В статье автор рассматривает процесс создания 3D-моделей в программе Rhinoceros. Создаёт объёмные геометрические фигуры, тренажёр для вычислений и затем распечатывает их на 3D-принтере. Полученные 3D-модели можно использовать на уроке математики в начальной школе.
Ключевые слова: 3D-модель, 3D-печать, программа Rhinoceros .
Актуальность выбранной темы обусловлена практически повсеместным использованием трехмерной графики в различных отраслях и сферах деятельности, знание которой становится все более необходимым для полноценного развития личности. Сегодня умение создавать объекты востребовано в самых разных областях: дизайне, кинематографе, производстве компьютерных игр, машиностроении, ювелирном деле, дизайне интерьера, медицине и т. д.
В наше время появляется много новых профессий, в которых можно проявить свои творческие способности. Особенно много профессий возникает на стыке искусства и компьютерных технологий. Например, художники, скульпторы и архитекторы становятся 3D-моделлерами, что открывает перед ними совершенно новые возможности. Но чтобы стать профессионалом, необходимо много и упорно работать и все время обучаться.
Мой отец занимается 3D-графикой уже много лет. Последние годы он работает над созданием 3D-моделей ювелирных изделий. Это очень увлекательно! Всегда можно проявить фантазию, но, кроме новых идей, нужны колоссальные знания в работе с программами для моделирования. Мне всегда было интересно, как создаются 3D-модели, какая программа необходима для такой работы и смогу ли я сам создать 3D-модель.
Объект исследования: 3D-моделирование и 3D-печать.
Предмет исследования: процесс создания 3D-моделей.
Наше исследование проводится с целью изучить процесс создания 3D-моделей и попытаться создать свои объемные модели. Мы предполагаем, что, даже обладая базовыми знаниями программы, к примеру, Rhinoceros, можно создать несложные объемные модели, затем распечатать их на 3D-принтере и получить предметы, которые можно использовать, к примеру, на уроке математики в начальной школе.
Мы часто слышим сочетание 3D, даже не задумываясь над смыслом. На самом деле, 3D — это сокращение английского 3-dimensional, что переводится как «три размера». Основной смысл этого термина: переход из схематического, плоского пространства в трехмерное, более реалистическое. Такая визуализация нашла свое применение в создании объемных образов. [6]
Для того чтобы понять как, умея пользоваться компьютером, создать 3D-модель, я обратился за информацией в интернет. Оказывается, существует множество программ для работы с 3D-графикой в свободном доступе. Также на приобретение некоторых из более популярных программ с широкими возможностями нужны колоссальные затраты финансов, вот некоторые из них: Maya, Blender, ZBrush, 3dsMax, Rhinoceros.
Но это еще не всё: когда программа уже приобретена и установлена на ПК (персональный компьютер), перед нами стоит сложнейшая задача — научиться обращаться с множеством инструментов и дополнений. Большинство программ для 3D-моделирования на английском языке, а как я узнал из статей, переведенные на русский язык менее удобны. Выходит, чтобы работать хотя бы в одной программе, необходимо знание английских слов, а также желание постоянно обучаться и терпение. Но прежде, чем мы приступим к практике, ознакомимся для начала с основными понятиями.
3D-моделирование — это процесс формирования виртуальных моделей, позволяющий с максимальной точностью продемонстрировать размер, форму, внешний вид объекта и другие его характеристики. По своей сути это создание трехмерных изображений и графики при помощи компьютерных программ. Современная компьютерная графика позволяет воплощать очень реалистичные модели, кроме того, создание 3D-объектов занимает меньше времени, чем их воплощение. 3D-технологии позволяют представить модель со всех ракурсов (в том числе и в разрезе, внутренне строение) и устранить недостатки, выявленные в процессе её создания. [5]
3 D -печать — это построение реального объекта по созданному на компьютере образцу 3D-модели. Цифровая трёхмерная модель сохраняется в специальном формате, после чего 3D-принтер, на который выводится файл для печати, формирует реальное изделие. Сам процесс печати — это ряд повторяющихся циклов, которые непрерывно следуют один за другим: на первый слой материала наносится следующий, затем следующий и так до тех пор, пока на рабочей поверхности ни окажется готовое изделие. [7]
3D-моделирование играет важную роль в жизни современного общества. Трехмерные модели — это обязательный элемент проектирования современных транспортных средств, интерьеров, архитектурных моделей и т. д.
