От ремесла к современным технологиям. Сравнительный анализ изготовления нагрудного украшения ручным способом и при помощи компьютерного моделирования и прототипирования.

НАГРУДНОЕ УКРАШЕНИЕ.

ТЕХНИКИ ПРОШЛОГО И ТЕХНОЛОГИИ БУДУЩЕГО.

Данная работа – это попытка разобраться в восприятии человеком предметов ручной работы и изготовленных с применением современных компьютерных технологий, использования программ 3D-моделирования на примере нагрудного украшения.

Актуальность темы исследования обусловлена познавательными и творческими интересами автора проекта и связаны с увлечением старинными ремеслами и современными информационными технологиями.

Проблема: факт того, что сегодня для подавляющего большинства школьников отношение к ручному творчеству и изучению ремесел прошлого рискует утратить важную роль, которую они играли в жизни предыдущих поколений, но в то же время растет интерес к развитию современных компьютерных технологий.

Цель исследовательской работы: изготовить нагрудное украшение в ручной технике и средствами 3Д моделирования.

В процессе разработки исследовательского проекта были поставлены такие задачи:

1. Изучить историю и виды ручных ремесел, которые использовались для изготовления нагрудных украшений.

2. Изучить возможности 3D-моделирования для создания нагрудного украшения.

Методы исследования: изучение и обобщение теоретических знаний вопроса; опрос сверстников и взрослых, на выявление предпочтений, моделирование изделий, собственное сравнение полученных украшений разными способами.

Результатом исследовательской части работы является письменный отчет, презентация, результатом творческой части – нагрудное украшение ручной работы и изделие, напечатанное на 3D-принтере.

ВВЕДЕНИЕ.

Желание человека украшать себя появилось раньше, чем необходимость одеваться. Археологи утверждают — уже на рисунках эпохи недолита изображены обнаженные женщины с длинными ожерельями и нагрудными подвесками (нечто вроде современных кулонов). Первые украшения были сделаны из листьев, корешков, перьев, ракушек и очень редко — из камней. По мере развития ремесел человек искал новые технологии и новые материалы.

Развитие компьютерной графики позволило иметь возможность довольно широкому кругу лиц применить современные технологии в различных сферах и производствах. Получив свое начало в не таком далеком прошлом, компьютерная графика успела освоить большой и тернистый путь. Все началось с банальных или весьма экзотических мотивов, которые легли в основу и положили важнейшие инструментарии настоящего компьютерной графики, без которой уже немыслима цивилизация.

Данная работа – это попытка разобраться в восприятии человеком предметов ручной работы и изготовленных с применением современных компьютерных технологий, использования программ 3D-моделирования на примере нагрудного украшения.

Актуальность темы исследования обусловлена познавательными и творческими интересами автора проекта и связаны с увлечением старинными ремеслами и современными информационными технологиями.

Проблема: факт того, что сегодня для подавляющего большинства школьников отношение к ручному творчеству и изучению ремесел прошлого рискует утратить важную роль, которую они играли в жизни предыдущих поколений, но в то же время растет интерес к развитию современных компьютерных технологий.

Цель исследовательской работы: изготовить нагрудное украшение в ручной технике и средствами 3Д моделирования.

В процессе разработки исследовательского проекта были поставлены такие задачи:

1. Изучить историю и виды ручных ремесел, которые использовались для изготовления нагрудных украшений.

2. Изучить возможности 3D-моделирования для создания нагрудного украшения.

Методы исследования: изучение и обобщение теоретических знаний вопроса; опрос сверстников и взрослых, на выявление предпочтений, моделирование изделий, собственное сравнение полученных украшений разными способами.

Результатом исследовательской работы является письменный отчет, презентация, а также творческая работа – нагрудное украшение ручной работы и изделие, напечатанное на 3D-принтере.

1. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА.

I.I История нагрудных украшений.

История украшений насчитывает много тысячелетий. 

