Воплощение игры "пятнашки" 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 "пятнашки"

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

по дисциплине

«Информатика»

Обучающаяся: Никифорова Елизавета

Класс 9А

Руководитель проекта: Пятницков С.В. марта 2023 г.

с.Черницыно

3
6
10
11
12
13
16
19
20

Содержание

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

ГЛАВА I. Теоретический обзор материала по теме исследования

1.1. «Пятнашки» ……… ………...……………………………………………………….…

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 моделей объёмных фишек и коробки игры «пятнашки»…….…

2.3. Технологическая карта на изготовление моделей фишек и коробки игры

«пятнашки» с использованием программы «Компас-3D». Экономическое

обоснование ……………………………………………………………………….………

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

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

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

3D моделирование — это проектирование трехмерной модели по заранее разработанному чертежу или же эскизу. Для построения объемной модели предмета используются специальные программные продукты визуализации и аппаратные устройства в виде компьютеров, планшетов и оргтехники.

Современная трехмерная компьютерная графика позволяет создавать максимально реалистичные модели объекта, которые бывает трудно отличить от обычной картинки. Профессионально смоделированная презентация позволяет на высоком уровне продемонстрировать продукт или услугу потенциальным клиентам, партнерам, инвесторам.

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.

 Создание различных моделей персонажей. Обычно это используется при создании мультфильмов и при проектировании современных компьютерных видеоигр;

 3D визуализация зданий. Этим занимаются проектные организации, которые желают оценить для заказчика конструктивные особенности будущего объекта;

 Создание 3D моделей предметов интерьера. В большинстве случаев их выполняют дизайнерские компании с целью демонстрации эстетических свойств представленных экспозиций;

 Реклама и маркетинг. Часто требуются нестандартные объекты для рекламирования. Важную составляющую трехмерная графика играет при демонстрации какой-либо услуги. Это позволяет произвести более эффектное впечатление на заинтересованных лиц;

 Изготовление эксклюзивных украшений. Профессиональные художники и ювелиры используют специальные программы, которые позволяют создать оригинальный и неповторимый эскиз;

 Производство мебели и комплектующих. Производственные мебельные компании нередко используют разработку трехмерной модели для размещения своей продукции в электронных каталогах;

 Промышленная сфера. Современное производство невозможно представить без моделирования продукта компании. Каждую деталь или полноценный объект проще собирать по готовой и продуманной 3D-модели;

 Медицинская сфера. Например, при проведении пластической операции или же хирургическом вмешательстве, все чаще используют трехмерную графику для того, чтобы наглядно продемонстрировать пациенту, как будет проходить процедура, и каким будет результат.

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 фишек и коробки игры «пятнашки».

Предмет исследования: методы построения моделей фишек и коробки игры «пятнашки» 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 создания игры «пятнашки», многообразием разновидностей и вариаций игры

2. Изучить программы для 3D-моделирования

3. Сконструировать трехмерные модели фишек и коробки игры «пятнашки» с использованием программы «Компас-3D»

4. Распечатать несколько разновидностей фишек и коробки игры «пятнашки» на 3D-принтере

5. Провести экономическое обоснование на изготовление моделей фишек и коробки игры «пятнашки» 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 модели игры «пятнашки» нескольких разновидностей.

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

Гипотеза: 3D-моделирование, как и игра в «пятнашки» 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 популярных головоломок в мире, которую обожали политики, ученые, писатели, творческие люди из разных слоёв общества, огромное подспорье в последующей профессиональной и личностной самореализации.

 ГЛАВА I. Теоретический обзор материала по теме исследования

1. «Пятнашки»

И гра в 15, так называемые «пятнашки» — популярная головоломка, придуманная в 1878 году Ноем Чепмэном. Представляет собой набор одинаковых квадратных костяшек с нанесёнными числами, заключённых в квадратную коробку (Рис. 4). Длина стороны коробки в четыре раза больше длины стороны костяшек для набора из 15 элементов, соответственно в коробке остаётся незаполненным одно квадратное поле. Цель игры — перемещая костяшки по коробке, добиться упорядочивания их по номерам, желательно сделав как можно меньше перемещений.

