РАБОТА ПО МЕТОДИКЕ ПРЕПОДАВАНИЯ ИНФОРМАТИКИ

Структурное подразделение,

реализующее дополнительные образовательные программы

«Центр внешкольной работы» с.Шигоны

РАБОТА ПО МЕТОДИКЕ ПРЕПОДАВАНИЯ ИНФОРМАТИКИ Разработка методических рекомендаций и дидактических средств по теме: "Трехмерное моделирование в программе 3DS Мах 5"

Педагог дополнительного образования

Крылова Анастасия Юрьевна

2014г.

Разработка дидактического пособия по программе "3DS Мах 5".

Все занятия рассчитаны на 45 мин. В конце пособия приводится предполагаемый план выполнения обучения по этой программе. В качестве двух наиболее интересных занятий взяты 9 и 10, теоретический и практический соответственно, с возможностью проверки в виде небольшой самостоятельной работы.

Занятие №9.

1.Тема: "Работа с материалами".

Тип занятия - лекция.

2.Цели занятия:

Развивающая: развивать кругозор, тягу к новым знаниям. Воспитательная: воспитывать интерес к уроку и к новому материалу. Образовательная: дать основные понятия по теме, раскрыть основные принципы работы с материалами и их параметрами.

1. Тема предыдущего занятия: «Моделирование на основе NURBS-кривых».

2. Тема последующего занятия: «Редактор материалов» - практика.

5. Учебно-материальное оснащение: Классная доска, конспекты, дополнительная
литература.

6. План занятия:

A. Организационный момент, объявление темы, целей занятия, актуализация - 5 минут.

B. Формирование новых знаний (лекция) - 30 минут.

C. Подведение итогов занятия, обобщение, выявление общих ошибок - 5 минут.

7. Ход занятия:

7.1. Итак: На прошлых занятиях вы изучали тему: «Моделирование на основе NURBS-кривых».

Ответьте на следующие вопросы:

1. Что такое NURBS-кривая?

- это основной вид сплайна (двумерного примитива), доступного в трехмерном
моделировании.

2. В чем состоит суть метода лофтинга для NURBS-кривых?

- метод лофтинга - это построение переходных поверхностей.

3. Что такое аппроксимация поверхности?

- процесс визуализации поверхности, созданной на основе NURBS-кривых.

7.2. Материалы в компьютерной графике.

(даются сведения об истории возникновения термина компьютерной графики "материал ").

Слово "материал" в его понимании в повседневной жизни и как термина трехмерной графики различны. Точное значение слова "материал" в компьютерной графике основано на бытовом значении этого слова. Родоначальники компьютерной графики в 70-х годах разработали метод контроля цвета визуализированных трехмерных моделей, чтобы создать иллюзию органического происхождения объектов. Например, объект, по форме напоминающий чашку, мог быть визуализирован таким образом, чтобы создалось впечатление, что он сделан из стекла, керамики, металла или пластика. Так как основной целью данной разработки был поиск пути создания убедительной визуализации, обычным являлось представление об этой работе, как об имитации реальных материалов. Именно на этом этапе было принято на вооружение слово "материалы".

Но с самого начала это слово имело более широкий смысл. Считалось, что характеристические особенности каждого из материалов зависят от его способности отражать свет. В компьютерной графике материалы превратились в набор параметров, определяющих, каким образом поверхность будет реагировать падающий на нее свет.

Именно этим фактором определяется цвет пикселов, из которых состоит объект при визуализации. Упомянутые параметры были разработаны специально для получения определенного эффекта в процессе визуализации и соответственно не всегда имеют аналог в реальном мире. Итак, материалом в компьютерной графике называется любая комбинация параметров, определяющая, как поверхность будет реагировать на падающий на нее свет и каким будет цвет пикселов, из которых состоит объект, после визуализации.

7.3. Основные параметры материалов.

(приводится пример как различаются свойства света в реальном мире и виртуальном).

