Воплощение игры "мельница" 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 "мельница"

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

по дисциплине

«Информатика»

Обучающийся: Шихматов Иван

Класс 9А

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

с.Черницыно

С

3
6
9
10
11
12
23
26
27

одержание

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

ГЛАВА I. Теоретический обзор материала по теме исследования

1.1. «Мельница» ………… ……………………………………………………………….…

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 «мельница» ………………….……………….…

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

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

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

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Технологии 3D – это один из краеугольных камней современных информационных технологий.  Сегодня разработка любого изделия или продукта, невозможна без применения компьютерного моделирования и дизайна, основанного на этих технологиях.  Это позволяет проработать все детали изделия, увидеть, как оно будет выглядеть в реальных условиях в сопряжении с другими элементами, позволяет быстро напечатать изделие или его физическую модель, с помощью технологий 3D-печати.

В будущем, используя технологию 3D-печати, мы можем строить дома, получать искусственные человеческие органы и в принципе создавать и печатать в локальных условиях любые изделия и материалы со своей молекулярной структурой. Например, ремонтному сервису не нужно будет заказывать и ждать (или держать на складе) различные запчасти. Просто надо будет найти изделие по каталогу и напечатать его на своем 3D-принтере.  Хорошо такое будущее показано в знаменитом фильме «5 элемент», где по сохранившемуся после катастрофы маленькому фрагменту тела инопланетянина, печатают полностью его тело.

3D-моделирование — раздел компьютерной графики, посвященный созданию трёхмерных визуальных объектов при помощи профильного ПО. Простыми словами, в специальных программах делаются объемные картинки.

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 «мельница».

Предмет исследования: методы построения элементов игры «мельница» 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 «мельница», многообразием разновидностей игры

2. Изучить программы для 3D-моделирования

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

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

5. Провести экономическое обоснование на изготовление элементов игры «мельница» 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 «мельница» и игра в сборе.

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

Гипотеза: 3D-моделирование, как и игра в «мельницу» 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. «Мельница»

«Мельница», одна из древнейших настольных игр (Рис. 4). Первые доски для неё датируются вторым тысячелетием до нашей эры, а в средневековой Европе она была распространена повсеместно (Рис. 5). Поля вырезали на дереве и камне, изображали на ткани и коврах, просто расчерчивали на песке. Фишки могли быть специально изготовлены из камня, дерева, стекла, керамики и других материалов. Хотя в качестве фишек использовали вообще всё, что угодно. Можно, например, играть орехами против желудей, или палочками против камешков.

Рис. 4. Сепфорис, древняя столица Галилеи, 100 г. до н. э. На мостовой — «мельница-паутинка»

Рис. 5. Доска для «мельницы. Южная Германия, 1560–1580 год

Средневековая Европа с упоением заигрывалась «мельницей» — это была третья по популярности игра после шахмат и нард у аристократии и третья после нард и «лисы и гусей» у простонародья. В Германии ее называли mühle, в Чехии — mlýn, в Венгрии — malom, во Франции — jeu du moulin, в Италии — mulino. Почему название игры с большинства европейских языков переводится как «мельница», неясно. Некоторые лингвисты полагают, что оно пошло от старонемецкого muhle («ряд») или латинского merellus («фишка»).

Название «танец девяти мужчин», популярное в англоязычных странах, отправилось гулять по свету с легкой руки Уильяма Шекспира: игра упоминается в пьесе «Сон в летнюю ночь». В Англии на лугах встречаются большие участки с разметкой в виде мельницы, где могут встать несколько человек. Вряд ли они использовались для игры, скорее для какого-то ритуала или собственно танца.

Римляне обожали «мельницу», правда, не совсем ту, что мы знаем сегодня. Поэт Овидий в своей «Науке любви» описывает простейший трехшашечный вариант, который в Риме назывался rota («колесо»). Поле в такой игре — круг, разделенный на 4 или 8 частей, у каждого игрока всего три фишки. Выигрывает первый, выстроивший все фишки в ряд. Аналогично устроены шисима из Кении, фанорон-тело с Мадагаскара, тапатан с Филиппин, падаветту из Индии, да и хорошо известные нам крестики-нолики. Математически доказано, что при безошибочной игре результат всегда будет ничейным, однако древним римлянам это не мешало: на мостовых Вечного города повсеместно выбиты игровые «колеса». Им по три тысячи лет, и на них все еще можно играть.

