Шашки в программе 3-D моделирования "Компас-3D"

муниципальное казенное образовательное учреждение

«Черницынская средняя общеобразовательная школа»

Октябрьского района Курской области

ИТОГОВЫЙ ПРОЕКТ

на тему

«Шашки в программе 3-D моделирования "Компас-3D"»

по дисциплине

«Информатика»

Обучающийся: Петренко Кирилл

Класс 9А

Руководитель проекта: Пятницков С.В. марта 2023 г.

с.Черницыно

3
6
10
11
12
13
19
23
24

Содержание

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………..

ГЛАВА I. Теоретический обзор материала по теме исследования

1.1. Шашки …………… ………...……………………………………………………….…

1.2. Программы для 3D-моделирования (название, краткое описание) ………………...

1.3. История создания программы «Компас-3D» ………………………………………..

ГЛАВА II. Описание исследования и его результаты

2.1. Правила работы в программе «Компас-3D» …………………………………….…..

2.2. Конструирование моделей объёмных фигур шашек и доски …………………….…

2.3. Технологическая карта на изготовление моделей шашек и доски с использованием программы «Компас-3D». Экономическое обоснование ………………………………

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………...............................................

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………………………..

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

3D-моделирование – это построение модели объекта в трехмерном пространстве. Данный способ представления объектов начал применяться в 1960-х годах, когда этим занимались специалисты компьютерной инженерии. Современные технологии 3D-моделирования позволяют конструировать сложные и объемные модели, проводить тестирование и вносить в них изменения на различных уровнях.

Хотя программное обеспечение для 3D-моделирования основано на сложных математических расчетах, все вычисления проводятся автоматически с предоставлением удобного пользовательского интерфейса. Создание трехмерной модели довольно затруднительно и представляет собой своего рода искусство. Для достижения реалистичности необходимо разбираться в особенностях моделирования и правильно проводить расчеты в течение всего процесса моделирования.

Системы 3D-моделирования позволяют получить модель объекта еще до изготовления пробных образцов и, следовательно, разглядеть слабые стороны проекта и определить его соответствие первоначальной задумке. Существенным плюсом 3D-моделирования является крайняя степень убедительности и наглядности трехмерных картинок и видео. Если следовать утверждению, что лучше один раз увидеть, чем тысячу раз услышать, то презентация в 3D длительностью 30 секунд дает тот же результат, что и двухчасовое выступление.

Понятие 3D является сокращением от английского 3-dimensional (в трех измерениях). Как известно с уроков геометрии, чтобы квадрат стал кубом, к обычной длине и ширине необходимо добавить высоту, которая и выступает в качестве третьего измерения.

3D-моделирование применяется во многих областях человеческой жизни. Можно выделить 3 крупные отрасли, которые сегодня невозможно представить без применения трехмерных моделей. Это: индустрия развлечений; медицина; промышленность.

С первой мы сталкиваемся почти каждый день. Это фильмы, анимация и 90% компьютерных игр. Все виртуальные миры и персонажи созданы с помощью одного и того же принципа — полигонального моделирования (Рис. 1).

Рис.1. Полигональное моделирование Рис.2. Полигоны

Полигонами (Рис. 2) называются вот эти треугольники и четырехугольники.
Чем больше полигонов на площадь модели, тем точнее модель. При полигональном моделировании мы получаем визуальный образ. Если полигональная модель выполнена в виде замкнутого объема, например, скульптуры, то благодаря современной технологии 3D-печати они могут быть воплощены в жизнь.

Полигональное моделирование нужно не только для творческих людей (художников, дизайнеров, скульпторов). Еще одной крупной сферой применения 3D моделей является медицина, а именно – хирургия. Можно вырастить протез кости взамен раздробленной. Конечно, используя полигональное моделирование, можно построить все восстанавливающие и усиливающие элементы, но невозможно контролировать необходимые зазоры, сечения, учесть физические свойства материала и технологию изготовления (особенно плечевого сустава). Для таких изделий применяются методы

Рис.3. промышленного проектирования.

