【OpenHarmony/HarmonyOs 】凸透镜成像实验光路绘制、成像公式与禁止 AI 识图的学习方案本文基于我的 OpenHarmony/HarmonyOS 项目「物理视界 PhysicsVision」整理。项目中的「凸透镜成像」模型通过 Canvas 绘制主光轴、透镜、焦点、物体、像和两条典型光线并根据物距和焦距实时计算成像类型。这一篇对应“沉浸光感”和“禁止 AI 识图、隐私保护方案”的主题不用拍照识题也能把光学知识讲清楚。一、为什么凸透镜成像不一定需要拍照识题很多教育 App 会把光学题做成“拍照识别题目然后给答案”。但这种方式有几个问题需要相机权限图片可能包含学生个人信息学生容易直接看答案对理解成像规律帮助有限。「物理视界」选择了另一种方式不拍照、不上传、不识图而是让学生自己调节焦距、物距和物体高度看成像结果如何变化。这更适合物理学习因为凸透镜成像的重点不是答案而是规律。二、核心参数页面定义了三个输入参数StatefocalLength: number 60StateobjectDist: number 150StateobjectHeight: number 50还有三个计算结果StateimageDist: number 0StateimageHeight: number 0StateimageType: string 这对应物理中的焦距f物距u像距v放大率成像性质。三、成像公式计算项目使用薄透镜公式calculate(): void { let u this.objectDist let f this.focalLengthif(Math.abs(u - f) 1) {this.imageDist 9999this.imageHeight 9999this.imageType 平行光不成像return} let v (u * f) / (u - f)this.imageDist vthis.imageHeight -v / u *this.objectHeight }公式本质是1/f 1/u 1/v整理后得到vuf / (u - f)这里完全在端侧计算不需要调用 AI 服务。四、成像类型判断根据物距和焦距关系判断成像类型if(u 2* f)this.imageType 倒立缩小实像elseif(Math.abs(u -2* f) 1)this.imageType 倒立等大实像elseif(u f)this.imageType 倒立放大实像elsethis.imageType 正立放大虚像这正是初中光学常见知识点u 2f倒立缩小实像u 2f倒立等大实像f u 2f倒立放大实像u f正立放大虚像。通过代码物理规律被明确地表达出来。五、绘制主光轴和透镜Canvas 中先绘制主光轴ctx.strokeStyle #B2BEC3 ctx.lineWidth 1ctx.beginPath()ctx.moveTo(10,centerY)ctx.lineTo(w- 10,centerY)ctx.stroke()再绘制透镜ctx.strokeStyle #1A73E8 ctx.lineWidth 3ctx.beginPath()ctx.moveTo(centerX,centerY- 80)ctx.lineTo(centerX,centerY 80)ctx.stroke()蓝色透镜线条在浅色和深色背景下都比较清晰。六、绘制焦点和 2F 点letfPx this.focalLength*scale ctx.fillStyle #FF6D00 ctx.beginPath()ctx.arc(centerX - fPx, centerY,4,0, Math.PI*2) ctx.fill()ctx.beginPath()ctx.arc(centerX fPx, centerY,4,0, Math.PI*2) ctx.fill()ctx.fillText(F,centerX-fPx,centerY 16)ctx.fillText(F,centerXfPx,centerY 16)焦点和 2F 点是判断成像规律的关键参照。把它们画在图上学生能更容易理解“物体在 2F 外、F 和 2F 之间、F 内”的区别。七、绘制物体和像物体用红色箭头表示letobjX centerX - this.objectDist*scaleletobjTop centerY - this.objectHeight*0.8ctx.strokeStyle #F44336 ctx.lineWidth 3ctx.beginPath()ctx.moveTo(objX,centerY)ctx.lineTo(objX,objTop)ctx.stroke()像用绿色箭头表示letimgX centerX this.imageDist*scaleletimgH this.imageHeight*0.8letimgTop centerY - imgHletisVirtual this.imageDist 0if(isVirtual) { ctx.setLineDash([5, 5])} ctx.strokeStyle #4CAF50 ctx.beginPath()ctx.moveTo(imgX,centerY)ctx.lineTo(imgX,imgTop)ctx.stroke()ctx.setLineDash([])虚像使用虚线这是一个很适合教学的视觉约定。八、绘制两条典型光线项目绘制了平行光线和过光心光线ctx.strokeStyle #FFB74D ctx.lineWidth 1ctx.beginPath()ctx.moveTo(objX,objTop)ctx.lineTo(centerX,objTop)ctx.lineTo(imgX,imgTop)ctx.stroke()ctx.beginPath()ctx.moveTo(objX,objTop)ctx.lineTo(imgX,imgTop)ctx.stroke()这比只显示像的位置更好因为学生能看到成像是如何由光路决定的。九、滑块调参主动探索规律焦距、物距和物体高度都用 Slider 控制Slider({value:this.objectDist,min: 20,max: 250,step: 1 }).trackColor($r(app.color.slider_track)) .selectedColor(#1A73E8).onChange((v:number) { this.objectDist v this.calculate()})每次滑动都会重新计算并绘图。这让学生可以自己观察物距变小时像距怎么变什么时候不成像实像和虚像如何切换像的大小如何变化。十、总结凸透镜成像页面很好地体现了“禁止 AI 识图”的另一种学习方案。不拍照、不上传、不识别题目而是让学生通过参数调节和光路观察理解规律。这篇文章对应的主题是沉浸光感 禁止 AI 识图 隐私友好学习。对 OpenHarmony/HarmonyOS 开发者来说它也展示了 Canvas 在光学教学中的实用价值。