Воплощение игры "крестики-нолики" в программе 3-D моделирования "Компас-3D"

муниципальное казенное образовательное учреждение

«Черницынская средняя общеобразовательная школа»

Октябрьского района Курской области

ИТОГОВЫЙ ПРОЕКТ

на тему

«Воплощение игры "крестики-нолики"

в программе 3-D моделирования "Компас-3D"»

по дисциплине

«Информатика»

Обучающийся: Ломакин Дмитрий

Класс 9А

Руководитель проекта: Пятницков С.В. 26 марта 2024 г.

с.Черницыно

С

3
6
9
10
11
12
21
25
26

одержание

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………..

ГЛАВА I. Теоретический обзор материала по теме исследования

1.1. «Крестики-нолики» ………………………………………………………………….…

1.2. Программы для 3D-моделирования (название, краткое описание) ………………...

1.3. История создания программы «Компас-3D» ………………………………………..

ГЛАВА II. Описание исследования и его результаты

2.1. Правила работы в программе «Компас-3D» …………………………………….…..

2.2. Конструирование элементов игры «крестики-нолики» ………….……………….…

2.3. Технологическая карта на изготовление элементов игры «крестики-нолики» с использованием программы «Компас-3D». Экономическое обоснование ………….…

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………...............................................

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………………………..

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

3D-моделирование – это построение модели объекта в трехмерном пространстве. Данный способ представления объектов начал применяться в 1960-х годах, когда этим занимались специалисты компьютерной инженерии. Современные технологии 3D-моделирования позволяют конструировать сложные и объемные модели, проводить тестирование и вносить в них изменения на различных уровнях.

Хотя программное обеспечение для 3D-моделирования основано на сложных математических расчетах, все вычисления проводятся автоматически с предоставлением удобного пользовательского интерфейса. Создание трехмерной модели довольно затруднительно и представляет собой своего рода искусство. Для достижения реалистичности необходимо разбираться в особенностях моделирования и правильно проводить расчеты в течение всего процесса моделирования.

Системы 3D-моделирования позволяют получить модель объекта еще до изготовления пробных образцов и, следовательно, разглядеть слабые стороны проекта и определить его соответствие первоначальной задумке. Существенным плюсом 3D-моделирования является крайняя степень убедительности и наглядности трехмерных картинок и видео. Если следовать утверждению, что лучше один раз увидеть, чем тысячу раз услышать, то презентация в 3D длительностью 30 секунд дает тот же результат, что и двухчасовое выступление.

Понятие 3D является сокращением от английского 3-dimensional (в трех измерениях). Как известно с уроков геометрии, чтобы квадрат стал кубом, к обычной длине и ширине необходимо добавить высоту, которая и выступает в качестве третьего измерения.

3D-моделирование применяется во многих областях человеческой жизни. Можно выделить 3 крупные отрасли, которые сегодня невозможно представить без применения трехмерных моделей. Это: индустрия развлечений; медицина; промышленность.

С первой мы сталкиваемся почти каждый день. Это фильмы, анимация и 90% компьютерных игр. Все виртуальные миры и персонажи созданы с помощью одного и того же принципа — полигонального моделирования (Рис. 1).

Рис.1. Полигональное моделирование Рис.2. Полигоны

Полигонами (Рис. 2) называются вот эти треугольники и четырехугольники.
Чем больше полигонов на площадь модели, тем точнее модель. При полигональном моделировании мы получаем визуальный образ. Если полигональная модель выполнена в виде замкнутого объема, например, скульптуры, то благодаря современной технологии 3D-печати они могут быть воплощены в жизнь.

Полигональное моделирование нужно не только для творческих людей (художников, дизайнеров, скульпторов). Еще одной крупной сферой применения 3D моделей является медицина, а именно – хирургия. Можно вырастить протез кости взамен раздробленной. Конечно, используя полигональное моделирование, можно построить все восстанавливающие и усиливающие элементы, но невозможно контролировать необходимые зазоры, сечения, учесть физические свойства материала и технологию изготовления (особенно плечевого сустава). Для таких изделий применяются методы

Рис.3. промышленного проектирования.

По правильному они называются: САПР (Система Автоматизированного ПРоектирования) или по-английски CAD (Computer-Aided Design). Это принципиально другой тип моделирования. И именно о нем я буду рассказывать. Этот метод отличается от полигонального, тем, что тут нет никаких полигонов и все формы являются цельными и строятся по принципу профиль + направление (Рис. 3).