После падения Римской империи «мельница» в Европе едва не исчезла, но ей помогли выжить викинги, прихватив игру вместе с остальным награбленным добром. Так, при обнаружении Гокстадтского корабля в Норвегии (IX в. н. э.) в погребальной каюте ярла (племенного вождя) археологи нашли доску для «мельницы». Скандинавы считали ее талисманом на пути в загробный мир.

Во многих культурах мельничный знак считался оберегом. Простая мельница — колесо со спицами — древнейший солярный символ, который можно увидеть среди наскальных рисунков везде, где жил человек. Сложные мельницы встречаются на вертикальных стенах пещер и храмов в Индии, где вряд ли можно было играть. Древнейшие петроглифы со знакомым символом относятся к 3000–2500 годам до н. э., а один из рисунков датируют почти что последним ледниковым периодом(8000 лет до н. э.).

Сегодня тактика этого древнего тяжеловеса игрового мира выглядит слегка громоздко по сравнению с маневрами динамичных игр XXI века. Но ведь большинство из них — потомки «мельницы», прародительницы почти всех настольных игр на Земле.

Игра игрой, но древнерусские зодчие использовали знак «мельницы» в качестве измерительного шаблона. Расстояния между его узловыми точками таят в себе множество соотношений из архитектуры и прикладной геометрии. Плотникам, строителям, как и всем ремесленникам в те времена, народ приписывал магические умения — тайные связи с лесом, колдовские способности. «Вавилон» (а именно так на Руси называли «мельницу») считался символом мудрости зодчего.

В Новгороде и Старой Руссе также найдено несколько досок с вырезанными полями для «Мельницы». Самая старая из них датируется XI веком (Рис. 6).

В некоторых странах игра дожила до современности и до сих пор пользуется популярностью.

Рис. 6. Сидение лодочное, XI в., Новгород

Путешествуя по сегодняшней Европе, туристы то и дело встречают загадочный символ — три больших квадрата, вписанных один в другой. Увидеть его можно где угодно: на парапетах, на скамейках в парках, на столиках в кафе. Трудно понять его назначение, пока не заметишь, как шахматисты-любители, закончив партию, пересаживаются за столики с этим символом и увлеченно двигают фишки по перекрестьям. Они играют в «мельницу».

Основной принцип игры прост (и похож на крестики-нолики) – игроки по очереди выставляют на игровое поле и двигают фишки стараясь выстроить три в ряд – «мельницу».

Для игры нужно игровое поле и фишки. Поле представляет собой два или три вписанных друг в друга квадрата с соединёнными линиями сторонами. При этом существуют три основные разновидности (Рис. 7).

1. Упрощённый. Поле представляет собой два квадрата, середины которых соединены линиями. На таком поле играют наборами по шесть фишек у каждого игрока.

2. Самый распространённый. Три вписанных друг в друга квадрата середины, которых соединены линиями. Играют наборами по девять фишек.

3 . Усложнённый. Поле аналогично второму, только углы квадратов соединены дополнительными линиями. Здесь у игроков по 12 фишек.

На мой взгляд, самый оптимальный вариант это второй, а начинать лучше с первого – игра проходит быстрее и проще.

Рис. 7. Основные разновидности поля

Вообще, главная изюминка этой игры – колоссальное множество придуманных для неё разнообразных досок: они отличаются количеством перекрестий и, соответственно, «мельниц», которые на них можно построить. Если разобраться, то фактически играть в «мельницу» можно на любом более-менее симметричном узоре с пересечением линий. Это могут быть разнолучевые звёзды, пяти-, шести- и прочие многоугольники с диагоналями, и совершенно фантастические «сетки» и «паутины» – малейшее изменение формы неизбежно влечёт за собой и изменение игрового поля. В частности, одна из популярных математических задач сводится к расчёту возможного количества «мельниц», которые можно построить на той или иной геометрической фигуре.

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 «мельница»

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 «мельница» пришлось серьёзно изучить ряд базовых команд и функций программы, а также немало дополнительного. Теперь поподробнее.

Чтобы было понятно и наглядно начну с конца. Вот что я смоделировал и распечатал в ходе работы над проектом (Рис. 8).

1

2

3

4

5

6

Основные компоненты: 1 – низ коробки, 2 – верх коробки, 3 – игровая сетка, 4 – логотип игры, 5 – петли (пара), 6 – штифты (прячутся внутри петель), 7 – игровые фишки (их не видно внутри коробки).

