Основы - Национальный институт образования

ОСНОВЫ 3D МОДЕЛИРОВАНИЯ
Учебная программа факультативных занятий
для VIII–XI классов
учреждений общего среднего образования
Минск, 2015
2
Автор-составитель: А.П. Ларченко
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Развитие информационного общества является одним из национальных
приоритетов Республики Беларусь и рассматривается как общенациональная
задача. Подготовка специалистов в сфере информационных технологий
является прерогативой учреждений профессионально-технического, среднего
специального и высшего образования, но для раннего выявления склонных к
этому виду деятельности учащихся необходимо организовывать занятия в
период обучения в учреждении общего среднего образования. Наиболее
удобной формой для такой деятельности являются факультативные занятия.
Одним из востребованных направлений на рынке труда в сфере
информационных технологий является специалист по 3D графике.
Компьютерные игры, телевидение, архитектура, съемка фильмов, создание
виртуальной реальности и веб-дизайн – это неполный перечень возможностей
трехмерных редакторов.
Содержание учебной программы факультативных занятий «Основы 3D
моделирования» предполагает знакомство учащихся с основами работы в
редакторе трехмерной графики, создание трехмерных сцен, анимированных
роликов.
Полученные знания и навыки могут быть использованы учащимся для
дальнейшего самостоятельного изучения более сложных приемов и методов
работы в профессиональных программах обработки 3D графики, таких как 3D
Studio Max, Maya, Cinema 4D и т.д.
Данная учебная программа факультативных занятий дополняет и
расширяет учебную программу учебного предмета «Информатика» в рамках
изучения основ компьютерной графики и анимации.
Цели:
повышение у учащихся интереса к информатике через выполнение
практических задач;
развитие
пространственного
мышления,
математических,
конструкторских и художественных способностей учащихся;
формирование у учащихся интереса к выбору профессий,
связанных с 3D моделированием.
Задачи:
расширить представления учащихся о назначении и возможностях
программ обработки компьютерной графики и анимации;
дать учащимся необходимые знания о создании и применении 3D
моделей;
формировать умения и навыки учащихся для создания и применения 3D
графики и анимации на примерах проектирования жилых помещений, создания
фотореалистичных трехмерных сцен с использованием источников света;
3
сформировать готовность учащихся к самостоятельному освоению
технологий обработки компьютерной графики и анимации;
показать практическую значимость и направленность сформированных
знаний и навыков.
Рекомендуемые формы и методы проведения занятий.
Учебная
программа
факультативных
занятий
«Основы
3D
моделирования» рекомендуется к использованию в VIII-XI классах учреждений
общего среднего образования с белорусским и русским языком обучения.
Программа рассчитана на 35 учебных часов (1 час в неделю).
Учебная
программа
факультативных
занятий
«Основы
3D
моделирования» является практико-ориентированной, и предполагает
проведение лекционных и практических занятий. Каждая тема изучается по
схеме: вводное занятие в форме лекции-демонстрации, практические занятия
для отработки навыков, итоговая практическая работа по всему изученному
материалу данного раздела. По окончании обучения каждый учащийся будет
иметь сборник материалов в электронном (по возможности) виде как результат
освоения курса.
При проведении факультативных занятий рекомендуется использовать
методы активного обучения и элементы проектной технологии.
Занятия проводятся как в индивидуальной, так и групповой форме.
Рекомендуется поощрять индивидуальность и самостоятельность.
Сроки изучения отдельных тем факультативных занятий и темы
практических работ можно изменять по желанию учителя и в зависимости от
используемого программного обеспечения. Настоятельно рекомендуется
включать в содержания занятий все элементы графики и методы построения
моделей, указанные в теме.
Выбор 3D редактора остаётся за учителем. При невозможности
использования 3D Studio Max (Maya, Cinema 4D) как наиболее
распространённого профессионального редактора, можно воспользоваться
одним из бесплатных редакторов, предлагаемых в сети Интернет. Кажущаяся
простота и «аскетичный» вид интерфейса некоторых программ иногда скрывает
их глубокие возможности в моделировании. Для ознакомления можно взять
несколько редакторов, сравнить их и, приняв решение, начать использовать.
Так, например, бесплатная версия Google SketchUp будет хорошим началом для
знакомства с 3D моделированием, как для педагога, так и учащихся. Вместе с
тем, данный редактор не отвечает всем требованиям настоящей программы
факультативных занятий.