Базовым типом является твердотельное моделирование. Из названия можно понять, что, если мы разрежем тело, внутри оно не будет пустым. Твердотельное моделирование есть в любой CAD-системе. В CAD мы получаем электронно-геометрическую модель изделия. Твердотельное моделирование отлично подходит для проектирования всего, что получается путем промышленного производства.

Не всегда задуманную топологию и сложность формы можно реализовать в твердотелке, и тогда на помощь приходит неотъемлемая часть промышленного проектирования — поверхностное моделирование.

Актуальность выбранной темы обусловлена практически повсеместным использованием трехмерного моделирования в различных отраслях и сферах деятельности, знание которого становится все более необходимым для полноценного развития личности.

Объектом исследования является программа «Компас-3D» применительно к созданию элементов игры «крестики-нолики».

Предмет исследования: методы построения элементов игры «крестики-нолики» с помощью программы «Компас-3D».

Цель исследования: изучить основы 3D-моделирования и работы с программой «Компас-3D» и воплотить полученные знания в материальных объектах путём печати на 3D- принтере.

Задачи исследования:

1. Познакомиться с историей происхождения игры «крестики-нолики», многообразием разновидностей игры

2. Изучить программы для 3D-моделирования

3. Сконструировать трехмерные элементы игры «крестики-нолики» с использованием программы «Компас-3D»

4. Распечатать элементы игры «крестики-нолики» на 3D-принтере и собрать игру

5. Провести экономическое обоснование на изготовление элементов игры «крестики-нолики» с использованием программы «Компас-3D»

Решение поставленных задач потребовало привлечения следующих методов исследования:

1. Работа с различными источниками информации по теме исследования

2. Описание, систематизация материала, анализ, сравнение

3. Конструирование

Формы фиксирования результатов:

1. Скриншоты этапов работы

2. Описание последовательности выполнения моделей

3. Готовые элементы игры «крестики-нолики» и игра в сборе.

Оснащение и оборудование: программа «Компас-3D», принтер ZENIT 3D.

Гипотеза: 3D-моделирование, как и игра в «крестики-нолики» дисциплинирует мышление, воспитывает сосредоточенность, учит самостоятельно делать выводы и планировать, а ещё - развивает память, логическое мышление, пространственное воображение.

Теоретическая и практическая значимость данной работы определяется тем, что 3D-моделирование является эффективным инструментом школьного обучения, способствует развитию межпредметных связей между математикой, геометрией, стереометрией, информатикой. А приобщение к одной из древнейших игр в мире, в которую играли и богатеи и простой люд, священники и варвары викинги, огромное подспорье в последующей профессиональной и личностной самореализации.

 

ГЛАВА I. Теоретический обзор материала по теме исследования

1.1. «Крестики-нолики»

Имя изобретателя, подарившего человечеству нехитрую, но увлекательную забаву, неизвестно. Кроме того, достоверно даже не установлена страна происхождения.

Некоторые исследователи считают, что «крестики-нолики» впервые появились в Индии примерно 2000 лет назад. Другие предполагают, что подобным образом, выстраивая ряды из камней чёрного и белого цвета на квадратном игровом поле, много веков назад начали развлекаться японские самураи, называя забаву «го-моку».

Упоминают, что в древнем Китае существовала похожая игра «Вэй-Чи».

Игры, в которые играют на досках «три в ряд», восходят к Древнему Египту, где такие игровые доски были найдены на кровельных черепицах, датируемых примерно 1300 годом до нашей эры.

Рис. 4. Три камешка за раз

Ранняя вариация игры в крестики-нолики применялась в Римской империи примерно в первом веке до нашей эры. Она называлась терни лапилли ( три камешка за раз ) (Рис. 4), и вместо любого количества фишек у каждого игрока было только три; таким образом, им приходилось перемещать их в пустые места, чтобы продолжать игру. Разметку игровой сетки нанесли мелом по всему Риму. Другая тесно связанная древняя игра — это «моррис для трех мужчин», в который также играют на простой сетке и для завершения которой требуется три фигуры подряд, и Пикария , игра пуэблоанцев .

Крестики-нолики известны под разными названиями в разных странах.

Noughts and Crosses (Крестики и Нолики). В Англии, каки много где, игра называется "Noughts and Crosses", что буквально переводится как "нолики и крестики".

Tic-Tac-Toe. В США - "Tic-Tac-Toe", что является звукоподражательным названием, имитирующим звук рисования крестика и нолика на бумаге. Эти названия отражают универсальность и популярность игры, делая ее легко узнаваемой по всему миру.

