Проектно-исследовательская работа по теме "Геометрические тела в 3D моделировании. Шахматы"

Муниципальное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 28

школьное научное общество «Эрудит»

 

Проектно-исследовательская работа

по теме:

«Геометрические тела

В 3D моделировании.

 Шахматы»

Выполнил: ученик 8 класса

Коршунов Юрий Владимирович

Научный руководитель:

Богомолова Ксения Анатольевна,

учитель математики и информатики

Плотникова Татьяна Петровна,

научный руководитель НОУ «Эрудит»  

Комсомольск на Амуре

2018 год

Содержание

1.ВВЕДЕНИЕ……………………...….……………...…………………………...3

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МАТЕРИАЛА ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Геометрические тела и тела вращения……………………………………5

1.2. Программы для 3d моделирования (название, краткое описание)……..8

1.3. История создания программы 3d max……………………………………11

1.4. Использование программы в моделировании…………………………...11

ГЛАВА II. ОПИСАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ

2.1. Этапы проведения исследования…………………………………………13

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………...........................21

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………..22

ПРИЛОЖЕНИЕ №1. Презентация  пошагового изготовления модели шахмат

Введение

     Развитие технологий в последнее время привело к быстрому росту в области компьютерной техники и программного обеспечения. Еще совсем недавно незначительный эпизод из фильма, созданный при помощи спецэффектов, вызывал бурю восторга и обсуждений. Сегодня спецэффектами в кино никого не удивишь. Они стали обыденным явлением благодаря массовому распространению программ создания компьютерной графики и, в частности, трехмерного моделирования. Программы трехмерной графики - самые интересные по своим возможностям и сложные по освоению приложения.

    Одно из лидирующих мест среди таких программ занимает 3ds Max. В силу своих уникальных возможностей и доступности в освоении эта программа сегодня имеет наибольшее количество поклонников, как среди любителей, так и среди профессионалов. Пожалуй, осталось очень мало сфер деятельности человека, связанных с трехмерной графикой, в которых не используется 3ds Max. Ее активно применяют для создания игр и фильмов, в архитектуре и строительстве, в медицине и физике, а также во многих других областях.

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

Гипотеза: если учащиеся будут изучать 3D моделирование, то это будет способствовать развитию воображения и создавать вокруг себя комфортный, практичный и малобюджетный мир.

 Цель исследования - познакомиться с методами создания 3D-моделей на примере программы 3d max

Цель определила следующие задачи:

1) Изучить научную и периодическую литературу по данной теме;

2) Создать помощью программы 3d max модели шахмат

3) Подготовить алгоритм сборки модели шахмат для начинающих

Методы исследовательской работы:

В ходе исследования были использованы такие методы, как:

1) Работа с различными источниками информации, журналы, научная

литература, публицистическая литература, энциклопедии, интернет-источники.

2) Описание, сбор, систематизация материала.

3) Наблюдение, анализ и сравнение.

4) Конструирование.

Формы фиксирования результатов

1)    Скриншоты этапов работы.

2)    Описание последовательности выполнения модели

3)    Готовая модель

Теоретическая и практическая значимость данной работы определяется тем, что моя работа поможет повысить заинтересованность новой технологией и позволит придумывать и реализовывать свои проекты.

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МАТЕРИАЛА ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1.          Геометрические тела и тела вращения

Тела вращения — это объёмные тела, которые возникают следствием вращения плоской геометрической фигуры, которая ограничена кривой, вокруг оси. Эта ось лежит в той же плоскости.

Шар — образуется из полукруга, вращением вокруг диаметра разреза.
Цилиндр — образуется из прямоугольника, вращая его вокруг одной из сторон.
Конус — образуется из прямоугольного треугольника, при вращении его вокруг одного из катетов.
Тор (тороид) — образуется из окружности, вращая ее вокруг прямой, которая не пересекает его.

Многогранники.

 Многогранник или полиэдр — зачастую замкнутая поверхность, состоящая из многоугольников. Ее, бывает, зовут тело, которое ограничено этой поверхностью.

Многогранник – тело, у которого граница, это объединение ограниченного количества многоугольников.

