Класс: 10 «В». Дата:
3д-моделирование и анимация. Виртуальность как способ изучения реального мира.
(урок с использованием методики CLIL)
Цель: Развивать языковые навыки, используя информационные технологии, знать понятие «виртуальная реальность», знать особенности трёхмерной графики и необходимое программное обеспечение, владеть навыками оценивания, формировать умения взаимодействия в группе.
Учащиеся знают:
- понятие «виртуальная реальность», особенности трёхмерной графики, понятие «3д-моделирование» необходимое программное обеспечение
Учащиеся умеют:
- характеризовать виртуальную реальность, (частично на английском языке) определять особенности трехмерной графики, (частично на английском языке) различать необходимое программное обеспечение, (частично на английском языке)
Учащиеся формируют умения взаимодействовать в группе. Развивают свой языковой навык.
Ход урока:
Организационный момент. Мотивационный этап.Выход на новую тему через просмотр картинок логотипов и попытку расшифровать их по английскому названию.
Формулирование темы и цели урока.
Познавательно-операционный этап.Работа в группах:
Работа с текстами. (3D графика. Виртуальная реальность.) Работа с Semantic map to brainstorm (Необходимо заполнить семантическую карту на английском языке (можно отдельными терминами) по разделам используя ранее предоставленный текстовые материалы).
Представление семантической карты, используя выражения
a) 3D or 3 Dimensions is…
b) Virtual reality is ….
c) 3D using in…
d) VR using in or for…
e) Main software is …
Знакомство с программным обеспечением Blender. (слайд) Вопросы и ответы по теме.Каждая группа готовит постер или презентацию, используя подготовленные ресурсы и Интернет.
Защита постера или презентации. Оценивание стикером работы.
Рефлексивно-оценочный этап.
Подчеркни нужное:
1.На уроке я работал | активно / пассивно |
2.Своей работой на уроке я | доволен / не доволен |
3.Урок для меня показался | коротким / длинным |
4.За урок я | не устал / устал |
5.Мое настроение | стало лучше / стало хуже |
6.Материал урока мне был | понятен / не понятен полезен / бесполезен интересен / скучен |
7.Домашнее задание мне кажется | легким / трудным интересно / не интересно |
Моделируем объект "Капля".
Указание к работе: при нажатии любой клавиши, указатель мышки должен быть на рабочем поле (на поле где расположен объект).
№ | Задание | Способ выполнения | Иллюстрация |
1 | Запустив Blender, удалить куб. | X, затем Enter. |
|
2 | Добавить на сцену сферу. | Пробел. |
|
3 | Переключиться на вид спереди. | 1 на NumLock. | |
4 | Приблизить сферу. | Навести мышь на сферу и покрутить колесо мыши. | |
5 | Переключиться в режим редактирования. | Tab |
|
6 | Сбросить выделение. | A | |
7 | Выделить самую верхнюю вершину сферы. | Щелчок правой кнопкой мыши по самой верхней точке сферы. |
|
8 | Включить пропорциональное редактирование переходов. | Нажать O (англ. буква "оу"). |
|
9 | Переместить вершину вверх и, возможно, немного в сторону, предварительно отрегулировав количество передвигаемых вершин. | G - включение режима перемещения. |
|
10 | Слегка переместить вверх нижнюю вершину. | подобно п.7 - п.9 |
|
11 | Переключиться в объектный режим | Tab | |
12 | Придать получившемуся объекту сглаженность. | Кнопка " Smooth" на панели редактирования (Editing). |
|
13 | Переключиться на вид из камеры | 0 на NumLock. |
|
14 | Рассмотреть объект. | Вы можете воспользоваться клавишами управления обзором сцены. «1» – вид спереди. «2» – вращение вида вниз. «3» – вид справа (сбоку). «4» – вращение вида влево. «5» – ортографический вид. «6» – вращение вид вправо. «7» – вид сверху. «8» – вращение вида вверх | |
15 | Сохранить файл. | F2 |
Если вы внимательно выполняли все действия, то у вас все должно было получиться.