井字棋 (Игра символа колодца). В Китае игра называется "井字棋" (jǐngzìqí), что буквально переводится как "игра символа колодца". Название отражает форму игрового поля, напоминающего китайский символ колодца.

Drei gewinnt / Tic-Tac-Toe. В Германии игра известна как "Tic-Tac-Toe" или "Drei gewinnt", что в переводе с немецкого означает "Три выигрывает". Это название подчёркивает основную цель игры — выстроить ряд из трёх фигур.

三目並べ (Выстраивание трёх маркеров). В Японии игру называют "三目並べ" (Sanmoku Narabe), что в переводе означает "выстраивание трёх маркеров". Это название также отражает цель игры — выстроить линию из трёх символов.

لعبة الإكس-أو (Игра X-O). В арабских странах игра может называться "لعبة الإكس-أو" (La'bat al-Iks-Ō), что является транслитерацией английского названия "X-O game". Это название прямо указывает на символы, используемые в игре.

Noughts and Crosses / जीरो काटा (Нолики и Крестики / Zero Kata). В Индии игра известна под несколькими названиями в разных языках, одно из самых распространённых — "Noughts and Crosses" на английском, что означает "Нолики и Крестики". В хинди она может называться "जीरो काटा" (Zero Kata), где "Zero" означает нолик, а "Kata" — крестик.

В 1952 году одной из первых известных видеоигр стала OXO (или крестики-нолики) (Рис. 5), разработанная британским ученым-компьютерщиком Сэнди Дугласом для компьютера EDSAC в Кембриджском университете. Компьютерный игрок мог прекрасно играть в крестики-нолики против человека-противника.

Существуют близкие разновидности игры «крестики-нолики»: рэндзю и гомоку (Рис. 6).

Рис. 5. Игра OXO, запущенная на эмуляторе компьютера EDSAC

Гомоку – японское название древней китайской логической игры. Игра ведётся на доске, расчерченной линиями. Традиционный вариант предусматривает игру на поле 19×19, в спортивном варианте используется поле 1 5×15. Игроки поочерёдно выставляют на доску камни чёрного и белого цвета. Цель игры состоит в построении одним из игроков непрерывного ряда ровно из пяти камней своего цвета по вертикали, горизонтали или диагонали. 

Рис. 6. Гомоку

О бычная игра в "крестики-нолики" быстро надоедает, когда играющие обнаруживают, что при соблюдении единственной выигрышной стратегии результат всегда предрешён. Снова сделать сражение увлекательным поможет переход на "бесконечное" поле (Рис. 7).

Рис. 7. Крестики-нолики на бесконечном поле

Участники по очереди ставят в клетках крестики и нолики; выигрывает тот, кто первым выстроит пять знаков в ряд. Как это напоминает гомоку.

Рис. 8. Объёмные крестики-нолики

Игра «крестики-нолики» имеет множество поклонников всех возрастов. Именно они, вероятно, и изобрели объёмные крестики-нолики (Рис. 8). Кто первый додумался расставлять значки не в квадрате, а в кубе – неизвестно. Скорее всего, это были математики: уж очень интересную задачку представляет собой эта версия. Куб даёт намного больше возможностей, нежели плоское игровое поле. Выставлять ряды нужно во всех направлениях: на любой стороне куба и по диагонали внутри. Просчитывать ходы соперника становится намного сложнее, а строить свою тактику игры – интереснее. Количество комбинаций почти бесконечно, поэтому играть можно снова и снова, предсказуемости не будет.

Было время, когда крестики-нолики были популярны настолько, что люди открывали тематические кафе, связанные с этой игрой. Бывали случаи, что заигравшись в крестики-нолики, люди пропускали разные, важные мероприятия!

В современном мире множество людей играют в эту игру, в школе, дома, на работе, в самолёте и где только можно.

1.2. Программы для 3D-моделирования (название, краткое описание)

ZBrush 

Программа ZBrush от компании Pixologic — это мощный профессиональный инструмент для создания и редактирования трехмерной графики. В первую очередь программа направлена на работу с так называемой «цифровой глиной», из которой можно буквально вылепливать объекты при помощи разнообразных инструментов. Такая цифровая лепка идеальна для создания людей, животных, и вообще всего органического. Тем не менее, ZBrush может использоваться для твердотельного 3D-моделирования и оснащен для этого специальными инструментами. Огромный набор специальных кистей направлен на достижение максимальной реалистичности при создании 3D-моделей, а инструменты наложения текстур и визуализации дополняют функционал программы. ZBrush практически не использует возможности видеокарты, что существенно влияет на скорость работы. Вместо этого основным ресурсом для приложения является оперативная память компьютера, недостаток которой может сказываться на производительности.

