В настоящее время 3D-моделирование стало доступным для широкого круга пользователей. Например, архитекторы используют его для создания реалистичных визуализаций зданий и интерьеров. Мы решили попробовать себя в роли инженеров и создать 3D-проект дачного домика. Цель проекта: создание 3D-проекта дачного домика в программе Lego digital designer. Объект исследования: дачный домик. Предмет исследования: строительство дачного домика в компьютерной программе Lego digital designer. В процессе исследования использованы теоретические и практические методы исследования: конкретизация, сравнение, практическое моделирование. В результате реализации проекта мы оценили, какие возможности программы использовали, разнообразие деталей в созданном проекте, соблюдение в 3D-проекте основных этапов строительства жилого здания. Использование методов исследования позволили решить поставленную цель и задачи исследования. Результаты проекта подтверждают гипотезу о том, что изучение этапов строительства одноэтажного жилого здания и компьютерных программ для 3D-моделировнаия позволило создать 3D-проект дачного домика.

Ключевые слова: дачный домик, строительство, лего, Lego digital designer.

I . Введение

Сегодня 3D-моделирование является неотъемлемой частью работы многих профессионалов. 3D-моделирование — это процесс создания трехмерных объектов на компьютере. [1] Эта технология имеет огромную актуальность в современном мире и применяется во многих отраслях, таких как архитектура, медицина, игровая индустрия и дизайн. История 3D-моделирования началась в середине 20-го века, когда первые компьютеры стали способными обрабатывать графику. В то время разработка трехмерных моделей была сложной задачей, требующей больших вычислительных ресурсов. Однако с развитием технологий и увеличением производительности компьютеров, 3D-моделирование стало доступным для широкого круга пользователей. Архитекторы используют его для создания реалистичных визуализаций зданий и интерьеров. Медицинские специалисты могут создавать точные модели органов человека для планирования операций или разработки протезов. Игровая индустрия использует 3D-моделирование для создания виртуальных миров и персонажей. [2] Дизайнеры могут создавать трехмерные модели предметов, чтобы оценить их внешний вид перед производством. Таким образом, компьютеры и компьютерные технологии прочно вошли в жизнь современного человека. Для производства любого изделия инженеры и технологи всего мира изначально разрабатывают 3D-модель изделия, затем печатают образец на 3D-принтере, а уж после пускают его в массовое производство. Наша семья решила попробовать себя в роли инженеров и создать 3D-проект дачного домика.

У нашей семьи есть дача за городом. До недавнего времени у нас также был домик в деревне, но по некоторым причинам его пришлось продать. В деревне очень красивый большой брусовой дом с резным деревянным крылечком, а на даче «времянка». После продажи дома в деревне у нас появилась мечта построить небольшой дом на даче круглогодичного проживания. Мы решили приступить к реализации нашего плана хотя бы частично. Ни мама, ни я рисовать не умеем, а конструкторские детали лего задействованы в других постройках, поэтому единственный выходом стало создать 3D-проект в компьютерной программе. У нас уже был опыт проектирования 3D-моделей кухни, мультипликационных героев на занятиях по робототехнике, но проекты были не столь масштабные.

Цель проекта: создание 3D-модели дачного домика в компьютерной программе.

Задачи:

1. Изучить функциональные возможности компьютерных программ для 3D-моделирования и определить подходящую программу для моделирования дачного домика;
2. Рассмотреть основные этапы строительства одноэтажного жилого здания;
3. Создать 3D-проект одноэтажного жилого здания;
4. Проанализировать результат своей работы над проектом, представить свой технический проект на кружке по робототехнике, ученикам 3 «Б» класса.

Объект исследования: дачный домик.

Предмет исследования: строительство дачного домика в компьютерной программе Lego digital designer.

Гипотеза исследования: если мы изучим этапы строительства одноэтажного жилого здания и функционал компьютерных программ для 3D-моделирования, то мы сможем создать технический проект дачного домика.

Цели и задачи настоящей работы предопределили выбор следующих методов исследования: конкретизация, сравнение, практическое моделирование. Использование метода конкретизации прослеживалось в полном и детальном исследовании компьютерных программ в реально существующих условиях. Метод сравнения прослеживался в сопоставлении свойств, признаков и различных характеристик компьютерных программ. Метод практического моделирования применялся в создании уменьшенной 3D-копии объекта исследования для ее детального изучения.