Рис. 8. Игра «мельница» в сборе

Каждый компонент был спроектирован отдельно, потом они собраны в сборочный файл для проверки совместимости и подгонки размеров. Это было необходимо, поскольку я имел в наличии только саму идею, а вот физически в размерах все детали появлялись по ходу моделирования в программе, что гораздо удобнее и быстрее предварительного прорабатывания изделия в чертежах на бумаге. Работа в программе позволяет действительно творить, гибко менять свои идеи по ходу работы.

Низ коробки.

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

Рис. 10. Объём нижней стенки

Рис. 11. Объём боковых стенок

Верх коробки (крышка)

Взглянув на скриншоты (Рис. 12) и (Рис. 13), видно что построение аналогично низу коробки.

Рис. 12. Эскиз квадрата

Рис. 13. Объём крышки

У игрового поля три контура, различающихся только расстоянием между точками построения. Приведу алгоритм построения одного из контуров. Первый контур – расстояние между центрами по углам – 40 мм, второй, соответственно 40*2=80 мм, третий – 40*3=120 мм.

Снова строю эскиз квадрата (Рис. 14). С помощью команды вырезать выдавливанием – это частный случай элемента выдавливания, который не создаёт, а удаляет объём – создаю колею шириной и глубиной 2 мм (Рис. 15), для укладки в неё игровой сетки.

Рис. 14. Эскиз квадрата

Рис. 15. Создание контура

Создаю площадки для установки фишек: эскиз круга (Рис. 16) и вырезаю контур (Рис. 17).

Рис. 16. Эскиз круга

Рис. 17. Создание контура площадки

Площадок для установки фишек по три с каждой стороны квадрата. Для автоматического их создания использую команду массива по сетке из раздела меню массив, копирование, делаю массив в двух направлениях (Рис. 18).

Рис. 18. Получение площадок массивом

Рис. 19. Три контура игрового поля

Повторяю все действия, описанные на (Рис. 14) - (Рис. 18), для двух оставшихся контуров, отличающихся только линейными размерами (Рис. 19).

Для придания законченности игрового поля необходимо добавить в общий игровой контур соединительные колеи между средними площадками для установки фишек.

Строю эскиз отрезка (Рис. 20) и удаляю объём, создавая колею (Рис. 21). Размножаю полученный элемент с помощью массива (Рис. 22). Контур для установки игровой сетки готов.

Рис. 20. Эскиз отрезка

Рис. 21. Контур для средних площадок

Рис. 22. Массив для контура средних площадок

Игровая сетка

Просто вырезанный контур на верхней части коробки невыразителен и неудобен. Поэтому спроектирую отдельно игровую сетку, которая будет печататься в другом цвете. Понятно, что сетка повторяет полученный на этапе проектирования верхней части коробки контур и, казалось бы, можно использовать ту же последовательность построения с учётом толщины и высоты сетки (1,8 мм вместо 2 мм в контуре). Однако интереснее применить другие методы.

Рис. 23. Эскиз трёх квадратов

Рис. 24. Сетка трёх квадратов

Строю эскиз сразу трёх игровых квадратов (Рис. 23) и с помощью элемента выдавливания придаю им объём (Рис. 24).

Строю средние элементы сетки. Эскиз отрезка, соединяющего середины сторон всех квадратов (Рис. 25), придаю ему объём (Рис. 26) и размножаю по четырём сторонам массивом (Рис. 27).

Рис. 25. Эскиз отрезка

Рис. 26. Средний элемент

Линейная часть игровой сетки построена.

Рис. 27. Массив для средних элементов

Далее в местах пересечения средних элементов и по углам квадратов необходимо построить элементы, напоминающие кольца, для установки фишек.

В одном из углов строю эскиз окружности (Рис. 28) и в процессе придания объёма получаю кольцо (Рис. 29).

Рис. 28. Эскиз окружности

Рис. 29. Контур в виде кольца

Попавшие кусочки линейного контура внутри кольца не нужны. Для их удаления строю эскиз окружности (Рис. 30) и вырезаю ненужное (Рис. 31).

Рис. 30. Эскиз окружности

Рис. 31. Удаление ненужных построений

Осталось только размножить полученный контур в виде кольца по необходимым местам с помощью массива (Рис. 32).

Игровая сетка готова.