Рис. 4. Игра «пятнашки»

С 1891 года до самой смерти Сэмюэл Лойд утверждал, что изобрёл головоломку именно он, и долгое время считалось, что это действительно так. Однако существуют доказательства того, что он не был причастен ни к созданию «пятнашек», ни к вариации с переставленными фишками 14 и 15. Пик популярности головоломки в США пришёлся на первую половину 1880 года; при этом не было обнаружено никаких упоминаний Сэма Лойда в связи с «пятнашками» вплоть до января 1891 года. В частности, The New York Times дважды публиковала материалы о головоломке, 22 марта 1880 года и 11 июня 1880 года, ни разу не упомянув при этом Лойда, несмотря на то что Лойд жил в Нью-Йорке. Настоящим изобретателем головоломки был Ной Палмер Чепмэн, почтмейстер из Канастоты, который ещё в 1874 году показывал друзьям головоломку, состоящую из шестнадцати пронумерованных квадратиков, которые надо было сложить в ряды по четыре штуки так, чтобы сумма чисел в каждом ряду была равна 34. Сын Ноя Чепмэна, Фрэнк Чепмэн, привёз доработанные головоломки в Сиракузы (штат Нью-Йорк) и передал их Анне и Джеймсу Бельден (Anna and James Belden). Они, в свою очередь, забрали головоломку в Уотч-Хилл (Род-Айленд), где были сделаны копии головоломки; одна из этих копий неизвестным в точности путём попала в Хартфорд, где слушатели Американской школы для слабослышащих начали делать грубые копии головоломки. К 1879 году головоломка уже продавалась не только в Хартфорде, но и в Бостоне. Тогда о «пятнашках» узнал художник по дереву Маттиас Райс (Matthias J. Rice). В декабре 1879 года Маттиас Райс начал в Бостоне бизнес по производству новой головоломки под названием «Драгоценная головоломка» (англ. The Gem Puzzle ).

В начале 1880 года некий Чарльз Певи, дантист из Вустера, привлёк внимание общественности, предложив денежное вознаграждение за решение задачи собирания головоломки, что добавило популярности новой забаве. Весной того же года игра достигла Европы.

21 февраля 1880 года Ной Чепмэн попытался оформить патент на своё изобретение под наименованием «Block Solitaire Puzzle» («Головоломка—пасьянс с блоками»), однако заявка на патент была отклонена; не сохранилось записей, объясняющих, почему это произошло. По-видимому, это было вызвано тем, что, по мнению патентного инспектора Бурке, новая заявка мало отличалась от патента «Хитрые блоки», «Puzzle-Blocks», выданного Эрнесту У. Кинси (Ernest U. Kinsey) более чем за год до того, как Ной Чепмэн подал свою заявку.

6 января 1880 года в газете Boston Evening Transcript появилось объявление о головоломке под названием Boss Puzzle. 12 января Boston Transcript упомянула несколько версий других производителей, включая Gem Puzzle, Solitaire, Fifteen и Number Puzzle. 19 января в той же газете была анонсирована головоломка под названием The New Puzzle; на следующий же день Worcester Gazette разместила объявление о головоломке The Boss Puzzle. Популярность головоломки стремительно росла, и предприниматели уже начали её производство и продажу.

В марте 1880 года головоломка начала распространяться за пределами США. До конца марта она достигла Канады и Франции. В течение апреля «безумие» достигло Англии, Германии, Латвии, Австрии, Эстонии, Норвегии, Швеции, России, Финляндии, в мае — Новой Зеландии, Нидерландов, Италии, Мексики, Дании, Австралии.

Так вот, бешеный успех этой игры, увидевший свет в XIX веке, привел к ее массовому распространению по всему миру и к появлению множества аналогичных головоломок, где вместо цифр использовались иногда картинки (Рис. 5), а квадратики заменялись фишками другой формы.

В СССР «Пятнашки» также производились как в классическом, так и в нестандартном варианте (Рис. 6). Так, например, головоломка стандартного типа насчитывала 43 вида разновидностей — за счет разных расцветок и форм коробки. В зависимости от этого варьировалась и цена «Пятнашек»: например, Реутовская фабрика игрушек выпускала два вида коробок по 46 и 80 коп., на Московской экспериментальной фабрике игрушек производили головоломку по цене 60 коп., в Белгороде — по 1 руб., двусторонние «пятнашки», сделанные на одесском заводе «Полимер» обходились покупателю в 65 коп., а ЛПО «Ленбытхим» (Ленинград) делало самую дешевую игрушку — 42 коп.