Независимо от того, в каком редакторе создается трехмерное
изображение, порядок его создания один и тот же: на основе простейших
трехмерных объектов строятся трехмерные модели, затем для них
настраивается освещение, подбираются материалы, при необходимости
создается анимация. Результат сохраняется как изображение или анимация.
Технические средства обучения
Факультативные занятия рекомендуется проводить в компьютерном
классе, по возможности оснащённом проекционной техникой, с наличием
4
локальной сети и доступа в интернет. Технические требования к компьютерам
зависят от требований программного обеспечения. Так как процесс рендеринга
3D модели (особенно 3D анимация, освещение, прозрачность и т.п.) может
быть достаточно длительным, рекомендуется оснащать компьютеры (по
крайней мере, учительский) мощным процессором и дискретной 3D
видеокартой.
Помимо лицензионных программных средств, таких как 3D Max Studio,
Maya, Cinema 4D и других, на сегодняшний день имеется большое количество
доступных для освоения и бесплатного использования 3D редакторов.
5
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
(35 часов)
1. Знакомство с программой создания и обработки 3D графики
(2 часа).
Теоретические основы 3D графики. Обзор редакторов трехмерного
изображения. Основные возможности программ для работы с 3D графикой.
Элементы интерфейса, панели инструментов программы (для выбранного
редактора). Проекции изображения. Навигация в окнах проекции. Создание
сцены «Стол и стул».
2. Основы работы в 3D редакторе (11часов).
Виды объектов: вершины, полигоны. Понятие примитива. Основные
примитивы. Настройка примитива. Выделение объектов. Работа с буфером
обмена. Выравнивание, группировка, сохранение и загрузка объектов.
Преобразование объектов и групп объектов. Выполнение учебной
практической работы «Кресло». Понятие материалов. Загрузка, настройка,
создание, применение и сохранение материалов. Практическая работа
«Интерьер современной квартиры». Простая визуализация и сохранение
растрового изображения. Клонирование объектов. Практическая работа «Зал с
колоннами». Внедрение в сцену объектов из других файлов.
3. Использование простых методов моделирования (5 часов).
Понятие логической операции (булевы объекты). Создание объектов с
использованием логических операций: объединение, исключение, пересечение.
Практическая работа «Игральные кости». Практическая работа «Пуговица».
Деформация объектов: «Изгиб», «Взрыв», «Кручение», «Сужение» и др. (в
зависимости от выбранного 3D редактора). Практическая работа на
использование отдельных элементов деформации объектов.
4. Моделирование с помощью сплайнов (6 часов).
Понятие сплайнов. Примеры создания объектов на основе сплайнов.
Создание трёхмерных объектов на основе сплайнов. Пример использования
сплайнов для создания шахматных фигур. Практическая работа «Бокал».
Практическая работа «Кувшин». Практическая работа «Фигуры на шахматной
доске».
5. Создание 3D анимации (3 часа).
Понятие анимации. Особенности 3D анимации. Инструменты создания
анимации. Понятие «Ключевой кадр». Сохранение анимации (рендеринг).
Практическая работа «Движение Луны вокруг Земли». Практическая работа
«Солнечная система».
6. Применение источников света для 3D модели (2 часа).
Основы создания источников освещения. Стандартный источник
освещения. Направленный источник освещения. Треугольное освещение:
ключевой, заполняющий, контровый источники света. Использование
источников света в сцене «Классическое освещение объекта».
7. Камеры в 3D моделировании (1 час).
6
Камера. Создание и настройка камеры. Применение камеры для
создания 3D изображения или анимации.
8. Использование дополнительных объектов сцены (1 час).
Знакомство с дополнительными объектами сцены: плоскость земли,
небо, внешняя среда (туман и т.д.), задний фон, изображение переднего плана.
9. Демонстрация проекта (3 часа).
Создание проекта: Презентация. Защита проекта (актуальность,
содержание, перспективы).
10. Обобщающее занятие
Использование 3D моделирования в различных сферах человеческой
деятельности. 3D принтеры. Устройство 3D принтера, принцип работы.
3D сканеры.
7
ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
После успешного прохождения учебного материала учащиеся
получат представление:
 об основных возможностях 3D редакторов;
 о методах создания трехмерных моделей;
 об использовании трехмерных моделей для создания сцен и анимации;
 о процессе визуализации сцен и анимации (рендеринг);
 о профессии специалиста по 3D графике.