TinkerCAD

Tinkercad — это онлайн-сервис по разработке 3D-проектов для начинающих. Использовать продукт можно только после регистрации аккаунта. Официальный сайт содержит массу обучающих материалов, что не составит труда, если специалист решил освоить данный софт. Моделирует электрические схемы, коды и 3D-проекты.

Blender

Blender — это бесплатное программное обеспечение для создания и редактирования трехмерной графики. Программа справляется с анимацией и реалистичными ландшафтами, но уступает в скульптинге персонажей. На сегодняшний день это полноценный 3D-редактор, в котором пользователя встречает полностью программируемый интерфейс и уникальная внутренняя файловая система. Оболочка программы на первый взгляд может показаться неудобной и непонятной, но после настройки горячих клавиш работать в Blender становится просто и удобно. На официальном сайте находятся в общем доступе обучающие курсы. В качестве языка программирования приложение использует Python, владея которым можно создавать собственный инструменты, редактировать интерфейс и сам принцип работы программы.

Maya

Maya является самой распространенной программой для создания спецэффектов, анимаций. Создает реалистичные картинки, подстраивается под любого пользователя, богата своим интерфейсом, однако очень требовательна к устройству, с которого будет происходить работа. Maya ценится за огромный набор инструментов для анимации, текстурирования, а также создания разнообразных спецэффектов. Это серьезный редактор трехмерной графики, в нем грамотно реализована функция визуализации готовых моделей.

3Ds Max

3Ds Max — это программное обеспечение для 3D-моделирования, анимации и рендеринга, созданное и разработанное для игр и визуализации дизайна. Программное обеспечение очень полезно для проектирования зданий, инфраструктуры и строительства, а также для разработки продуктов и планирования производства.

Кроме того, 3Ds Max помогает пользователям создавать массивные игровые миры, детализированных персонажей, настраивать окружение здания, создавать сцены, в которых много людей, имитировать физические свойства жидкостей, таких как вода, масло и лава. Программа легка в изучении на начальных этапах, позже могут понадобится дополнительные курсы или материалы, обучающие уроки есть в общем доступе.

1.3. История создания программы «Компас-3D»

«Ко́мпас»  — семейство систем автоматизированного проектирования, универсальная система автоматизированного проектирования, позволяющая в оперативном режиме выпускать чертежи изделий, схемы, спецификации, таблицы, инструкции, расчётно-пояснительные записки, технические условия, текстовые и прочие документы. Изначально система ориентирована на оформления документации в соответствии с Единой системой конструкторской документации (ЕСКД), Единой системой технологической документации (ЕСТД), Системой проектной документации для строительства (СПДС) и международными стандартами, но этим возможности системы не ограничиваются. Разрабатывается российской компанией «Аскон». Название линейки является акронимом от фразы «комплекс автоматизированных систем». Первый выпуск «Компаса» (версия 1.0) состоялся в 1989 году. Первая версия под Windows — «Компас 5.0» — вышла в 1997 году. С 1992 года компания «Аскон» начинает сотрудничать со школами. Образовательная политика АСКОН с 1996 года приобретает завершенные очертания: в вузах активно применяется КОМПАС-График, для преподавания черчения в школах — КОМПАС-Школьник. 2000 год ознаменовался настоящим прорывом: в первой версии КОМПАС-3D позволял создавать трехмерные модели деталей, а затем передавать их в различные системы подготовки программ для станков с ЧПУ и в расчетные пакеты. С 2008 года после участия в национальном проекте «Образование» в каждой школе России начинается установка системы трехмерного моделирования КОМПАС-3D. 2011 год можно отметить выходом первой некоммерческой версии программы «КОМПАС-3D Home». В том же году произошёл выход на международный уровень: открытие европейского представительства АСКОН в Мюнхене, ФРГ. В дальнейшем выпуск новых версий программ позволило компании «Аскон» всё больше завоёвывать рынок информационных технологий. В основе «КОМПАС-3D» лежит российское геометрическое ядро C3D (создано C3D Labs, дочерней компанией АСКОН) и собственные программные технологии, что позволяет заявить о полностью импортонезависимой системе.