Рассмотрим, как параметры некоего материала преобразуются в видимые элементы. Наиболее важным из них является цвет диффузного рассеяния. Именно он определяет цвет объекта. Когда на поверхность некоего тела падают лучи света, некоторая часть их, обладающая определенной длиной волны, рассеивается обратно во всех направлениях. Это и есть основной цвет. Для апельсина он оранжевый, а для лимона — желтый. Но если вы посмотрите на поверхность любого из этих фруктов повнимательней, вы заметите и другие цвета, которые наши глаза и мозг "сливают" в единый цвет. Белые области возникают в местах отражения света от поверхности. Такие блики обычно характерны для блестящих материалов. Яркость и протяженность таких бликов меняются от материалу к материалу. Например, бильярдный шар является очень блестящим объектом, на его поверхности возникают маленькие, компактные и очень яркие блики. Блики на поверхности воскового карандаша, напротив, довольно тусклые и большие по размеру.

При близком взгляде на апельсин или лимон вы заметите небольшие вкрапления темного цвета, которые воспринимаются как небольшие тени, возникшие из - за рельефа поверхности. Следовательно, изменение цвета диффузного рассеяния в разных местах поверхности правильнее понимать как результат наличия физической текстуры (рельефа), а не просто неоднородности цвета объекта.

Апельсин может быть блестящим, но его блеск отличается от блеска зеркала. Зеркало отражает цвета остальных объектов в комнате, а не только источники света. Блеск апельсина или бильярдного шара в компьютерной график называется зеркальным отражением (specular reflection). Термин отражение (reflection) сам по себе зарезервирован для зеркальных поверхностей, в которых можно видеть цвета остальных присутствующих в сцене объектов. Это хороший пример различия между понятием « материал » в компьютерной графике и в реальном мире. В реальности между терминами specular reflection и reflection нет никакой разницы. Отражающая поверхность отражает свет от любого источника, будь то источник прямого света или свет, возникающий за счёт диффузного рассеивания поверхностями других предметов. Если вы внимательно присмотритесь к бильярдному шару , то увидите , что блик вызван , во - первых , отражением света от ламп , а во - вторых, отражением вашего собственного лица . То же самое касается до блеска натёртого фрукта . Правда , в данном случае , ваше отражение имеет намного меньшую интенсивность, чем отражение падающего света , плюс ко всему, оно может быть незаметным из-за собственного света диффузного рассеяния фрукта . В компьютерной графике различая между бликами и отражениями проводятся по важной причине . для корректной визуализации бликов достаточно информации о направлении источника света на поверхность. Так как эта операция не требует большого количества ресурсов компьютера, зеркальные блики можно наблюдать даже в окне проекции в режиме показа тонированных оболочек объектов. А для построения правильного изображения нужна информация не только о пути света, но и о расположении остальных объектов сцены. Наиболее полно эту информацию можно получить с помощью трассировки лучей. Это очень мощный, но в то же время требующий изрядно количества времени на реализацию метод. Так как отражения объектов заметны только в случае работы с зеркальной поверхностью , имеет смысл проигнорировать их при визуализации , целью которой является получение исключительно бликов . Блики очень важны для создания эффекта трёхмерности объекта.

Они дают представление не только о блеске материала, но и о форме криволинейной поверхности.

7.4. Раскраска и параметры материалов. (приводятся основные параметры материалов).

Материалы существуют в рамках различных типов раскраски. Наиболее важными являются классические типы раскраски - по Фонгу и по Блинну о которых мы поговорим немного позднее. Они содержат все основные параметры материалов. А именно:

• цвет подсветки;

• цвет диффузного рассеяния;

• цвет зеркальных бликов;

• сила блеска;

• размер зеркальных бликов;

• самосвечение;

• непрозрачность;

• отражение;

• преломление.