Рис. 5. Игра с картинкой

Рис. 6. Классический и нестандартный варианты

За время существования этой головоломки было придумано и создано множество различных вариаций и сочетаний на тему пятнашек. Не затрагивая банальные разновидности с другим размером поля такие, как 3×3, 5х5, 3х4 остановлюсь на наиболее интересных.

Рис. 7. Игра с буквами

Первой в этом множестве стоит выделить головоломку «Rate your mind pal» (перевод «раскинь мозгами, приятель», «проверь свой ум, дружок») (Рис. 7). Эта г оловоломка —  обычная пятнашка 4х4, но вместо цифр в ней используются буквы из фразы «Rate your mind pal». В собранном состоянии эти слова перечислены построчно сверху в низ. Собранная головоломка показывается жертве розыгрыша, затем тасуется определённым образом. Фокус в том что бы поместить букву R из слова Your на место буквы R в слове Rate. Большинство людей, наверняка оставит R в левом верхнем углу не тронутой, и будет пытаться собрать остальные части. В этом случае параметр беспорядка головоломки становится не чётным, и собрать её невозможно. В русском варианте используется фраза «Слон спит стоя, а вы?» В ней меняются местами буквы С.

С ледующая из популярных разновидностей — это так называемая скользящая головоломка (Sliding Piece Puzzle) (Рис. 8). В этой головоломке как и в пятнашках есть игровое поле и части, которые можно перемещать по полю по тем же правилам. На этом сходство с пятнашками заканчивается. Как правило задачей в этой головоломке является перемещение какой-либо части в определённое место, или составление из частей определённой фигуры. Мелкие детали головоломки часто имеют разную сложную форму и на первый взгляд делают головоломку не решаемой. На картинке приведены примеры, где необходимо сдвинуть квадрат g  в самый верх.

Рис. 8. Скользящая головоломка

Далее стоит отметить изобретение российского автора М.И. Зубряева — Минус-куб (Рис. 9). Эта головоломка является объёмной реализацией пятнашек. В прозрачную коробку уложено 7 двухцветных кубиков и одно место оставлено пустым. Задача состоит  в том, что бы сложить все стороны куба, где у каждой стороны один цвет.

Сюда же можно отнести и головоломку Минус-Шарик (Рис. 10). В ней вместо кубиков используются шарики трёх цветов.

Рис. 9. Минус-куб Рис. 10. Минус-Шарик Рис. 11. Игра Sokoban

В заключении стоит отметить ещё одну популярную компьютерную реализацию пятнашек — Sokoban (Рис. 11). Эта головоломка была разработана в 1980 году Хироюки Имабаяси и издана в 1982 компанией Thinking Rabbit (Япония). Игра была реализована для множества компьютерных платформ, включая практически все домашние и персональные компьютеры. В ней бедному грузчику приходится расставлять на свои места перемешанные на территории ящики.

Очевидно, что головоломка «пятнашки» завоевала популярность у населения земли заслуженно и заняла своё место в истории с такими великими головоломками как танграм, пазлы и кубик Рубика.

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 моделей объёмных фишек и коробки игры «пятнашки»

Я поставила 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 в составе группы одноклассников 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 «пятнашки» был использован ряд базовых команд и функций программы, остальное я изучала при подробной разборке процесса создания моделей моих одноклассников. Теперь поподробнее.

Фишки.

Я не стала моделировать нестандартные по форме и содержанию варианты игры. Некоторые из них могут быть сложны к воплощению технически, другие отличаются чисто внешними деталями и для получения новых знаний по 3D-моделированию не имеют значения. К тому же эта игра прошла как-то мимо меня и поэтому знакомство с ней лучше начинать с классического варианта. Я создам два варианта игры с цифрами: 3х3 для начала знакомства с игрой, 4х4 привычная классика и для своеобразия буквенный вариант 4х4, описанный выше.

Начнём с основного – фишки. Размеры были взяты произвольно и в дальнейшем пробная печать показала их правильность.

1 . Открываем «Компас-3D», создаём эскиз и рисуем квадрат со стороной 22 мм (Рис. 12), для чего используем встроенную функцию создания правильного многоугольника программы «Компас-3D», которая находится на вкладке «многоугольник» при создании прямоугольника в разделе меню «геометрия». Затем с помощью основного метода моделирования объёмных тел – элемента выдавливания создаём объёмную основу высотой 3 мм (Рис. 13).

