Методическая разработка 3 D моделирование в прикладном конструировании

3 D моделирование в прикладном конструировании

(для руководителей детских творческих объединений)

Автор: педагог дополнительного

образования Коляда Ю.В.

г. Сальск 2017г.

В последнее время трехмерная графика все шире используется в самых разнообразных областях человеческой деятельности. Так, например, конструирование модели практически всегда связано с ее применением. В этом нет ничего удивительного, ведь возможности современных компьютеров и программного обеспечения позволяют нам создавать изображение будущей модели, которое по качеству мало, чем отличается от натурального изделия.

Разумеется, для выполнения подобной работы требуются определенные навыки, для получения которых для получения которых необходимо потратить время и силы, но это того стоит. Специалисты в области моделирования всегда смогут найти применение своим навыкам.

Программа 3 DS MAX по праву занимает одно из лидирующих мест программ - редакторов трехмерной графики. Она является универсальным редактором. Это означает, что в ней нет каких либо рамок или ограничений для творчества.

Данная разработка предназначена для учащихся детского объединения. Практическая работа рассчитана на 16 часов.

Все виды работ выполняются в мастерской.

Цель работы:

• Познакомить воспитанников с основами компьютерного моделирования, инструментами и материалами, используемыми при изготовлении модели

• Овладеть знаниями о технических устройствах

Задачи:

• Развить интерес в области конструирования моделей

• Развить познавательную и мыслительную деятельность

• Воспитание всестороннего интереса к технике, творческого отношения к труду

• Воспитание чувства взаимоуважения и взаимовыручки между воспитанниками

Работа рассчитана на учащихся 10-14 лет.

В данной методике рассмотрим конструирование модели джипа, предназначенного для полевых работ, используя программу 3DS MAX.

Преимущество данной программы заключается в том, что конструирование джипа ведется виртуально на компьютере и в случае возникновения ошибок, которые всегда имеют место при проектировании, возможно возвращение к исходному этапу для её устранения.

В результате использования программы создаются модели, состоящие из определенного набора геометрических объектов, которые являются трехмерными, т.е. описываются тремя координатами. Упрощенно эти координаты можно назвать длиной, шириной и высотой.

Любая модель формируется с использованием стандартного алгоритма.

Конечным результатом, завершающим работу над статической трехмерной моделью, является «картинка»- графический файл изображения. Результаты визуализации могут быть перенесены на бумагу, картон (изготовление шаблонов), видео, диски и т.д.

При создании трехмерной графики можно выделить основные этапы работы. Кратко они перечислены на схеме:

1 этап:

моделирование (создание геометрии)

Один из основных этапов работы, характеризующийся требованием наличия значительных навыков и знаний основных команд и инструментов среды 3DS MAX. Причем реально учитывается именно геометрия тел, а не их физические свойства или взаимодействия – эти понятия лишь имитируются. По результатам моделирования в дальнейшем займемся изготовлением шаблонов.

2 этап:

назначение материалов

Реальность получаемой модели в значительной степени зависит от используемых материалов и примененных в них текстурных карт – изображений имитирующих фактуру металла, дерева ит.п. Многочисленные параметры редактора материалов дают неограниченные возможности в отладке и настройке фотореалистичности сцены, приближению изображений к натуральности реального мира.

3этап:

изготовление элементов конструкции

На этом этапе осуществляется непосредственное изготовление элементов модели джипа из материала (фанеры) по разработанным ранее (на первом этапе) шаблонам.

4 этап:

Сборка, покраска, тюнинг, контроль качества готового изделия.

При проектировании и изготовлении модели джипа руководитель распределяет обязанности среди воспитанников с учетом индивидуальных особенностей каждого и вносит коррективы в процесс изготовления, поскольку детям требуется помощь на всех этапах.

Описание процесса конструирования модели.

