2.1. 3D-редактор

Информатика, 6 класс. Учебник: Кадыркулов Р. А., Нурмуханбетова Г. К. (Алматыкітап баспасы, 2023). Раздел 2: 3D-печать. Страницы 40–45.

Чему научишься

• Объяснять, чем 2D-графика отличается от 3D-графики и от рисунка от руки.
• Понимать, что такое пиксель и разрешение монитора.
• Рассказывать, где используют 3D-моделирование: кино, игры, архитектура, инженерия.
• Запускать 3D-редактор SketchUp, выбирать шаблон и узнавать главные части его окна.
• Строить простейшие объёмные фигуры: параллелепипед, куб, пирамиду.

Разминка

• Как думаешь, зачем компьютер тем, кто проектирует машины, дома и обычные вещи? Можно сначала «построить» вещь на экране: покрутить, увидеть со всех сторон, поправить ошибку. Это дешевле и быстрее, чем делать настоящую вещь и переделывать.
• Что ты уже умеешь рисовать на компьютере? Например, в Paint. Это плоский рисунок, двумерная графика.
• Что будет, если нарисованный на бумаге куб нужно показать с другой стороны? Придётся рисовать заново. На компьютере фигуру можно повернуть, увеличить, уменьшить или исправить.

Разбираемся

Плоский рисунок и объёмная модель

Нарисуй ручкой куб на листе. Это 2D: в названии «Dimension» значит «измерение», то есть у рисунка два измерения, длина и ширина. Рабочая область плоская, как лист бумаги. Плюс такой графики: чёткость и простота.

А теперь представь куб в графическом редакторе. Его можно повернуть, исправить, увеличить или уменьшить, и рисовать заново не надо. Третье измерение добавляет высоту, поэтому это 3D (three-dimensional, «трёхмерный»).

💡 В учебнике сравнивают два мультфильма: «Братец медвежонок 2» нарисован в 2D, а «Зверополис» сделан в 3D. Посмотри кадры из обоих: у «Зверополиса» видно объём шерсти, света и теней.

Где живёт 3D-моделирование

3D-моделирование — это создание объёмной модели мира из формы и цвета. Его используют:

• в кино и мультфильмах;
• в рекламе и компьютерных играх;
• в архитектуре (дома и мосты сначала строят на экране);
• в инженерии и других отраслях.

Оно тесно связано с геометрией. Помнишь систему координат с осями x и y? В 3D к ним добавляют третью ось z. Любой предмет в пространстве состоит из точек с координатами (x, y, z) и простых фигур: линии, эллипса, куба. На этом и держится 3D-моделирование: сложные вещи строят из точек и простых фигур.

Из чего сделана картинка на экране

Изображение на мониторе собирается из крошечных точек. Они называются пикселями. Общее число пикселей — это разрешение монитора.

📕 В учебнике сказано, что разрешение 800×600 значит «800 строк по 600 пикселей в каждой». Принято наоборот: первое число — ширина (800 пикселей в строке), второе — высота (600 строк). Общее число пикселей от этого не меняется.

Два этапа: форма, потом цвет

Самый первый этап в 3D-моделировании — детализация фигур: рельеф земли, персонажи, окружающая среда. Готовые фигуры на этом этапе называются 3D-моделями. Цвета у них пока нет, всё светло-серое. Успех зависит от таланта и опыта создателя.

Знакомимся со SketchUp

SketchUp (sketch — «эскиз», up — «вверх») — одна из программ для 3D-моделирования. Её создала в 1999 году американская фирма @Last Software. Программа простая в изучении и работе, интерфейс удобный.

📕 В учебнике написано, что Google купил SketchUp в 2007 году. На самом деле Google купил @Last Software в 2006 году. Позже программу продали другой компании, Trimble.

💡 Если на твоём компьютере нет такой программы. Учебник описывает старую версию SketchUp 8 для Windows. Сейчас есть бесплатные онлайн-варианты: веб-версия SketchUp (для личного использования, нужна учётная запись) и Tinkercad (работает прямо в браузере). Кнопки там выглядят иначе, но идея та же: нарисовал плоскую фигуру, потянул вверх, получил объём.