По правильному они называются: САПР (Система Автоматизированного ПРоектирования) или по-английски CAD (Computer-Aided Design). Это принципиально другой тип моделирования. И именно о нем я буду рассказывать. Этот метод отличается от полигонального, тем, что тут нет никаких полигонов и все формы являются цельными и строятся по принципу профиль + направление (Рис. 3).

Базовым типом является твердотельное моделирование. Из названия можно понять, что, если мы разрежем тело, внутри оно не будет пустым. Твердотельное моделирование есть в любой CAD-системе. В CAD мы получаем электронно-геометрическую модель изделия. Твердотельное моделирование отлично подходит для проектирования всего, что получается путем промышленного производства.

Не всегда задуманную топологию и сложность формы можно реализовать в твердотелке, и тогда на помощь приходит неотъемлемая часть промышленного проектирования — поверхностное моделирование.

Актуальность выбранной темы обусловлена практически повсеместным использованием трехмерного моделирования в различных отраслях и сферах деятельности, знание которого становится все более необходимым для полноценного развития личности.

Объектом исследования является программа «Компас-3D» применительно к созданию шашек и доски.

Предмет исследования: методы построения моделей фигур шашек и доски с помощью программы «Компас-3D».

Цель исследования: изучить основы 3D-моделирования и работы с программой «Компас-3D» и воплотить полученные знания в материальных объектах путём печати на 3D- принтере.

Задачи исследования:

1. Познакомиться с историей создания шашек, многообразием видов игры

2. Изучить программы для 3D-моделирования

3. Сконструировать трехмерные модели шашек и пазла, как основы шахматного поля с использованием программы «Компас-3D»

4. Распечатать шахматное поле и полный набор шашек на 3D-принтере

5. Провести экономическое обоснование на изготовление моделей шашек и шахматной доски с использованием программы «Компас-3D»

Решение поставленных задач потребовало привлечения следующих методов исследования:

1. Работа с различными источниками информации по теме исследования

2. Описание, систематизация материала, анализ, сравнение

3. Конструирование

Формы фиксирования результатов:

1. Скриншоты этапов работы

2. Описание последовательности выполнения моделей

3. Готовые модели фигур шашек, шахматной доски.

Оснащение и оборудование: программа «Компас-3D», принтер ZENIT 3D.

Гипотеза: 3D-моделирование, как и игра в шашки дисциплинирует мышление, воспитывает сосредоточенность, учит самостоятельно делать выводы и планировать, а ещё - развивает память, логическое мышление, пространственное воображение.

Теоретическая и практическая значимость данной работы определяется тем, что 3D-моделирование является эффективным инструментом школьного обучения, способствует развитию межпредметных связей между математикой, геометрией, стереометрией, информатикой. А приобщение к одной из древнейших игр в мире, которую обожали главы стран, ученые, писатели, творческие люди из разных эпох, огромное подспорье в последующей профессиональной и личностной самореализации.

 ГЛАВА I. Теоретический обзор материала по теме исследования

1.1. Шашки

Современное название игры «шашки» (checkers) появилось от слова, обозначающего шахматную доску — «checkered» — что в переводе означает «клетчатый». История возникновения шашек, как и многих других игр, уходит в далёкую древность (Рис. 4).

Р одина игры, подобной шашкам (Алькерк) — Древний Египет, и первые упоминания о ней относятся к 1600 году до н.э.

У Платона встречается миф о том, как бог Гермес, придумавший эту игру, предложил богине Луне играть с ним в шашки с тем условием, что в случае проигрыша он получит от Луны пять дней. Одержав победу, Гермес прибавил эти пять дней к тем 360 дням, которые до этого составляли год.

По одной из исторических версий

Рис. 4 шашки изобрел греческий воин Паламед, известный как участник осады Трои. Осада города продолжалась 10 лет и, чтобы убить скуку, Паламед придумал эту увлекательную игру, возможно, рисуя клетки на земле.  Увлекались шашками и египетские фараоны. Во время раскопок в Египте обнаружили гробницу вельможи, который был приближенным фараона. На стенах гробницы есть росписи, отражающие три страсти древнего египтянина — охоту, рыбную ловлю и игру в шашки. В Лувре хранятся две шашечные доски, принадлежащие фараонам. Из гробницы Тутанхамона была извлечена доска для игры в шашки, состоявшая из тридцати клеток.