ГЛАВА II. Описание исследования и его результаты

2.1. Правила работы в программе «Компас-3D»

Создание объёмных фигур начинается с простого чертежа. В программе 3D-моделирования «Компас-3D» чертёж выполняется в режиме эскиза на плоскости и является типичным примером так называемого 2D-моделирования. Чертежи выполняются с помощью различных элементов линейной геометрии, программа содержит множество простых и сложных элементов и команд. Полученные эскизы являются контурами для формирования объёма. Выполненный чертёж в простом случае может являться основанием всей фигуры, как например квадрат для фигуры куба. В более сложных геометрических фигурах построение производится обычно последовательно и поэтапно. Сначала визуально (или для удобства где-нибудь на бумаге) сложная фигура разбивается на простые геометрические тела, построение которых возможно в рамках одного эскиза и одной операции формирования объёма. Затем последовательно создаются эскизы на плоскостях соприкосновения простых тел, снова формируется объём и т.д. Формирование объёма контуров эскизов и является 3D-моделированием. Основным методом формирования объёма является элемент выдавливания с его опциональными вариациями: линейный элемент выдавливания, элемент вращения и более сложные элементы по траектории и по сечениям. Кроме того, объёмное тело в общем случае можно формировать не только созданием объёма, но и его удалением, т.е. вырезанием. Например, в прямоугольном куске металла необходимо сделать в определённом месте вырез. Можно конечно последовательно создавая прямоугольники и придавая им объём, получить искомый результат. А можно просто создать один прямоугольный объёмный объект, определить положение выреза и одной командой этот вырез произвести. Для этих целей в «Компасе-3D» служит метод вырезания выдавливанием, с теми же опциями что и просто элемент выдавливания, с той лишь разницей указанный объём вырезается (удаляется) из уже имеющегося.

2.2. Конструирование элементов игры «крестики-нолики»

При выборе темы проекта я решил узнать для себя что-то действительно новое и не связанное со школьной программой.

Я поставил перед собой цель изучить основы 3D-моделирования и работы с программой «Компас-3D» и воплотить полученные знания в материальных объектах путём печати на 3D принтере. Мои занятия проходили под руководством педагога дополнительного образования Пятницкова Сергея Владимировича. При построении многих моделей с начала учебного года программа «Компас-3D» была изучена всесторонне. При воплощении игры «крестики-нолики» пришлось серьёзно изучить ряд базовых команд и функций программы, а также немало дополнительного. Теперь поподробнее.

Для более глубокого изучения программы я решил спроектировать две разновидности игры: обычные (двумерные) крестики-нолики и объемные (трёхмерные).

Двумерные крестики-нолики

Двумерность их заключается в том, что игра фишками идёт на одной плоскости.

Этот вариант игры будет представлять собой маленькую коробку с крышкой (низ и верх), игровую сетку и фишки.

Низ

Строю эскиз квадрата (Рис. 9) одним из самых быстрых вариантов: команда построения прямоугольника в разделе меню геометрии, используя закладку многоугольник. Придаю объём элементом выдавливания для нижней стенки (Рис. 10) и для боковых стенок нижней части коробки (Рис. 11).

Р ис. 9. Эскиз квадрата

Р ис. 10. Объём нижней стенки

Рис. 11. Объём боковых стенок

Рис. 12. Скругление

Скругляю грани получившихся боковых стенок (Рис. 12).

Рис. 13. Эскиз квадрата

Рис. 14. Установочное отверстие

Рис. 15. Отверстия массивом

Теперь уже внутри коробки на другой плоскости снова строю эскиз квадрата (Рис. 13) для подготовки установочных отверстий игровой сетки. В одном из углов квадрата строю эскиз окружности и вырезаю установочное отверстие (Рис. 14).

Остальные отверстия по углам квадрата делаю с помощью команды массива по сетке из раздела меню массив, копирование, при этом массив в двух направлениях (Рис. 15).

Верх

При проектировании верхней части коробки первые четыре действия аналогичны нижней. Приведу только скриншоты (Рис. 16) - (Рис. 19).

Рис. 16. Эскиз квадрата

Рис. 17. Объём нижней стенки

Рис. 18. Объём боковых стенок

Рис. 19. Скругление

На верхней грани крышки сделаю стилизованную надпись х / о, намекающую на название игры.