Теоретический материал для учащихся.
Виртуальная реальность
Шлем и перчатки виртуальной реальности
Виртуамльная реамльность, ВР, искусственная реальность, электронная реальность, компьютерная модель реальности (англ. virtual reality, VR) — созданный техническими средствами мир (объекты и субъекты), передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, обоняние, осязание и другие. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие. Для создания убедительного комплекса ощущений реальности компьютерный синтез свойств и реакций виртуальной реальности производится в реальном времени.
Объекты виртуальной реальности обычно ведут себя близко к поведению аналогичных объектов материальной реальности. Пользователь может воздействовать на эти объекты в согласии с реальными законами физики (гравитация, свойства воды, столкновение с предметами, отражение и т. п.). Однако часто в развлекательных целях пользователям виртуальных миров позволяется больше, чем возможно в реальной жизни (например: летать, создавать любые предметы и т. п.)
Не следует путать виртуальную реальность с дополненной. Их коренное различие в том, что виртуальная конструирует новый искусственный мир, а дополненная реальность лишь вносит отдельные искусственные элементы в восприятие мира реального.
Комната системы CAVE
Системами «виртуальной реальности» называются устройства, которые более полно по сравнению с обычными компьютерными системами имитируют взаимодействие с виртуальной средой, путём воздействия на все пять имеющихся у человека органов чувств.
Изображение
Плоское изображение монитора может обеспечивать небольшой стереоэффект за счёт разной скорости движения частей изображения. Полный стереоэффект обеспечивается предоставлением каждому глазу своей картинки. Изображение может формироваться монитором с цветовым смещением (анаглиф), или с попеременным показыванием каждому глазу своей картинки. Существуют ЖК-мониторы, формирующие объёмное изображение за счёт разного угла обзора.
Для индивидуального погружения в виртуальный мир важен широкий угол обзора и изменение направления взгляда вместе с поворотом головы, так, чтобы оно оставалось перед глазами, что обеспечивает шлем виртуальной реальности со встроенными гироскопами. Также используется виртуальный ретинальный монитор.
На данный момент самыми совершенными системами виртуальной реальности являются проекционные системы, выполненные в компоновке комнаты виртуальной реальности (CAVE). Такая система представляет собой комнату, на все стены которой проецируется 3D-стереоизображение. Положение пользователя, повороты его головы отслеживаются трекинговыми системами, что позволяет добиться максимального эффекта погружения. Данные системы активно используются в маркетинговых, военных, научных и других целях.
Звук
Многоканальная акустическая система, позволяет производить локализацию источника звука, что позволяет пользователю ориентироваться в виртуальном мире с помощью слуха.
Имитация тактильных ощущений
Симулирование прыжка с парашютом
Имитация тактильных или осязательных ощущений уже нашла своё применение в системах виртуальной реальности. Это так называемые устройства с обратной связью. Применяются для решения задач виртуального прототипирования и эргономического проектирования, создания различных тренажёров, медицинских тренажёров, дистанционном управлении роботами, в том числе микро и нано, системах создания виртуальных скульптур.
Управление
С целью наиболее точного воссоздания контакта пользователя с окружением, применяются интерфейсы пользователя, наиболее реалистично соответствующие моделируемым: компьютерный руль с педалями, рукояти управления устройствами, целеуказатель в виде пистолета и т. д.
Для бесконтактного управления объектами используются как перчатки виртуальной реальности, так и отслеживание перемещений рук, осуществляемое с помощью видеокамер. Последнее обычно реализуется в небольшой зоне и не требует от пользователя дополнительного оборудования.
Перчатки виртуальной реальности могут быть составной частью костюма виртуальной реальности, отслеживающего изменение положения всего тела и передающего также тактильные, температурные и вибрационные ощущения.