Игры, похожие на шашки, известны с глубокой древности. В Британском музее хранится древнегреческое изображение льва и антилопы, играющих в шашки.

В древнем Риме была чрезвычайно распространена игра «латрункули» (от «латро» - воин, наёмный солдат), которая относится к числу прямых предшественников европейских шашек.

Невооружённым глазом видно сходство игры в шахматы и шашки — об это говорят и клетчатые доски, и разделение на «белые» и «чёрные» фигуры, и поочерёдность ходов, и многие другие элементы обеих игр. И эти совпадения совершенно не случайны – игра в шашки в современном виде появилась благодаря французам, которые примерно в XIX  веке скрестили египетский Алькерк с игрой в шахматы. Метод передвижения шашек по полю (по диагонали) взят из правил передвижения королевы (ферзя) в шахматах. Именно этот факт, в своё время, был причиной того, что шашки в некоторых частях Англии до сих пор называют «draughts» — словом, обозначающим ход королевы в шахматах.

На Руси происхождение истории шашек связывают с именем киевского князя Владимира Мономаха (1053-1125). Однако археологические раскопки показали, что еще в III-IV веках нашей эры уже играли в шашки. Во многих былинах рассказывается о том, что шашки были одной из любимых игр русских богатырей. Петр I всячески поощрял игру в шашки и в шахматы. На учрежденных им «ассамблеях» тот петербургский сановник, которому подошел черед устраивать у себя «ассамблею», должен был помимо всего прочего выделить особую комнату для шахмат и шашек.

Harold James Ruthven Murray, занимавшийся изучением истории шахмат и шашек, пришёл к выводу, что шашки распространялись по миру очень медленно — гораздо медленнее других настольных игр. Об этой игре он нашёл всего несколько упоминаний в период XII – XVI  веков. Всё говорит о том, что игра в этот период была распространена только на территории Англии, Франции и, возможно, Испании (есть упоминания о труде первого пособия о шашкам А.Торквемада, вышедшего именно в Испании в 1547 году, но не сохранившегося до наших дней).

Не найдено было и информации о запретах игры в шашки со стороны церкви. Хотя в это время церковь запрещала многие старые и новые игры, включая азартные (карточные, кости) и шахматы.

Исследования Гарольда Мюррэя говорят о том, что в XVI  веке игра в шахматы начала приобретать популярность и распространяться по Европе.

Первый Чемпионат Мира по шашкам был проведён в 1847 году и выигран представителем Шотландии, Andrew Anderson. Игра проходила в стиле «ходи как нравится». А вот первый в истории официальный чемпионат мира по шашкам (международный вариант игры) прошёл в 1948 году, победителем стал П. Роозенбург, представитель Нидерланд.

Шашки служат для развития умственных способностей, памяти. Требуют дисциплинированности, ответственности за свои действия. Учат общению. Каждый играющий может найти в этих играх то, что присуще ему: для некоторых - это забава, игра, развлечение; для волевых людей - спорт; для одарённых - искусство; а для пустых людей - пустота. Примечательно, что согласно Приказа №20 Минспорттуризма от 02.02. 2009 г. "Об утверждении Порядка признания видов спорта, спортивных дисциплин и включения их во Всероссийский реестр видов спорта и порядка его ведения", игра в шашки в России стала всё-таки очередным видом спорта.

Существует немало разновидностей шашечной игры, отличающихся друг от друга размерами (количеством клеток-полей) и – реже – формой доски, числом используемых фишек и их начальной расстановкой, правилами хода. Наиболее распространены игры на 64 и 100 клетках.

По размерам доски: 

1.      12х12 канадские шашки;

2.      10х10 международные шашки;

3.      8х8 русские шашки.

Русские шашки.

Для этой игры используется поле 8 на 8 клеток. Каждый игрок расставляет по 12 фишек, которые занимают первые три ряда с каждой стороны. В ходе игры шашки можно ставить только на чёрные поля, если они не заняты. Шашка может ходить по диагонали вперёд на одну клетку и бить вперёд и назад, при этом она движется по диагонали на две клетки, перепрыгивая через шашку или дамку соперника. При достижении шашкой «дамочного поля» (любое горизонтальное поле), она становится «дамкой» и продолжает игру уже на новых правах — она может ходить на любое число полей по диагонали в любом направлении. Цель русских шашек — съесть или «запереть» (лишить возможности хода) все шашки противника.