Рис. 20. Построение контуров

Рис. 21. Ввод параметров надписи

На эскизе (Рис. 20) строю контура в виде прямоугольника и отрезков (они потом вырезаются) для формирования надписи. На первой вкладке меню выбираю «сервисные инструменты», затем на вкладке «инструменты» пункт «символы вдоль кривой» и строю надпись (Рис. 21), выбираю необходимые параметры: текст, его угол наклона, размещение на указанном отрезке.

Далее надпись нужно сделать объёмной. Для этого нужен контур, повторяющий введённый символ. Использую преобразование в сплайн – замкнутую кривую – раздела меню «черчение» (Рис. 22) и вырезаю (Рис. 23).

Рис. 22. Преобразование в сплайн

Рис. 23. Вырезание надписи

Полученную надпись скругляю (Рис. 24).

Рис. 24. Скругление

Сетка

Игровая сетка строится одним сложным эскизом (Рис. 25). Рисую посередине квадрат в тонких линиях. Теперь - направляющие сетки в виде прямоугольников из раздела «геометрия». В местах пересечения направляющих удаляю кусочки построения с помощью команды «усечь кривую» из раздела «изменение геометрии».

Формирую объём сетки (Рис. 26).

Рис. 25. Эскиз контура сетки

Рис. 26. Формирование объёма сетки

Для вставки сетки в нижнюю часть коробки необходимо сформировать маленькие столбики по углам внутреннего квадрата. Повторяю. Рисую посередине квадрат в тонких линиях, а в его вершине эскиз окружности (Рис. 27) и выдавливаю столбик (Рис. 28).

Рис. 27. Эскиз контура столбика

Рис. 28. Формирование объёма столбика

Скругляю кончик полученного столбика (Рис. 29) и размножаю его массивом (Рис. 30) так же, как при построении отверстий в нижней части коробки.

Рис. 29. Скругление

Рис. 30. Столбики массивом

Фишки

По логике игры максимальное количество фишек с обеих сторон может быть пять, итого – десять. В коробке место только для девяти. Чтобы не придумывать, куда девать десятую фишку, я решил сделать универсальную фишку. Все фишки будут одного цвета, только с одной стороны будет крестик, с другой – нолик.

Делаю хорошо знакомые операции (Рис. 31) - (Рис. 32).

Скругляю углы получившейся болванки для фишки (Рис. 33) и рисую эскиз отрезка для формирования надписи (Рис. 34).

Рис. 31. Эскиз квадрата

Рис. 32. Формирование объёма

Рис. 33. Скругление

Рис. 34. Эскиз отрезка

Строю нолик. Последовательность построения надписи я уже описывал, привожу скриншоты (Рис. 35) - (Рис. 36).

Рис. 35. Ввод параметров надписи

Рис. 36. Преобразование в сплайн

Формирую объём (Рис. 37) и чтобы исключить скругление, выдавливаю под углом 60. Получился нолик (Рис. 38).

Р ис. 37. Формирование объёма

Рис. 38. Сторона фишки с ноликом

Повторяю все этапы проектирования нолика, только при вводе символа в надпись, использую крестик. Получается крестик на другой стороне фишки (Рис. 39).

Рис. 39. Сторона фишки с крестиком

Двумерный вариант крестиков-ноликов готов. Осталось распечатать и вставить игровую сетку в нижнюю часть коробки.

Трёхмерные крестики-нолики

Для этого варианта необходимы: фишки крестика, фишки нолика, основание и штыри, формирующие объём игры.

Крестик

Строится эскиз (Рис. 40) из двух пересекающихся по углом 90 прямоугольников и все отрезки, попавшие внутрь пересечения прямоугольников, удаляются с помощью команды «усечь кривую». Получается единый контур, напоминающий жирный крестик.

Формирую объём (Рис. 41).

Рис. 40. Эскиз крестика

Рис. 41. Формирование объёма

На любой из двух других основных плоскостей повторяю предыдущие две операции (Рис. 42) - (Рис. 43).

Рис. 42. Эскиз крестика

Рис. 43. Формирование объёма

Получилось два взаимопересекающихся крестика.

На третьей, незадействованной основной плоскости, строю эскиз окружности (Рис. 44) и вырезаю отверстие (Рис. 45) для нанизывания фишки крестика на штырь.

Рис. 44. Эскиз окружности

Рис. 45. Получение отверстия

Получилась кубическая фишка, с боковых сторон видны крестики двух пересекающихся объёмов, которые своим пересечением сверху тоже формируют крестик (Рис. 46).

Рис. 46. Видимое пересечение сверху в форме крестика

Нолик

Строится эскиз окружности (Рис. 47) и формируется объём (Рис. 48),получается цилиндр.

