D модельдеуді салыстырмалы оқыту әдістемесі

Компьютерлік графикада екі бағыт бар: бейнелерді құру және бар бейнелерді өңдеу. Графикалық редакторларының түрі көп. Олардың бірі сурет салу үшін, екіншілері – 3D графика құру үшін қолданылса, үшіншілері күрделі инженерлік сызбалар жасауға мүмкіндік береді.

Графикалық редакторды таңдау біздің мақсатымыз бен компьютердеріңнің мүмкіндіктеріне тәуелді. Мысалы, сабаққа хабарлама толтыру үшін стандарттық программа – Paint графикалық редакторын пайдалаңсақ, жеткілікті. Бұл программа сурет салуға және дайын суреттерді өзгертуге мүмкіндік береді.

Ал егер суреттерден сапалы монтаж, коллаж, үлкен көлемді баннер жаасау керек болса, онда әрине Paint графикалық редакторының оған мүмкіншілігі жетпейді. Сондықтан Adobe Photoshope, Corel Draw, PhotoFilter, Autocollage сияқты әртүрлі редакторларды қолдануға болады. Мен енді біз сол 3D графика жайында айтпақпын. 3D графика бұл 3D модельдермен тікелей жұмыс жасайтын редактордың түрі. Бұл сол аталған модельді пішінін өзгертіп, түсін басқа түске бояп тағы да басқа қосымша модельдерді қосуға мүмкіндік береді. Бұл редакторда жасалатын объектін модельдеу деп аталады.

Модельдеу үдерісіне нысанның түпнұсқасын танып-білу мақсатымен нысан-үлгілер құрылады. Үлгіде зерттелу мақсатына қарай түпнұсқаның қасиеттері болуы керек. Қазіргі уақытта нысанның сипаттамасы немесе құбылыстар арнайы программа арқылы компьютер жадында жазылып сақталатындықтан компьютерлік үлгі жасау кеңінен қолданылады.

Басқа да модельдеу сияқты компьютерлік модельдеудің де түрлері бар. Мысалы, математикалық модельдеуде қандай да бір құбылыс немесе үдеріс математикалық формулалар арқылы сипатталса, оның нәтижесін есептеу компьютерсіз күрделі болмақ. Сондай-ақ графикалық модельдеуді алатын болсақ, онда құбылыстың немесе үдерістің көрінуі шешімін табады. Мұндай модельдеу құблысты күрделілігіне қарай көрнекі түрде ұсыну үшін керек, және модельденетін жүйенің нақты өмірдегі нысанмен өзара әрекеттесетінін көрсететеін нақты өмірдегі модельдеуді қолданылу аясы біршама кең(телевизия саласы, ядорлық физика және т.б.) және маңызды тәжірибеге, мағынаға ие.

Бірқалыпты кеңістік және үшөлшемді орта. Декарттың кеңістіктің көрінісі өзара перпендикуляр үш ось: Х, Y, Z сияқты екені белгілі. Бұл біздің қабылдауымызда нысанның ұзындығын, биіктігін және енін көрсетеді. Алайда, осы сипаттамаларға ие болса да нысан тағы да өзгере алады. Нысанның өзгеруі үшін төртінші өлшем – уақытқа байланысты болады. Осылайша біз нақты нысандары бар бірқалыпты кеңістікке ие боламыз. Бірқалыпты кеңістікті компьютерде модельдеу үшін үшөлшемді модельдеу орталары бар. Мұндай орта кеңістктің ауқымын пішіндеп, оны әртүрлі нүктелерден бақылауға, нысанды қозғалтып және өзгертуге мүмкіндік береді.

Үшөлшемді модельдеу әртүрлі деңгейдегі күрделілікті қамтиды:

1. 
   Қарапайым 3D модельдеу. Үлгіні ықшамдалған пішінде құруға болады.
   
2. 
   Күрделі 3D модельдеу. Құрылатын үлгінің ұсақ-түйек детальдарының барлығы қамтылады.
   

Үш қатпарлы моделдеу оқушыларға мектеп бағдарламасындағы геометрияны еске түсіреді. Декарттық координаттар жүйесін еске алыңыздар (X, Y және Z осьтері). Ал енді функцияларды және олардың графиктерін еске алайық. Мысалы: сызықтық функция, квадрат функция және т.с.с. (Парабола, гиперболалар ).

