VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Создание 3D-модели водяного колеса
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
3D-моделирование — это проектирование трехмерной модели для построения объемной модели предмета. Современная трехмерная компьютерная графика позволяет создавать модели объекта для визуального восприятия. Толчком к идее послужило изучение истории нашего села - водяная мельница, построенная в 19 веке на озере Булуус нашим земляком С.П. Барашковым.
Цель: создание 3D-модели водяного колеса.
Задачи:
Изучение программы SketchUp.
Изучение строения водяного колеса.
Изучение основ геометрии, трехмерной графики с помощью компьютерной программы
Актуальность: 3D-моделирование – это технология, которая позволяет рассмотреть объект со всех сторон, детально представить проект.
Изучив программу SketchUp, мы создали с ее помощью 3D-модель водяного колеса. Это программа для моделирования относительно простых трёхмерных объектов - строений. По сравнению со многими популярными пакетами, она обладает рядом особенностей, преимуществ. Одна ключевая особенность — это инструмент Push/Pull («Тяни/Толкай»), позволяющий любую плоскость «выдвинуть» в сторону, создав по мере её передвижения новые боковые стенки. Таким образом, получается объемный вид.
Модель состоит из круглого колеса, закрепленного на оси - свободно вращающиеся 2 равных по диаметру колеса. Между ними расположены лопасти. На эти лопасти будет постоянно подаваться вода через желоб. (Это может быть мелкий пруд, скважина или бак.) При помощи потока воды можем создать вращательное движение. Колесо прикреплено к стойке. В центр колеса можно вмонтировать кусок трубы для оси, с помощью которой оно будет крепиться с одной стороны к корпусу опоры. Созданную модель можно перевести на другой формат и распечатать на 3D-принтере.
Глава 1. Создание 3D-объектов с помощью программы SketchUp.
1.1. Возможности программы SketchUp.
Компьютерная графика достигла такого развития, что создавать трехмерные объекты становится просто. Существуют различные программы, такие как AutoCAD, Компас, с помощью которых создаются трехмерные изображения.
Но эти программы слишком сложны для изучения и использования в младшем и среднем звене школы. Поэтому мы выбралипрограмму SketchUp, наиболее приемлемую и удобную в использовании. SketchUp - находка для новичков 3D моделирования, буквально через пару часов, пролистнув несколько уроков, или даже без них, вы будете с увлечением создавать ваши первые модели.
SketchUp — программа для моделирования относительно простых трёхмерных объектов — строений, мебели, интерьера. В марте 2006 года была приобретена компанией Google вместе с небольшой фирмой @Last Software [4].
Несмотря на то, что программа предназначена для 3D-моделирования, в ней нет ничего такого, что было бы непонятно обычному пользователю. Все трехмерные модели в этой программе создаются на основе простых двумерных фигур — линии, дуги, прямоугольника и т.д. Затем, при помощи инструмента «тяни-толкай», они превращаются в трехмерные. Таким образом, за считанные минуты можно, например, создать модель дома, пристроить к нему веранду и добавить мебель. Программа поставляется с интерактивными обучающими материалами, которые упрощают ее освоение. Готовый проект можно сохранить в виде графического файла в собственном формате SketchUp или в формате Google Earth. Кстати, именно после того, как разработчики SketchUp создали модуль для экспорта в Google Earth, компания Google заметила программу и взяла ее под свое крыло. Благодаря этому теперь SketchUp распространяется бесплатно [5].
Основным преимуществом SketchUp, является способность программы подсказывать наиболее удобный следующий ход и способ действия - в любой момент построений он выводит на экран графические и текстовые подсказки (левый нижний угол), опираясь на которые можно легко и быстро работать. Интерфейс программы минималистичен настолько, что напоминает детскую игрушку, но это обманчивое впечатление, на самом деле возможности SketchUp весьма широки, достаточно посмотреть на модели, которые делают профессионалы.
1.2. Создание3D-объектов.
Перед нами основные инструменты SketchUp (рис.1). Они расположены сверху, вдоль рабочего поля.
Вот наше поле для работы, есть три оси координат: X Y Z - красный, зеленый, синий (рис. 2).
Поначалу будем пользоваться только мышкой, почти все действия в Sketchup можно производить с ее помощью.
Выбираем инструмент «Прямоугольник», наводим его в точку пересечения осей, кликаем, и растягиваем фигуру к пересечению разметки, уголок прилипнет к пересечению, это тоже особенность программы.
