3D-моделирование: зачем вводить в школьную программу

Трехмерная графика сегодня покоряет все направления деятельности. Ее повсеместное распространение показывает: 3D-моделирование с каждым днем становится все более полезным и значимым. В связи с этим возникает вопрос: нужно ли современным школьникам изучать этот предмет, и если да, то чем он может быть полезен.

Что это такое?

Для начала предлагаем разобраться – что такое 3D-моделирование и как оно работает.

3D-моделирование – это процесс, который позволяет с помощью специализированного оборудования и программного обеспечения (программы для 3D-моделирования) создать физический объект. При этом соответствующее изображение формируется не в двух, а в трех измерениях: высоте, ширине и глубине.

Когда эскиз трехмерной модели готов, его можно распечатать на 3D-принтере. Для печати используется специальный материал: пластиковая нить, керамический порошок или смола. Принтер постепенно наносит его послойно по заготовленной схеме, и в результате появляется готовое изделие.

Зачем вводят 3D-моделирование в школы

С 1 сентября 2024 года 3D-моделирование будет внедрено в школьную программу (его будут изучать на уроках технологии), а 3D-принтеры станут очень широко распространены.

Возникает логичный вопрос: а точно ли эта технология действительно пригодится ребенку в будущем. Если все же нет, зачем тогда тратить на нее учебные часы?

На это есть ряд причин:

• Работа с 3D-принтером поможет хорошо развить пространственное мышление;
• Трехмерное моделирование дает детям простор для творчества. Когда у ребенка есть возможность создать любую геометрическую фигуру, его воображение будет работать на полную мощность;
• Даже у взрослого человека, скорее всего, не получится создать нужный объект с первого раза. Так что придется искать нестандартные пути решения задач, а это отличная тренировка аналитических навыков;
• 3D-моделирование способно увлечь ребенка и вдохновить его учиться, а отсутствие такой мотивации – распространенная проблема у школьников;
• Ребенок научится обращаться с новыми технологиями, что очень поможет ему в работе, особенно если он выберет сферу промышленности или медицину, где обязательно используется современное оборудование.

3D-моделирование: сферы применения

Расскажем более подробно о том, где и как сегодня используется 3D-моделирование.

Без 3D-моделирования не обойтись в самых разных сферах:

• Кино. 3D-моделирование – важная часть компьютерной графики, которая используется во многих фильмах;
• Дизайн и моушн-дизайн. 3D-визуализация помогает представить себе, как будет выглядеть проектируемое здание или интерьер;
• Медицина.В этой сфере 3D-моделирование широко распространено. Созданные модели используются для создания обучающих макетов и протезов;
• Промышленность. Для тестирования конструкций необходимо быстрое прототипирование;
• Машиностроение. А также самолето- и ракетостроение;
• Ювелирное дело. Как и в сфере дизайна, 3D-технологии позволяют создать модели оригинальных украшений и заготовок./li>
• Компьютерные игры и VR.

С чего начать освоение 3D-моделирования

Изучение 3D-моделирования – это серьезный процесс, требующий постоянной практики. Важно регулярно выделять время на учебу, задавать вопросы, чтобы не терять мотивацию. Важно применять полученные знания на своих собственных моделях.

Знакомство с интерфейсом программы по 3D-моделированию

Необходимо понимать, как скрывать и открывать различные меню, где находятся инструменты и модификаторы. Это сэкономит время на поиск нужных функций и поможет быстрее освоиться в программе.

Можно начать с низкополигонального (lowpoly) моделирования. Это упрощенные, менее детализированные объекты, на которых проще научиться работать с интерфейсом и основными инструментами программы.

Основные инструменты и модификаторы

Далее стоит научиться создавать и редактировать различные объекты (кубы, сферы, цилиндры); перемещать, поворачивать и масштабировать объекты на сцене.

