Трёхмерное моделирование. О руководителе научного направления

«Информационное моделирование» - Табличные модели. Что такое моделирование. Таблицы свойства «объект- свойство». Карту можно назвать информационной моделью местности. Графические информационные модели. Карта как информационная модель. Таблицы типа «объект- объект»(дороги). Во-первых, карта описывает конкретную местность. Двоичные матрицы(факультативы).

«Проекты по моделированию» - Формализация как важнейший этап моделирования Расчет геометрических параметров объекта. Информационное моделирование как метод познания Основные этапы построения моделей. Следующая статья в том же словаре: «Проектировать – 1) составлять проект; 2) предполагать сделать что-либо, намечать план» . Что же такое проект?

«Компьютерное моделирование» - Научная работа студентов. Пример программы, разработанной в рамках магистерской и кандидатской диссертации «Исследование и разработка методов компьютерного моделирования и обработки интерферограмм». Моделирование волоконно-оптических элементов. Пример программы и результаты исследований, выполненных в рамках магистерских и кандидатской диссертаций, посвященных разработке Волоконно-оптических преобразователей для датчиков температуры и давления.

«Математическое моделирование» - 2. Методика преподавания. Математические модели в сельском хозяйстве. 3. Типология математических моделей. 1. Цели и содержание курса. Франс Дж., Торнли Дж. Матрица потребности в предшественниках (пример). 4. Моделирование минерального питания. Первая модель. 5. Моделирование сочетания культур. Учебные материалы в сети Internet.

«Моделирование ночной сорочки» - Модель №4. Художник-модельер. Моделирование Вырез горловины Обтачка Волан. Презентация. Изменение деталей чертежа изделия в соответствии с выбранным фасоном называется моделированием. Назначение Сезонность Особенности фигуры человека. Модель №1. При моделировании изделия художнику необходимо учитывать:

«Моделирование 3-d наносхемотехники» - Компонент схемотехники - физический переход между материалами с различными свойствами. Rs-триггер в переходной схемотехнике. Представлен новый подход к пониманию и освоению свойств трехмерных интегральных схем. Моделирующее программное обеспечение. Теоретические основы переходной схемотехники (ТОПС 1).

Аттестационная работаСлушателя курсов повышения квалификации по программе:
«Проектная и исследовательская деятельность как способ
формирования метапредметных результатов обучения в условиях
реализации ФГОС»
учителя ИЗО и технологии:
Кузнецовой Антонины Ивановны
ГОБУ «Физтех-лицей» им. П.Л. Капицы
На тему:
Внеурочный курс 3 D - моделирования и
развитие инновационных технологий в
образовании.
1

Краткая характеристика образовательного учреждения Московская область, г. Долгопрудный ул. Летная д..№7

ГОБУ «Физтех-лицей» им. П. Л. Капицы был учрежден в
1991 г. по инициативе преподавателей и сотрудников
МФТИ и поддержке Администрации г. Долгопрудного.
Это школа, где и работать, и учиться трудно, но интересно,
где царит дух Физтеха. А «Физтех» означает думать
творчески…
Лицей сегодня – это устойчивая структура с устоявшимися
программами по различным предметам, но достаточно
гибкая, чтобы живо реагировать на все интересные
изменения и нововведения. Лицей – это интересные уроки
и многочисленные победы наших учеников на городских и
областных олимпиадах, поездки и обширная программа
внеклассной работы.
2

В настоящее время главное направление модернизации
Российского образования - обеспечить его новое качество.
Это можно сделать, совершенствуя методическую систему
обучения с включением актуального содержания и с
использованием современных средств обучения.
3

Актуальность.
Наглядные модели часто применяют в процессе обучения.
Применение компьютера в качестве нового динамичного,
развивающего средства обучения - главная отличительная
особенность компьютерного моделирования в применении к
школьному предмету «Технология».
4

Создание компьютерных 3D моделей неизбежно сопровождается
процессом их проектирования. Таким образом, компьютерное 3D
моделирование естественным путем связывается с
использованием метода проектов в обучении.
5