Некоторые параметры этих моделей раскраски требуют специальных пояснений . Обратите внимание на три различных типа света. Цвет диффузного рассеяния возникает только при наличии в сцене стандартных источников света. Цвет подсветки является общим, ненаправленным типом освящения, который используется в затенённых областях. Стандартное освящение, применяемое в компьютерной графике, не создаёт эффекта отражения света . Соответственно области, находящиеся вне зоны действия прямых лучей, должны быть полностью чёрными. В реальном мире свет, отражаемый поверхностями предметов , обычно вносит довольно большой вклад в освещение, особенно если вы находитесь в помещении. С помощью переноса излучения , которое использует этот отражённый свет, могут быть созданы очень близкие к реальности сцены. Но эта техника требует значительного количества ресурсов компьютера. Вместо неё используется подсветка , имитирующая результат отражения света от поверхностей объектов в сцене . В рассматриваемых типах раскраски цвет подсветки может отличаться от цвета диффузного рассеяния , что совершенно невозможно в реальном мире . Цвет зеркальных бликов обычно делают таким же , как и цвет источника света . но в то же самое время придание бликам различных оттенков можно использовать как для создания более приближённых к реальности материалов, так и для совершенно фантастических.

С помощью параметра (самосвечение) осуществляется контроль яркости света диффузного рассеяния. Поверхность, которой назначен материал с самосвечением, отличным от нуля , можно увидеть даже в сцене без единого источника света . Этот параметр используется например , для создания эффекта свечения неоновой рекламы или просто для того , чтобы сделать объект сцены немного ярче . Если объекту назначен самосветящейся материал , это не значит , что он стал испускать свет , так что на состоянии окружающих объектов такое назначение никак не отразиться.

Остальные модели раскраски отличаются количеством и составом параметров. Понять, что такое материалы в 3DS МАХ, можно, только поработав с ним. К счастью, для этого вам нужно познакомиться только с окном диалога Material Editor (редактор материалов).

Занятие №10.

1.Тема: " Редактор материалов ".

Тип занятия - комбинированный.

2.Цели занятия:

Развивающая: развивать кругозор, практические навыки работы с редактором материалов

(Material Editor).

Воспитательная: воспитывать интерес к освоению нового материала.

Образовательная: учить пользоваться редактором материалов на практике.

1. Тема предыдущего занятия: «Работа с материалами».

2. Тема последующего занятия: «Работа с камерами».

3. Учебно-материальное оснащение: персональный компьютер Pentium III и выше,
   конспект, инструкционные карты.

4. План занятия:

A. Вводный инструктаж - организационный момент, объявление темы, целей занятия,
актуализация-5 минут.

B. Текущий инструктаж - выдача практического задания, объяснение и показ примера для
всех учеников -10 минут. Выполнение задания учениками - 20 мин (10 на каждое). В
общей сложности 30 мин. Объяснение проводится на основе самой программы.

C. Заключительный инструктаж- подведение итогов занятия, обобщение, выявление общих ошибок - 5 минут.

7. Ход занятия:

7.1. Итак: На прошлых занятиях вы изучали тему: «Работа с материалами».
Ответьте на следующие вопросы:

1. Что означает слово материал в компьютерной графике?

- набор параметров, определяющих, каким образом поверхность будет реагировать на
падающий, на нее свет.

2. Какой параметр материала объекта является наиболее важным?

- цвет диффузного рассеяния.

3. Назовите классические типы раскраски материалов.

- по Фонгу и по Блину.

7.2. Объяснение (проводится на основе интерфейса самой программы).
Редактор материалов.

1. Создайте 2 объекта - примитива Sphere (сфера) и откройте окно диалога Material
   Editor (редактор материалов), щёлкнув на одноимённой кнопке главной панели
   инструментов или нажав клавишу М.

2. По умолчанию в окне диалога Material Editor (Редактор материалов) видны шесть
   ячеек образцов материалов, но вы можете изменить их число вплоть до 24. Поместите
   курсор между двумя ячейками и, когда он примет форму руки, переместите его по
   горизонтали и по вертикали. Вы обнаружите, что на самом деле ячейки расположены в
   четыре ряда по шесть штук в каждом.