Рис. 47. Эскиз окружности

Рис. 48. Формирование цилиндра

С помощью двух операций с массивами строятся аналогичные цилиндры (Рис. 49) - (Рис. 50).

Рис. 49. Формирование цилиндра по оси X

Рис. 50. Формирование цилиндра по оси Y

Получилось три взаимопересекающихся цилиндра.

Так же, как и в случае с крестиком, только на любом из цилиндров, строю игровое отверстие (Рис. 51) - (Рис. 52).

Рис. 51. Эскиз окружности

Рис. 52. Получение отверстия

На одной из боковых граней строю эскиз окружности (Рис. 53) и выдавливаю на небольшую глубину (Рис. 54), получая объект, визуально похожий на нолик.

Рис. 53. Эскиз окружности

Рис. 54. Формирование нолика

Скругляю изнутри полученный нолик (Рис. 55) и с помощью двух операций с массивами размножаю скруглённый нолик по боковым поверхностям цилиндра и сверху (Рис. 56) - (Рис. 57). Снизу при печати получение качественной формы нолика невозможно, поэтому снизу игровое отверстие просто скругляю (Рис. 58).

Рис. 55. Скругление

Рис. 56. Массив для нолика по бокам

Рис. 57. Массив для нолика сверху

Рис. 58. Скругление

Основание

Делаю хорошо знакомые операции (Рис. 59) - (Рис. 60).

Рис. 59. Эскиз квадрата

Рис. 60. Формирование объёма

Все размеры берутся произвольно, с примерным расчётом. С целью в дальнейшем подбора размеров основания и расстояния между штырями, выполняется следующее вспомогательное построение. Строю от нижней грани на небольшом расстоянии смещённую плоскость (Рис. 61), на этой плоскости строю эскиз окружности (Рис. 62).

Рис. 61. Смещённая плоскость

Рис. 62. Эскиз окружности

Вырезаю отверстие до верхней грани (Рис. 63). Скругляю верхнюю грань отверстия для удобства монтажа штырей (Рис. 64).

Рис. 63. Получение отверстия

Рис. 64. Скругление

С помощью массива скруглённое отверстие размножается по обоим направлениям (Рис. 65). Для красоты снимается фаска (Рис. 66).

Рис. 65. Отверстия массивом

Рис. 66. Фаска

Теперь после пробных распечаток фишек, если расстояние между штырями будет не подходить для комфортной игры, изменение размеров и местоположения отверстий пройдёт без ошибок по привязке к другим граням.

Штырь

Это несложно. Строю эскиз окружности (Рис. 67). Выдавливаю на нужную длину (Рис. 68). Скругляю концы для комфортного монтажа и игры (Рис. 69).

Рис. 67. Эскиз окружности

Рис. 68. Формирование объёма штыря

Рис. 69. Скругление

Осталось всё это распечатать и воткнуть штыри в отверстия на основании.

Поучились объёмные (трёхмерные) крестики-нолики.

2.3. Технологическая карта на изготовление элементов игры «крестики-нолики» с использованием программы «Компас-3D». Экономическое обоснование

Таблица 1. Технологическая карта на изготовление элементов игры «крестики-нолики» с использованием программы «Компас-3D»

Определим себестоимость изделия (элементов игры «крестики-нолики») по формуле:

С = П + ОТ +Э, где

С – себестоимость изделия,

П - материальные затраты на пластик для печати элементов игры «крестики-нолики»,

ОТ - отчисление на оплату труда,

Э - материальные затраты на стоимость электроэнергии.

Расход пластика на каждую модель можно получить на этапе подготовки модели (слайсинга) к печати.

Таблица 2. Материальные затраты на пластик для печати элементов игры «крестики-нолики» с использованием программы «Компас-3D»

Расходы на оплату труда по созданию элементов игры «крестики-нолики»:

1кг пластика – 315 м, 1000: 315 = 3,17 (г) – весит 1 м.

Оплата труда по созданию изделия весом 1 г - 50 рублей (по предложениям сайтов фирм, предоставляющих индивидуальные услуги по конструированию и печати 3D- изделий). Оплата труда по 3D печати уже готовых (в электронном виде) изделий весом 1 г – 7 рублей (по предложениям сайтов фирм, предоставляющих услуги по печати 3D- изделий).

