В статье рассматривается возможность автоматизированного проектирования LEGO-роботов в Studio 2.0 для использования в образовательной робототехнике.
Ключевые слова: трёхмерное моделирование, LEGO, Studio 2.0, образовательная робототехника.
The article discusses the possibility of creating LEGO-robots in Studio 2.0 for use in educational robotics.
Keywords: three-dimensional modeling, LEGO, Studio 2.0, educational robotics.
Робототехника в образовании на сегодняшний день это инструмент научно-технического образования школьников и представляет из себя технологии интеграции механики, электроники и программирования, позволяющая выявлять и проводить начальное воспитание инженерных талантов. В образовании наиболее популярными наборами конструирования механизмов и роботов на данный момент являются продукты компании LEGO, т. к. они охватывает весь контингент детей и довольно прост для вхождения в робототехнику. Это очень качественный продукт, с которым дети играют с пользой для развития логики, пространственного воображения и моторики пальцев.
В образовательном процессе у педагогов по LEGO робототехнике, да и самих обучающихся существует необходимость в моделировании роботов серии LEGO. Необходимость использования может быть обусловлена в сохранения конструкции в виде трёхмерной модели, создании инструкции по сборке, нехватки технического оборудования или когда необходима демонстрация некоторых частей конструкций робота. Сценарии использования на этом не заканчиваются. Таким образом, актуальность статьи определена необходимостью в моделировании робототехнических систем LEGO.
Рис. 1. Окно программы Studio 2.0
У компании LEGO для автоматизированного проектирования роботов LEGO есть собственный CAD Lego Digital Designer (LDD), распространяющийся бесплатно. LDD — это огромный «сундук» с сотнями деталей LEGO в одном месте, возможность собирать модели из тех деталей, которых просто не хватает или так и не получилось приобрести [1]. Возможности данного CAD мы рассматривали в другой статье [2]. Объектом изучения данной статьи будет бесплатный CAD Studio 2.0 интернет-платформы «BrickLink» [3].
Studio 2.0 представляет из себя мощный инструментарий дающий возможность собрать модель, проверить её на стабильность (прочность), сделать pdf инструкцию для сборки, а также подготовить фотореалистичный рендер конструкции или даже анимацию процесса сборки. Программа умеет экспортировать модель в формате ldr, понимающие другие редакторы (Lego Digital Designer, LDraw и другие) ну и импортировать соответственно. Интерфейс можно условно разделить на четыре части. Верхняя часть представляет из себя три панели:
- классическое горизонтальное меню приложения, где есть инструменты работы с файлом, с настройками, отображением и т. д.;
- панель с важными инструментами;
- панель открытых моделей для быстрого переключения между моделями.
Наибольший интерес представляет панель с основными инструментами: набор инструментов выделения (select) — это список инструментов с различными вариантами выделения (обычный, по цвету, по типу, по цвету и типу, по соединению, инвертировать выделение); поворот (hinge) — инструмент для поворота деталей на нужный угол по нужной оси вращения; клонирование (clone) — создание копии выделенной детали; скрытие (hide) — отключение отображения деталей; присоединения (connect) — инструмент, который подсказывает какую часть и куда можно сцепить; коллизии (collision) — инструмент включения или выключения коллизии, который помогает в случаях, когда на реальной модели робота можно сцепить конструкцию из-за некоторого изгиба или люфта деталей, а при трёхмерном построении это не предусмотрено; сцепка (snap) — включение или выключение сцепки деталей; сетка (grid) — варианты сетки, на которой строится модель; рендер (render) — инструмент создания фотореалистичной картинки; стабильности (stability) — инструмент, благодаря котором можно увидеть слабые стороны конструкции в плане прочности (рис. 2); инструкция (instruction) — инструмент создания pdf инструкции; инструменты интернет-платформы «BrickLink» — это доступ к своему аккаунту и «My Studio».