 Есть 5 видов правильных многогранников: 

Тетраэдр-простейший многогранник, гранями которого являются четыре треугольника, треугольная пирамида. У тетраэдра 4 грани, 4 вершины и 6 рёбер.
Гексаэдр (куб)- правильный многогранник, каждая грань которого представляет собой квадрат. Частный случай параллелепипеда и призмы.
Октаэдр-многогранник с восемью гранями. Правильный октаэдр является одним из пяти выпуклых правильных многогранников, так называемых платоновых тел; грани правильного октаэдра — восемь равносторонних треугольников.
Додекаэдр -Правильный многогранник, составленный из 12 равносторонних пятиугольников. Додекаэдр имеет 20 вершин и 30 ребер. Вершина додекаэдра является вершиной трех пятиугольников, таким образом, сумма плоских углов при каждой вершине равна 324°. Все двадцать вершин додекаэдра лежат по пять в четырёх параллельных плоскостях, образуя в каждой из них правильный пятиугольник. В додекаэдр можно вписать куб так, что стороны куба будут диагоналями додекаэдра. Грани додекаэдра связаны с золотым сечением
Икосаэдр -правильный выпуклый многогранник, двадцатигранник, одно из Платоновых тел. Каждая из 20 граней представляет собой равносторонний треугольник. Число ребер равно 30, число вершин — 12.

1.2.Программы для 3d моделирования

WINGS 3D

Программа Wings 3D является продвинутым инструментом для трехмерного моделирования. Пользователям предоставляется множество инструментов, с помощью которых можно создавать очень реалистичные модели. Wings 3D имеет настраиваемый интерфейс, встроенный инструмент отображения AutoUV и может экспортировать готовые файлы в большинство популярных 3D-форматов. Несмотря на все свои достоинства, такие, как поддержка виртуального отображения для симметричного моделирования, Wings 3D не поддерживает анимацию.

DAZ STUDIO

Daz Studio – это мощное и при этом совершенно бесплатное программное обеспечение для трехмерного моделирования. Нельзя сказать, что это легкий для освоения инструмент – новичкам придется долго изучать возможности программы. Создатели программы позаботились о пользовательском опыте, но удобство Daz Studio удастся оценить далеко не сразу. Одной из фишек программы является создание 3D-изображений с GPU ускорением во время рендеринга, что дает возможность создавать очень реалистичные модели. Также в Daz Studio имеется поддержка создания сцен и функционал для анимации моделей.

OPEN SCAD

Программное обеспечение для 3D-моделирования Open SCAD создано для серьезного проектирования (промдизайн, интерьеры, архитектура). Художественные аспекты создателей программы интересовали в гораздо меньшей степени. В отличие от других программ подобного плана, Open SCAD не является интерактивным инструментом – это 3D-компилятор, который отображает детали проекта в трехмерном виде.

AUTODESK 123D

Программа AutoDesk 123D – это большой набор различных инструментов для CAD и 3D-моделирования. С помощью программы можно проектировать, создавать и визуализировать практически любые 3D-модели. AutoDesk также поддерживает технологию 3D-печати. Основной сайт AutoDesk 123D имеет несколько сателлитов, где можно найти множество интересных бесплатных 3D-моделей, с которыми можно поэкспериментировать или просто использовать их в личных целях.

MESHMIXER 3.0

Meshmixer 3.0 позволяет проектировать и визуализировать 3D-конструкции путем объединения двух или нескольких моделей всего за несколько простых шагов. В программе для этого имеется удобная функция «cut and paste», то есть можно вырезать из модели нужные части и вставлять их в другую модель. Программа даже поддерживает лепку – пользователь может создавать виртуальную скульптуру, формируя и уточняя поверхность точно так же, как если бы он лепил модель из глины. И все это в режиме реального времени! Программа поддерживает 3D-печать, готовые модели полностью оптимизированы для отправки в принтер.

3D RESHAPER

3DReshaper является доступным и простым в использовании программным обеспечением для 3D-моделирования. Программу можно использовать в различных областях, таких как искусство, горнодобывающая промышленность, гражданское строительство или судостроение. 3DReshaper поставляется с поддержкой различных сценариев и текстур и имеет множество полезных инструментов и функций, облегчающих процесс трехмерного моделирования.