II . Основная часть

1. Теоретическая часть

1.1. Компьютерные программы для 3 D -моделирования

Существует множество компьютерных программ, предназначенных для 3D-моделирования. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.

Одна из самых популярных программ — Autodesk Maya. Она обладает широкими возможностями и гибкостью при создании сложных 3D-моделей. Однако она требует значительных вычислительных ресурсов и времени для освоения.

Еще одной популярной программой является Blender. Она распространяется бесплатно и имеет открытый исходный код, что делает ее доступной для всех пользователей. [3] Blender также обладает большим сообществом пользователей, которые активно делятся своим опытом и создают различные дополнения к программе. Недостатком Blender является его сложность в освоении для новичков.

Одной из известных программ является 3ds Max от компании Autodesk. Эта программа предлагает широкий спектр инструментов для создания высококачественных 3D-моделей, а также интегрированную систему анимации. [4] Однако, ее цена может быть слишком высока для многих пользователей.

Программа ZBrush заслуживает внимания, особенно в области скульптуры и моделирования персонажей. Она предлагает уникальные возможности для создания детализированных 3D-моделей, однако требует определенных навыков и времени для освоения. [5]

TinkerCAD позволяет преобразовать идею в модель, просто перетаскивая и перетаскивая примитивные формы, такие как кубы, цилиндры и сферы. Можно перемещать, вращать, масштабировать каждую фигуру, а затем группировать их вместе, чтобы создать сложную трехмерную модель.

В 3D Slash есть несколько различных функций, позволяющих работать с разными вариантами модели. Пользователям доступна работа с заранее заготовленной формой, с загруженным объектом, моделью из текста или логотипа. Кроме этого можно выбрать и пустой проект и дать волю фантазии.

Lego Digital Designer — программа для 3D-моделирования, которая позволяет создавать проекты разного уровня сложности. Утилита отличается многофункциональностью, большим выбором инструментов, наличием трех режимов работы. [6] Создавать модели здесь можно с нуля или за счёт использования готовых шаблонов и 3D-моделей, которые загрузили другие пользователи. Весь функционал представлен для использования на бесплатной основе.

Рассмотрев вышеперечисленные программы, мы учли свой уровень владения компьютером, привлекательность кубиков Lego, доступность и специализацию программы для архитектурного дизайна и остановили свой выбор на программе Lego digital designer, которая подходит для нашего проекта.

1.2. Этапы строительства одноэтажного жилого здания

Строительство одноэтажного жилого здания можно разделить на следующие этапы:

1. Подготовительный этап

— решение о строительстве и получение необходимых разрешений и документов;

— разработка проекта и организация его согласования;

— подготовка строительной площадки, включая очистку от растительности и ремонт дорог, если необходимо;

— подготовка временных сооружений, например, строительных вагончиков.

2. Закладка фундамента:

— разметка и выкопка траншей под фундамент;

— армирование и заливка бетоном фундаментных лент;

— монтаж железобетонных блоков для создания плоского фундамента или использование других типов фундаментов, в зависимости от проекта.

3. Возведение стен:

— монтаж строительных блоков (из кирпича, пенобетона, газобетона, бруса и т. д.) или возведение каркасных стен;

— установка окон и дверей.

4. Устройство крыши и перекрытий:

— монтаж или строительство крыши с использованием кровельных материалов;

— установка перекрытий между этажами.

5. Внутренняя отделка:

— монтаж систем электрики, водоснабжения, канализации и отопления;

— проведение внутренней отделки стен, потолков и полов;

— установка сантехнического оборудования и электроприборов;

— установка дверей, розеток, выключателей и других элементов интерьера.

6. Отделка фасада и благоустройство территории:

— окраска или облицовка фасада здания;

— создание тротуаров, дорожек и площадок на территории;

— засеивание газонов, посадка деревьев и кустарников.

7. Завершающие работы:

— проведение финального обследования и проверка на соответствие проекту;

— выполнение всех оставшихся отделочных работ и чистка помещений от строительной пыли;

— приемка и передача готового здания заказчику.

Каждый из этих этапов требует определенного времени и специалистов, и их последовательность может незначительно варьироваться в зависимости от конкретного проекта и строительной компании, занимающейся реализацией проекта. [7]

2. Практическая часть

2.1. Создание 3- D модели дачного домика

Изучив этапы строительства одноэтажного жилого здания, мы обозначили, какие моменты мы можем отразить в программе Lego digital designer, а именно: монтаж железобетонных блоков для создания плоского фундамента, монтаж строительных блоков из бруса, установка окон и дверей, монтаж или строительство крыши с использованием кровельных материалов, установка перекрытий между этажами, окраска или облицовка фасада здания, создание тротуаров, заборов и площадок на территории; посадка деревьев и кустарников.

