XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Разработка и изготовление модели рельефного панно «ПЕНЗА»
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Актуальность
Подарки любят все. Их приятно получать, и не менее приятно дарить. Я решила разработать модель панно «ПЕНЗА», который может стать хорошим подарком и для гостей и для жителей нашего города.
Трехмерная графика последнее время все чаще используется не только профессионалами. 3D визуализация – это эффективно, наглядно и свежо, она дает человеку возможность увидеть реальный объект до его создания. Программы трехмерной графики - самые интересные по своим возможностям и сложные по освоению приложения. Область применения трехмерной графики необычайно широка: от рекламы и киноиндустрии до дизайна интерьера и производства компьютерных игр. Одной из известных компаний в сфере разработки систем компьютерного 3D моделирования является компания Delcam (Великобритания). ArtCAM - это программный пакет для пространственного моделирования/механообработки, который позволяет автоматически генерировать пространственные модели из плоского рисунка и получать по ним изделия на станках с ЧПУ. ArtCAM предлагает мощный, легкий в использовании набор средств моделирования, который предоставляет дизайнеру свободу при создании сложных пространственных рельефов.
Цель
Создать рельефное панно с основными достопримечательностями города Пензы средствами программы ArtCAM.
Задачи
Выбрать исторические объекты города Пензы для отображения на панно.
Разработать 3D-модель панно «Пенза».
Выбрать оборудование для реализации проекта.
Реализовать проект с использованием выбранного оборудования.
Основная часть
Пенза — небольшой уютный город, в котором удивительным образом сочетается спокойствие, неторопливость провинции и внушительное количество интересных культурных объектов. Здесь приятно гулять по старинным улочкам, разглядывая достопримечательности Пензы, которые порадуют любого туриста. Наш город богат интересными памятниками.
В своей работе – панно «ПЕНЗА» я отобразила некоторые памятные места нашего города, которые, на мой взгляд, являются самыми популярными и узнаваемыми.
Скульптурная композиция «Первопоселенец» (памятник Первопоселенцу) — памятник, посвящённый основателям и первым жителям нашего города. Монумент символизирует два начала в судьбе первопоселенцев Пензы — оборону юго-восточных границ Русского государства от набегов степных кочевников во второй половине XVII века и крестьянский труд. Является одним из наиболее известных и узнаваемых символов города, часто изображается на местной сувенирной и тематической продукции.
Установлен в исторической части города, напротив остатков оборонительного вала городской крепости XVII века (Пенза была основана в 1663 году как город-крепость).
Является объектом культурного наследия регионального значения.
Автор монумента — скульптор Валентин Григорьевич Козенюк (1938—1997). Архитектор — Ю. В. Комаров.
Позади первопоселенца находится фигура коня, который мог использоваться как в землепашестве, так и в военном деле. У подножия скульптуры, на постаменте памятника начертана надпись, посвященная основанию Пензы: «ЛЕТА 7171 — 1663 — НА РЕКЕ ПЕНЗЕ ВЕЛЕНО ГОРОД СТРОИТЬ».
Монумент воинской и трудовой Славы (памятник Победы) — памятник на площади Победы в г. Пенза, посвящённый воинским и трудовым подвигам жителей и уроженцев Пензенской области в годы Великой Отечественной войны 1941—1945 годов. Является главным региональным памятником такого рода. Один из наиболее известных и узнаваемых символов г. Пензы. Монумент был открыт 9 мая 1975 года к 30-й годовщине Победы в Великой Отечественной войне.
Еще один из самых известных памятников нашего города - монумент Славы, горожане обычно называют его «Росток», который символизирует рост и процветание как Пензы и области в частности, так и всей России в целом. Он был открыт в 1967 году и внутри «Ростка» замуровано послание потомкам, которое должны найти и прочитать спустя 50 лет с момента установки, т.е. в 2017 году. Набережная Суры и смотровая площадка у «Ростка» - излюбленное место пензенцев и туристов. Молодожены оставляют на перилах возле стелы замки на счастье, сюда приходят фотографироваться на свадьбах и других праздниках. В официальные праздники здесь любят смотреть салют и фейерверки.
На празднования семидесятилетнего юбилея Пензенской области, 4 февраля 2009 года, в центре города бы открыт памятник «Добрый ангел мира». На средства фонда «Меценаты столетия» была изготовлена десятиметровая мраморная колонна и 3,5-метровый бронзовый ангел, шагающий по полусфере с голубем в руках. Администрация города благоустроила прилегающую территорию и профинансировала установку скульптуры в стиле классической римской архитектуры. Голубь как символ мира, добра и надежды в руках ангела; полусфера, символизирующая земной шар – всё это несёт в себе не только художественную и эстетическую ценность, но и социальное и историческое значение. Вся композиция - олицетворение светлого, чистого, высокого и безгранично доброго. На основании колонны написаны имена строителей и меценатов.