Древние люди "цепляли" на себя различные предметы, которые находили во время поисков камней для орудий труда. Конечно, для украшений годились не любые гальки и веточки: отбирали только редкие и красивые, с точки зрения первобытного человека, экземпляры. Наши предки считали все окружающие предметы живыми, а те, что отличались особым совершенством, - высшими существами, наделёнными магической силой. Эта вера придавала украшениям статус оберегов. Талисманы, изготовленные из рогов, зубов и костей животных, должны были приносить удачу и счастье. И, чем труднее было поймать и убить зверя, тем ценнее был амулет, сделанный из его останков. Украшения из более доступных материалов: ракушек, косточек плодов, цветов, носили не только на руках и шее, но и на ногах, и на талии. Некоторые постоянно, другие предназначались для ритуалов и праздников. Наиболее древние, из найденных археологами, - бусины из раковин морских моллюсков с отверстием для шнурка датируют возрастом 100-135 тыс. лет. [1]

Шейные украшения - самые древние из найденных имеют возраст более 100 тыс. лет и некогда представляли собой нанизанные на шнурок раковины морских моллюсков.

Первые из шейных украшений - кулоны и подвески, их делали из зубов животных или камней и носили как амулеты, наделяя магическими свойствами. И, чем больше было амулетов, тем более защищённым чувствовал себя их первобытный владелец, тем больше счастья и удачи ему "светило". Так появились бусы и ожерелья.

Как только люди научились обрабатывать металл (ок. 8 тыс. лет назад), появились бронзовые украшения в виде обручей из толстой проволоки-жгута без застёжки, со сближенными или заходящими друг за друга концами. Их носили в разных странах либо женщины, либо мужчины, либо те и другие. К этому времени разные виды шейных украшений уже обрели определенный смысл, и их роль полностью сформировалась.

У древних египтян украшения на шею были призваны защитить сердце, которое считалось чрезвычайно важным органом. Сама их форма - круг - олицетворялась с солнечным диском бога Ра. Широкие нагрудные украшения, получившие название "пектораль" (от лат. pectus - грудь) с изображениями событий из жизни Исиды, Гора и Осириса носили только фараоны и члены царских семей. Ценность украшения всегда определялась его редкостью и трудностью изготовления.

Пекторали были не только у египтян. В 1971 году в Украине была найдена золотая пектораль IV века до н. э., принадлежавшая скифскому царю. Уникальность этой находки не только в её древности, но и в потрясающем мастерстве, с которым она сделана: на ее полукруглой серповидной поверхности фигурки животных и людей в разных позах образуют чудесный ажурный рисунок, они отлиты из золота с невероятной точностью и художественным вкусом.

На Руси получили распространение в основном бусы и ожерелья (от общеславянского gerlo в значении "горло"), которые делали из составленных в сложные узоры и оправленных в золото эмалей, украшали драгоценными камнями в высоких коронках и жемчугом. Перед рождением ребенка на семейном совете решалось какие украшения и из какого камня ему носить. Когда ребенок рождался, на него надевали нитку с бусами или бисером. По мере взросления украшений у человека становилось больше, и их количество говорило о благополучии и положении в обществе [2]

Одним из популярнейших материалов для изготовления шейных украшений было стекло, которое ценилось наравне с ювелирными камнями, поэтому часто можно увидеть его в одном украшении с сапфирами и изумрудами. Самая старая стеклянная бусина найдена в районе Фив в Египте, ей около пяти с половиной тысяч лет. С появлением различных техник обработки, стекло стало чрезвычайно распространено и из Египта попало в другие страны. Римские стеклодувы делали каждую бусину из нескольких пучков стекла разного цвета, создавая сложный узор, надпись и даже портрет.

Украшения обязательно входят в сферу деятельности любого народа и тем самым характеризуют его наклонности, возможности, духовные горизонты и исторические стадии развития материальной культуры. Сквозь века и эпохи до нас дошли сюжеты, приемы обработки природных материалов, традиции и стили. Первые украшения были изготовлены из кости, ракушек и перьев. Затем – из глины, стекла, благородных металлов и драгоценных камней. Интенсивное культурное перемешивание привело к образованию новых стилей и технологий обработки материалов, а также появлению высокохудожественных образцов на экспорт, изготовление которых началось уже в VII в. до н. э.

I.II История вязания крючком.

Вязание крючком — процесс ручного создания полотна, кружева или одежды из нитей с помощью вязального крючка.

Это издавна известное занятие, которое продолжает оставаться популярным в наши дни, благодаря возможности быстро и легко создавать как одежду целиком, так и элементы ее отделки, а также салфетки, скатерти, украшения, игрушки и многое другое.

По мнению мировой путешественницы и специалистки в области вязания крючком Annie Potter - искусство вязания крючком было создано в XVI веке. [3]

Другая исследовательница, Lisа Paludan из Дании, которая ограничила свой поиск истоков вязания крючком территорией Европы, выдвинула 3 теории.