Рис. 32. Массив для кольцевых контуров

Логотип игры

Само построение включает в себя два этапа: вырезание контура логотипа на крышке и создание отдельно самого логотипа.

Создаю контур. Посередине крышки рисую эскиз небольшого отрезка (Рис. 32). Строю логотип в виде буквы М. Для чего использована следующая цепочка меню: на первой вкладке меню выбираю «сервисные инструменты», затем на вкладке «инструменты» пункт «символы вдоль кривой». Кривой в данном случае служит построенный отрезок (после создания логотипа он вырезается). Ввожу, выбираю необходимые параметры: текст, его угол наклона, размещение на указанном участке отрезка (Рис. 33). Ввожу необходимый символ, корректирую при необходимости его параметры.

Рис. 32. Отрезок для надписи

Рис. 33. Ввод параметров

Далее надпись нужно сделать объёмной. Для этого нужен контур, повторяющий введённый символ. Использую преобразование в сплайн – замкнутую кривую – раздела меню «черчение» (Рис. 34) и вырезаю (Рис. 35).

Рис. 34. Преобразование в сплайн

Рис. 35. Вырезание логотипа

Контур логотипа вырезан.

Для создания самой буквы логотипа воспользуюсь одним из быстрых способов, без изменения её размера, при необходимости после распечатки букву слегка обработаю механически.

Рис. 36. Копирование контура логотипа

Рис. 37. Придание логотипу объёма

Из раздела меню «массив, копирование» использую команду «копировать объекты» для копирования уже полученного контура логотипа с крышки в новый файл (Рис. 36) и придаю ему объём (Рис. 37). Готово.

Петли

В данном случае я не стал ничего изобретать, а просто воспользовался готовыми из интернета (Рис. 38), уменьшив их до нужного размера масштабированием и нарастив дополнительные элементы для удобства сборки (Рис. 39).

Рис. 38. Готовые петли

Рис. 39. Дополнения к петлям

Штифты

Рис. 40. Эскиз окружности

Здесь просто. Строю эскиз окружности (Рис. 40), придаю объем, а заодно и нужную длину (Рис. 41). И скругляю концы получившегося цилиндра для удобства монтажа (Рис. 42). Хотя потом посмотрю: может при монтаже заменю их на более прочные стальные винты.

Рис. 41. Штифт в объёме

Рис. 42. Скругление

Игровые фишки

Это просто: эскиз окружности (Рис. 43) и придание объёма на необходимую длину (Рис. 44). Вот только печатать их по 9 штук 2-х цветов.

Рис. 43. Эскиз окружности

Рис. 44. Фишка в объёме

Подвожу промежуточные итоги: все компоненты построены. Теперь необходимо произвести их сборку в единое целое для проверки совместимости и подгонки размеров.

Все созданные компоненты в программе называются деталями и моделируются в одноимённом разделе программы «Деталь». Сейчас мне потребуется раздел «Сборка», имеющий свои задачи, а значит отличные от деталей меню и команды. Хотя это деление условно и при необходимости раздел «Сборка» может использовать и команды других разделов.

Сборка

Сам процесс сборки, как мне кажется, более долог и не так интересен как процесс создания непосредственно деталей. При сборке используется довольно ограниченный набор команд, компоненты подгоняются друг к другу по местоположению и расстоянию. Иногда сборку отдельных компонентов приходится переделывать и повторять, а несовместимость размеров компенсировать модификацией уже готовых компонентов сборки – деталей, но это очень просто, ибо любое изменение какой-либо детали тут же автоматически переносится в любую из сборок, использующую данную деталь. Это очень удобно, не надо перечерчивать чертежи, а можно создать массу вариантов, сохраняя их в разных файлах, из которых выбрать более подходящий.

Одним нажатием формирую файл сборки. Меню файл – создать – сборка (Рис. 45).

Рис. 45. Создание сборки

Основное, что используется в процессе сборки: «добавить компонент из файла» из раздела меню «компоненты». Само название говорит о его предназначении – добавлять в сборку готовые детали. Простое перемещение любого компонента или его вращение можно производить с помощью команды «переместить компонент» из раздела меню «размещение компонентов». Автоматическое перемещение и привязка компонентов друг к другу осуществляется с помощью команды «совпадение» из того же раздела (Рис. 46).

Рис. 46. Команда совпадение

Эта команда с множеством параметров и используется в основном при сборке. Расскажу вкратце о ней.