Жалпы 3D анимацияның не екенін түсіну үшін көзіңіздің алдында тұрған барлық заттарды кеңістікке (декарттық X, Y, Z кеңістігі) жайғастырады. Сонда әрбір заттың белгілі бір координатасы бар нүктелерден және түрлі өзінен кіші фигуралардан (сызық, эллипс, куб т.б) құралғаны байқалады. Міне 3D модельдеу және оны анимациялау негізінде осы принципке жасалған, яғни «аса күрделі заттарды қарапайым нүктелер не фигуралар көмегімен кеңістікте құрастыру ».

Мысалы: компьютер мониторының өзі бірнеше сызықтар мен төртбұрыштардан құралған. Ал одан әрі оны кіші бөліктерге бөлсеңіз, оның аса кіші төртбұрыштардан, яғни нүктелерден тұратынын байқайсыз. Бұдан келіп шығатын ой: белгілі координаталарда орналасқан нүткелерге түс беру арқылы, кеңістікте кез-келген фигураны жасап шығуға болады.

3D модельдеу үшін түрлі бағдарламалар пайдаланылады. Олар біздің жұмысымызды жеңілдету үшін, майда жұмыстарды автоматты түрде жасайды, тіпті кейбір бағдарламалар аса қиын функцияларды да іске асыра алады.

Қазіргі білім беру ошақтарында 3D модельді құрайтын және оны басып шығаратын құрылғылар кемде кем, жоқ десе де болады. Себебі бұл құрылғыларды мектептерде оқыту әдістемелері қаралмаған, мұғалімдер тек оқушыларға 3D модель не екенін және қандай түрлері бар екенін ондағы жасалатын объектінің материалдарын, оларды басып шығаратын құралдардың түрлерін ғана көрсетумен және 3D объектіні құруға арналған бағдарламаларды таныстырумен ғана шектеледі.

Бұлай игерілетін материалдар оқушылардың ары қарай сол 3D объектіні виртуалды өмірде жасап шығаруға, және оны көзбен көруге, 3D принтерде немесе 3D қалам құралдарында жұмыс жасауға жеткіліксіз болып табылады.

Сондықтан 3D объектіні басып шығаруға арналған құралдардың құрылысын және жұмыс жасау алгоритмдерін мектептерде оқытудың әдістемесін ұсынып көрмекпін.

Жалпы 3D модельдеуді оқыту әдістемесінде оқушыларға түсінікті әрі жеңіл болуы үшін бірнеше тарауларға бөліп оқытуға болады. Олар:

• 
  3D модельдеу бағдарламасының жұмыс жасау сатылары;
  
• 
  3D модельдеу бағдарламасы(AutoCAD);
  
• 
  3D модельдің AutoCAD бағдарламасында жасалу жолдары;
  
• 
  Дайын 3D модельді баспаға(принтер) беру жолдары;
  
• 
  3D модельді принтер үшін баптайтын бағдарлама (Repetier-Host)
  
• 
  3D модельді 3D қаламмен жасау жолдары:
  
• 
  3D принтер мен 3D қаламда жасалған модельдің өзара айырмашылықтары;
  

1)Моделлинг – бұл ең алғашқы этап және ең негізгі деп айтсақ та болады, себебі мұнда бүкіл фигуралар детальизация жасалады. Қоршаған орта, жер бедері, кейіпкерлер болса солардың бейнесі барлығы осында жасалады.

Бұл этапта дайын болған фигуралар «үш қатпарлы модель» деп аталады. Бұл модельдің әлі түсі, жасайтын қимылдары жоқ. Барлық нәрселер сұр-ақшыл түсте. Модельдерді жасау үшін бізге 3D бағдарламалар кез-келген фигураны бір-біріне қосу, кесу, деформация жасау сынды кең ауқымды мүмкіндіктер береді. Оларды қолданып модель жасау тек жасаушының таланты мен тәжрибесіне және, әрине, оның фантазиясына тәуелді.