1) Вязание крючком появилось в Аравии, затем направилось на восток до Тибета и на запад до Испании, откуда следовали торговые маршруты в другие страны средиземноморья.

2) Впервые узнали о вязании крючком из Южной Америки, где первобытные племена использовали связанные крючком украшения.

3) В Китае впервые появились связанные крючком куклы.

В заключении Lisа Paludan считала, что нет верных доказательств того, насколько искусство вязания крючком является древним, и откуда оно возникло. Нет доказательств того, что вязание крючком существовало в Европе до 1800 г.

Исследователи же считают, что вязание крючком, скорее всего появилось в XIX веке как род вышивки тамбуром, с использованием очень тонких крючков. Метод состоял в том, что холст сильно натягивали на основу. Под холстом держали рабочую нить. Тонким крючком пронизывали холст и, захватив петли рабочей нити, протягивали их через него вверх. Пока петля была все еще на крючке, его вставляли чуть подальше и создавали другую петлю рабочей нити. Затем ее пронизывали через первую петлю для создания цепочки.

В Европе вязание крючком начало развиваться в начале XIX века. Оно получило мощный толчок от Мадемуазель Риего де ла Бланшардье, которая была известна тем, что умела превращать старомодной иглой кружева в модели, связанные крючком. Риего уверяла, что она придумала кружевное вязание - сегодня его называют ирландским кружевом. В то время было издано много книг с ее схемами, чтобы женщины имели возможность их копировать.

Вязание крючком в России распространилось с конца XIX века. Рукодельницы в основном вязали кружева, используя для них узоры из ткачества и вышивки крестом.

I.III История развития трёхмерного моделирования

Первые вычислительные машины не имели отдельных средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений. Программируя память первых электронных машин, построенную на основе матрицы ламп, можно было получать узоры. В 1961 году программист С. Рассел возглавил проект по созданию первой компьютерной игры с графикой. Создание игры («Spacewar!») заняло около 200 человеко- часов. Игра была создана на машине PDP-1. В 1963 году американский учёный Айвен Сазерленд создал программно- аппаратный комплекс Sketchpad, который позволял рисовать точки, линии и окружности на трубке цифровым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый векторный редактор, реализованный на компьютере. Также программу можно назвать первым графическим интерфейсом, причём она являлась таковой ещё до появления самого термина. В середине 1960-х гг. появились разработки в промышленных приложениях компьютерной графики. Так, под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертёжную машину. В 1964 году GeneralMotors представила систему автоматизированного проектирования DAC-1, разработанную совместно с IBM. В 1964 году группой под руководством Н. Н. Константинова [1] была создана компьютерная математическая модель движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка», который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер. В 1968 году существенный прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее, электронно-лучевой трубке.

Компьютерная графика делится на множество категорий, которые применяются в различных сферах применения. Двухмерная компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.

• Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.

• Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

• Фрактальная графика. Построение изображений с помощью фракталов.

• Трёхмерная графика оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх. В трёхмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники. Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют матрицы. В компьютерной графике используется три вида матриц: матрица поворота, матрица сдвига, матрица масштабирования. Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/масштабированный относительно исходного. Ежегодно проходят конкурсы трёхмерной графики, такие как Magicknext-gen или DominanceWar.[4]

Первым устройством, предназначенным для создания 3D-моделей, стала SLA-установка, запатентованная американцем Чарльзом Халлом в 1986 году. Именно в ней был впервые реализован принцип послойного наращивания объектов, лежащий в основе работы ЭБ-принтера. Вскоре созданная Халлом фирма 3D Systemsвыпустила первое устройство ЭБ-печати, получившее название «StereolithographyApparatus».

В 1990 г. был продемонстрирован новый способ печати объемных объектов - метод наплавления, разработанный создателем компании StrayasysСкоттом Крампом и его женой. В 1995 году появилась модификация струйного принтера, позволившая создавать объемные изображения в специальной емкости. Затем возникла технология PolyJet, задействующая в качестве материала для печати фотополимерный жидкий пластик и значительно снизившая цену создания трехмерных изображений. Технологии трехмерной печати стремительно развиваются, давая возможность создания готовых изделий с использованием все более компактных 3D-принтеров.

Выделяются две основных разновидности ЗD-печати: лазерная и струйная.

К числу технологий лазерной печати относятся:

• Лазерная стереолитография, при которой фотополимер засвечивается ультрафиолетовым лазером либо ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, изменяющийся с каждым новым слоем. Под указанным воздействием жидкий полимер крепнет, становясь достаточно прочным пластиком.