Для детализированных текстур нужно генерировать UV-развертку. Это процесс «разрезания» объекта на части и перевода их в 2D-пространство, чтобы программа могла правильно наносить текстуры. Запекание позволяет перенести детали с высокополигональной модели на низкополигональную с помощью текстурных карт, что упрощает модель, сохраняя ее внешний вид.

Освещение, камера, рендер, анимация

Для красивой подачи модели разберитесь в установке света и настройке камеры. Изучите, как двигать камеру, менять параметры кадра, а также как правильно выставлять композицию и динамику.

Если вы хотите анимировать модель, изучите риггинг. Это процесс создания скелета из суставов и костей, а также распределения веса модели. Важно понимать анатомию и логику движения персонажей или объектов.

Заключительный этап – настройка рендера и экспорт модели. Важно хотя бы ознакомиться с разными движками для рендеринга, их преимуществами и недостатками, временем, которые они затрачивают на рендер, и т.д.

Эти шаги помогут построить структурированный план обучения 3D-моделированию и эффективно освоить необходимые навыки.

Что для этого нужно

Чаще всего 3D-моделирование преподается в школах с использованием программы КОМПАС 3D.

Она позволяет проектировать изделия любого размера – от микросхемы до микрорайона. Программу можно использовать не только в 3D-моделировании, она пригодится также в черчении, технологии, информатике и даже ИЗО.

А спроектированные в ней модели можно превратить в настоящие, до которых можно будет дотронуться. Это делается с помощью 3D-принтера.

Они существуют разных конфигураций, однако школам не обязательно дорогое и сложное оборудование, весь его функционал просто не будет использован. К тому же, бывают 3D-принтеры, созданные специально для образовательных целей.

Например, 3D принтер Designer Classic базовый отлично подходит для знакомства с технологией 3D-печати. Он изготовлен из алюминия, но композитная рама обеспечивает прочность, он не пострадает при транспортировке. Встроенная система профилей материалов позволяет контролировать поверхность печати, температуру пластика и время слоя. Само устройство весит всего лишь 14 кг. Для 3D-печати используются материалы PLA, PVA, ABS, PETG, TPE, SBS и др.

Программы для школьников и для профессионалов тоже отличаются друг от друга по сложности и функционалу. Так, для детей существует учебный набор «Компас-3D V22. 3D-моделирование для 3D-печати».

Этот набор помогает студентам научиться создавать 3D-модели с помощью КОМПАС-3D и затем распечатывать их на принтерах.

Особенность набора – наличие учебника в формате pdf, где для каждого урока есть трехмерные модели в форматах m3d и a3d (форматы КОМПАС-3D) и STL (формат для 3D-печати).

Учебные заведения могут приобрести этот комплект на выгодных условиях.

Помимо принтеров существуют приборы, не использующие для печати сложные чертежи. Они позволяют работать буквально от руки. Речь идет о 3D-ручках.

3D-ручки – еще более доступный способ познакомить ребенка с основами 3D-моделирования. Вместо стержня с чернилами у таких ручек пластиковое наполнение, которое можно менять в процессе творчества. Рисовать можно прямо в воздухе, создавая при этом трехмерные объекты.

Как правило, у 3D-ручек есть три скорости, с которыми вытекает жидкий пластик. Низкая скорость подходит для маленьких детей и новичков, средняя – наиболее удобный вариант для тех, кто уже набил руку, а высокая подходит для закрашивания крупных деталей.

Итак, мы выяснили, что 3D-моделирование открывает двери в мир современных технологий и профессий. Навык создания 3D-моделей востребован в архитектуре, дизайне, анимации, медицине и многих других областях.

Школьники, которые овладеют этим умением, получат значительное преимущество в будущем, так как смогут применять свои знания в реальных проектах и исследованиях. К тому же, 3D-моделирование развивает и пассивные навыки ребенка, которые, вполне вероятно, сделают его дальнейшую жизнь проще и интереснее.