муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

города Ростова-на-Дону

«Школа № 60 имени пятого гвардейского Донского казачьего кавалерийского Краснознаменного Будапештского корпуса»

(МБОУ «Школа № 60»)

__________________________________________________________________

«СОЗДАНИЕ АРХИТЕКТУРНОГО  МАКЕТА ЗДАНИЯ С ПОМОЩЬЮ 3D-ПЕЧАТИ»

Подготовил:

Богомолов Максим,

обучающийся 3 класса «Б»

Руководитель:

Храмцова Елена Анатольевна,

учитель начальных классов

высшей квалификационной категории

г. Ростов-на-Дону

2022 год

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………..стр 3

Глава 1.  Моделирование объектов на основе 3D-технологий

 1.1  Что такое 3D-моделирование?……………...…………...................стр 5

 1.2  Сферы использования 3D-моделирования …………...………..…стр 5

Глава 2. Создание макета МБОУ «Школа № 60» с помощью

 3D-печати

2.1  Minecraft как среда моделирования ……………………….….…....стр 7

2.2  3D -печать по FDM технологиям…………………………………...стр 8

2.3  3D -печать архитектурного макета ………………………...……....стр 8

       Заключение…………………………………………………………..……..стр11
       Источники информации……..………..…………………………………...стр12

       Приложение …………………………………………………………….....стр13

Введение

«Теоретически для построения

наилучшей модели требуется,

чтобы все необходимые компоненты

поступили на рассмотрение

 одновременно».

Эдвард де Боно

Применение компьютерной техники в современной жизни стало незаменимым. Особого применения приобрёл класс редакторов 3D, который сейчас достаточно широко распространён не только в кругах специалистов, но и у пользователей домашних компьютеров.

Многие дети, увлекающиеся наукой и техникой, рисованием, конструированием, получили в свои руки мощные инструменты, позволяющие искать информацию, работать с ней и создавать что-то новое. Я тоже решил разработать  проект с 3D – моделированием «Создание архитектурного макета здания с помощью 3D –печати».

Целью данного проекта является создание архитектурного макета здания МБОУ «Школа № 60»  на базе виртуальной модели с использованием 3d-печати.

Актуальность темы обусловлена доступностью в настоящее время новых технологий, которые открывают широкие возможности для творчества не только взрослых людей, но и младших школьников. Изучение этих возможностей позволяет ребенку подготовиться к будущей профессии, связанной с моделированием, дизайном или архитектурой в привлекательной игровой форме и одновременно получить осязаемый результат.

Гипотеза исследования: использование современных технологий позволяет создать архитектурный макет здания, не прибегая к использованию традиционных методов.

Задачи, решаемые в процессе достижения цели:

1. Изучение доступных средств для виртуального моделирования;
2. Создание виртуальной модели здания;
3. Изготовление архитектурного макета на базе виртуальной модели.

Объект исследования: доступные для освоения технологии создания виртуальных моделей и архитектурных макетов на их основе.

Методы и приемы:

1. Изучение фотографий помещений и фасадов школы, а также спутниковых снимков;
2. Подбор подходящего масштаба с учетом особенностей среды моделирования;
3. Создание виртуальной модели и ее подготовка к 3d-печати.

Планируемый результат: подтверждение гипотезы исследования путем создания архитектурного макета здания школы, напечатанного на 3d-принтере на основе виртуальной модели.

«Создание архитектурного макета здания с помощью 3D –печати»

Глава 1.  Моделирование объектов на основе 3D-технологий

1.   Что такое 3D-моделирование?

Мы часто слышим это сочетание – 3D. Оно является сокращением английского 3-dimensional, что дословно переводится как «три размера». К этой фразе прибавляют дополнительные слова: звук, изображение, шутер, шоу, принтер и так далее – вариантов масса. Но остается основной смысл: при употреблении этого метода происходит переход из схематического, однолинейного пространства в более реалистичное. Эта способность «одухотворять» неживое ставится в основу многих начинаний. Но визуализация нашла свое начало и получила наибольшую востребованность именно в конструировании объёмного образа. 

Невозможно представить какую-либо значимую сферу производства, в которой на этапе конструирования не применяют объёмную графику. Разработка любого объекта становится доступнее при трехмерном представлении каждого элемента, значимой детали. На каждом этапе создания продукта, будь это несложный механизм или ракетный двигатель, ориентируются на многогранный макет. Он представляет собой многовекторный чертеж, имеющий не только номинальную высоту, длину и ширину, но и визуальное воплощение. В этой статье мы расскажем, как появилась первая компьютерная реалистичная фигура, в каких сферах технология нашла свое применение и какие программы используют проектировщики.