Учащиеся получат знания:
 о возможностях выбранного 3D редактора для создания трехмерного
изображения;
 об основных этапах работы с примитивами;
 о процессе создания и применения материалов;
 об основах создания 3D моделей и сцен;
 о требованиях к аппаратному и программному обеспечению компьютера,
предназначенного для работы с 3D графикой;
 об этапах создания 3D проектов с помощью компьютера;
 О способах создания 3D объекта с помощью 3D принтера.
Учащиеся будут уметь:
 использовать возможности выбранного 3D редактора для создания простых
трехмерных моделей;
 осуществлять визуализацию трехмерной модели в виде сцены или
анимации;
 осуществлять поиск готовых 3D моделей в сети Интернет;
 внедрять в 3D модели объекты из других программных продуктов.
8
ПРИМЕРНОЕ КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ
№
Кол-во
Тема
занятия
часов
I. Знакомство с программой создания и обработки 3D графики (2 ч.)
Теоретические основы 3D графики. Обзор редакторов
трехмерного изображения. Основные возможности
1
1
программ для работы с 3D графикой. Создание сцены
«Стол и стул».
Элементы интерфейса, панели инструментов программы
2
(для выбранного редактора). Проекции изображения.
1
Навигация в окнах проекции.
II. Основы работы в 3D редакторе (11 ч.)
Виды объектов: вершины, полигоны. Понятие примитива.
3
1
Основные примитивы. Настройка примитива.
Выделение объектов. Работа с буфером обмена.
4
Выравнивание, группировка, сохранение и загрузка
1
объектов. Преобразование объектов и групп объектов.
Выполнение учебной практической работы «Кресло».
5
1
Понятие материалов. Загрузка, настройка, создание,
6,7
2
применение и сохранение материалов.
8,9,10 Практическая работа «Интерьер современной квартиры».
3
Простая визуализация и сохранение растрового
11
1
изображения.
Клонирование объектов. Практическая работа «Зал с
12
1
колоннами».
13
Внедрение в сцену объектов из других файлов.
1
III. Использование простых методов моделирования (5 ч.)
Понятие логической операции (булевы объекты). Создание
объектов с использованием логических операций:
14
1
объединение, исключение, пересечение. Практическая
работа «Игральные кости».
15,16 Практическая работа «Пуговица».
2
Деформация объектов: «Изгиб», «Взрыв», «Кручение»,
17
«Сужение» и др. ( в зависимости от выбранного 3D
1
редактора)
Практическая работа на использование отдельных
18
1
элементов деформации объектов.
IV. Моделирование с помощью сплайнов. (6 ч.)
Понятие сплайнов. Примеры создания объектов на основе
19
1
сплайнов.
9
Создание трёхмерных объектов на основе сплайнов.
20
Пример использования сплайнов для создания шахматных
фигур.
21,22 Практическая работа «Бокал».
23
Практическая работа «Кувшин».
24
Практическая работа «Фигуры на шахматной доске».
V. Создание 3D анимации (3 ч.)
Понятие анимации. Особенности 3D анимации.
25
Инструменты создания анимации. Понятие «Ключевой
кадр». Сохранение анимации (рендеринг).
26
Практическая работа «Движение Луны вокруг Земли».
27
Практическая работа «Солнечная система».
VI. Применение источников света для 3D модели (2 ч.)
Основы создания источников освещения. Стандартный
источник освещения. Направленный источник освещения.
28
Треугольное освещение: ключевой, заполняющий,
контровый источники света.
Использование источников света в сцене «Классическое
29
освещение объекта».
VII. Камеры в 3D моделировании (1 ч.)
Камера. Создание и настройка камеры. Применение
30
камеры для создания 3D изображения или анимации.
VIII. Использование дополнительных объектов сцены (1 ч.)
Знакомство с дополнительными объектами сцены:
31
плоскость земли, небо, внешняя среда (туман и т.д.),
задний фон, изображение переднего плана.
IX. Демонстрация проекта (2 ч.)
32
Создание проекта. Презентация.
33
Защита проекта (актуальность, содержание, перспективы).
X. Обобщающее занятие
Использование 3D моделирования в различных сферах
34
человеческой деятельности. 3D принтеры. Устройство 3D
принтера, принцип работы. 3D сканеры.
35
Резерв
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
10
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Для учителей
1. Белл, Джон А. 3ds max 6. Советы знатоков / Джон А. Белл. – Вильямс,
2005. – 304 с.
2. Бондаренко, С.В. 3ds Max 2008. Библиотека пользователя /
С.В. Бондаренко, М.Ю. Бондаренко. – Диалектика, 2008. – 560 с.