Нет ничего более увлекательного при работе с программами трехмерного моделирования, чем создание объемных объектов. Именно в процессе моделирования обретают форму фантазии и мечты. За основу формирования объектов модели возьмём сплайновое моделирование. Что такое сплайны? Это двумерные геометрические фигуры, такие, как прямоугольники, звезды, круги, эллипсы и т.п. Рассматривая сплайны, мы будем оперировать такими понятиями, как вершины и сегменты. Вершины – это точки, расположенные на сплайне и различающиеся по типу. Сегмент – часть линии сплайна между двумя соседними вершинами. Степень кривизны сегмента определяется типом вершин, к которым он прилегает. В нашем проекте мы будем использовать два типа вершин:

• Угловая – к такой вершине примыкают прямые сегменты

• Сглаженная – кривая сплайна проводится с изгибом и имеет одинаковую кривизну с обеих сторон

Такое разнообразие типов вершин позволяет очень гибко создавать сплайны любых форм. Необходимо обратить внимание на следующие рекомендации по использованию типов вершин:

• Если нужно построить фигуру с изломами по пути следования сплайна – используются вершины «угловая»;

• При необходимости плавного искривления сплайна применяйте вершины «сглаженная».

Приступим к построению первого фрагмента нашей модели, являющегося несущим элементом всей конструкции – рамы (каркаса модели).

Каркас представляет собой фигуру с изломами, поэтому для построения воспользуемся замкнутым сплайном с угловыми вершинами.

Воспользуемся модификатором «Выдавить». Он выдавливает созданный замкнутый контур на заданную толщину, создавая объемную фигуру.

Метод выдавливания основан на принципе «сечение + высота», где сечение мы создаем при помощи сплайна, а высоту добавляем, применяя специальный модификатор. При помощи этого метода можно создать любую модель, форма которой описывается сечением и высотой.

Переходим к построению второй детали модели – боковины.

Рисуем вновь замкнутый контур, используя угловые и сглаженные вершины. Выдавливаем плоскую фигуру. В результате получаем:

Построение переднего нижнего бампера.

В местах сопряжения этих деталей (двух боковин, переднего нижнего бампера, лобового стекла и багажника) должны бать прямоугольные вырезы:

Для применения вырезания в сопрягаемых деталях воспользуемся моделированием на основе составных (булевых) объектов. Применяя булеву операцию, мы можем вырезать форму одного исходного объекта из формы другого.

Применяя последовательно к указанным выше объектам операцию вырезания формы одного из формы другого, получим:

Аналогично создаем формы остальных деталей джипа.

Задний корпус джипа:

Из созданных элементов конструкции осуществляем 1 виртуальную сборку нашего автомобиля:

Довольно неплохо.

Продолжаем работать над созданием модели автомобиля.

Создаем контур заднего бампера, выдавливаем, вырезаем сопрягаемые с другими элементами проемы, вообще все повторяем:

Продолжаем создавать необходимые для полной комплектации автомобиля элементы конструкции:

Осуществим виртуальную сборку автомобиля из разработанных нами деталей, и вот что у нас получилось:

Все детали для нашего автомобиля готовы. Распечатаем в масштабе 1:1 и наклеим бумагу на картон. Вырежем наклеенные детали, получим искомые шаблоны для изготовления нашего джипа.

Используя полученные шаблоны и карандаш, переводим детали на фанеру и выпиливаем полученные элементы конструкции.

Полученные детали тщательно обрабатываем надфилями и шлифовальной шкуркой, подгоняем сопрягаемые места.

Используя для наглядности наш виртуальный объект, осуществляем сборку автомобиля, с применением клея.

Еще раз осуществляем доводку автомобиля, используя шлифовальную шкурку.

И, наконец, завершающий этап: оформление модели.

Воспитанникам предлагается самостоятельно выбрать способ оформления:

• Раскрасить автомобиль и скрыть его лаком

• Сохранить красоту структуры материала и покрыть автомобиль лаком.

• Готовую работу не подвергать декоративной отделке.

Модель автомобиля готова.

Данная поделка выполнена воспитанниками социально-реабилитационного центра по результатам компьютерного моделирования из фанеры толщиной 4 мм.

Используемая литература:

• Дэвид Кальвик «3ds Max .Осваиваем на практике создание трехмерных миров» 2006

• Валерий Плаксин «Проектирование бумажных моделей в 3 DS MAX» 2007

• Кэли Мэрдок «3DS MAX. Библия пользователя» 2005

• Книга от разработчиков3 «Официальный курс обучения пакету 3DS MAX» 2008

• Владимир Верстак «3ds Max 2009.Секреты мастерства» 2009

• С.Бондаренко, М.Бондаренко «Трюки и эффекты 3ds max» 2007

• Ольга Миловская «3ds max экспресс курс» 2005