2.   Сферы использования 3D-моделирования

Где сегодня используется 3D-моделирование? Создание различных моделей персонажей. Обычно это используется при создании мультфильмов и при проектировании современных компьютерных видеоигр.

3D визуализация зданий. Этим занимаются проектные организации, которые желают оценить для заказчика конструктивные особенности будущего объекта.

Создание 3D-моделей предметов интерьера. В большинстве случаев их выполняют дизайнерские компании с целью демонстрации эстетических свойств представленных экспозиций.

Реклама и маркетинг. Часто требуются нестандартные объекты для рекламирования. Важную составляющую трехмерная графика играет при демонстрации какой-либо услуги. Это позволяет произвести более эффектное впечатление на заинтересованных лиц.

Изготовление эксклюзивных украшений. Профессиональные художники и ювелиры используют специальные программы, которые позволяют создать оригинальный и неповторимый эскиз.

Производство мебели и комплектующих. Производственные мебельные компании нередко используют разработку трехмерной модели для размещения своей продукции в электронных каталогах.

Промышленная сфера. Современное производство невозможно представить без моделирования продукта компании. Каждую деталь или полноценный объект проще собирать по готовой и продуманной 3D-модели.

Медицинская сфера. Например, при проведении пластической операции или же хирургическом вмешательстве, все чаще используют трехмерную графику для того, чтобы наглядно продемонстрировать пациенту, как будет проходить процедура, и каким будет результат.

Глава 2. Создание макета МБОУ «Школа № 60»

с помощью 3D-печати

2.1 Minecraft как среда моделирования

Одной из основных задач исследования являлся выбор среды для моделирования, одновременно простой в освоении и обладающей достаточным функционалом для создания виртуальной модели реально существующего здания. Программы, используемые профессиональными архитекторами, слишком сложны в освоении, а детские программы для рисования не позволяют создавать трехмерные объекты.

В результате выбор был сделан в пользу популярной во всем мире игры Minecraft, знакомой многим детям школьного и даже дошкольного возраста. Minecraft представляет собой виртуальный мир, целиком состоящий из кубических блоков – все объекты представляют собой наборы блоков разных цветов – горы, деревья, дома и даже луна.

В программах архитектурного проектирования работа над зданием ведется в различных плоскостях (сверху, сбоку) и изометрическом представлении. Переключение между плоскостями требует развитого пространственного мышления и представляет трудности не только для детей, но и для взрослых, не являющихся специалистами в инженерной области. Очевидным преимуществом Minecraft является эффект присутствия, когда строительство ведется от первого лица, пользователь ощущает свое присутствие в виртуальном здании, «находится» в нем.

Простота игры Minecraft, позволяющая взрослым и детям по всему миру возводить грандиозные виртуальные сооружения, является также и ее слабым местом: все постройки состоят из кубических блоков, все расстояния, пропорции и размеры кратны одной и той же величине. К примеру, ширину дверного проема нельзя сделать любой – она должна составлять целое число блоков – 1, 2, 3 и так далее. По этой причине постройка в мире Minecraft никогда не будет соответствовать оригиналу из реального мира на все сто процентов, это всегда будет лишь приближение. Тем не менее, достоинства игры, к которым относятся простота освоения, свобода творчества и повсеместная распространенность, перевешивают недостатки, поэтому было решено использовать Minecraft в качестве среды для виртуального моделирования.

2.2  3D -печать по FDM технологиям 

Технологии 3d-печати позволяют превратить виртуальную модель объекта в его воплощение в пластике, бумаге или даже металле.

Технология FDM подразумевает создание трёхмерных объектов за счёт нанесения последовательных слоёв материала, повторяющих контуры цифровой модели. Как правило, в качестве материалов для печати выступают термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков.

Технология FDM была разработана С. Скоттом Крампом в конце 1980-х годов и вышла на коммерческий рынок в 1990 году.

 FDM-принтеры получили широкое распространение благодаря простой конструкции и относительно низкой стоимости печати. Именно такой принтер и будет использован в данном проекте.