3. Щёлкните на любой ячейке правой кнопкой мыши. Появиться контекстное меню, в
   котором можно выбрать, сколько ячеек будет показано одновременно. Если выбрать
   вариант (6* 4 ячейки образцов), вы сможете видеть сразу все 24 ячейки, но при этом они
   будут иметь очень маленький размер. Снова щёлкните на любой ячейке правой кнопкой
   мыши и выберите в меню команду (увеличить). Это приведёт к появлению отдельного
   окна, демонстрирующего увеличенный вариант образца материала.

4. Растянув окно, вы сможете посмотреть образец ещё в большем масштабе.

1. Выделите левую верхнюю ячейку образца Материала и затем щелкните на кнопке
   Get Material (Получить материал), расположенной первой слева в ряду кнопок,
   находящихся под набором ячеек.

2. Поставьте переключатель Browse From (Источник) в положение New (Новые) и
   дважды щелкните на строчке Standard (Стандартный). В первой ячейке появится новый
   стандартный Материал, по умолчанию окрашенный в серый цвет.

3. Теперь сделайте тоже самое для второй ячейки. По умолчанию оба образца
   раскрашены по Блинну. Для второй ячейки выберите в раскрывающемся списке свитка
   Shader Basic Parameters (Базовые параметры раскраски) вариант Phong (по Фонгу).

8) Для обоих образцов увеличьте значение Specular Level (Сила блеска),
расположенного в разделе Specular Highlights (Зеркальные блики), до 100, чтобы сделать
пятно блика на материале более ярким.

9) Поменяйте значение параметра Glossiness (Глянцевитость), чтобы посмотреть. Как
это повлияет на размер пятна зеркального блика на поверхности Материала. Затем
верните исходное значение 10. Сравните два получившихся образца.

1. Поэкспериментируйте с остальными параметрами известными вами из лекции,
   например: Soften (Размыть), Diffuse (Цвет диффузного рассеяния), Luminosity
   (Самосвечение), Opacity (Непрозрачность).

2. Теперь примените к вашим образцам карту текстур, используя последний параметр
   в списке Extended Parameters (Дополнительные параметры). Для этого нажмите кнопку без
   надписи расположенную справа от Diffuse (Цвет диффузного рассеяния).

1. Переходите к изучению аналогичных параметров для карты текстур.

7.3. Обязательное задание.

(Выполняется учащимися в течение 10 минут с помощью инструкционной карты. Задание № 1).

1) В качестве обязательного задания к этому уроку учащимися должны быть созданы 2
объекта: модель Луны и модель Земного шара.

2) Все задание выполняется самостоятельно по инструкционной карте. Для
консультаций учащиеся могут задавать вопросы учителю.

7.4. Дополнительное задание.

(Выполняется учащимися в течение 10 минут с помощью инструкционной карты. Задание № 2).

1. В качестве дополнительного задания учащимся предлагается разработать модель
   яблока, представленную на плакате. Для выполнения работы они должны проявить
   творческую смекалку и вспомнить материал предыдущих лекций.

2. Для подсказки им даются краткие этапы разработки модели в инструкционной
   карте.

7.5. Подведение итогов.

(Мини - защита, выставление оценок, анализ характерных ошибок и их причин. На это отводится 5 минут).

7.6. Домашнее задание.

( Указание дополнительной литературы для чтения).

Выдача литературы для самостоятельного изучения из предлагаемого списка:

1. Фигурнов В.Э., IBM PC для пользователя, Изд. 6-е, С.-Петербург,

АО “Коруна”, 1998 г.

1. Угринович Н.Д., Новенко Д.В., “Информатика и информационные технологии”, изд. 2004 г.

2. Шафрин Ю.А., Сенокосов А.И., Фарафонов В.В., “TURBO PASCAL”. Москва, 1998 г.

5. Ван Тассел Д., Стиль, разработка, эффективность, отладка и испытание

программ. - Москва, 1998 г.

6. Левин В.А., Самоучитель работы на компьютере - Москва, 1999 г

7. Виленкин Н., Комбинаторика.- Москва, 1999 г.

13