3D CRAFTER

Бесплатная программа 3D Crafter предназначена для 3D-моделирования в режиме реального времени и создания анимаций. Основная фишка данного редактора – интуитивно понятный подход «drag-and-drop». Сложные модели могут быть построены с помощью простых форм, программа поддерживает скульптурное моделирование и 3D-печать. Это один из самых удобных инструментов для создания анимации.

Blender

Программа Blender является очень мощным и многофункциональным инструментом для работы с трехмерной графикой. Количеством своих функций он практически не уступает большим и дорогим 3ds Max и Cinema 4D. Эта система вполне подойдет как для создания 3Д-моделей, так и для разработки видеороликов и мультфильмов. Несмотря на некоторую нестабильность работы и отсутствие поддержки большого числа форматов 3Д-моделей, Blender может похвастать перед тем же 3ds Max более продвинутым инструментарием создания анимаций.

Блендер может оказаться сложным в изучении, так как имеет сложный интерфейс, непривычную логику работы и нерусифицированное меню. Зато благодаря открытой лицензии он может быт успешно использован в коммерческих целях.

AUTODESK 3DS MAX

Autodesk 3ds Max — полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации, доразработанная компанией Autodesk. Содержит самые современные средства для художников и специалистов в области мультимедиа. Работает в семействе операционных систем Windows

1.3.История создания программы 3ds max

Первая версия пакета под названием 3D Studio DOS была выпущена в 1990 году. Разработками пакета занималась независимая студия Yost Group, созданная программистом Гари Йостом; Autodesk на первых порах занимался только изданием пакета. Существуют сведения, что Гари Йост покинул прежнее место работы после переговоров с Эриком Лайонсом (Eric Lyons), в то время директором по новым проектам Autodesk.

Первые четыре релиза носили наименование 3D Studio DOS (1990—1994 годы). Затем пакет был переписан заново под Windows NT и переименован в 3D Studio MAX (1996—1999 годы). Нумерация версий началась заново.

В 2000—2004 годах пакет выпускался под маркой Discreet 3dsmax, а с 2005 года —Autodesk 3ds MAX. Актуальная версия носит название Autodesk 3ds MAX 2018.

1.4.Использование программы в моделировании

     3ds Max располагает обширными средствами для создания разнообразных по форме и сложности трёхмерных компьютерных моделей, реальных или фантастических объектов окружающего мира, с использованием разнообразных техник и механизмов, включающих следующие:

Полигональное моделирование, в которое входят Editable mesh (редактируемая поверхность) и Editable poly (редактируемый полигон) — это самый распространённый метод моделирования, используется для создания сложных моделей и низкополигональных моделей для игр.

Reactor

3ds Max включал механизм расчёта физики Reactor, разработанный компанией Havok. Reactor позволяет моделировать поведение твёрдых тел, мягких тел, ткани с учётом силы тяжести и других воздействий. Так же как и в других программах имитации динамики в reactor’е используются упрощённые выпуклые оболочки объектов, которые могут быть настроены на использование всех вершин объекта, ценою времени обработки. Начиная с версии 2012 (14) Reactor исключён из пакета. На смену ему пришёл модуль MassFX.

ГЛАВА II. ОПИСАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ

2.1. Этапы проведения исследования

   В нашем городе открылся детский технопарк Кванториум, который помог мне в осуществлении своего проекта.

 Создание геометрических тел в 3d max

1.Открыв приложение 3d max , создать цилиндр диаметром 20мм и высотой в 1мм

2.Далее нажать по созданному цилиндру ПКМ Convert to->editable poly

3.Перейти во вкладку modify и нажать на кнопку polygon

 

4.Используя команду bevel , вытянуть цилиндр на 1.1мм и сделать скос в -1мм

5.Повторить операцию еще 3 раза

6.Используя команду bevel , вытянуть цилиндр на 1.1мм и сделать скос в 0.2мм

7.Используя команду bevel , вытянуть цилиндр на 1.1мм и сделать скос в 0.1мм

8.Используя команду bevel , вытянуть цилиндр на 1.8мм и сделать скос в -2,08мм

9.Используя команду bevel , вытянуть цилиндр на 2.5мм и сделать скос в -8,4мм

10.Используя команду extrude , вытянуть фигуру на 16 мм

11.Открыть modifier list , выбрать команду meshsmooth , выбрать насыщенность 5

12.Получившуюся фигуру копируем и создаем 4 копии

13.Из одной фигуры делаем пешку . Ставим на нее шар размером чуть больше верхушки и под шаром делаем тор