Цель курса:
Изучить технологию трёхмерного компьютерного
моделирования. Внедрение изучения современных инженерных
технологий в среднюю школу и направление на достижение
различных учебных задач.
Задачи курса:
освоение знаний об основных методах геометрического
моделирования, их преимуществах и недостатках, областях
применения;
овладение умением строить трехмерные модели, визуализировать
полученные результаты;
развитие познавательной активности учащихся; творческого и
операционного мышления; опыта применения технологических
знаний и умений в самостоятельной практической деятельности;
формирование навыков использования систем трехмерного
моделирования и их интерфейса, применения средств ИКТ в
повседневной жизни, при выполнении индивидуальных и
6
коллективных проектов, в учебной деятельности, дальнейшем
освоении профессий, востребованных на рынке труда.

- Увеличение научного потенциала учебного заведениявозможность для будущих поколений реализовывать свои
идеи намного эффективней, чем это происходит сейчас.
- Значительное повышение инновационной
конкурентоспособности учебных заведений на мировом
уровне.
- Внедрение в учебную программу модулей 3D позволит
готовить высококвалифицированные кадры со школьной
скамьи.
7

Компьютерное 3D моделирование может стать более
эффективным предметом обучения в рамках школьного курса
«Технология». Такой инновационный курс отличается
значительной широтой, максимальным использованием
межпредметных связей информатики, с одной стороны, и
математики, физики, биологии, экономики и других наук, с другой
стороны, причем, связи эти базируются на хорошо
апробированной методологии математического и инженерного
моделирования, которая делает предмет целостным. Чтобы
получить полноценное научное мировоззрение, развить свои
творческие способности, стать востребованными специалистами в
будущем, учащиеся должны овладеть основами компьютерного
3D моделирования, уметь применять полученные знания в
учебной и профессиональной деятельности.
9

3D печать

3D печать - послойное создание (выращивание) трехмерного
физического объекта, с помощью специального устройства
-3D принтера.
10

Применение 3D технологий в образовании даст значительный инновационный импульс в таких сферах как:

Промышленный дизайн и машиностроение - возможность
механического конструирования, функционального
тестирования практически сразу, во время учебного
процесса. 3D печать, включенная в учебную программу
инженерных дисциплин, даст возможность учащимся
воплощать в жизнь свои конструкторские замыслы и идеи,
тем самым увеличив долю инноваций в их проектах.
11

Архитектура и строительство - создание моделей
архитектурных дизайнов и конструкций наиболее важных
элементов, визуализация проектов.
12

Медицина – анатомическое моделирование, хирургическое
планирование, протезирование. 3D печать существенно
упрощает эксперименты в области биотехнологий, таких как
создание искусственных тканей человеческих органов.
13

География и археология - 3D-моделирование и визуализация
местности, археологических находок и древних ископаемых.
14

Биология и химия - возможность создавать полноцветные
молекулярные модели, наглядно демонстрировать цепочки ДНК,
электрический заряд или устройство атома.
15

Преимущества внедрения 3D технологий в образовательный процесс.

Общим преимуществом применения 3D печати является
значительное повышение интереса учащихся к учебному
процессу, т.к. она дает возможность визуально и тактильно
оценить и протестировать результаты их работы. Существует
достаточно доказательств того, что обучаемость повышается за
счет получения активного опыта, особенно в сфере
пространственных и абстрактных понятий, которые трудно
визуализировать.
16

Вывод:

Отметим, что введение изучения технологии трёхмерного
компьютерного моделирования в 5-9 классах учит школьника:
- использовать знаково-символические средства, в том числе владеть
действием моделирования, а также широким спектром логических
действий и операций, включая общие приемы решения задач;
- учитывать выделенные учителем ориентиры действия в новом
учебном материале в сотрудничестве с учителем;
- планировать свое действие в соответствии с поставленной задачей
и условиями ее реализации, в том числе во внутреннем плане.
Выпускники должны владеть начальными формами
познавательных универсальных учебных действий,
исследовательскими и логическими: наблюдением, сравнением,
анализом, классификацией, обобщением.

1 слайд

ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ Подготовила: мастер производственного обучения ГБОУ НПО ПЛ №114 МО г.Орехово-Зуево Медведева Юлия Алексеевна

2 слайд

3D - трёхмерная графика Трёхмерная графика (от англ. 3 Dimensions - рус. 3 измерения) - раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов.

3 слайд

Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ.

4 слайд

Трехмерная модель Модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).

5 слайд

Применение 1. Трёхмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности, например в системах автоматизации проектных работ, архитектурной визуализации, в современных системах медицинской визуализации.

6 слайд

Применение 2. Самое широкое применение - во многих современных компьютерных играх. 3. Также как элемент кинематографа, телевидения, печатной продукции.

7 слайд

Программное обеспечение Autodesk 3D Studio Max Autodesk Maya Autodesk Softimage Maxon Computer Cinema 4D Blender Foundation Blender Side Effects Software Houdini Luxology Modo NewTek LightWave 3D Caligari Truespace Maxon Cinema 4D Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты, такие как:

8 слайд

Получение трехмерного изображения на плоскости Моделирование - создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней; Текстурирование - назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов - прозрачность, отражения, шероховатость и пр.); Освещение - установка и настройка источников света; Анимация (в некоторых случаях) - придание движения объектам; Динамическая симуляция (в некоторых случаях) - автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации, ветра, выталкивания и др., а также друг с другом; Рендеринг (визуализация) - построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью; Вывод полученного изображения на устройство вывода - дисплей или принтер.

9 слайд

Трехмерные дисплеи Трёхмерные, или стереоскопические дисплеи, (3D displays, 3D screens) - дисплеи, посредством стереоскопического или какого-либо другого эффекта создающие иллюзию реального объёма у демонстрируемых изображений. Просмотр видеоролика.

10 слайд

Кинотеатры с 3D Использование для обозначения стереоскопических фильмов терминов «трёхмерный» или «3D» связано с тем, что при просмотре таких фильмов у зрителя создаётся иллюзия объёмности изображения, ощущение наличия третьего измерения - глубины и новой размерности пространства уже в 4D. На сегодняшний день просмотр фильмов в формате «3D» стал очень популярным явлением. Основные используемые в настоящее время технологии показа стереофильмов: Dolby 3D XpanD RealD IMAX Просмотр ролика «IMAX 3D – как показывают объемное кино»

11 слайд

3D-принтер Устройство, использующее метод создания физического объекта на основе виртуальной 3D-модели. 3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта. Просмотр видеоролика.

12 слайд

КОНЕЦ Подготовила: мастер производственного обучения ГБОУ НПО ПЛ №114 МО г.Орехово-Зуево Медведева Юлия Алексеевна

13 слайд

Литература Дж. Ли, Б. Уэр. Трёхмерная графика и анимация. - 2-е изд. - М.: Вильямс, 2002. - 640 с. Д. Херн, М. П. Бейкер. Компьютерная графика и стандарт OpenGL. - 3-е изд. - М., 2005. - 1168 с. Э. Энджел. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL. - 2-е изд. - М.: Вильямс, 2001. - 592 с. В. П. Иванов, А. С. Батраков. Трёхмерная компьютерная графика / Под ред. Г. М. Полищука. - М.: Радио и связь, 1995. - 224 с. - ISBN 5-256-01204-5 Г. Снук. 3D-ландшафты в реальном времени на C++ и DirectX 9. - 2-е изд. - М.: Кудиц-пресс, 2007. - 368 с. - ISBN 5-9579-0090-7

14 слайд

Источники видеороликов «История создания трехмерной графики» http://www.youtube.com/watch?v=ttkojcjwV7c «IMAX 3D – как показывают объемное кино» http://www.youtube.com/watch?v=RWGjW2_L6iA «3D принтеры. Официальный сайт телепередачи Галилео» http://www.youtube.com/watch?v=PC5pa2xOlb8

15 слайд

Источники изображений Слайд 1: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ec/Glasses_800_edit.png/300px-Glasses_800_edit.png http://kinobizon.ru/wp-content/uploads/2012/04/3D-glasses-anaglyph.jpg Слайд 2: http://ооопроектирование.рф/images/stories/diz/RS.jpg http://www.compbegin.ru/data/image/3ds_max.png Слайд 3: http://www.simpleanimation.com/images/3d-graphycs-animation-40.jpg http://www.cgliberty.com/articles/3d/3dbest7/3dsMax.png Слайд 4: http://mir3d.org.ua/uploads/posts/2011-10/1318621987_ducati.jpg http://lipkiy.ru/uploads/1268602113_sunsystem.jpg Слайд 5: http://sono-design.ru/uploads/portfolio/959983810.jpg https://st.free-lance.ru/users/shonsu/upload/f_4d63938be996d.jpg Слайд 6: http://do-films.ru/wp-content/uploads/2009/11/avatar-2.jpg http://wallpapers.artdesign.dn.ua/main.php?g2_view=core.DownloadItem&g2_itemId=9812&g2_serialNumber=3 Слайд 7: http://www.mir3d.ru/articles/img/2009/07/MAya/Maya_screen_shot_01.jpg Слайд 9: http://3dliga.ru/prod/images/3Dvision.png http://www.hdtv.ru/uploads/posts/2011-01/1294158334_sams2.jpg Слайд 10: http://freelibs.com/sites/default/files/field/image/imax.jpg http://sub-info.ru/wp-content/uploads/2012/06/3D.jpg Слайд 11: http://trendymen.ru/images/old/business/markets/images_3/Printer3.jpg http://3.bp.blogspot.com/-X2i9XKDzADU/UJTU5Draf7I/AAAAAAAAAG8/OI_samxWHqA/s1600/skull-2.jpg

Применение 3d-принтера на уроках информатики
Лунева София Николаевна, учитель информатики и ИКТ, МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №21» г. Старый Оскол

PICASO 3D Designer
http://picaso-3d.com/

Класс Тема урока Тема практической
7 Модели объектов и их назначение «Создание крепости из графических примитивов программы 123D Design»
7 Информационные модели «Использование инструментов Extrude, Text для создание именного брелока в программе 123D Design».
9 Графические модели «Смоделировать судно или машину с использованием следующих инструментов: рolyline, spline, extrude без использования готовых фигур в программе 123D Design»
10 Формализация и визуализация моделей. «Инструменты split solid, chamfer, loft в моделировании Робота-трансформера в программе в программе 123D Design»
10 Компьютерное исследование моделей «Режим Скульптинг для создания моделей животных в программе Blender»

Дизайнерские часы
1 этап. Дизайн
2 этап. Чертеж
3 этап. Печать
3 этап. Сбор и покраска моднли

Декоративный вентилятор «Мельница»
Цель проекта: Создание портативного вентилятора, необычной формы. Задачи проекта: 1. Используя знания в области физики, подготовить составляющие цепи для пуска двигателя. 2. Собрать цепь, состоящую из двигателя, батарейки и тумблера. 3. Изучить инструменты программы 123D Design для создания частей мельницы (основания пирамиды, короба, лопастей). 4. Сборка мельницы и цепи.

Моделирование и печать

Ночник «Маяк»

Старооскольская игрушка
Цель проекта: Возрождение народных традиций Белгородской области посредством создания модели глиняной расписной игрушки в соответствии с образами игрушек старооскольских мастеров. Приобретение навыков работы с 3d-редактором Blender в режиме Скульптинг.
Задачи проекта: 1. Поиск информации об особенностях и традициях изготовления старооскольской глиняной игрушки: форма, образы и декор. 2. Поиск информации об особенностях росписи старооскольской глиняной игрушки: основные цвета и элементы, их значение. 3. Поиск подходящих инструментов в программе Blender для создания модели в соответствии с традициями изготовления. 4. Создание модели из пластилина, для того чтобы прочувствовать особенности работы с формой и ее пропорциональные соотношения. 5. Создание моделей в программе Blender. 6. Роспись моделей в соответствии с традициями росписи старооскольской игрушки. 5. Создание платформы для размещения проекта. 6. Печать проекта на 3d-принтере. 4. Роспись проекта акриловыми красками. 5. Сборка проекта.

Построение пластилиновой модели согласно традициям: Изображения людей - монолитные, скупые на детали - близки древним примитивным фигуркам. Неширокая юбка-колокол у барынь плавно переходит в короткое узкое тело и завершается конусообразной головой, составляющей одно целое с шеей. Головы фигурок венчают затейливые шляпки с неширокими полями.

Режим Скульптинг в Blender
Используется для создания персонажей
Используя команду Subdivide, которая доступна при нажатии клавиши W в режиме редактирования в 3D-окне, подразделяем объект.

Разнообразие кистей в Blender
Настройка размера и силы нажатия кисти
Grab используется, чтобы тащить группу точек, ближних к кисти.
Inflate (Надувать)

Солнечные часы

Математический тир
Цель исследования: Научиться строить чертежи, используя транспортир и свойства различных углов. Задачи исследования: Изучить учебную и научную литературу по теме исследования. Смоделировать и распечатать стойки для зеркал, мишень и стойку для направления луча. Провести эксперимент не используя расчеты. Построить чертежи в натуральную величину, используя расчеты и свойства различных углов. Разработать алгоритм их построения.

Каждый из участников исследования строит свой чертеж для исследования путем проб и ошибок оптимизируя задачу. Чертеж 30 градусов: 1. Чертеж начинается от тумбы с лазерной указкой. 2. Стойку № 1 располагают перпендикулярно тумбе. 3. Луч (схематично) направляют от тумбы под углом 30 градусов касания стойки (производится коррекция положения стойки так, чтобы луч попадал посередине стойки). Длина стойки № 1 = 9 см. 4. Рассчитываем угол падения следующим образом 180-30-90, так как стойка и тумба образуют прямоугольный треугольник. 5. Угол отражение должен быть равен углу падения, строят его используя транспортир. 6. Дальнейшее построение можно вести симметрично, только от мишени. 7. В итоге образуется пересечение лучей для второй стойки, остается рассчитать как ее правильно расположить и наметить место для ее расположения. 8. Узнаем с помощью транспортира угол a, рассчитываем какими должны быть углы падения и отражения (180 – a)/2 – каждый, так как они и угол a являются частью развернутого угла, на котором должна стоять стойка № 2. 9. Достраиваем развернутый угол

Cлайд 1

Моделирование 3-d наносхемотехники Россия, Москва Московский институт электроники и математики (МИЭМ) Руководитель научного направления д.т.н., профессор Трубочкина Надежда Константиновна [email protected] http://nadin.miem.edu.ru

Cлайд 2

Актуальность Нанотехнологии и нанонауки, многофункциональные материалы, основанные на новых знаниях и предназначенные для новых производственных процессов и устройств. Промышленность и общество могут извлечь пользу из новых знаний посредством разработки новых продуктов и технологических процессов. Необходима согласованность национальных исследовательских программ и инвестиций. Это должно гарантировать обеспечение страны командами и соответствующей инфраструктурой, нацеленными на решение актуальных задач.

Cлайд 3

Cлайд 4

Cлайд 5

Новизна Представлен новый подход к пониманию и освоению свойств трехмерных интегральных схем. Разработана соответствующая подходу схемотехника. Разработано программное обеспечение, позволяющее синтезировать новые интегральные структуры, а также «совершать экскурсию» внутрь интеллектуального кристалла и «гулять» там.

Cлайд 6

Теория Разработана переходная схемотехника для 3-d СБИС. Компонент схемотехники - физический переход между материалами с различными свойствами. Математические модели интеллектуальных элементов содержат минимальное количество переходов и физических областей с различными свойствами. Некоторые модели «совпадают» по структуре с органическими молекулами, имеющими те же логические функции.

Cлайд 7

Теоретические основы переходной схемотехники (ТОПС 1) Математической моделью функционально-интегрированного элемента (ФИЭ) является неориентированный граф G (X, А, Г), где: X = (х1, х2, …хN) – множество вершин, А = (а1,а2,…аМ) – множество ребер. Предикат Г является трехместным предикатом и описывается логическим высказыванием Г (xi, ak, xj), которое означает, что ребро aк соединяет вершины хi и xj.

Cлайд 8

ТОПС 2 Элементу множества вершин хi соответствует часть интегральной структуры Fi Тi , в которой Тi определяет качественный состав части интегральной структуры, Fi – элемент функционального множества. Т = {Ti}(i=1,n) = (p,n,p+,n+,…SiO2, Al, Ga…) = П U Д U М – множество элементов типа частей структуры (р – полупроводниковая область р-типа, n – полупроводниковая область n-типа, SiO2 – область двуокиси кремния, Аl – область алюминия, Ga – область галия и т.д.), П – подмножество областей полупроводников, Д – подмножество областей диэлектриков, М – подмножество проводников.

Cлайд 9

ТОПС 3 Функциональное множество F = Fy U FH состоит из двух подмножеств: Fy = {Fyi} = (E1,…,Ek1,I1,…,Ik2,φ1,…,φk3…) подмножества управляющих воздействий в виде напряжения Еi, тока Ij, света φк и FH = {FHi} = (вх1,…,вхm,вых1,…,выхn) подмножества назначения, задающего входные и выходные функции областям из подмножества Т, по отношению к которым определяются передаточные характеристики элементов. N – число областей интегральной структуры, размерность элемента.

Cлайд 10

ТОПС 4 Элементам множества ребер ак, аi соответствуют переходы между различными частями интегральной структуры, выполняющие определенные функции, причем существуют xi, xj (хi ≠ xj & Г (xi , ак, xj) & Г (xj , ак, xi). Примерами переходов – компонентов переходной схемотехники – являются: Пi – Пj переход - переход между полупроводниками, например, р – n переход, переход между полупроводниками р и n типа, выполняющий диодную функцию, Пi – Дj переход - переход между полупроводником и диэлектриком, Пi – Мj переход - переход между полупроводником и металлом (диод Шоттки), переходы между прозрачными и непрозрачными слоями в оптоэлектронных элементах, мембраны в биологических элементах и т.д, Инциндентор Г (xi, ak, xj) означает, что область xi, имеет с областью xj физическую границу – переход ak.

Cлайд 11

ТОПС 5 Графовые модели интегральных элементов могут представлять собой деревья, а могут содержать и циклы. цепь открытий и изобретений, давших три последних поколения вычислительных машин, всего лишь начальные элементы таблицы оптимальных математических моделей элементов переходной (p-n) схемотехники.

Cлайд 12

ТОПС 6. Генерация структур Процедура генерации структурных формул интегральных структур по математической модели элемента переходной схемотехники: а) – структурная формула элемента И-НЕ, б) – структура элемента, выполненного по эпитаксиально-nланарной технологии, в) – структурная формула И-НЕ, г) – структура элемента с локальными эпитаксиальными областями, д) – структурная формула И-НЕ, е) – структура элемента с многослойной (трехмерной) конструкцией

Cлайд 13

Пример проектирования ФИЭ а) – математическая модель (объединение двух n-p-n транзисторов по эмиттерам и коллекторам), б) – вертикальная оптимальная интегральная структура, в) – вертикальная структура с разбиением вершины nвых, г) – горизонтальная структура на изоляторе Уравнение синтеза

Cлайд 14

RS-триггер в переходной схемотехнике Уравнение синтеза RS-триггер в переходной схемотехнике: а) – структура, б) – топология

Cлайд 15

N-разрядный регистр на RS-триггерах в переходной схемотехнике а) – уравнение синтеза, б) – ДНК, в) – интегральная структура, г) – топология одного разряда

Cлайд 16

Биочипы (подобие углеродной и кремниевой переходных схемотехник) На рисунке показан синтез комплиментарной цепи ДНК из нуклеотидов, модели которых удивительно похожи на математические модели триггеров в переходной схемотехнике.

Cлайд 17