При запуске программы мы запустили режим Free Build (Свободное строительство): Постройте новую модель с чистого листа. В этом режиме можно использовать инструменты для выбора, передвижения, копирования, раскрашивания и вращения кубиков во многих различных вариантах.

Advanced selection tools (Расширенный выбор инструментов) — (Shft-V для переключения между инструментами) При нажатии на инструмент выбора появится панель Расширенного выбора инструментов. Расширенный выбор инструментов позволяет выбрать несколько кубиков — и сделать выбор, основываясь на цвете кубика, форме и соединения.

Clone tool (Клонирование) — (клавиша C). Инструмент Клонирования используется для создания дубликатов деталей, которые находятся на площадке. Если на площадке выбрано несколько кубиков, можно клонировать несколько деталей одновременно.

Paint tool (Раскраска) — (клавиша B). Инструмент Раскраски используется для изменения цвета или материала деталей на площадке.

Hinge tool (Вращение) — (клавиша H). Инструмент Вращения предназначен для поворота деталей.

Delete tool (Удаление) — (клавиша E). Инструмент Удаления применяется для удаления деталей с площадки.

На основе выполненной детализации проекта дома мы обозначили примерный перечень используемых материалов (лего-деталей) в LEGO Digital Designer и приступили к техническому проекту.

В качестве фундамента и пола выбрали зелёную платформу ЛЕГО и клонировали ее (Рисунок 1).

Рис. 1

Положили нижний ряд брусков, используя инструменты клонирования и вращения, при этом оставляя место для двери (Рисунок 2).

Рис. 2

Далее строили стены ряд за рядом, вставляя особые детали окон, где необходимо (Рисунок 3, Рисунок 4)

Рис. 3, 4

После строительства внешних стен, добавили внутренние стены, создавая место для разных комнат (Рисунок 5).

Рис. 5

Для оформления крыши использовали блоки со скосами, клонируя и вращая их (Рисунок 6).

Рис. 6

Дополнили постройку декоративными штрихами, чтобы сделать дом более уникальным. Для освещения придомовой территории возле входа предусмотрели светильники. На протяжении всего участка возвели забор и калитку, разместили качели, лесенку, шалаш и полосу препятствий (Рисунок 7).

Рис. 7

Используя свое воображение, изменяли цвет лего деталей, используя инструмент Раскраска, чтобы сделать дом и участок наиболее привлекательным (Рисунок 8).

Рис. 8

Инструменты клонирования, вращения и раскраски использовались нами на каждом этапе создания проекта. В процессе работы мы также использовали инструмент удаления, когда добавлялась не та деталь или клонировались лишние детали, мы также включали View mode (режим Просмотра) — (клавиша F6) В этом режиме мы просматривали свою модель на разных фонах и в разных ракурсах (Рисунок 9, 10, 11).

Рис. 9, Рис. 10

Рис. 11

Возвращаясь в режим Edit (Редактировать), мы продолжали конструировать, увеличивать и уменьшать проект для детального рассмотрения, вращать на 360 ^о C, просматривать проект сверху и снизу. (Рисунок 12).

Рис. 12

2.2. Использование результатов

Использование результатов создания технического проекта «Мой дачный домик» в дальнейшем открывает перед нами множество возможностей и перспектив. Этот проект, разработанный с учетом современных технологий и требований, представляет собой детальное планирование и проектирование дачного домика, основывающееся на индивидуальных предпочтениях и потребностях каждого владельца.

Одним из ключевых преимуществ использования результатов данного технического проекта является значительное сокращение времени и усилий, затрачиваемых на создание дачного домика. Благодаря уже выполненной работе по разработке планов и дизайна, мы можем приступить к строительству непосредственно после предоставления проекта. Это позволит существенно сэкономить время и деньги, что особенно важно при работе с ограниченным бюджетом.

Другим важным аспектом использования результатов технического проекта «Мой дачный домик» является возможность избежать ошибок и проблем, связанных с зазорами в проектировании. Благодаря подробной и детальной проработке каждого аспекта строительства, можно гарантировать высокое качество и функциональность реализуемого проекта. Четкие рекомендации, указанные в техническом проекте, облегчат процесс строительства и помогут избежать непредвиденных ситуаций.