Устройство для отслеживания перемещений пользователя может представлять собой свободно вращаемый шар, в который помещают пользователя или осуществляться лишь с помощью подвешенного в воздухе или погружённого в жидкость костюма виртуальной реальности. Также разрабатываются технические средства для моделирования запахов.
Прямое подключение к нервной системе
Описанные выше устройства воздействуют на органы чувств человека, но данные могут передаваться и непосредственно нервным окончаниям, и даже напрямую в головной мозг посредством мозговых интерфейсов. Подобная технология применяется в медицине для замены утраченных чувствительных способностей, но пока она слишком дорога для повседневного применения и не достигает качества передачи данных, приемлемого для передачи виртуальной реальности.
Применение
Симулятор вождения автомобиля
Обучающий симулятор авиадиспетчеров
Компьютерные игры
Интерактивные компьютерные игры основаны на взаимодействии игрока с создаваемым ими виртуальным миром. Многие из них основаны на отождествлении игрока с персонажем игры, видимым или подразумеваемым.
Существует устоявшееся мнение, что качественная трёхмерная графика обязательна для качественного приближения виртуального мира игры к реальности. Если виртуальный мир игры не отличается графической красотой, схематичен и даже двумерен, погружение пользователя в этот мир может происходить за счёт захватывающего игрового процесса, характеристики которого индивидуальны для каждого пользователя.
Существует целый класс игр-симуляторов какого-либо рода деятельности. Распространены авиасимуляторы, автосимуляторы, разного рода экономические и спортивные симуляторы, игровой мир которых моделирует важные для данного рода физические законы, создавая приближенную к реальности модель.
Специально оборудованные тренажёры и определённый вид игровых автоматов к выводу изображения и звука компьютерной игры/симулятора добавляют другие ощущения, такие как наклон мотоцикла или тряска кресла автомобиля. Подобные профессиональные тренажёры с соответствующими реальным средствами управления применяются для обучения пилотов.
Несоответствие команд интерфейса пользователя осуществляемым в игре действиям, его сложность могут мешать погружению в мир игры. С целью снять эту проблему используется не только компьютерная клавиатура и мышь, но и компьютерный руль с педалями, целеуказатель в виде пистолета и другие игровые манипуляторы.
Теоретический материал для учащихся.
Трёхмерная графика
Трёхмерная графика (3D (от англ. 3 Dimensions — «3 измерения») Graphics, Три измерения изображения) — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов.
Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ (однако, с созданием и внедрением 3D-дисплеев и 3D-принтеров, трёхмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость). При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).
3D моделирование — это процесс создания трехмерной модели объекта. Задача 3D моделирования — разработать визуальный объемный образ желаемого объекта. С помощью трехмерной графики можно и создать точную копию конкретного предмета, и разработать новое, даже нереальное представление до сего момента не существовавшего объекта.
Применение
Трёхмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности, например в системах автоматизации проектных работ (САПР; для создания твердотельных элементов: зданий, деталей машин, механизмов), архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая «виртуальная археология»), в современных системах медицинской визуализации.
Самое широкое применение — во многих современных компьютерных играх, а также как элемент кинематографа, телевидения, печатной продукции.
Трёхмерная графика обычно имеет дело с виртуальным, воображаемым трёхмерным пространством, которое отображается на плоской, двухмерной поверхности дисплея или листа бумаги. В настоящее время известно несколько способов отображения трехмерной информации в объемном виде, хотя большинство из них представляет объёмные характеристики весьма условно, поскольку работают со стереоизображением. Из этой области можно отметить стереоочки, виртуальные шлемы, 3D-дисплеи, способные демонстрировать трехмерное изображение. Несколько производителей продемонстрировали готовые к серийному производству трёхмерные дисплеи. Однако и 3D-дисплеи по-прежнему не позволяют создавать полноценной физической, осязаемой копии математической модели, создаваемой методами трехмерной графики. Развивающиеся с 1990-х годов технологии быстрого прототипирования ликвидируют этот пробел. Следует заметить, что в технологиях быстрого прототипирования используется представление математической модели объекта в виде твердого тела (воксельная модель).