2.3  3D-печать архитектурного макета

Важным шагом проекта было изучение планировки здания. Несмотря на отсутствие строительных планов, любой школьник может вспомнить расположение кабинетов, в которых он занимается, а также мест, которые посещает – вестибюля, столовой, гардероба, спортзала и даже учительской. Расположение многих школьных помещений становится понятным по мере хода виртуального строительства. В этом архитектору помогают общие правила постройки зданий – к примеру, планировка учебных классов на разных этажах часто повторяется, коридоры и холлы также располагаются на одних и тех же местах на этаже. Многое говорит и расположение и количество окон – по их количеству легко посчитать количество

Не стоит забывать и об источнике информации, еще совсем недавно бывшим научной фантастикой или техникой из фильмов про шпионов – о спутниковой фотографии. Взглянув на фото школы, можно догадаться о форме крыши и здания в целом, увидеть элементы, ранее не замеченные – к примеру, расположение пожарных выходов,  кабинетов.

Вооружившись всей доступной информацией, можно приступать к постройке виртуального здания. Мельчайшей единицей постройки был выбран кубический блок, основа мира Minecraft. Дверные проемы было решено делать шириной в два блока и в три блока высотой, высоту этажа – в четыре блока. Все стены, и внешние и внутренние, также возведены с толщиной в блок, что можно будет увидеть позднее, на архитектурном макете.  

Постройка велась много дней, в планировку то и дело вносились коррективы. Например, помещение библиотеки оказывалось слишком маленьким, и приходилось увеличивать его за счет хореографического кабинета по соседству. В другом случае спутниковый снимок позволил понять, что пожарный выход из спортивного зала был расположен неверно, после чего в постройку были внесены исправления.

Построенное в результате здание, в основном соответствующее планировке корпуса начальной школы, завершено. Следующий шаг – извлечение модели из мира Minecraft и 3d-печать.

Для того, чтобы построенную в мире Minecraft модель можно было напечатать на 3d-принтере, ее необходимо перевести в формат, понятный 3d-принтеру. Это процесс, требующий навыков использования компьютерных программ, и помощь взрослого тут не помешает. К счастью, поклонниками игры Minecraft была создана программа Mineways, предназначенная специально для извлечения 3d-моделей из Minecraft. Эта программа позволяет найти область мира с расположенной в ней моделью, отметить границы области и сохранить полученную модель в одном из форматов, которые понимает 3d-принтер.

Модель была разделена на три части – первый этаж, второй этаж и крышу. Это позволило получить архитектурный макет, в котором планировку каждого этажа можно рассмотреть отдельно, сняв крышу и второй этаж. Печать каждой части занимала несколько суток – именно столько времени затрачивает 3d-принтер, чтобы воплотить в пластике виртуальный объект.

В результате был напечатан макет размером 40 на 30 сантиметров, высотой 10 сантиметров и весом чуть более килограмма.

Для придания макету большего сходства с оригиналом, он был окрашен в цвета школы с помощью акриловой аэрозольной краски.

Вывод: Работа в рамках данного проекта велась на основе возможностей, недоступных предыдущему поколению школьников – компьютерному моделированию и 3d-печати. Используя современные технологии, доступные для использования, был достигнут запланированный результат – создание архитектурного макета. Технологии, которые были применены в данном проекте, могут использоваться и в других областях:

• 3d-печать позволяет изготавливать не только макеты зданий, но и любые предметы из пластика, предоставляя полную свободу творчества
• Использование Minecraft в качестве среды моделирования не только дает в руки начинающего архитектора простой в освоении инструмент, но и позволяет приобрести навыки, которые помогут разобраться с более сложными инструментами проектирования и моделирования, вспомнив полученный в детстве опыт и радость от достижения результата.

Заключение

Повышение доступности компьютерной техники принесло не только положительные последствия – зависимость от гаджетов, рассеянность внимания и уход от окружающего мира тому пример. Несмотря на наличие негативных эффектов новых технологий, их проникновение в жизнь современного человека будет только усиливаться, и учиться применять их во благо – для творчества, саморазвития и приобретения полезных навыков, а не только для развлечения и бегства от реальности, является важной задачей современности и целью данного проекта.

Источники информации

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Архитектурный_макет
2. https://ru.wikipedia.org/wiki/3D-принтер
3. https://education.minecraft.net/ru-ru/discover/what-is-minecraft
4. https://www.realtimerendering.com/erich/minecraft/public/mineways/

Приложение