Кроме того, использование результатов технического проекта «Мой дачный домик» предоставляет возможность внесения дополнительных изменений и настроек в зависимости от индивидуальных потребностей. Проект разработан с учетом возможных вариаций и модификаций, что позволяет каждому владельцу домика внести свою индивидуальность в окончательный результат.

И, наконец, использование результатов данного проекта обеспечивает не только эффективность и практичность, но и красоту и гармонию архитектурного решения. Проект «Мой дачный домик» разработан с учетом тенденций и стилей в дизайне, что позволяет создать уникальную и привлекательную среду для жизни и отдыха.

Созданный 3D проект дачного дома послужил началом составления рабочего проекта и локальной сметы в строительной компании. (Рисунок 13, 14)

Рис. 13

Рис. 14. Локальная смета расходов

Все эти факторы делают использование результатов создания технического проекта «Мой дачный домик» в дальнейшем необходимым и выгодным. Он станет надежным руководством, предоставляющим возможность превратить мечту о комфортной и стильной дачной жизни в реальность.

III . Заключение

На заключительном этапе мы проанализировали полученный результат, оценили, какие возможности программы мы использовали (расширенный выбор инструментов, клонирование, раскраска, вращение, удаление, режим просмотра, увеличение и уменьшение проекта, вращение на 360 ^о C, вид сверху и снизу), разнообразие деталей в созданном проекте (кубики, пластины, блоки со скосами, двери и дверные рамы, окна и оконные рамы, лестница, ограждение, арки) соблюдение в 3D-проекте основных этапов строительства жилого здания (соблюдение 9 подэтапов). Использование методов исследования позволили решить поставленную цель и задачи исследования. Результаты проекта подтверждают гипотезу о том, что изучение этапов строительства одноэтажного жилого здания и компьютерных программ для 3D-моделировнаия позволило создать 3D-проект дачного домика. Мы представили свой проект дачного домика ребятам на кружке по робототехнике, ученикам 3 «Б» класса, на конференции в г. Братске и г. Иркутске.

Таким образом, 3D-моделирование значительно облегчает работу, позволяет заранее увидеть и оценить результат. На трехмерной модели наглядным, приближенным к реальности, получается подбор материалов и цветовой палитры. 3D-конструктор дает возможность быстро менять параметры модели и сравнивать результаты, что невозможно сделать на бумаге. Трехмерные модели дают простор для творчества. Не всегда получается с первого раза создать то, что задумывалось — в поисках нестандартных решений задач развивается аналитическое мышление. Изучение 3D-графики помогает разобраться в геометрии и математике. Увлечение 3D-моделированием учит мыслить новаторски. Наконец, навыки 3D-моделирования могут пригодиться в будущей профессии, где важно представить, как будут выглядеть еще несуществующие предметы.

Литература:

1. Меженин А. В. Технологии разработки 3D-моделей. Учебное пособие. — СПб: Университет ИТМО, 2018. — 100с.
2. 3D-моделирование и визуализация: учебно-методическое пособие. — Елец: Елецкий государственный университет им. И. А. Бунина, 2019. — 80с.
3. Цветов В. А., электронное учебное пособие «3D-моделирование в программе Blender3D»: выпускная квалификационная работа / В. А. Цветов; Рос. гос. проф.-пед. ун-т, Ин-т инж.-пед. образования, Каф. информ. систем и технологий. — Екатеринбург, 2019. — 72с.
4. Магомедова А. А. Учебное пособие по дисциплине «3D-моделирование» для направления подготовки «Математика и компьютерные науки», профиля подготовки «Математическое и компьютерное моделирование» — Махачкала: ДГИНХ, 2011. — 217 с.
5. Эрик Келлер «Введения в ZBrush 4» Режим доступа: https://www.galaktika-dmk.com/upload/iblock/03e/978_5_94074_794_9.pdf
6. М. Н. Дарьян, детский сад № 13 «Солнышко», г. Сафоново, Смоленская область «Применение Lego Digital Designer в конструктивной деятельности со старшими дошкольниками» //Научно-практический журнал «Информатика в школе» гл. ред.: Дергачева Л. М. — Москва: Издательство «Образование и Информатика». — 2017. — № 9 (132). — С.22–25 Режим доступа: https://school.infojournal.ru/jour/article/viewFile/178/178
7. Шепелев А. М. Как построить сельский дом. — М., Россельхозиздат, 1980. — 351с. — ил.