RT - 
SR - Electronic
T1 - Основы твердотельного моделирования
SP - 2023-04-11
A1 - Смирнов, Л. В.
YR - 2023
UL - https://rep.herzen.spb.ru/publication/851
AB - Введение В условиях сложной эпидемической ситуации все отечественные и зарубежные учебные заведения перешли в дистанционный формат. Если раньше обучающиеся могли изучать дисциплины в очном или очно-дистанционном формате, то во время пандемии все предметы экстренно вынуждены были преобразоваться в дистанционный формат. Перед преподавателями встала задача не просто создания дистанционного курса путем загрузки лекционных и практических материалов в облачные хранилища, онлайн платформы и всевозможные социальные сети, чтобы студенты могли ознакомиться с материалом, а создание уникальных курсов. Каждая дисциплина максимально должна быть наполнена красочной визуальной информацией. Задания должны быть составлены таким образом, чтобы у обучающихся повышался интерес и им снова хотелось открыть данную дисциплину. Даже студенты технических специальностей, как показывает практика, намного лучше воспринимают информацию, когда задание основывается на их творческой индивидуальности. Тем не менее, в каждом подобном задании непременно используется весь спектр базовых функций. В дальнейшем, опираясь на эти практические навыки создание чего-то тривиального или стандартизированного, любая деталь необходимая на заводе, не заставит таких студентов отступить, поскольку это намного проще, чем творческие проекты. Создание простейших трехмерных объектов Самыми простыми и одними из самых первых геометрических фигур в трехмерном пространстве изучают конус и шар. Однако, простое твердотельное моделирование подобных объектов иногда вызывает трудности. Это связано с тем, что обучающиеся в силу своих навыков не всегда понимают, что эти фигуры являются телами вращения. Кроме того, если обучающийся просто создаст шар или конус у него в сознании с большой долей вероятности не отложится пройденный материал, поскольку, такое создание объектов ничем не выделяется и не мотивирует к развитию. Воздействуя на творческое мышление человека простейшие геометрические фигуры легким движением компьютерной мышки превращаются в рожок мороженого. Казалось бы, используются те же самые элементы, но у студент сразу проникается поставленной задачей, поскольку процесс обучения превращается в игру. На рисунке 1 приведена инструкция по созданию эскиза шара, которая состоит из четырех простых этапов. Первый этап включает в себя выбор рабочей плоскости и создание эскиза на ней. Вторым этапом является создание окружности заданным радиусом или диаметром. На третьем этапе необходимо поставить ось вращения. А четвертый этап иллюстрирует законченный эскиз. Такого результата добиваемся с использованием функции «обрезать» или «усечь кривую», в зависимости от версии программы Компас 3D. Разработав эскиз необходимо использовать команду «поверхность вращения» или «элемент вращения». Название команды различается из-за версии программного обеспечения. Но суть функции остается неизменной. Для того, чтобы превратить простой шар в шарик мороженого необходимо изменить его свойства цвет, для улучшения визуализации. Во вкладке параметры необходимо выбрать задание цвета вручную и выбрать из предложенного списка понравившийся цвет. Также можно настроить прозрачность объекта. Результат моделирования приведен на рис. 2. Слева показан исходный объект, сразу после перехода из плоскости в трехмерное пространство, а справа - конечный результат. В данном примере рассматривается фисташковое мороженое. На рисунке 3 представлена пошаговая инструкция по созданию конуса. Если сравнить количество этапов, то создание эскиза конуса легче, чем шара. Первый этап такой же, как и для шара. Необходимо выбрать плоскость и создать на ней эскиз. Зная размеры шара создаем образующую конуса соответствующего размера, как показано на втором этапе. И наконец, третий этап заключается в проведении осевой линии. Ее местоположение не играет особо роли, главное, чтобы она не пересекала образующую конуса, иначе создание трехмерного объекта будет невозможно. Как и в прошлый раз используем команду «поверхность» вращения, однако, в этот раз необходимо переключить функцию «тороид», это позволяет создать тонкостенный элемент, как показано на рис. 4. Для создания шара по умолчанию использовалась функция «сфероид», которая заполняет все пространство внутри объекта вращения. У всех объектов в трехмерном пространстве есть возможность редактирования через параметры. Где можно настроить оптические свойства объекта, такие, как диффузия, зеркальность или блеск. В данном случае рожок мороженого должен быть более матовым, чтобы создавалось ощущение вафли. Слева приведен исходный объект, а справа - отредактированный и настроенный. Финальным этапом создания рожка мороженого является сборка. Для этого необходимо сохранить каждый элемент отдельно и создать новый файл со сборкой. После чего, по отдельности добавить в пространство разработанные ранее модели шарика и рожка. Добавление происходит через команду «добавить объект из файла». Отыскав нужные детали интегрируем их в рабочее пространство по очереди. Пример расположения объектов в пространстве показан на рис. 5. Где отчетливо видно, что объекты изначально располагаются не на одной плоскости и тем более не совпадают. Для того, чтобы соединить объекты между собой и окончательно удостовериться в получении желаемого результата необходимо воспользоваться привязками. Т.е. настроить один объект относительно другого. Первостепенно стоит выставить объекты на одной оси. Делать это на глаз бессмысленно, поскольку точность будет весьма низкой, а программа все сделает автоматически. На рисунке 6 показано начальное положение объектов и конечное, после применения команды «соосность». Для того, чтобы команда сработала так, как нужно необходимо выбрать шар и внутреннюю поверхность конуса. Финальным этапом проектирования является «совпадение». Именно с применением этой функции шар намертво прилипает к рожку. Что приводит обучающегося в неописуемый восторг. И с чувством выполненного долга он спешит продемонстрировать свое творение преподавателю. Пример готового объекта представлен на рисунке 7. Как видно, поверхность шара соприкасается со внутренней поверхностью конуса. Теперь, если потребуется переместить объект в пространстве будет создаваться ощущение, что это единый объект. Заключение Проделав данную работу обучающийся не просто знакомится с твердотельным моделированием в трехмерном пространстве, а еще и получает удовольствие от процесса. Увеличивая заинтересованность обучающегося подобными заданиями с каждым разом отношение к предмету будет только улучшаться. Кроме того, сложный и кропотливый процесс получения новых знаний через творческие задания не воспринимается студентом, как что-то сложное, а наоборот, способствует усвоению материала, на что и направлена любая дисциплина.