• Лазерное сплавление, в ходе которого лазер осуществляет сплавление металлического или пластикового порошка, наслаивая контур будущей детали.

• Ламинирование, при котором реализуется создание детали из нужного количества слоев рабочего сырья, постепенно накладываемых друг на друга и склеиваемых (причем лазер осуществляет вырезание в каждом контуре сечений будущей детали).

Технологии струйной 3D-печати включают в себя:

• Застывание материала при охлаждении: посредством раздаточной головки на охлаждаемую платформу-основу выдавливаются капли разогретого термопластика, которые, быстро застывая и слипаясь друг с другом, формируют пласты будущего объекта.

• Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы, отличающаяся от предыдущего способа тем, что пластик отвердевает под воздействием ультрафиолета.

• Склеивание или спекание порошкообразного материала, при котором порошковая основа склеивается поступающим из струйной головки жидким либо клеящим веществом, причем есть возможность воспроизведения окраски детали с использованием веществ различных цветов.

• Применение густых керамических смесей в качестве самоотверждающегося материала для печати архитектурных моделей.

• Осуществляемое с помощью биопринтеров печатание структур будущих трехмерных объектов каплями с содержанием живых клеток, дальнейшие изменения которых обеспечивают окончательное создание объекта. Развитие подобной технологии дает возможность выращивания полноценных органов, что уже используется в медицине для создания имплантатов костей, включая позвонки, лопатки, части черепа и др.

Программа, которая конвертирует трехмерную модель в компьютере в управляющий код для 3Б-принтера, называется слайсером (от английского «toslice» - «резать слоями»). Каждый слой состоит из периметра и/или заливки. Модель может иметь разную долю заполнения заливкой, либо вообще может физически отсутствовать (в этом случае речь идет о пустотелой модели). На каждом слое происходят перемещения по осям XYс нанесением расплава материала. После печати одного слоя происходит перемещение по оси Zна пласт выше, печатается следующий и так далее.

Технология 3D-печати имеет поистине грандиозные перспективы развития. Ее применение открывает широкие возможности автоматизации производства, производства точного, детализированного и безошибочного. В будущем такие машины смогут полностью заменить работу человека. На текущий момент развитие новых технологий 3Б-моделирования достигло такого уровня, что на соответствующих машинах можно воспроизводить практически все, что угодно - от мельчайших деталей до органов, вооружения, целых зданий. Более того, проекты многих моделей можно с легкостью загрузить из глобальной сети Интернет. [5]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Изучив и обобщив теоретические знания вопроса, мы пришли к выводу: наука не стоит на месте. И несмотря на то, что компьютерные технологии получили свое начало в не таком далеком прошлом, компьютерная графика успела освоить большой и тернистый путь. Все началось с простых или экзотических мотивов, которые легли в основу и положили важнейшие инструментарии настоящего компьютерной графики, без которой уже немыслима цивилизация. В свою очередь техники ручного вязания имеют многовековую историю, но до сих пор не потеряли своей востребованности.

В рамках решения первой задачи, мы узнали о том, что самые древние шейные украшения из найденных имеют возраст более 100 тыс. лет и некогда представляли собой нанизанные на шнурок раковины морских моллюсков.

Как только люди научились обрабатывать металл (ок. 8 тыс. лет назад), появились бронзовые украшения в виде обручей из толстой проволоки-жгута без застёжки, со сближенными или заходящими друг за друга концами. Их носили в разных странах либо женщины, либо мужчины, либо те и другие. По мнению мировой путешественницы и специалистки в области вязания крючком AnniePotter - искусство вязания крючком было создано в XVI веке. В Европе вязание крючком начало развиваться в начале XIX векаВязание крючком в России распространилось с конца XIX века. Рукодельницы в основном вязали кружева, используя для них узоры из ткачества и вышивки крестом.

В рамках решения второй задачи нам стало известно, что ни одна из областей современной науки не обходится без графического представления информации. Помимо визуализации результатов экспериментов и анализа данных натурных наблюдений существует обширная область математического моделирования процессов и явлений, которая просто немыслима без графического вывода. Процесс проектирования с необходимостью является итеративным, т.е. конструктор перебирает множество вариантов с целью выбора оптимального по каким-либо параметрам. Не последнюю роль в этом играют требования заказчика, который не всегда четко представляет себе конечную цель и технические возможности.