Пенза – единственный город в своём крае, удостоенный наивысшей награды созидания и миротворчества – орденом Мира. Жители Пензы считают монумент своим Ангелом-хранителем и надеются, что он поможет в дальнейшем процветанию и развитию города. Монумент «Добрый ангел мира» является городской достопримечательность международного значения.
В 1782 году была учреждена почтовая дорога между Пензенской и Тамбовской губерниями, так называемый Тамбовский тракт, который начинался на юго-западной окраине Пензы у Тамбовской заставы, представлявшей из себя два кирпичных обелиска, увенчанных двуглавыми орлами, полосатые сторожевую будку и шлагбаум. В 1972 году вконец обветшавшие обелиски заменили новыми, повторившими форму прежних, а рядом восстановили и сторожевую будку со шлагбаумом и старинным фонарём. Внутри неё поместили диораму художника Н.Я. Евстигнеева «Старая Тамбовская застава», изображающую выезд из города высокопоставленного лица в сопровождении охраны на фоне вида старой Пензы.
Именно через Тамбовскую заставу проезжали высочайшие особы, почтившие своим посещением наш город, - императоры Александр I и Николай I, попечитель Московского университета, известный меценат и коллекционер граф С.Г. Строганов и шеф корпуса жандармов, начальник III отделения граф А.Х. Бенкендорф, писатель П.А. Вяземский, критик В.Г. Белинский, многие помещики, направлявшиеся в свои имения либо возвращавшиеся из них в губернский центр, но чаще всего – простые русские мужики, ехавшие из окрестных селений на пензенский базар, чтобы продать свой немудрёный товар.
Именно эти памятники я решила использовать в создании панно. Кроме того в работе мной был использован герб города Пензы.
Работа над проектом
На базе нашей школы расположен ЦМИТ «ТехноАрт». Летом ежегодно на базе школы и ЦМИТ работает летний профильный лагерь «Эрудит». В течение двух недель мы занимаемся по направлениям «Компьютерная графика», «3D моделирование и прототипирование», «ТРИЗ» и другим.
Реализация разработанной мной модели велась в 6 этапов:
Создание векторного изображения всех отдельных элементов панно.
Проектирование объемного рельефа отдельных элементов панно.
Сбор всех элементов в одну модель.
Выбор способа изготовления опытного образца.
Непосредственное изготовление образца на оборудовании.
Конечное оформление изготовленного образца.
Сначала я разработала 3D модели всех элементов панно – памятники, герб. Два проекта – «Росток» и «Тамбовская застава» создавались вручную по векторам с использованием формирования профиля вытягиванием по двум направляющим, создание рельефа по цвету.
Рисунок 1. «Росток»
Рисунок 2. «Тамбовская застава».
Остальные элементы создавались через создание рельефа по растровому рисунку. Предварительно все рисунки мной были обработаны – переведены в черно-белое изображения. удалены лишние элементы с фотографии, увеличена контрастность и четкость рисунков и т.д. Кроме того в программе ArtCAM я перевела изображение в полутоновое, изменила контрастность изображения перед созданием рельефа по рисунку с масштабированием - 5. Режим между рельефным и растровым слоем – слить по наименьшей высоте. Сгладила рельеф, инструментом скульптор сделала рельеф более правильным.
Создав модель по изображению из файла, я обвела его полилинией, сглаживая ее, т.к. создание вектора из растра давало очень некачественный вектор и его бы пришлось долго редактировать. Внутренние участки обнулила внутри, внешний вектор обнулила снаружи. Отдельно сделала постамент, наложила рельеф, текстуру - Aluminium Foil – Crushed. Затем на созданный постамент была нанесена надпись (текст вдоль кривой) - «ЛЕТА 7171 — 1663 — НА РЕКЕ ПЕНЗЕ ВЕЛЕНО ГОРОД СТРОИТЬ»
Рисунок 3. Создание полилинии по рисунку.
Создала рельеф по выделенному контуру. Затем еще создала рельеф по растровому рисунку, установив в свойствах рельефа – слить по наибольшей высоте, выполнила масштабирование и сглаживание рельефа на растровом слое. Затем был создан вектор для постамента и наложен рельеф.