Рис. 12. Эскиз квадрата

Рис. 13. Основа фишки

2. Скругляем углы фишки (Рис. 14). И с помощью элемента выдавливания добавляем бортик высотой 1 мм (Рис. 15), при этом идём на хитрость: строится эскиз из одного внешнего контура, а толщину бортика в 1 мм задаёт опция под названием «тонкостенный элемент».

Рис. 14. Скругление

Рис. 15. Создание бортика

3. Осталось создать надпись по центру фишки в виде цифры или буквы. Для чего использована следующая цепочка меню: на первой вкладке меню выбираем «сервисные инструменты», затем на вкладке «инструменты» пункт «символы вдоль кривой». Кривой в данном случае служит отрезок (после построения он вырезается) проходящий как центральная ось вдоль надписи (Рис. 16). Вводим, выбираем необходимые параметры: текст, его угол наклона, размещение на указанном участке отрезка (Рис. 17). Вводим необходимый символ (или слово при написании фраз), корректируем при необходимости

Рис. 16. Отрезок для надписи

Рис. 17. Ввод параметров

его параметры. Далее надпись нужно сделать объёмной. Для этого нужен контур, повторяющий введённый символ. Используем преобразование в сплайн – замкнутую кривую – раздела меню «черчение» (Рис. 18).

Рис. 18. Преобразование в сплайн

Рис. 19. Получение объёмной надписи

И наконец с помощью элемента выдавливания получаем объёмную надпись (Рис. 19).

Т.о. построим все фишки, при этом содержание надписи не имеет значения, главное чтобы размер был не мал для печати, иначе отдельные символы сливаются и становятся малочитаемы.

Коробка.

Коробка игры представляет собой нижнюю и верхнюю части, построение которых аналогично друг другу, за исключением надписи на верхней части.

1. Проведём небольшой расчёт. Для игры 3х3 – 3 фишки плюс зазор – (22+0,5)*3=67,5 – плюс стенки коробки – 67,5+1,5*2=70,5.

Строим эскиз квадрата со стороной 70,5 мм по аналогии с моделью фишки. Добавляем объём (толщина 1,5 мм). На скриншоты можно посмотреть в предыдущем разделе. Также строим бортик, только высотой 5 мм и толщиной 1,5 мм. Дополнительно скругляем внешний периметр бортика (Рис. 20).

Т.о. методы построения в этих случаях одинаковы, отличаются только линейные размеры.

Рис. 20. Скругление

Рис. 21. Верхняя часть коробки

Всё вышесказанное применимо и при построении верхней части коробки, с добавлением названия игры «пятнашки» (Рис. 21). Подробный анализ построения надписи также проведён при построении фишки.

Подведя итог мною были построены: два варианта коробки – 3х3 и 4х4, 15 числовых фишек, 11 буквенных фишек и неигровая фишка («убирай и играй»).

Для дальнейших действий подытожим. Будет распечатано три коробки – одна 3х3 и две 4х4, 42 фишки, причём печать цифровых и буквенных фишек по временным и материальным затратам отличается минимально и в расчётах учитываться не будет.

2.3. Технологическая карта на изготовление моделей фишек и коробки игры «пятнашки» с использованием программы «Компас-3D». Экономическое обоснование

Таблица 1. Технологическая карта на изготовление моделей фишек и коробки игры «пятнашки» с использованием программы «Компас-3D»

Деталь / Параметры (на 1 ед.дет.)	Используемый пластик	Толщина оболочки детали (мм)	Скорость печати (мм/с)	Процент заполнения	Поддержка	Время печати
Фишка	PLA	0,60	42	50	нет	8 мин
Коробка 3х3*	PLA	0,60	42	50	нет	2 ч
Коробка 4х4	PLA	0,60	42	50	нет	3 ч 14 мин
ИТОГО						5 ч 22 мин

* коробка представляет собой комплект из двух частей – верхней и нижней, поэтому временные и материальные затраты для её печати уже просуммированы

Определим себестоимость изделия (фишек и коробок) по формуле:

С = П + ОТ +Э, где

С – себестоимость изделия,

П - материальные затраты на пластик для печати моделей,

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 моделей фишек и коробки игры «пятнашки» с использованием программы «Компас-3D»

