislosti rychlosti a zrychlení.

Ukázka grafu časové závislosti rychlosti a zrychlení

Tvorba vlastních scén

Novou scénu vytvoříme pomocí hlavní nabídky File - New Scene. Na kreslícím plátně je připraven rám v podobě podkladu a okrajových stěn s texturou cihlové zdi. Pro tvorbu vlastních scén jsou důležité panely Scene Properties (nabídka View - Dock Widgets - Scene Properties) a Property Editor (nabídka View - Dock Widgets - Property Editor). Dále budeme využívat nástroje, které jsou umístěny v liště Bodies Toolbar, Joints Toolbar a Forces Toolbar.

Okno aplikace s panelem Scene Properties a Property Editor.

Okno aplikace se zobrazeným panelem Scene Properties a Property Editor

V panelu Scene Properties lze definovat vlastnosti celé scény. Na záložce Physic Word můžeme definovat především tíhové zrychlení (skupina parametrů Gravidity). Ve výchozím nastavení je pro směr x použita 0 a pro směr y hodnota -10. Tyto hodnoty je možné samozřejmě libovolně měnit. Například zadáním nulových hodnot vytvoříme stav beztíže.

Kreslení objektů a definování jejich vlastností

Pro kreslení objektů použijeme nástroje z lišty Bodies Toolbar. Vedle standardních tvarů typu obdélník, kružnice, mnohoúhelník, zde nalezneme i speciální funkce pro vložení objektu typu balónek (Create Ballon), řetěz (Create Chain), lano (Create Rope) nebo ozubené kolo (Create Gear).

Nástrojová lišta Bodies Toolbar.

Nástrojová lišta Bodies Toolbar

Jako objekty můžete použít i vlastní obrázky ve formátu PNG, XPM nebo JPG. Tlačítko Create Image umožňuje tyto obrázky vyhledat na disku počítače. Dále je k dispozici nástroj pro vkládání textu a štětec s nastavitelnou barvou a tloušťkou stopy.

Kreslící plátno s objektem (obrázkem) a panelem Property Editor.

Kreslící plátno s objektem (obrázkem) a panelem Property Editor

Panel Property Editor je určen pro editaci vlastností vybraného objektu (vzhledu, umístění a fyzikálních vlastností). Objekty můžete vyplňovat barvou nebo texturou, měnit název a nastavit jejich fyzikální vlastnosti. Jedná se například o hustotu (Density), koeficient tření (Friction), tlumení (LinearDamping), torzní tlumení (AngularDamping) a další.

Fyzikální vlastnosti v panelu Property Editor.

Fyzikální vlastnosti v panelu Property Editor

Výchozí fyzikální vlastnosti pro všechny objekty lze konfigurovat ve výše zmíněném okně Settings na záložce Physics.

Záložka Physics v konfiguračním okně Settings.

Záložka Physics v konfiguračním okně Settings

Tvorba mechanismů a soustav

Vzájemným spojením jednotlivých objektů, můžete vytvářet soustavy s různým počtem stupňů volnosti. Pro spojování objektů slouží nástrojová lišta Joints Toolbar. Zde je k dispozici tlačítko (D) pro vytvoření dokonale tuhého táhla (Create Distance Joint), tlačítko (R) pro tvorbu kloubové rotační vazby (Create Revolute Joint), tlačítko (Pr) pro tvorbu vazby posuvné (Create Prismatic Joint) a tlačítko (Pu) umožňuje tvorbu lanové kladky (Create Pulley Joint).

Nástrojová lišta Joints Toolbar.

Nástrojová lišta Joints Toolbar

Kromě výše zmíněných kinematických vazeb, můžete využívat i vazbu silovou, která je k dispozici pod tlačítkem s pružinou (Create Spring). Tento nástroj poskytuje uživatelské volby pro nastavení barvy pružiny, tuhosti (K) a tlumení (Damping).

Ukázka kinematických a silových vazeb.

Ukázka kinematických a silových vazeb

Další nástroje

Při tvorbě složitějších objektů můžete využít nástroje (lišta Boolean Toolbar) pro sčítání (Union), odečítání (Difference) a průnik (Intersection) vybraných tvarů. Pro snadnější rozmístění objektů je k dispozici mřížka (Snap To Grid) a funkce přichycení k objektu (Snap To Objects).

Kreslící plátno se zobrazenou mřížkou.

Kreslící plátno se zobrazenou mřížkou

Použití vlastních skriptů

Začínající programátoři ocení možnost použití vlastních skriptů při tvorbě scén. Aplikace podporuje JavaScript dle standardu ECMA-262 (viz. ECMAScript reference).

Skripty můžete vkládat k jednotlivým objektům prostřednictvím panelu Property Editor. Zde jsou k dispozici pole OnStart, OnStop, OnUpdate, OnKeyPress, OnKeyRelase a OnContact pro vložení skriptů, které budou vykonány v dané situaci.

Okno pro vložení skriptu k akci OnContact.

Okno pro vložení skriptu k akci OnContact

Další možnost pro vložení skriptů představuje konzole, kterou zobrazíte pomocí hlavní nabídky Wiew - Dock Widgets - Console. Tento způsob se hodí pro tvorbu kompletních scén.

Okno konzole.

Okno konzole

Další vlastnosti

Aplikace je dodávána s celou řadou poměrně zdařilých grafických prvků. Jako objekty můžete využít různé míče, automobilové nebo cyklistické kolo a další obrázky. Rovněž jsou k dispozici zdařilé textury pro pozadí scény nebo výplň objektů.

Vlastními scény můžete vystavit na domovské stránce produktu (volba File - Upload Scene) nebo odtud naopak stáhnout scény jiných uživatelů (volba File - Download Scenes).

Závěr a hodnocení

Aplikace Physion představuje zajímavou a zábavnou pomůcku pro podporu výuky fyziky a mechaniky. Uživatelské rozhraní umožňuje snadnou tvorbu scén i definování vlastností jednotlivých objektů. Program je schopen oslovit i kreativní grafiky nebo začínající programátory. Kladně hodnotím existenci portable verze programu. Aplikace Physion zcela jistě stojí za vyzkoušení.