В медицине 3D-визуализация развивается в двух направлениях: компьютерная томография и протезирование. Сканирование в 3D-формате помогает обнаружить заболевания на ранних стадиях и вовремя приступить к лечению. Протезирование позволяет создавать идеальный имплант. Кроме этого, такая технология помогает смоделировать слуховой аппарат, протез конечности и даже искусственный сердечный клапан. (Рис.1) Широко используется 3D-моделирование в стоматологии. [6]
Рис. 1. Протез руки
3D-моделирование в архитектуре и строительстве . Наглядность — золотое правило архитектурного проектирования, а с применением 3D-технологий архитекторы получают возможность качественно улучшить, ускорить и упростить процессы моделирования. [3] (Рис.2)
Рис. 2. Дом
Если раньше иметь представление, каким, например, будет спроектированный дом и всё, что находится внутри него, можно было лишь по рисункам или же чертежам, то сегодня стало возможным создавать объемные реалистичные изображения внутреннего дизайна интерьера . И все это благодаря компьютерному 3D-моделированию, которое отличается практически фотографической точностью. [4] Можно увидеть будущее помещение в мельчайших деталях, вплоть до цвета и узоров на стенах и ковровых покрытиях. (Рис.3)
Рис. 3. Дизайн интерьера
В изготовлении ювелирных изделий очень важна визуализация до того, как готовое украшение попадет на витрины или же к заказчику. Помимо самого дизайна, 3D-моделирование позволяет контролировать и устранять любые погрешности, просчитывать вес и стоимость изделия до его появления на свет. (Рис.4)
Рис. 4. Кольцо
3D-моделирование в промышленности и машиностроении позволяет максимально точно и в любых масштабах создавать абсолютно все детали и механизмы, а анимация — воссоздавать работу и устранять возможные погрешности и ошибки. (Рис.5)
Рис. 5. Самолет
3D-моделирование в кинематографе совершенно не требует комментариев, никого уже не удивишь «настоящими» динозаврами, космическими пришельцами с идеальной мимикой и движениями — и все это благодаря компьютерной графике. (Рис.6)
Рис. 6. Нейтири из фильма «Аватар»
3D-моделирование в создании компьютерных игр позволяет создавать совершенно уникальных или же, наоборот, всеми узнаваемых персонажей в любой фантастической локации абсолютно реалистично. (Рис.7)
Рис. 7. Компьютерная игра
3D-моделирование как помощник в школе.
Современные компьютерные технологии предоставляют огромные возможности для развития процесса образования. Использование 3D-моделей реальных предметов — это важное средство для передачи информации, которое может повысить эффективность обучения, успешно использовать при проведении докладов и презентаций. [2] Благодаря таким наглядным примерам и пособиям ученикам намного легче представлять и понимать строение и внутреннее устройство различных предметов и живых организмов. Такие наглядные пособия в электронном варианте или напечатанные на 3D-принтере будут отличными «помощниками» для учителей, как в начальной школе, так и в старших классах.
Дети в начальной школе очень хорошо усваивают материал, когда его преподносят в форме игры. Если же, к примеру, на уроке математики проходят объёмные фигуры, многогранники, и есть возможность продемонстрировать манипуляции с этими объектами на экране монитора, подача темы будет более интересной, а усвоение материала — более эффективным. Возможность увидеть развертку фигуры, вращать ее с помощью мыши, соединять с другими фигурами, заключать одни фигуры внутрь других или же менять форму объемного тела поможет развивать пространственное мышление. (Рис.8) Также благодаря креативным идеям и новым технологиям изучение таблицы умножения и устный счет могут стать более простыми и интересными. (Рис.9)
Рис. 8. Объемные геометрические фигуры
Рис. 9. Тренажёр для вычислений
Изучив теоретический материал, мы перешли к практическому исследованию темы. Для этого мы составили анкету для учащихся моего класса с целью определения, знают ли они, что такое 3D-моделирование и 3D-печать, и выяснить, сталкивались ли они, на их взгляд, с результатами этих процессов в своей жизни.
В нашем классе 24 ученика. Мы предложили одноклассникам ответить на 4 вопроса. В опросе приняло участие 20 человек. На вопросы предлагалось ответить «да» или «нет».
Подведём итоги по результатам опроса.
Вопрос № 1 представлен на рис. 10.
Рис. 10. Вопрос № 1
Вопрос № 2 представлен на рис. 11.
Рис. 11. Вопрос № 2
Вопрос № 3 представлен на рис. 12.
Рис. 12. Вопрос № 3
Вопрос № 4 представлен на рис. 13.