№ п/п	Наименование фигуры		Кол-во пластика на 1 фигуру (м)		Кол-во фигур (шт.)		Стоимость 1 м пластика (руб.)		Стоимость пластика в расчете на 1 фигуру (руб.)		Полная стоимость фигур (руб.)
1	Фишка		0,6		42		4,46		2,68		112,56
2	Коробка 3х3		7,7		1		4,46		34,34		34,34
3	Коробка 4х4		12,5		2		4,46		55,75		111,5
ИТОГО		20,8		-		4,46		92,77		258,4

Расходы на оплату труда по созданию моделей: 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 моделей фишек и коробки игры «пятнашки» с использованием программы «Компас-3D»

№ п/п	Наименование фигуры	Кол-во пластика на 1 фигуру (м)	Вес 1м пластика (г)	Вес 1 фигуры (г)	Стоимость труда по созданию изделия весом 1 г (руб.)	Стоимость труда по созданию изделия (руб.)	Кол-во копий фигур для печати (шт.)	Стоимость труда по печати изделия весом 1 г (руб.)	Стоимость печати копий	Полная стоимость фигур (руб.)
1	Фишка	0,6	3,17	1,9	50	95	42	7	558,6	653,6
2	Коробка 3х3	7,7	3,17	24,41	50	1220,5	1	7	170,87	1391,37
3	Коробка 4х4	12,5	3,17	39,63	50	1981,5	2	7	554,82	2536,32
ИТОГО		20,8	3,17	65,94	50	3297	-	7	1284,29	4581,29

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 моделей фишек и коробки игры «пятнашки»

с использованием программы «Компас-3D»

№ п/п	Наименование фигуры	Время печати	Кол-во потребленной энергии (кВт)	Стоимость 1 кВт (руб.)	Стоимость электроэнергии для печати 1 фигуры (руб.)	Кол-во фигур (шт.)	Стоимость электроэнергии для печати всех фигуры (руб.)
1	Фишка	8 мин	0,04	4,72	0,19	42	7,98
2	Коробка 3х3	2 ч	0,6	4,72	2,83	1	2,83
3	Коробка 4х4	3 ч 14 мин	0,97	4,72	4,58	2	9,16
Итого		5 ч 22 мин	1,61	4,72	-	45	19,97

Таблица 5. Себестоимость изделия для печати моделей фишек и коробки игры «пятнашки» с использованием программы «Компас-3D»

№ п/п	Наименование фигуры	Кол-во фигур (шт.)	Стоимость пластика в расчете на все фигуры (руб.)	Стоимость труда по созданию и печати (руб.)	Стоимость электроэнергии для печати всех фигур (руб.)	Себестоимость изделия (руб.)
1	Фишка	42	112,56	653,6	7,98	774,14
2	Коробка 3х3	1	34,34	1391,37	2,83	1428,54
3	Коробка 4х4	2	111,5	2536,32	9,16	2656,98
Итого		45	258,4	4581,29	19,97	4859,66

Проанализировав материальные затраты, можно сделать вывод, что стоимость сырья приемлемая, разориться на электроэнергии при 3D-печати достаточно сложно. Себестоимость напечатанных моделей на 94,3 % определяется стоимостью затрат на оплату труда по созданию моделей фишек и коробок с использованием программы «Компас-3D». Но, поскольку мы конструировали всё сами и печатали на школьном 3D-принтере, используя школьное программное обеспечение и компьютер, то можно сказать, что фишки и коробки имеют достаточно бюджетную стоимость – 278,37 руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

Решены поставленные задачи:

• Познакомилась с историей создания игры «пятнашки», многообразием разновидностей и вариаций игры

• Изучила программы для 3D-моделирования

• Сконструировала трехмерные модели фишек и коробки игры «пятнашки»

• Распечатала несколько разновидностей фишек и коробки игры «пятнашки» на 3D-принтере

• Провела экономическое обоснование на изготовление моделей фишек и коробки игры «пятнашки»

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 «пятнашки» 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 и 3D-моделированием, и такими играми, как «пятнашки», внешне простыми, а копни глубже – и до высшей математики достанешь, я бы очень рекомендовала школьникам.

Сама 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://optimakomp.ru/bpuzzle/

9. [Электронный ресурс]. – URL: http://ipuzzles.ru/15s/15s-puzzle-what-is-it/

10. [Электронный ресурс]. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%B3%D1%80%D0%B0_%D0%B2_15

ПРИЛОЖЕНИЕ