2) Текстуринг – бұл этапта 3D модельдер нормалдар картасына бөлініп, яғни барлық модельдің фигуралары жазықталып, керекті түстерге боялады. Бұл процессті мынадай көзге елестетсе болады: кез-келген фигураның беткі бөлігін (терісін) сылып алып, оны жайып, керекті түске бояп, қайтадан фигураның бетіне жабыстыру сынды. Бұл этаптан өткен соң объектілерге реалистичный түр енеді, яғни олардың сыртқы көрінісі шын өмірдегіге қатты жақындайды.

3) Риггинг –бұл процессті оқушыларға былай сипаттаса болады қимылдайтын фигуралардың сүйектерін жасау. Яғни, бұл этапта барлық қимылдайтын фигураларға сүйектер енгізіледі. Бұл сүйектер фигураны қимылға келтіру үшін керек, яғни модельдің әрбір бөлігін белгілі бір сүйекке бағынышты етіп қойып, сол сүйекті қимылдатқанда сол сүйекке бағынышты бөлік қимылға келеді. Бұл дегеніміз адам денесіндегі сүйектердің тек бір сүйегі қана қозғалуы мүмкін емес, бір сүйек бір сүйекке қатынасып отырады.

4) Анимациялау –бұл этапта барлық дайын модельдер қимылға келтіріліп, анимация жасалады. Жоғарыдағы риггингте жасаған сүйектеріміз осында кеңінен қолданылады.

5) Рендеринг – бұл этапты екі түрге бөлуге болады:

1. 
   Сурет рендерлеу;
   
2. 
   Видео рендерлеу;
   

Ал видео рендерлеуде модельдерді бірнеше, я одан да көп камералар көмегімен түлі қимылдап жасап жатқан кезінде бейне түсірілім жасау. Бұл жұмыс жасау кезеңдерінде оқушылар бағдарламалардың белгілі бір кезең бойынша модель немесе анимация жасалатынын меңгереді.

Екіншіден үшөлшемді графиканы құруға арналған компьютерлік бағдарламалармен, олардың функцияларымен таныстырып өту қажет, үшөлшемді графика құратын компьютерлік программалар өте көп. Олар: 3D max, blender 3D, K-3D, Wings 3 D6 Panda 3 D6 Sweet Home 3D6 Maya және т.б.

Осы аталғандардың ішінде мектеп бағдарламасында модельдеуге оқытуға арналған бағдарламалар 3D max және blender 3D бағдарламалары болып табылады. Бірақ бұл бағдарламадан бөлек 3D модель жасауда AutoCAD бағдарламасы кеңінен қолданылады.

Менің жасаған 3D модельдеудегі жұмыстарым тікелей осы бағдарлама көмегімен жасалып шықты. Бұл бағдарламаның blender немесе 3D max бағдарламаларынан айтарлықтай айырмашылықтары бар.

Бірақ blender және 3D max бағдарламалары модельдеудің мүмкіндіктерін кең қамтыған көпсалалы және пайдалануға қарапайым интерфейсті ұсына алатын бірегей бағдарламалар қатарына жатқызылады. Дегенмен бұл бағдарламаларды мектепте оқытуда кеңінен қарастырылмаған тек теория жүзінде оқушылар оқып шыға алады және бұл бағдарламаларды оқытатын мектеп оқулығынан бөлек қосымша материалдар жиынтығы жоқ, қаралғанның өзінде барлық дерлігі орыс тілінде жазылған, бұл дегеніміз қазақ мектептердегі оқушылардың оқуына үлкен қолайсыздық тудыратыны белгілі. Жоғарыда айтылғандай кейде орыс тілінде жазылған материалдарың өзі табылмай жатады.

Бұл аталған қолайсыздықтар айтылған бағдарламаларды тереңдетіп оқытуға және онымен кеңінен жұмыс жасауға айтарлықтай кері әсерін беретіні сөзсіз.

Ал мен өз жобамды яғни, 3D модельді жасап шыққан бағдарламаны таныстырып өтсем деймін бұл бағдарлама AutoCAD бағдарламасы.