14.Далее создаем слона. Возвращаемся во вкладку modifier . Переходим в editable poly -) polygon и используем команду bevel . Делаем скос в 0.5мм и вытягиваем на 2.3мм

15.Делаем скос в 0.0мм и вытягиваем на 2.5мм

16.Делаем скос в -1.8мм и вытягиваем на 2.5мм

17.Делаем скос в -3.7мм и вытягиваем на 2.5мм

18.Добавляем сверху шар . Слон готов

19.Удаляем две копии начальной фигуры

20.Выбрав основную часть и шарик слона , группируем их

21.Создаем 2 копии слона

22.Из одной  копии создаем ферзя . Просто добавляем под шар два разных по размеру тора.

23.Последнюю копию разгруппируем

24.Удаляем шарик сверху

 

25.Создаем из этой фигры короля , берем два параллелепипеда и совмещаем их , создавая крест .Ставим этот крест на верхушку фигуры.

26.Шахматы готовы

Заключение

Работая над проектом, я постоянно встречался с различными сложными задачами, которые нужно решать, для этого необходимо более глубокое изучение программы, поэтому моя работа будет продолжаться и надеюсь, что позже смогу представить новые более интересные работы.

В заключении хочется отметить, что цель моего исследования достигнута. Я познакомился с методами создания 3D-моделей на примере программы 3 D max. Решены поставленные задачи: 1) изучил научную и периодическую литературу по данной теме;

2) Познакомил школьников своей школы с новой программой;

3) Развил свои творческие и дизайнерские способности;

4) Подготовил информационную презентацию по изготовлению моделей шахмат в программе 3d max.

Подводя итоги, можно с уверенностью сказать, что достоинства трехмерных технологий довольно ощутимы. Данная технология открыла для дизайнеров двери в мир объемных изображений и деталей, которые нашли себе применение во многих сферах современной жизни, начиная от архитектуры и заканчивая промышленной отраслью. И можно сказать, что на этом ее возможности не останавливаются, а развиваясь, идут в ногу со временем.

 Моя цель: учиться и развиваться в направлении 3Д моделирования.

Список использованных источников

1.     Аббасов, И.Б. Двухмерное и трехмерное моделирование в 3ds MAX / И.Б. Аббасов. - М.: ДМК, 2012. - 176 c.
5. Климачева, Т.Н. AutoCAD. Техническое черчение и 3D-моделирование. / Т.Н. Климачева. - СПб.: BHV, 2008. - 912 c.
6. Пекарев, Л. Архитектурное моделирование в 3ds Max / Л. Пекарев. - СПб.: BHV, 2007. - 256 c.
7. Петелин, А.Ю. 3D-моделирование в Google Sketch Up - от простого к сложному. Самоучитель / А.Ю. Петелин. - М.: ДМК Пресс, 2012. - 344 c.
8. Погорелов, В. AutoCAD 2009: 3D-моделирование / В. Погорелов. - СПб.: BHV, 2009. - 400 c.
9. Полещук, Н.Н. AutoCAD 2007: 2D/3D-моделирование. / Н.Н. Полещук. - М.: Русская редакция, 2007. - 416 c.
10. Сазонов, А.А. 3D-моделирование в AutoCAD: Самоучитель / А.А. Сазонов. - М.: ДМК, 2012. - 376 c.
11. Тозик, В.Т. 3ds Max Трехмерное моделирование и анимация на примерах / В.Т. Тозик. - СПб.: BHV, 2008. - 880 c.
12. Трубочкина, Н.К. Моделирование 3D-наносхемотехники / Н.К. Трубочкина. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2012. - 499 c.
13. Швембергер, С.И. 3ds Max. Художественное моделирование и специальные эффекты / С.И. Швембергер. - СПб.: BHV, 2006. - 320 c

14. https://ru.wikipedia.org/wiki/Autodesk_3ds_Max

15.https://freelance.today/poleznoe/20-besplatnyh-programm-dlya-3d-modelirovaniya.html

16.http://lumpics.ru/programs-for-3d-modeling/

17.https://www.calc.ru/1492.html