Создание
Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:
- Моделирование — создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней; Текстурирование — назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов — прозрачность, отражения, шероховатость и пр.); Освещение — установка и настройка источников света; Анимация (в некоторых случаях) — придание движения объектам; Динамическая симуляция (в некоторых случаях) — автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации,ветра, выталкивания и др., а также друг с другом; Рендеринг (визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью; вывод полученного изображения на устройство вывода — дисплей или принтер.
Программное обеспечение
3D-моделирование фотореалистичных изображений
Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты, такие как:
- Autodesk 3ds Max Autodesk Maya Autodesk Softimage Cinema 4D Houdini Modo LightWave 3D Caligari Truespace
а также сравнительно новые Rhinoceros 3D, Nevercenter Silo и ZBrush.
Кроме того, существуют и открытые продукты, распространяемые свободно, например, пакет Blender (позволяет создавать 3D модели, c последующим рендерингом), K-3D и Wings3D.
SketchUp
Бесплатная программа SketchUp от Google позволяет создавать модели, совместимые с географическими ландшафтами ресурса Google Планета Земля, а также просматривать в интерактивном режиме на компьютере пользователя несколько тысяч архитектурных моделей, которые выложены на бесплатном постоянно пополняемом ресурсе Google Cities in Development (выдающиеся здания мира), созданные сообществом пользователей.
Визуализация трёхмерной графики в играх и прикладных программах
Есть ряд программных библиотек для визуализации трёхмерной графики в прикладных программах — DirectX, OpenGL и так далее.
Есть ряд подходов по представлению 3D-графики в играх — полное 3D, псевдо-3D
Есть множество движков, используемых для создания трёхмерных игр, отвечающих не только за трёхмерную графику, но и за расчёты физики игрового мира, взаимодействия пользователя с игрой и связь пользователей в игре при многопользовательском режиме и многое другое (см. также статью 3D-шутер). Как правило движок разрабатывается под конкретную игру, а затем лицензируется (становится доступен) для создания других игр.
Моделирование деталей и механизмов для производства
Существуют конструкторские CAD/CAE/CAM пакеты, предполагающие создание моделей деталей и конструкций, их расчёт и последующее формирование программ длястанков ЧПУ и 3D-принтеров.
Такие пакеты даже не всегда дают пользователю оперировать 3D-моделью напрямую, например есть пакет OpenSCAM, модель в котором формируется выполнением формируемого пользователем скрипта, написанного на специализированном языке.
Трёхмерные, или стереоскопические дисплеи, (3D displays, 3D screens) — дисплеи, посредством стереоскопического или какого-либо другого эффекта создающие иллюзию реального объёма у демонстрируемых изображений.
В настоящее время подавляющее большинство трёхмерных изображений показывается при помощи стереоскопического эффекта, как наиболее лёгкого в реализации, хотя использование одной лишь стереоскопии нельзя назвать достаточным для объёмного восприятия. Человеческий глаз как в паре, так и в одиночку одинаково хорошо отличает объёмные объекты от плоских изображений.
Наголовные дисплеи, видеоочки
Кинотеатры с 3D
Использование для обозначения стереоскопических фильмов терминов «трёхмерный» или «3D» связано с тем, что при просмотре таких фильмов у зрителя создаётся иллюзия объёмности изображения, ощущение наличия третьего измерения — глубины и новой размерности пространства уже в 4D. Кроме того, существует ассоциативная связь с расширяющимся использованием средств компьютерной трехмерной графики при создании таких фильмов (ранние стереофильмы снимались как обычные фильмы, но с использованием двухобъективных стереокамер).
На сегодняшний день просмотр фильмов в формате «3D» стал очень популярным явлением.
Основные используемые в настоящее время технологии показа стереофильмов:
- Dolby 3D XpanD RealD IMAX