Что на панели инструментов

В основном окне можно найти группы инструментов: инструмент выбора (стрелка), инструменты рисования, ластик, инструменты преобразования, инструменты камеры и инструменты Google. Это стандартный набор. Чтобы добавить другие, выполни Вид → Панель инструментов → Расширенная: слева появится ещё одна, длинная панель.

👨‍👩‍👧 Родителю. Не обязательно ставить программу сразу. Для начала достаточно браузера: откройте Tinkercad и вместе соберите из кубиков что-нибудь знакомое, например табуретку. Спросите: «А как это будет выглядеть сзади?» Так ребёнок почувствует разницу между плоским рисунком и объёмом.

Проверь себя

• Чем 2D-рисунок отличается от 3D-модели? В 2D только длина и ширина. В 3D есть ещё высота, и модель можно рассматривать со всех сторон.
• Что такое пиксель? Одна из крошечных точек, из которых состоит изображение на экране.
• Для чего используют 3D-моделирование? Для кино, мультфильмов, игр, рекламы, архитектуры, инженерии.
• Что нужно сделать после запуска SketchUp, прежде чем рисовать? Выбрать шаблон и нажать кнопку «Начать использование SketchUp».

Решаем упражнения

№ 1

(Примени на практике, пп. 1–4) Познакомься с окном программы, запусти SketchUp, выбери вводный обучающий шаблон («Вводный обучающий шаблон — метры»), попробуй первые действия с инструментами (сдвиг, рисование, построение) и потренируйся строить простые модели: пирамиду, куб, параллелепипед.

Как думать. Всё строится по одной схеме: плоская фигура, потом «вытягивание» в высоту. Подсказки по каждому инструменту смотри в окне «Учебник» справа.

Как сделать.

1. Куб и параллелепипед: прямоугольник, затем Тяни/Толкай (см. шаги выше). Для куба вытяни до высоты, равной стороне.
2. Пирамида (один из способов): нарисуй квадрат-основание, проведи в нём инструментом «Линия» две диагонали, выбери «Перемещение» и потяни точку пересечения диагоналей вверх.
3. Если нужная кнопка не находится, наведи на неё курсор или загляни в панель «Учебник».

Что должно получиться: на экране объёмная фигура, которую можно рассматривать под разным углом. Как выглядит результат, зависит от версии программы.

№ 2

(Анализ, без номера) Обсудите: на какие группы можно разделить инструменты SketchUp и для чего служат основные из них.

Как думать. Вспомни подписи на рисунке с окном программы: у каждой группы свои задачи.

Пример ответа.

Ответ: инструменты делятся на выбор, ластик, рисование, преобразование, камеру и инструменты Google. Подробнее про каждый из них в следующих уроках.

№ 3

(Синтез, без номера) Превратить два плоских рисунка (дом на рис. 10 и кораблик на рис. 11) в объёмные модели средствами 3D-графики.

Как думать. Подумай, из каких простых фигур состоит предмет. Дом — это коробка с крышей. Кораблик — корпус, мачта и парус.

Как сделать (пример).

1. Дом. Нарисуй прямоугольник-основание, вытяни его «Тяни/Толкай» в стены. Крышу построй как призму: нарисуй линией треугольник на торце стены и вытяни его на длину дома. Окна и дверь дорисуй прямоугольниками на стене и слегка вдави.
2. Кораблик. Корпус сделай из вытянутого трапециевидного контура, мачту из тонкого длинного параллелепипеда или цилиндра, парус из тонкой треугольной пластины. Раскрась инструментом «Заливка».

Ответ: пример модели: дом из коробки с призматической крышей, кораблик из корпуса, мачты и паруса. Точный вид зависит от вашей фантазии.

№ 4

(Вопросы для размышления, № 1) В чём преимущества 2D-графики перед рисунком от руки?

Как думать. Вспомни, что бывает, когда нужно что-то исправить или повернуть.

Решение. Рисунок на компьютере можно изменить, не перерисовывая: повернуть, исправить, увеличить или уменьшить. Он получается чётким и аккуратным.

Ответ: на компьютере легко править, поворачивать и менять размер рисунка; изображение чёткое и простое.