AutoCAD – америкалық Autodesk компаниясы жасап шығарған MS Windows ортасында қызмет жасайтын ең кең таралған автоматтандырылған жобалау жүйесі болып табылады. AutoCad уақытпен тексерілген, жаңа мүмкіндіктерімен тұрақты түрде толықтырылып отыратын инженерлік графиканың, үшөлшемді модельдеу мен көрсетудің мықты құралы. AutoCAD жүйесінің алғашқы нұсқасы (версиясы) 1982 жылы жарық көрді. AutoCad жүйесін іске қосу үшін мына командаларды орындау қажет: Пуск, Программы, Autodesk, AutoCAD 2013-Русский, AutoCAD 2013. Сонда AutoCAD 2013 жүйесінің жұмыс терезесі ашылады. Бұл бағдарлама 3D модельдер жасауда, үй, мекеме, көпқабатты үйлердің моделін жасауда көптеп қолданылады. Пайдаланушыға да бағдарлама интерфейсі өте қарапайым құрастырылған. Бұл бағдарлама туралы ғаламтор желілерінде, кітаптарда, журналдарда жазылып көрсетілген. Қазіргі уақытта адамдар өз ойын орыс тілінде еркін жеткізе алмауы мүмкін, бірақ оны түсініп, түсінгені бойынша іс-әрекет жасай алмайтын адам кемде кем, себебі қазіргі жастардың туған тілімізді санамағанда орыс тілін, ағылшын тілін, өзгеде басқа тілдерді меңгеруге құлшыныстары өте жоғары, осы ретте Елбасымыздың үш тілділік саясытының өз нәтижесін айқын берудегі көрінісі ретінде бағалауға болады.

Оқушыларға модельді салып үйретпестен бұрын жоғарыда аталған AutoCAD бағдарламасының интерфейсін таныстырып өткен жөн. Төменде бағдарлама интерфейсінің негізгі элементтері көрінетін жұмыс терезесінің скриншоты көрсетілген. Бұл классикалық бағдарлама үстелі. Орнатқаннан кейін AutoCAD бағдарламасының интерфейсі дәл осылай көрінеді.

Сурет 25. AutoCAD бағдарламасының жұмыс үстелі

1. 
   AutoCAD мәзір жолы.
   

Сурет 26. Мәзір жолы немесе және курсор

2. 
   AutoCAD құралдар панельі
   

Панельдерді тінтуірмен байлап, орыннан орынға жылжытуға, апаруға болады. Егер құралдар тақтасы шетіне жақындаса, ол оған сүйенеді және оны қай жаққа (солға, оңға немесе жоғарғыға) сүйретуге байланысты тігінен немесе көлденең орналастырылады. Скриншотта төмендегі панельдер көрсетілген: сурет (сол жақта тік орналасқан), редакциялау (оң жақта, тік), стандартты, стильдер, жұмыс кеңістігі, қабаттар, қасиеттері (жоғарғы жағында, көлденең орналасқан). Бұл құралдар панельі жасалатын жұмыстың қауіпсіздігіне жауап береді. Оң жақта тік орнласқан бұл редакциялау тақтасы, бұнда модельді редакциялап, өлшемдерін, ұзындығын, енін, қыр жақтарын т.б. аймақтарын өзгеріп, пішімдеуге көмек береді. Құралдар панельі жалпы бағдарлама терезесінің оң жақ, сол жақ және жоғарғы бөлігін қамтиды.

3. 
   AutoCAD командалық жолы.
   

4. 
   Күй жолағы
   

5. 
   Құралдар палитрасы
   

Сурет 30. Құралдар палитрасы

6. 
   Модель кеңістігі.
   

Сурет 31. Модель кеңістігі

Жалпы оқушыларға бағдарламаның интерфесін таныстырып болғаннан кейін осы бағдарламада жасалатын 3D мдельдерді таныстырып, кейіннен оқушылардың өздері жасай алуға мүмкіндігі жететін жеңіл тапсырмалар беруге болады. Себебі бірден жасалу жолы қиын тапсырмаларды берсек оқушылар қиын сынып жұмыс жасауға деген құлшынысын жоғалтып алуы мүмкін, сондықтан тапсырмаларды жеңілден бастап бірте–бірте қиындата берген дұрыс

Мысалы: