Возможности использования технологий 3D-визуализаций как фактор мотивации школьников к занятиям трехмерной графикой и анимацией
статья

Возможности использования технологий 3D-визуализаций как фактор мотивации школьников к занятиям трехмерной графикой и анимацией

Бурное развитие 3D-технологий ставит перед образованием новые вызовы в виде появления новых мотивирующих возможностей. Компьютерная 3D-графика, инженерная 3D-графика, 3D-развертки моделей, 3D-анимация, интерактивные 3D-сайты, печать на 3D-принтерах - вот далеко не полный перечень предложений, реализованных на высоком техническом, технологическом и дизайнерском уровнях. Степень освоения этих предложений системой образования, как правило, отстает от заложенных в них потенциальных возможностей. На протяжении последних лет роль своеобразного полигона для апробации новых идей использования возможностей современных информационных технологий в обучении традиционно играет дополнительное образование, имеющее дело с проблемой привлечения детей и подростков в центры технического творчества.

В новых технологиях ставка делается на появление у ребят потребности саморазвития, стремление к самовыражению, самоутверждению, и самоопределению, что в свою очередь будет способствовать повышению уровня активности учащихся на занятиях. 3D- технологии помогают вовлечь учащихся в научную и исследовательскую работу, делают процесс обучения интересным и понятным, многократно повышают качество образования, стимулируют творческую деятельность каждого ученика.

Самым важным критерием, которое свидетельствует в пользу 3D, является то, что учащиеся смогут выявить свои таланты еще в процессе обучения, поскольку предлагаемые направления дают им возможность разработать и внедрить 3D-объекты, 3D-анимационные ролики и 3D-приложения. Уже будут получены навыки работы с новейшими технологиями, которые пригодятся в будущем. Это уникальный и, несомненно, востребованный в будущем жизненный опыт. За такими технологиями будущее. Учащиеся обладают весьма позитивным отношением к 3D технологиям и заинтересованы в том, чтобы в их жизни и в процессе обучения использовалось как можно больше 3D продуктов. Детям трудно понять то, что они не могут увидеть. Визуализация улучшает понимание учащихся, а понимание сложного легче воспринимается, если его разбить на детали. Ученики отдают предпочтение визуальному и кинестетическому обучению.

Создавая трехмерную модель, учащиеся учатся видеть геометрическую форму, то есть учатся различать поверхности, ограничивающие тот или иной предмет. В любой практической задаче есть элементы, способные развивать кругозор учащихся, увеличивать запас знаний о предметах окружающей нас действительности, развивать любознательность и творческие способности.

На занятиях возникает необходимость визуализировать объекты для демонстрации полученного продукта. Объект или анимация в 3D-программе не всегда понятен учащимся и их родителям. Визуализированные объекты дают полное представление о конечном продукте. Они и есть тот самый конечный продукт: игрушка, органайзер, модель стула, модель архитектурного здания или мультфильм.

Рендеринг (англ. rendering — «визуализация») в компьютерной графике — это процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы. Проще говоря, рендеринг — создание плоского изображения (картинки) по разработанной 3D сцене. Синонимом в данном контексте является Визуализация. Это один из наиболее важных разделов в компьютерной графике, и на практике он тесным образом связан с остальными. Обычно, программные пакеты трехмерного моделирования и анимации включают в себя также и функцию рендеринга.

Технологий 3D-печати очень много, и регулярно появляются либо новые, либо модификации уже известных. Процесс печати на 3D-принтере очень напоминает обычную струйную печать: материал подается через сопло малого диаметра, расположенное на печатающей головке. Конечно, материал не является жидким при комнатной температуре: сначала он нагревается до температуры плавления, затем подается в головку, наносится послойно и застывает. Слои формируются перемещением головки в горизонтальной плоскости, а вертикальное смещение при переходе к следующему слою, как и в предыдущих случаях, обеспечивается опусканием рабочего стола. Как и во всех остальных рассмотренных нами технологиях, модель при FDM-печати создается послойно. Для изготовления очередного слоя термопластичный материал нагревается в печатающей головке до полужидкого состояния и выдавливается в виде нити через сопло с отверстием малого диаметра, оседая на поверхности рабочего стола (для первого слоя) или на предыдущем слое, соединяясь с ним. Головка перемещается в горизонтальной плоскости и постепенно «рисует» нужный слой — контуры и заполнение между ними, после чего происходит вертикальное перемещение (чаще всего опусканием стола, но есть модели, в которых приподнимается головка) на толщину слоя и процесс повторяется до тех пор, пока модель не будет построена полностью.

В качестве расходного материала чаще всего используются различные пластики, хотя есть и модели, позволяющие работать с другими материалами — оловом, сплавами металлов с невысокой температурой плавления и даже шоколадом.

Минусы, присущие данной методике, очевидны:

• невысокая скорость работы (но, собственно, очень уж высокой скоростью не могут похвастать и другие технологии: для построения крупных и сложных моделей требуются многие часы и даже десятки часов);
• небольшая разрешающая способность как по горизонтали, так и по вертикали, что приводит к более или менее заметной слоистости поверхности изготовленной модели;
• проблемы с фиксацией модели на рабочем столе (первый слой должен прилипнуть к поверхности платформы, но так, чтобы готовую модель можно было снять); их пытаются решить разными способами — подогревом рабочего стола, нанесением на него различных покрытий, однако совсем и всегда избежать не получается;
• для нависающих элементов требуется создание поддерживающих структур, которые впоследствии приходится удалять, но даже с учетом этого некоторые модели попросту невозможно сделать на принтере за один цикл, и приходится разбивать их на детали с последующим соединением склейкой или другим способом.

Таким образом, для очень многих образцов, изготовленных на 3D-принтере, потребуется более или менее сложная финишная обработка, которую сложно или невозможно механизировать, поэтому в основном она производится вручную.

??

Примеры создания учащимися объёмных предметов, анимация и печать последних практически на первых уроках воодушевляют и мобилизуют обучающихся на продолжение изучения этой программы. Задача преподавателя – использовать появившуюся мотивацию не только в целях совершенствования знаний, навыков в работе с программами трехмерной графики и анимации, но и верно трансформировать интерес для повышения общей творческой активности. Непосредственно востребованными становятся знания по различным дисциплинам (композиции, цветоведению, рисунку, живописи и многим другим). Преподавателю довольно просто обратить внимание учащихся на значимость этих предметов в курсе изучения программ трехмерной графики и анимации. Кроме того, работа со сложным программным продуктом требует коллективного взаимодействия учеников. Наглядно заметно, насколько коллективный труд по поиску верных решений бывает продуктивнее, чем самая упорная индивидуальная деятельность. Развивается способность объективно оценивать себя и свои способности в процессе обучения и усвоения приобретаемых умений и навыков. Активизируется общение в целях совместного решения трудных задач. В рассматриваемом контексте на первый план выступает способность преподавателя правильно преподнести результаты обучения, доказать востребованность определённых знаний в различных сферах жизни современного общества, умение связать интересы одного с групповыми интересами. Высокая оценка знаний трехмерных программ в молодёжной среде, имеет большое мотивирующее значение, особенно на первых этапах обучения. Социализация ученика должна быть направлена на безусловную потребность отдавать полученные, ценимые в обществе знания, а не накапливать их для собственного удовлетворения, для повышения самооценки. Когда игра начинает ощущаться не как самоценная, но и одобряемая окружающими, она перестает быть игрой. Цель преподавателя – мягко и тонко перевести приоритеты учеников с развлекательной составляющей обучения в компьютерных программах, на соревновательные, а затем и социально значимые результаты. Тем самым, незаметно для себя, ученик обучается не только работать в различных программах, но и делиться полученным с окружающими, получая взамен необходимые знания об обществе, его интересах, предпочтениях, ожиданиях для продолжения творческой работы. Стремление быть нужным, быть интересным людям продуктами своего труда, ведёт человека к творческому отношению к своей работе, такой ребенок не бросит свои занятия, наоборот, он заинтересует и приведет своих друзей на занятия.