Международные шашки. 

Игра наиболее популярна в Европе. Используется доска 10×10 клеток. У каждого игрока в начальной позиции по 20 шашек, которые занимают первые четыре ряда с каждой стороны, «простая» может бить вперёд и назад, дамка может ходить и бить на любое число полей. «Простая» превращается в дамку только тогда, когда она заканчивает свой ход на поле превращения. При бое «простой» через поле превращения она не превращается и продолжает бой как простая. Если после поля превращения «простая» может бить только как дамка, она остаётся на поле превращения и может продолжать бить как дамка только со следующего хода. При возможности нескольких вариантов взятия полагается бить максимально возможное количество шашек. Цель игры, как и в русских шашках, — съесть или запереть все шашки противника. 

Бразильские шашки. 

Правила аналогичны международным шашкам, но игра ведётся на доске 8×8, по 12 шашек с каждой стороны. 

Канадские шашки. 

В канадские шашки играют на доске 12×12, по 24 шашки с каждой стороны. В остальном правила аналогичны международным шашкам. 

Английские шашки. 

Английские или американские шашки. Доска 8×8, в начальной позиции у каждого игрока по 12 шашек, расположенных в первых трёх рядах на чёрных клетках. Первый ход делают чёрные. «Простые» шашки могут ходить по диагонали на одну клетку вперёд и бить только вперёд, дамка может ходить на одну клетку по диагонали вперёд и назад и бить через одну клетку в любую сторону.

Итальянские шашки. 

В итальянские шашки играют на шахматной доске размером 8×8 клеток, которая повернута на 90 градусов по сравнению со стандартной. Шашки игроков занимают первые три ряда с каждой стороны, располагаясь на белых полях. Правила игры в итальянские шашки похожи на правила игры чекерс, но имеют некоторые отличия:

- Простая шашка не может бить назад и не может бить дамку;

- Бить нужно максимально возможное количество шашек соперника, а при равных вариантах боя нужно бить максимальное количество дамок.

Испанские шашки.

Правила подобны бразильским шашкам. Шашки игроков занимают первые три ряда с каждой стороны, располагаясь на белых полях. Ещё одно отличие — простые шашки не могут бить назад. 

Турецкие шашки. 

Оригинальны по внешнему виду турецкие шашки. В них игра ведётся на стандартной 64-клеточной доске, но шашки ходят и бьют не по диагоналям, а по вертикалям и горизонталям, взятие назад для простой шашки запрещено. Ещё одна их особенность — наличие «джентльменских правил» — правил, требующих от игрока предупреждать противника, когда его шашки ставятся под удар и когда простая шашка оказывается на седьмой или восьмой горизонтали. 

Ставропольские шашки. 

По сравнению с русскими шашками добавлено лишь одно новое правило, резко усложнившее характер борьбы: в ставропольских шашках любой из игроков вместо хода своей шашкой всегда может сделать ход за противника. Так, начиная игру, белые имеют право играть чёрной шашкой. Двигать чужие простые шашки можно только в свою сторону и брать ими следует только свои шашки. Взятие обязательно.

1.2. Программы для 3D-моделирования (название, краткое описание)

ZBrush 

Программа ZBrush от компании Pixologic — это мощный профессиональный инструмент для создания и редактирования трехмерной графики. В первую очередь программа направлена на работу с так называемой «цифровой глиной», из которой можно буквально вылепливать объекты при помощи разнообразных инструментов. Такая цифровая лепка идеальна для создания людей, животных, и вообще всего органического. Тем не менее, ZBrush может использоваться для твердотельного 3D-моделирования и оснащен для этого специальными инструментами. Огромный набор специальных кистей направлен на достижение максимальной реалистичности при создании 3D-моделей, а инструменты наложения текстур и визуализации дополняют функционал программы. ZBrush практически не использует возможности видеокарты, что существенно влияет на скорость работы. Вместо этого основным ресурсом для приложения является оперативная память компьютера, недостаток которой может сказываться на производительности.

