ІV курс бакалавра, фізико-математичний факультет
Науковий керівник:
Дегтярьова Н.В., кандидат педагогічних наук, доцент Сумський державний педагогічний університет ім. Антона Макаренко
Моделювання широко використовується в різних галузях науки та техніки. При навчанні учнів моделюванню важливо не тільки допомогти їм набути практичний досвід розв’язання різних задач, але й сформувати теоретичне підґрунтя для розуміння самого поняття моделювання та його видів. При дослідженні даної теми, були визначені поняття «моделювання», «тривимірна графіка» та види моделювання такі, як: полігональне, сплайнове, NURBS-моделювання, 3d скульптинг. Ці поняття корисно розтлумачити учням з метою виявлення здібностей до роботи з графікою та визначення учнями майбутньої професії.
Потужні програми комп’ютерної графіки реалізують втілення ідеї в готовий, видимий результат, дозволяють створювати об’ємні моделі будь-якого об’єкта з фотографічною точністю. Зараз, щоб оцінити переваги та недоліки програми, потрібно лише створити в ній об’ємну модель реального об’єкта. Комп’ютерне моделювання широко поширене в різних сферах діяльності людей та заробляє величезну популярність. А особливо велике значення і перспективи має створення комп’ютерних моделей і їх застосування.
Тривимірна графіка або 3d-моделювання – комп’ютерна графіка, що поєднує в собі прийоми і інструменти, необхідні для створення об’ємних об’єктів в тривимірному просторі [1].
Під прийомами варто розуміти способи формування тривимірного графічного об’єкту – розрахунок його параметрів, креслення «скелету» або об’ємної, не деталізованої, форми; витискання, нарощування і вирізання деталей.
Тривимірне моделювання дає дуже точну модель, максимально наближену до реальності. Сучасні програми допомагають досягти високої деталізації. При цьому значно збільшується наочність проекту. Висловити тривимірний об’єкт у двомірної площини не просто, тоді як 3d візуалізації дає можливість ретельно опрацювати і що саме головне, проглянути всі деталі. Це більш природний спосіб візуалізації [2].
Різні науки досліджують об’єкти і процеси під різним кутом зору і будують різні типи моделей. У фізиці вивчаються процеси взаємодії і руху об’єктів, в хімії- їх внутрішню будову, в біології – поведінка живих організмів і т.д.
Основними цілями моделювання є:
- Зрозуміти сутність досліджуваного об’єкта
- Навчитися управляти об’єктом і визначати найкращі способи управління
- Прогнозувати прямі або непрямі наслідк
- Вирішувати прикладні завдання [1].
Моделювання – це процес побудови моделі об’єкта і дослідження його властивостей шляхом дослідження моделі.
Для того, щоб краще розібратися з особливостями тримірного моделювання, треба розглянути найбільш популярні види моделювання.
Полігональне моделювання – це вид 3d моделювання, яке з’явилося в той час, коли для визначення місцезнаходження точки необхідно було вручну вводити її координати по осях X, Y, Z. Якщо три точки координат задати як вершини і з’єднати їх ребрами, то вийде трикутник, який в 3d моделюванні називають полігоном[3].
Сплайнове моделювання – це вид 3d моделювання, при якому модель створюється за допомогою сплайнів (тривимірна крива). Лінії сплайнів задаються тривимірним набором контрольних точок в просторі, які і визначають гладкість кривої. Всі сплайни зводяться до каркасу сплайна, на основі якого вже буде створюватися огинаюча тривимірна геометрична поверхня [3].
Полігональне і сплайнове моделювання можна порівняти за допомогою растрового і векторного зображень: векторне зображення можна масштабувати в будь-яких межах і його якість не буде губитися, а при збільшенні растрового зображення буде губитися якість ліній.
NURBS моделювання або технологія Non-UniformRational B-Spline – це технологія неоднорідних раціональних В-сплайнів, створення плавних форм і моделей, у яких немає гострих країв, як у полігональних моделей. Саме через цю відмінною риси технологію NURBS застосовують для побудови органічних моделей і об’єктів (рослин, тварин, людей)[4].
3d-скульптинг він же «цифрова скульптура» являє собою імітацію процесу «ліплення» 3d моделі, тобто деформування її полігональної сітки спеціальними інструментами – пензликами. Можна провести аналогію з ліпленням фігур руками з пластиліну або глини. Тільки в програмах 3d моделювання пальці замінені на інструмент «пензлик», а «пластиліном» є полигональная сітка.
3d-скульптинг справив великий вплив на такі ключові сфери 3d-моделювання:
- Безпосередньо саме моделювання.
- Текстурування.
- Низькополігональних моделювання [2].
Програмами-представниками даного виду моделювання є «ZBrush», «Sculptris», «AutodeskMudbox» і ін.
Таким чином, можна зробити наступний висновок. При створенні моделей не складної форми краще використовувати полігональне моделювання. Для отримання гладкої форми нескладних об’єктів – сплайнова або NURBS моделювання, або полігональне з використанням інструментів згладжування.
При створенні складних біологічних організмів зручніше використовувати 3d- скульптинг. Коли ж необхідно створити точну модель з необхідними зазорами і урахуванням фізичних властивостей матеріалу, то тут найбільш підходять методи промислового моделювання.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ:
- 3D-моделювання та візуалізація. URL: https://koloro.ua/ua/3d-modelirovanie-i-vizualizaciya.html(дата звернення 11.11.2019).
- Сфериреалізації 3D-моделювання // 3D-моделювання: програми та реалізація – URL: https://sites.google.com/site/3dmodeluvana/realizacia-3d-modeluvanna-sferi-ta (дата звернення 01.12.2019).
- 3D-моделювання: програми та реалізація // 3D-моделювання. URL:https://sites.google.com/site/3dmodenaprogramitarealizacia/(дата звернення 29.11.2019).
- Програми для 3D моделювання. URL:https://uk.soringpcrepair.com/programs-for-3d-modeling/(дата звернення 11.11.2019).