Построение предварительных макетов - достаточно долгое и дорогое дело. Сегодня существуют развитые программные средства автоматизации проектно-конструкторских работ (САПР), позволяющие быстро создавать чертежи объектов, выполнять прочностные расчеты и т.п. Они дают возможность не только изобразить проекции изделия, но и рассмотреть его в объемном виде с различных сторон. Такие средства также чрезвычайно полезны для дизайнеров интерьера, одежды, ландшафта.

Проведя опрос среди сверстников и взрослых, на выявление предпочтений, мы получили следующее: результаты анкетирования:

В опросе участвовали 43 девочки от 10 до 16 лет. 17 из них умеют вязать крючком. 23 хотели бы освоить технику вязания. 3 девочки заявили, что хотели бы научиться вязать и открыть магазин ручной работы. 30 участников отметили интерес к изделию, напечатанному на 3Д принтере, высказали удивление и восторг от полученного результата. 13 остались равнодушны к изделию, выполненному машиной. на вопрос: какое украшение и почему Вы хотели бы приобрести себе лично ответили так: 28 девочек предпочли вязанное украшение, так как от него "тепло", а пластиковое украшение не имеет "души". [Приложение 1]

В опросе участвовали 15 взрослых женщин от 35 до 60 лет (педагоги, мама, соседки). Все взрослые были удивлены работой машины, но предпочтение отдали так же украшению, связанному мной крючком.

Пользуясь технологическими картами [Приложение 2], мы изготовили модели собственных украшений и сравнили полученные украшения, сделали следующие выводы:

Осваивать технику вязания крючком и технологию 3Д моделирования я начала одновременно. Вязать я научилась и связала ажурный воротничок [Приложение 3].

Для изделия, напечатанного в 3Д мы хотели использовать схему вязания крючком, но оказалось, что это пока для меня ещё сложно. Мы смогли смоделировать изделие, которое имеет другой вид ажурного плетения [Приложение 4].

В результате работы над проектом мы пришли к выводу, что вязание - это хобби, с помощью которого можно украсить свой мир и мир окружающих. Думаю, что каждая девушка должна освоить этот вид ручного творчества.

Работа в 3Д-редакторе требует профессионального подхода. Только изучив данную программу, получив определённые знания и навыки работы со специальной техникой можно пытаться изготовить изделия, которые очаруют знатоков технического искусства.

В процессе работы над проектом для меня открылись новые знания. Я полюбила вязать крючком и научилась разбираться в материалах для вязания. Я смогла понять, как работает 3Д принтер.

Нами не исчерпаны все возможности вязания и 3Д моделирования. Они бесконечны, очень интересны и зависят от собственного терпения, старания и упорства.

Список литературы.

1. DeLuxe Costume Jewellery Atelier- [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://beaucityshop.nethouse.ru/articles/46598

2. Миллер Дж. Ювелирные украшения. Фотографии Г. Рэй. М.: АСТ, Астрель, 2004. Стр. 15-29.

3. История вязания и свежие идеи для вязания крючком/ Лидия Лущик.- М.: Эксмо, 2006.- 264с.

4. 3D-принтеры: история и технологии трехмерной печати – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ntk.kubstu.ru/file/470, свободный

5. Основные сведения о компьютерной графике – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://project68.narod.ru/Integ/1/681/pages/b3.htm, свободный

6. История развития 3D-печати. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://sites.google.com/site/3dprinteryy/istoria, свободный

7. 3D-принтер: – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/3D-принтер, свободный

Приложение 1

Рис.1 Техника вязания крючком

Рис.2 Интерес к 3D-изделию

Рис.3 Предпочтение изделия

Приложение 2

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА 1

Название изделия

ВЯЗАННОЕ КРЮЧКОМ НАГРУДНОЕ УКРАШЕНИЕ

Материалы, инструменты и приспособления:

Пряжа х/б средней толщины «Ирис», «Нарцис» 100г, крючек № 2 – 2,5. Утюг, гладильная доска, булавки, проутюжильник.

Внимание! Во время работы соблюдайте правила безопасной работы с колющими инструментами и электрооборудованием. А также соблюдайте правила выполнения влажно-тепловых работ.

Последовательность выполнения технологических операций по изготовлению изделия.

Рис.4 Результат вязания крючком

Приложение 4

Рис.6 Процесс печати нагрудного украшения в 3D-принтере

Рис.6 Готовое 3D-украшение

10