TinkerCAD

Tinkercad — это онлайн-сервис по разработке 3D-проектов для начинающих. Использовать продукт можно только после регистрации аккаунта. Официальный сайт содержит массу обучающих материалов, что не составит труда, если специалист решил освоить данный софт. Моделирует электрические схемы, коды и 3D-проекты.

Blender

Blender — это бесплатное программное обеспечение для создания и редактирования трехмерной графики. Программа справляется с анимацией и реалистичными ландшафтами, но уступает в скульптинге персонажей. На сегодняшний день это полноценный 3D-редактор, в котором пользователя встречает полностью программируемый интерфейс и уникальная внутренняя файловая система. Оболочка программы на первый взгляд может показаться неудобной и непонятной, но после настройки горячих клавиш работать в Blender становится просто и удобно. На официальном сайте находятся в общем доступе обучающие курсы. В качестве языка программирования приложение использует Python, владея которым можно создавать собственный инструменты, редактировать интерфейс и сам принцип работы программы.

Maya

Maya является самой распространенной программой для создания спецэффектов, анимаций. Создает реалистичные картинки, подстраивается под любого пользователя, богата своим интерфейсом, однако очень требовательна к устройству, с которого будет происходить работа. Maya ценится за огромный набор инструментов для анимации, текстурирования, а также создания разнообразных спецэффектов. Это серьезный редактор трехмерной графики, в нем грамотно реализована функция визуализации готовых моделей.

3Ds Max

3Ds Max — это программное обеспечение для 3D-моделирования, анимации и рендеринга, созданное и разработанное для игр и визуализации дизайна. Программное обеспечение очень полезно для проектирования зданий, инфраструктуры и строительства, а также для разработки продуктов и планирования производства.

Кроме того, 3Ds Max помогает пользователям создавать массивные игровые миры, детализированных персонажей, настраивать окружение здания, создавать сцены, в которых много людей, имитировать физические свойства жидкостей, таких как вода, масло и лава. Программа легка в изучении на начальных этапах, позже могут понадобится дополнительные курсы или материалы, обучающие уроки есть в общем доступе.

1.3. История создания программы «Компас-3D»

«Ко́мпас»  — семейство систем автоматизированного проектирования, универсальная система автоматизированного проектирования, позволяющая в оперативном режиме выпускать чертежи изделий, схемы, спецификации, таблицы, инструкции, расчётно-пояснительные записки, технические условия, текстовые и прочие документы. Изначально система ориентирована на оформления документации в соответствии с Единой системой конструкторской документации (ЕСКД), Единой системой технологической документации (ЕСТД), Системой проектной документации для строительства (СПДС) и международными стандартами, но этим возможности системы не ограничиваются. Разрабатывается российской компанией «Аскон». Название линейки является акронимом от фразы «комплекс автоматизированных систем». Первый выпуск «Компаса» (версия 1.0) состоялся в 1989 году. Первая версия под Windows — «Компас 5.0» — вышла в 1997 году. С 1992 года компания «Аскон» начинает сотрудничать со школами. Образовательная политика АСКОН с 1996 года приобретает завершенные очертания: в вузах активно применяется КОМПАС-График, для преподавания черчения в школах — КОМПАС-Школьник. 2000 год ознаменовался настоящим прорывом: в первой версии КОМПАС-3D позволял создавать трехмерные модели деталей, а затем передавать их в различные системы подготовки программ для станков с ЧПУ и в расчетные пакеты. С 2008 года после участия в национальном проекте «Образование» в каждой школе России начинается установка системы трехмерного моделирования КОМПАС-3D. 2011 год можно отметить выходом первой некоммерческой версии программы «КОМПАС-3D Home». В том же году произошёл выход на международный уровень: открытие европейского представительства АСКОН в Мюнхене, ФРГ. В дальнейшем выпуск новых версий программ позволило компании «Аскон» всё больше завоёвывать рынок информационных технологий. В основе «КОМПАС-3D» лежит российское геометрическое ядро C3D (создано C3D Labs, дочерней компанией АСКОН) и собственные программные технологии, что позволяет заявить о полностью импортонезависимой системе.