№ 5

(Вопросы для размышления, № 2) Какие программы для создания 2D- и 3D-графики ты знаешь?

Пример ответа.

• 2D: Paint, GIMP, Krita, Adobe Photoshop.
• 3D: SketchUp, Tinkercad, Blender.

Ответ: например, 2D: Paint; 3D: SketchUp (можно назвать и другие).

№ 6

(Вопросы для размышления, № 3) Какие шаблоны есть в программе SketchUp?

Решение. В окне выбора шаблона их семь: простой шаблон, архитектурное проектирование, моделирование, инженерное проектирование, проектирование изделий и деревообработка, горизонтальная проекция, вводный обучающий шаблон.

Ответ: семь шаблонов, список выше.

№ 7

(Вопросы для размышления, № 4) Какие команды нужно выполнить, чтобы увеличить число инструментов в окне SketchUp?

Решение. Выбери Вид → Панель инструментов → Расширенная. В окне появится расширенная панель инструментов.

Ответ: Вид → Панель инструментов → Расширенная.

№ 8

(Вопросы для размышления, № 5) Чем различаются 2D-графика и 3D-графика?

Как думать. Сравни число измерений и то, что можно сделать с изображением.

Решение. В 2D рабочая область двумерная: есть длина и ширина, рисунок словно нарисован от руки. В 3D добавляется высота: можно создавать модель, поворачивать её и смотреть со всех сторон.

Ответ: 2D — две оси (плоский рисунок), 3D — три оси (объёмная модель).

№ 9

(Задание) Вычисли общую площадь 3D-моделей на рис. 12 и 13.

Как думать. «Общая площадь» модели — это площадь всей её поверхности: сложи площади всех открытых граней. Грань, закрытую другой фигурой, считать не надо.

Решение для рис. 12. Модель — два бруска. Нижний 8 × 5 × 3 м, верхний 5 × 3 × 2 м, стоит на нижнем.

1. Поверхность нижнего бруска: 2 · (8·5 + 8·3 + 5·3) = 2 · (40 + 24 + 15) = 158 м².
2. Поверхность верхнего бруска: 2 · (5·3 + 5·2 + 3·2) = 2 · (15 + 10 + 6) = 62 м².
3. Площадь, где они склеены: 5 · 3 = 15 м². Она закрыта у обоих, вычитаем дважды: 158 + 62 − 2 · 15 = 190 м².

Рис. 13. Модель вроде лестницы с ещё одним бруском (7 × 2 × 3 м) спереди. Метод тот же: площадь поверхности каждого бруска минус удвоенная площадь склейки. Так как по скану размеры отдельных ступеней читаются неуверенно, числовой ответ здесь не даю.

Ответ: рис. 12: 190 м² (если считать только внешнюю поверхность с верхним бруском, стоящим целиком на нижнем).

№ 10

(Домашнее задание) Выполни проект по одной из тем: 1) программы для создания 3D-графики (исследовательский), 2) кино- и мультфильмы в 3D-формате (информационный), 3) сходства и различия 2D- и 3D-технологий (исследовательский).

Как думать. Исследовательский проект отвечает на вопрос «как устроено и чем отличается», информационный — рассказывает, что есть и где применяется.

Как сделать (план).

1. Выбери тему. Новичку проще всего тема 2: «Зверополис», «Ледниковый период» и другие мультфильмы, которые ты знаешь.
2. Найди 3–5 примеров, запиши, в какой технологии они сделаны.
3. Оформи короткую презентацию из 5–7 слайдов: что такое 3D, примеры, вывод.
4. Для темы 1 сравни 3–4 программы (SketchUp, Blender, Tinkercad): для чего, сложность, платная или бесплатная.

Ответ: готовый проект: слайды или реферат с примерами и выводом. Образца ответа нет, это творческая работа.

Шпаргалка

• 2D — плоское, 3D — объёмное, добавляется ось z.
• Изображение на экране состоит из пикселей.
• 3D используют в кино, играх, рекламе, архитектуре, инженерии.
• В SketchUp сначала выбирают шаблон, потом рисуют плоскую фигуру и вытягивают её.

Мини-тест