Рис. 2. Отображение стабильности (прочности)
«My Studio» представляет из себя некоторое облако с выгруженными туда своими работами, где всегда их там можно будет найти. Свои работы можно представить на «Studio Gallery», где возможно скачать файл модели, если автор готов им делиться, покрутить её в 3D или запустить пошаговую сборку в 3D.
Благодаря инструменту рендера фотореалистичного изображения (render) модели можно с помощью трёх разных режимов подготовить качественные изображения модели робота в разных ракурсах, в разных степенях проработанности и даже создание анимации пошаговой сборки.
Рис. 3. Изображение после рендера в режиме POV-RAY
В левой части интерфейса программы находится панель с деталями и необходимые инструменты для удобного поиска нужных (фильтры по категориям, поиск). Неприятный момент при поиске деталей заключается в том, что детали все окрашены в один цвет. Это создаёт некоторые сложности при поиске в большом листе деталей.
В правой части располагается панели «Color pallete» и «Step list» Панель «Color pallete» даёт возможность установить любой цвет детали. Панель «Step list» отображает пронумерованный список шагов, где каждый шаг хранит в себе все необходимые детали или даже целую подмодель. В результате эти шаги образуют пошаговую инструкцию.
Последняя часть — это рабочее пространство, область интерфейса, где пользователь строит модель. Тут доступны дополнительные возможности. Например, возможно добавлять окна просмотра (viewport), чтобы видеть модели с разных ракурсов. Кроме того, есть информация о полном названии выделенной детали, номер детали с ссылкой на магазин «BrickLink», кнопки для фильтрации в панели деталей, подходящих для выделенной детали или альтернативных, а также кнопка, которая позволяет скопировать и отзеркалить выделенное.
Отдельно остановимся на инструменте создания инструкций (рис. 4). Это довольно функциональный и понятный инструментарий. Здесь пользователь может изменить шаги и подготовить вёрстку pdf-документа, например: выбрать формат листа, поменять ракурс на каждом отдельном шаге, изменить масштаб, создавать листы (например, титульный лист, лист с деталями и т. д.) и многое другое. Файл модели имеет формат расширения io, где все изменения, происходящие над инструкцией, всегда сохраняются, а если была допущена какая-то ошибка, то можно всегда отредактировать.
Рис. 4. Интерфейс работы с инструкцией
Подытоживая обзор CAD Studio 2.0, конечно, кроме плюсов, заключающихся в сильном функционале есть некоторые минусы. Например, неудобный поиск деталей из-за единого цвета в панели деталей, некоторые баги в сцеплении деталей друг с другом, но критических багов или недоработок, из-за которых нельзя было бы работать — нет. В заключение отметим, что интерфейс не переведён на русский язык, а это дополнительно создаёт проблемы в освоении и так непростых инструментах этого CAD. Программа вышла в свет с июля 2018 года и по сравнению с Lego Digital Designer постоянно обновляется: решаются проблемы, баги, проводится оптимизация, реализуется новый функционал. Знакомить детей с моделированием LEGO роботов, конечно, стоит с LDD, в котором интуитивно понятный интерфейс, простой функционал. Использовать Studio 2.0 следует преподавателям робототехники однозначно в силу его больших функциональных возможностей, которые упрощают работу, а также из-за мощнейшей работы по созданию pdf инструкций, необходимых для новичков в робототехнике. Использование детьми Studio 2.0 следует, если они хорошо изучили LDD и построение трёхмерных моделей у них не вызывает особых сложностей, а также готовы сами приступить к созданию инструкций к своим разработкам, с которыми они готовы поделиться.
Литература:
- Lego Digital Designer для всех [Электронный ресурс] / Inoschool.ru. — URL: http://inoschool.ru/novosti/item/62-bricker-ldd-lego-digital-designer-dlya-vsekh.
- Антипов Д. Н. Трёхмерное моделирование Lego роботов в Lego Digital Designer // Молодой ученый. — 2019. — № 27. — С. 235–238. — URL: https://moluch.ru/archive/265/61340/.
- Studio 2.0 [Электронный ресурс] / «BrickLink». — URL: https://studio.bricklink.com/v2/build/studio.page.