Рисунок 4. Создание рельефа «Первопоселенец».
Аналогично были созданы рельефы – «Ангел мира», постамент у которого выполнила вручную, используя создание профиля через Поворот, памятник Победы и герб города Пензы.
Рисунок 5. Создание рельефа «Ангел Мира».
Рисунок 6. Создание рельефов - памятник «Победы» и герба г.Пензы.
Так как герб предполагается небольшого размера, для более четкого вида вручную были обведены и углублены внутренние элементы колосьев.
Все созданные модели были сохранены отдельными файлами и в основное панно вставлялись через функцию - Вставить рельеф из файла.
Перед созданием панно мной был сначала создан векторный рисунок цветочного орнамента, и в дальнейшем я его вставляла в основную модель панно. Форма панно – скругленный прямоугольник размером 170 на 85. Несколько раз сделала смещение вектора. Основа панно сделана через создание рельефа по цвету. На отдельные элементы мной была наложена текстура. Все элементы панно вставлялись на отдельный слой, это дало возможность вносить какие-либо изменения в работу, не изменяя всей модели целиком. На панно добавлены надписи – «ПЕНЗА» и «Сохраняя прошлое – создаем будущее!» (ведь не зная и не помня прошлого, невозможно понять подлинный смысл настоящего и цели будущего). В конце работы слои объединила. Этапы создания панно вы можете увидеть на следующих рисунках.
Рисунок 7. Этапы создания рельефа панно «Пенза».
На последнем этапе я выбирала способы изготовления логотипа.
Мной был выбран классический вариант – изготовление методом фрезерования по деревянной заготовке в три этапа: фрезерование черновой концевой фрезой, затем чистовой гравировальной фрезой (2 этапа – 3 мм и 1 мм) и последний – обрезка по контуру границы области.
Рисунок 8. 3D – обрезка.
Рисунок 9. Обработка черновой фрезой.
а) ? 3 мм. б) ? 1 мм.
Рисунок 10. Обработка чистовой фрезой.
Рисунок 11. Визуализация процесса фрезерования.
Рисунок 12.Проверка времени обработки рельефа фрезерованием.
Для изготовления модели был использован фрезерный станок Roland. Материал – дерево. Для построеня рельефа проект был сохранн в формате STL . Именно этот формат был передан на фрезерный станок. Время полной обработки составило около 6 ч.
Рисунок 13. Оборудование для реализации построения модели.
Рисунок 14. Рельеф, выполненный на фрезерном станке .
Вырезанная модель была окрашена пропиткой и покрыта лаком. Полученный образец представлен на фото ниже.
Рисунок 15. Готовый проект – панно «ПЕНЗА».
Выводы
Сегодня во всем мире принято дарить необычные, эксклюзивные подарки. Это могут быть предметы, сделанные своими руками, или выполненные в единственном экземпляре на заказ. Что ж, это неудивительно: наши современники всеми силами желают подчеркнуть свою индивидуальность. Данное панно «ПЕНЗА» может стать таким подарком для жителей и гостей нашего города.
Кроме того, данную модель можно использовать для изготовления подарочных кондитерских изделий и другой сувенирной продукции.
Бурно развивающийся процесс информатизации в России позволяет использовать широкий спектр средств новых информационных технологий. Одним из главных элементов является компьютерная графика и компьютерное 3D моделирование. Применение современных, мощных средств компьютерной техники и специального программного обеспечения приводит к значительному сокращению времени, затрачиваемого на проектные работы, и как следствие помогает снизить трудоемкость этих работ. Программа ArtCAM является удобным инструментом, позволяющим реализовать на компьютере любые дизайнерские идеи и решить самые сложные конструкторские задачи.
Используемая литература и Интернет-ресурсы
ArtCAM Pro. Руководство пользователя. Моделирование и обработка художественных рельефов, Delcam plc, 2009
ArtCAM в России http://www.artcam.ru/
ArtCam. Учебный курс - http://postprocessor.su/artcam_lesson_list.html
Руководство пользователя «ArtCAM Pro4», Delcam plc, 1999.
Справочное руководство «ArtCAM Pro9», Delcam plc, 2006.
Справочное пособие «Новые возможности ArtCAM Pro9», Delcam plc, 2006.
Сайт официального представительства компании Delcam в России http://delcam.ru/
Уроки ArtCam - http://vt-tech.eu/articles/cnc/171-artcam-lessons.html
Программное обеспечение
«ArtCAM for Educational»
«ArtCAM Pro 8»
«CorelDraw»