К вадрат у нас сине-серого цвета, это значит, он повернут к нам обратной стороной, снизу он белый это лицевая сторона. Вот наш прямоугольник это наш будущий пол (рис. 3).
Теперь - стены, выбираем инструмент «Контур», берем за край и тянем в сторону. Получился контур стен.
Т еперь выбираем инструмент «Тяни – толкай», направляем на контур стены, он подсвечивается точками, и тянем вверх на 3000мм. Получилась вот такая коробка (рис. 4.).
Рисуем прямоугольники на стене. Инструментом «Тяни – Толкай» выдавливаем окна, рисуем и вырезаем двери, используя наши вновь приобретенные знания.
Т еперь стекла. Нужно сделать стекла прозрачными. Открываем меню инструмента, выбираем «Материалы» – «Светопроницаемое».
Чтобы повертеть пространство используем инструмент «Oрбита» (вращать). Можно кликнуть его на панели инструментов, тогда он останется, пока не переключим на другой, либо нажать на колесико мышки и, придерживая, поворачивать пространство как нам удобно, при отпускании колесика инструмент пропадает, поэтому второй способ лучше. Приближать и отдалять объекты можно крутя колесико взад вперед. Двигать влево вправо вверх вниз – инструментом.
Таким образом, мы сделали проект дома. При помощи этой программы можно создавать различные объекты.
Глава 2. Создание 3D-модели водяного колеса.
2.1. Создание модели на программе SketchUp.
Модель состоит из круглого колеса, закрепленного на оси - свободно вращающиеся 2 равных по диаметру колеса. Между ними должны быть лопасти, на одинаковом расстоянии друг от друга. На эти лопасти будет постоянно подаваться вода через желоб. (Это может быть мелкий пруд, скважина или бак.) При помощи потока воды можем создать вращательное движение. Колесо прикреплено к стойке. В центр колеса можно вмонтировать кусок трубы для оси, с помощью которой оно будет крепиться с одной стороны к корпусу опоры.
Чтобы создать деталь «колесо», выбрали инструмент «круг», растянули его до нужных размеров (рис. 6). Затем с помощью инструмента «тяни-
толкай» придали нужную толщину (рис. 7). В середине сделали отверстие: с помощью инструмента «круг» наметили диаметр, затем с помощью инструментов «тяни-толкай» и «ластик» сделали отверстие. Самым сложным было делать лопасти. Их мы сделали с помощью инструмента «карандаш», расположив симметрично с помощью «транспортира». Опору сделали с помощью инструментов «прямоугольник» и «круг».
Затем с помощью инструментов «переместить» и «повернуть» собрали модель из отдельных деталей.
С помощью инструментов «орбита» и «панорама» можно рассмотреть модель со всех сторон. Подкручивая колесико мышки можно приблизить.
Модель можно распечатать на 3D-принтере (фото 1). В школе у нас имеется принтер Wanhao Duplicator i3 2.1, на котором распечатали детали, а потом собрали модель.
Фото 1. Распечатка модели на 3D-принтере «Wanhao Duplicator i3 2.1»
Заключение.
Данная программа позволяет создавать объемные 3D-модели, развивает умение работать со всеми необходимыми инструментами моделирования. А также помогает приобретению первичных навыков проектирования и моделирования.
В ходе работы мы ознакомились с программой SketchUp, ознакомились с понятиями геометрии: о планиметрии, стереометрии. Узнали, как построить объект на трехмерной плоскости, как можно сделать двухмерную плоскость трехмерной. Так же работа с 3D-объектами развивает пространственное мышление, эстетическое восприятие, визуальное восприятие трехмерных фигур.
Наглядность и простота в применении программы SketchUp помогла нам быстро освоить её и создавать 3D-объекты.
В дальнейшем хотим изучить строение водяной мельницы и создать его прототип на 3D-принтере. Для этого нам потребуется провести большой объем работы по поиску и изучению документов, информации о мельнице, которую в 19 веке построил в своем селе наш земляк, меценат, купец 1 гильдии С.П. Барашков.
Использованная литература:
Большая энциклопедия школьника. /под ред. Евсюкова Г.Р./ М.: Махаон, 2014
Энциклопедия для детей. Том 22. Информатика / Гл. ред. Е.А. Хлебалина, вед. Науч. Ред. А.Г. Леонов. - М.: Аванта+, 2003
«Юный техник», №4, 2013г
https://ru.wikipedia.org
http://www.sketchupmodels.com/
http://sketchup.computingforarchitects.com/