Рис. 13. Вопрос № 4
Вывод: большая часть одноклассников знакомы с понятиями современных технологий 3D-моделирование и 3D-печать и замечали трехмерные объекты вокруг себя.
Я решил создать несложные 3D-модели, чтобы применить свои знания и получить опыт. Для того чтобы полученный графический объект можно было использовать, к примеру, на уроке математики, после создания в электронном варианте их необходимо при помощи 3D-принтера распечатать из жидкого полимера.
За помощью я обратился к отцу. Так как базовые знания у меня имеются только в программе Rhinoceros , мы начали моделирование для начала геометрических фигур именно в этой программе.
Папа объяснил мне, что перед работой нам обязательно нужно знать точные размеры объекта: длина, ширина, толщина, а также все детали. Папа уточнил, что это называется ТЗ (Техническое задание). Сначала я сделал куб с гранью 50 мм (Рис.14), это оказалось довольно просто, затем — пирамиду и конус. (Рис. 15) Было увлекательно и приятно понимать, что то, что я изучал, удалось применить.
Рис. 14. Куб
Рис. 15. Пирамида и конус
Затем задача усложнилась: мы решили создать пластиковый тренажер для устного счета и закрепления таблицы умножения, чтобы потом отправить эту не совсем простую 3D-модель на печать.
Сначала мы тщательно изучили изображение (Рис. 9) и составили ТЗ. Мы представили, как устроен тренажер и из скольких деталей он состоит. Оказалось, что тренажер представляет собой цилиндр длиной в 110 мм (11 см), по бокам его расположены колпачки-заглушки, а для выполнения вычислений нам необходимы 6 десятиугольных насадок на цилиндр.
Мы приступили к работе.
Рис. 16
Распечатка на 3D-принтере деталей из жидкого полимера для тренажёра.
Рис. 17
Вот какой тренажёр для вычислений у нас получился.
Рис. 18
Процесс создания компьютерных 3D-моделей занял около 4-х часов, само выращивание на 3D-принтере — больше 20 часов.
Мне понравилось работать над созданием 3D-моделей. Очень увлекательно видеть, как из линий при помощи необходимых инструментов появляется объемный предмет. Я планирую продолжить работу и научиться создавать более сложные 3D-модели. А еще стало понятным: если приложить определенные усилия и проявить терпение, можно научиться создавать объемные объекты на компьютере, даже будучи учащимся начальной школы.
Выводы:
Во-первых , в процессе работы передо мной стояла задача ознакомиться с информацией по данной теме. Я узнал, что существуют специальные программы для 3D-моделирования. Мне стало понятно, что для создания 3D-моделей недостаточно простых навыков работы за компьютером. Использование хотя бы одной программы требует немалых усилий, знания большого количества английских слов, умения представлять предметы в пространстве и понимания, как они устроены, а также внимания и упорства.
Во-вторых , можно сделать вывод, что занятие 3D-моделированием помогает развивать творческие способности. Также мы выяснили, что если применять новые технологии для усвоения школьной программы, развивается познавательный интерес и улучшается восприятие и усвоение материала.
В-третьих , мы сумели достичь цели нашего исследования. У нас получилось создать 3D-модели и вырастить их на 3D-принтере.
Пройдя такой путь, смело могу сказать, что увлечение 3D-моделированием повлияет на выбор моей будущей профессии.
Литература:
- Ермолаева, А. А. Моделирование на уроках в начальной школе. — Москва: Глобус; Волгоград: Панорама, 2009. — 144 с.
- Внедрение 3d моделирования в учебный процесс (на примере программы PaperFolding 3d — оригами). Электронный ресурс. Режим доступа: https://school-science.ru/3/4/33149
- 3D в архитектуре. Электронный ресурс. Режим доступа: https://zen.yandex.ru/media/id/5c920ee6f5689c00b3d993da/3d-v-arhitekture-5ce47535fb990000b394ce98
- 3D моделирование в современном дизайне интерьера. Электронный ресурс. Режим доступа: https://dekormyhome.ru/remont-i-oformlenie/3d-modelirovanie-v-sovremennom-dizaine-interera.html
- 3D моделирование что это и для чего нужно? Электронный ресурс. Режим доступа: https://websoftex.ru/3d-modelirovanie-chto-eto-i-dlya-chego-nuzhno/
- Что такое 3д моделирование, или как мечты превратить в реальность. Электронный ресурс. Режим доступа: https://proudalenku.ru/3d-modelirovanie/
- Центр Магеллан. Электронный ресурс. Режим доступа: http://parusa-magellana.ru/3d-tehnologii