Таблица 3. Материальные затраты на оплату труда по созданию элементов игры «крестики-нолики» с использованием программы «Компас-3D»

Стоимость 1 кВт электроэнергии 4,72 руб., потребляемая мощность 3D-принтера 300Вт/час, 5 Вт/мин, 0,083 Вт/с

Таблица 4. Материальные затраты на стоимость электроэнергии для печати элементов игры «крестики-нолики» с использованием программы «Компас-3D»

Таблица 5. Себестоимость изделия для печати элементов игры «крестики-нолики»

с использованием программы «Компас-3D»

Проанализировав материальные затраты, можно сделать вывод, что стоимость сырья приемлемая, разориться на электроэнергии при 3D-печати достаточно сложно. Себестоимость напечатанных моделей на 94,2 % определяется стоимостью затрат на оплату труда по созданию элементов игры «крестики-нолики» с использованием программы «Компас-3D». Но, поскольку я конструировал всё сам и печатал на школьном 3D-принтере, используя школьное программное обеспечение и компьютер, то можно сказать, что игра «крестики-нолики» имеют достаточно бюджетную стоимость – 223,93 руб.

Сравнительный анализ цен

Теперь окунёмся в мир интернета и посмотрим на всё что я сделал с чисто прагматической, финансовой стороны. Цифры говорят сами за себя.

Наименование	Интернет-магазин	Стоимость	Наши модели	Стоимость
«Крестики-нолики»		408р.		67,61р.
«Крестики-нолики» объёмные		550р.		296,45р.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работая над проектом, я продолжил изучать основы 3D-моделирования и работы с программой «Компас-3D» и воплотить полученные знания в материальных объектах путём печати на 3D- принтере, т.о. цель моего исследования достигнута.

Решены поставленные задачи:

• Познакомился с историей происхождения игры «крестики-нолики», многообразием разновидностей игры

• Сконструировал трехмерные элементы игры «крестики-нолики» с использованием программы «Компас-3D»

• Распечатал элементы игры «крестики-нолики» на 3D-принтере и собрал игру

• Провел экономическое обоснование на изготовление элементов игры «крестики-нолики» с использованием программы «Компас-3D»

Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что достоинства трехмерных технологий довольно ощутимы. Технологии 3D-печати дают большие возможности, для воплощения самых экстравагантных идей. Одним из важных преимуществ 3D-печати является экономия времени и средств при производстве объектов различной сложности по сравнению с традиционными способами.

В ходе исследования гипотеза «3D-моделирование, как и игра в «крестики-нолики» дисциплинирует мышление, воспитывает сосредоточенность, учит самостоятельно делать выводы и планировать, а ещё - развивает память, логическое мышление, пространственное воображение» полностью подтверждена. 3D технологии хорошо активизируют левое полушарие мозга, ответственное за пространственную ориентацию, интуицию и творческие способности человека.

Поэтому занятия 3D-моделированием я бы очень рекомендовал школьникам, а настольные игры будут помогать развитию усидчивости, логике действий и маленькие победы проложат путь к достижениям в жизни.

Сам в будущем планирую учиться и развиваться в направлении 3D-моделирования, в ближайшее время изучу основы анимации (создания движущихся изображений в трехмерной цифровой среде).

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Самоучитель КОМПАС-3D V20 / А.И. Герасимов. — Санкт-Петербург: BHV-СПб, 2022. — 656 с.

2. Проектирование в системе КОМПАС: учеб. пособие для студентов технических специальностей / Н.И. Жарков, А.И. Вилькоцкий, О.В. Ярошевич. — Минск: БГТУ, 2006. — 148 с.

3. http://wwwkompas-edu.ru. Методические материалы размещены на сайте «КОМПАС в образовании».

4. https://ascon.ru Сайт фирмы АСКОН.

5. 3D моделирование что это и для чего нужно? Электронный ресурс. Режим доступа: https://dekormyhome.ru/remont-i-oformlenie/3d-modelirovanie-v-sovremennom-dizaine-interera.html

6. Что такое 3д моделирование, или как мечты превратить в реальность. Электронный ресурс. Режим доступа: https://websoftex.ru/3d-modelirovanie-chto-eto-i-dlya-chego-nuzhno/

7. [Электронный ресурс]. – URL: http://all-flesh.ru/story/3d-modelirovanie-v-21-vek

8. [Электронный ресурс]. – URL: https://www.i-igrushki.ru/archive/krestiki-noliki-ili-gomoku.html

9. [Электронный ресурс]. – URL: https://ecalc.ru/tic-tac-toe/

ПРИЛОЖЕНИЕ