Назначение некоторых параметров (слева направо):

1. совпадение – любые две грани, плоскости, кривые программа максимально приближает и сдвигает относительно друг друга, чтобы обеспечить их максимальное соприкосновение.

2. соосность – характерно для любых округлых граней, осей и т.д., устанавливает по одной оси и фиксирует такое взаимное положение

3. параллельность – говорит сама за себя – любые грани, оси и т.д. можно сделать зависимо параллельными

5. на расстоянии – позволяет устанавливать на заданном расстоянии грани, плоскости, оси и т.д.

Ряд других параметров не менее интересны, но мною они не используются.

После использования этой команды с любым из описанных параметров, создаётся так называемое сопряжение деталей или сборок между собой, которое строго регулирует их положение относительно друг друга.

Весь процесс сборки описывать нет смысла, да и ограниченные рамки проекта не позволят этого сделать. Опишу наиболее интересный, с моей точки зрения, эпизод сборки – установку петель на нижнюю часть коробки. Дело в том, что здесь на фоне непосредственно сборки, происходит создание вспомогательных компонентов с помощью команд объёмного моделирования.

В файл сборки добавляю часть петли в двух экземплярах (Рис. 47). С помощью параметров команды совпадения устанавливаю петли в нужное место (Рис. 48).

Рис. 47. Добавление петель

Рис. 48. Установка петель на место

Рис. 49. Эскиз дополнительного элемента

Рис. 50. Создание объёма

Теперь занимаемся красотой: скрываю все ненужные монтажные отверстия, выступы, делаю монолитную деталь.

Создаю эскиз дополнительного элемента (Рис. 49) и придаю ему объём (Рис. 50). То же самое, только эскиз чуть сложнее, делаю в другом месте (под ушками петель) (Рис. 51) и (Рис. 52).

Рис. 51. Эскиз дополнительного элемента

Рис. 52. Создание объёма

На второй петле все дополнительные элементы получаю с помощью массива.

Вот так, постепенно, комбинируя необходимые параметры в совпадении объектов, я добиваюсь искомого. Главное при этом следить, чтобы в последовательности используемых параметров, при расположении объектов не было противоречий, например не могут две грани одновременно совпадать и находиться на расстоянии друг от друга больше нуля.

Касаемо изменений размеров деталей по ходу сборки, к примеру пришлось увеличить снизу толщину верхней части крышки на 0,6 мм, чтобы компенсировать получившийся зазор – мелочь, из-за которой не стоило переделывать почти всю сборку, потому, что перемещение петель, которые ставились в начале, вызвало бы лавину ошибок в привязке других компонентов.

Печать

Необходимо определиться, что именно пойдёт на печать (Рис. 53) - (Рис. 58). Из простых деталей – логотип буква М, игровая сетка, штифт (2шт.), игровые фишки (18шт. – по 9шт. разных цветов). Верх и низ игры будут являться частичными сборками и получаются из общей сборки путём исключения из расчёта с помощью значка  на дереве сборки тех компонентов, которые не являются составляющими верха или низа.

Рис. 53. Логотип

Рис. 54. Игровая сетка

Рис. 55. Штифт

Рис. 56. Игровая фишка

Рис. 57. Верх

Рис. 58. Низ

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

Таблица 1. Технологическая карта на изготовление элементов игры «мельница»

с использованием программы «Компас-3D»

Определим себестоимость изделия (элементов игры «мельница») по формуле:

С = П + ОТ +Э, где

С – себестоимость изделия,

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

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 «мельница» с использованием программы «Компас-3D»

Расходы на оплату труда по созданию элементов игры «мельница»: 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 «мельница» 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 «мельница» с использованием программы «Компас-3D»

Таблица 5. Себестоимость изделия для печати элементов игры «мельница»

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 97,1 % определяется стоимостью затрат на оплату труда по созданию элементов игры «мельница» 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 «мельница» 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	Наша модель	Стоимость
«Мельница»		878 р.		223,93р.

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 «мельница», многообразием разновидностей игры

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

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

• Провел экономическое обоснование на изготовление элементов игры «мельница» 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 «мельницу» 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://pikabu.ru/story/drevnyaya_igra_melnitsa_7049341

9. [Электронный ресурс]. – URL: https://www.vokrugsveta.ru/article/257945/

ПРИЛОЖЕНИЕ