3. Буске, Мишель. 3D моделирование, снаряжение и анимация персонажей
в Autodesk 3ds max 7 / Мишель Буске. – Вильямс, 2005. – 288 с.
4. Джамбруно, Марк. Трехмерная графика и анимация / Марк Джамбруно.
– Вильямс, 2002. – 640 с.
5. Дрейпер, Пит. Специальные эффекты в 3ds Max: огонь, вода, земля и
воздух / Пит Дрейпер. – Вильямс, 2008. – 480 с.
6. Ливны, Боаз. Mental ray для Maya, 3ds max и XSI / Боаз Ливны. –
Диалектика, 2008. – 896 с.
7. Мараффи, Крис. Создание персонажей в Maya: моделирование и
анимация / Крис Мараффи. – Вильямс, 2004. – 448 с.
8. Мэрдок, Келли Л. Библия пользователя 3ds Max 2012 / Келли Л. Мэрдок.
– Диалектика, 2012. – 1280 с.
9. Красильников, Н.Н. Цифровая обработка 2D- и 3D-изображений:
учебное пособие / Н.Н. Красильников. – 2011. – 608 с.
10.
Осипа, Джейсон. 3D-моделирование и анимация лица: методики для
профессионалов: 2-е издание / Джейсон Осипа. – Диалектика, 2008. – 400 с.
11.
Петелин, А. 3D-моделирование в Google Sketch Up – от простого к
сложному / А. Петелин, – ДМК Пресс, 2012. – 344 с.
12.
Ратнер, Питер. Трехмерное моделирование и анимация человека: 2е издание. Создание людей в 3ds max / Питер Ратнер, – Диалектика, 2005. – 272
с.
Для учащихся
1. Бондаренко, С.В. Autodesk 3ds Max 2009 для «чайников» /
С.В. Бондаренко, М.Ю. Бондаренко. – Диалектика, 2008. – 368 с.
2. Бондаренко, С.В. Лучшие трюки и эффекты в Photoshop CS3,
CorelDRAW X4, 3ds Max 2009 / С.В. Бондаренко, М.Ю. Бондаренко. –
Диалектика, 2008. – 336 с.
3. Горелик, А.Г. Самоучитель 3ds Max 2012 / А.Г. Горелик. – BHV, 2012. –
544 с.
4. Прахов, А. Blender: 3D-моделирование и анимация. Руководство для
начинающих / А. Прахов, – 2009. – 1280 с.
5. Сафонов, А.Ю. Компьютерная анимация. Создание 3D-персонажей в
Maya / А.Ю. Сафонов. – Питер, 2012. – 208 с.
6. Основы 3ds Max 8. – Вильямс, 2006. – 832 с.
11
Интернет-ресурсы
1. Дистанционный курс «3Ds Max базовый» / Центр дистанционного
обучения Render.ru [Электронный ресурс]. – 2014. – Режим доступа:
http://www.render.ru/. – Дата доступа: 15.06.2015.
2. Уроки 3Ds Max / 3D Center: Популярно о трёхмерном [Электронный
ресурс]. – 2015. –Режим доступа: http://www.3dcenter.ru/. – Дата доступа:
15.06.2015.
3. Уроки для редактора «Blender» / Openarts.ru. Свободные редакторы для
свободных художников [Электронный ресурс]. – 2013. – Режим доступа:
http://www.openarts.ru/index.php. – Дата доступа: 15.06.2015.
4. Уроки по 3D, уроки 3D Max, Maya VRay и другим редакторам / Уроки
трехмерной графики [Электронный ресурс]. – 2008. – Режим доступа:
http://3d.demiart.ru/. – Дата доступа: 10.06.2015.
5. Blender – многоплатформенный графический 3D пакет / Скачать
программы для Windows [Электронный ресурс]. – 2015. – Режим доступа:
http://www.izone.ru/graphics/3d/blender.htm. – Дата доступа: 10.06.2015.
6. 3DCanvas /Amabilis [Электронный ресурс]. – 2013. – Режим доступа:
http://www.amabilis.com/. – Дата доступа: 02.02.2015.
7. ppModeler: бесплатный редактор для 3D-моделирования / Скачать софт
для Windows бесплатно [Электронный ресурс]. – 2015. – Режим доступа:
http://softru.ru/news/a-1116.html. – Дата доступа: 10.06.2015.
8. Google SketchUp / SketchUp [Электронный ресурс]. – 2014. – Режим
доступа: http://www.sketchup.com/download?sketchup=pro. – Дата доступа: 02.02.2015.