ГЛАВА II. Описание исследования и его результаты

2.1. Правила работы в программе «Компас-3D»

Создание объёмных фигур начинается с простого чертежа. В программе 3D-моделирования «Компас-3D» чертёж выполняется в режиме эскиза на плоскости и является типичным примером так называемого 2D-моделирования. Чертежи выполняются с помощью различных элементов линейной геометрии, программа содержит множество простых и сложных элементов и команд. Полученные эскизы являются контурами для формирования объёма. Выполненный чертёж в простом случае может являться основанием всей фигуры, как например квадрат для фигуры куба. В более сложных геометрических фигурах построение производится обычно последовательно и поэтапно. Сначала визуально (или для удобства где-нибудь на бумаге) сложная фигура разбивается на простые геометрические тела, построение которых возможно в рамках одного эскиза и одной операции формирования объёма. Затем последовательно создаются эскизы на плоскостях соприкосновения простых тел, снова формируется объём и т.д. Формирование объёма контуров эскизов и является 3D-моделированием. Основным методом формирования объёма является элемент выдавливания с его опциональными вариациями: линейный элемент выдавливания, элемент вращения и более сложные элементы по траектории и по сечениям. Кроме того, объёмное тело в общем случае можно формировать не только созданием объёма, но и его удалением, т.е. вырезанием. Например, в прямоугольном куске металла необходимо сделать в определённом месте вырез. Можно конечно последовательно создавая прямоугольники и придавая им объём, получить искомый результат. А можно просто создать один прямоугольный объёмный объект, определить положение выреза и одной командой этот вырез произвести. Для этих целей в «Компасе-3D» служит метод вырезания выдавливанием, с теми же опциями что и просто элемент выдавливания, с той лишь разницей указанный объём вырезается (удаляется) из уже имеющегося.

2.2. Конструирование моделей объёмных фигур шашек и доски

Я поставил перед собой цель изучить основы 3D-моделирования и работы с программой «Компас-3D» и воплотить полученные знания в материальных объектах путём печати на 3D принтере. Остановившись на довольно распространённой игре в шашки, все необходимые для неё материальные объекты, я разработал сам под руководством педагога дополнительного образования Пятницкова Сергея Владимировича. Из интернета были взяты внешний вид и некоторые инженерные идеи, но об этом поподробнее.

Шашки.

Начнём с основного – фигуры шашки. В интернете найдено фото старых советских шашек (Рис. 5), с которых и взят внешний вид. Размеры были взяты произвольно и в дальнейшем пробная печать показала их правильность.

1. 1. Открываем «Компас-3D», создаём эскиз и рисуем круг Ø30 мм, затем с помощью основного метода моделирования объёмных

2. Рис. 5. Набор шашек

   тел – элемента выдавливания создаём цилиндр высотой 7 мм (Рис. 6).

2 . Для получения центрального углубления, так сказать «под палец», рисуем эскиз дуги (Рис. 7)

Рис. 6. Эскиз цилиндра

Рис. 7. Эскиз дуги

1. В общем случае элемент выдавливания создаёт объём, т.е. работает со знаком «+». Если, как в нашем случае, необходимо углубление, т.е. удалить объём, используем функцию «вырезать выдавливанием» путём вращения построенной на предыдущем этапе дуги (Рис. 8).

Рис. 8. Вырезание углубления

Рис. 9. Эскиз двух окружностей

1. Из внешнего вида образца шашки можно увидеть два концентрических углубления. Построим их. Для этого строим эскиз из двух окружностей (Рис. 9) и делаем углубление вырезанием – первое концентрическое углубление построено (Рис. 10).

Рис. 10. Первое концентрическое углубление

Рис. 11. Скругление

1. Д ля придания необходимого внешнего вида скруглим грани, полученные при построении центрального и первого концентрического углублений (Рис. 11)

Рис. 12. Второе концентрическое углубление

Рис. 13. Скругление

1. Аналогично строится второе концентрическое углубление (Рис. 12) и скругляются грани (Рис. 13).

1. Д ля облегчения изделия и экономии пластика удаляем часть объёма. Для этого строим эскиз окружности на нижней грани шашки и вырезаем её внутреннюю часть (Рис. 14).

Рис. 14. Вырезание объёма снизу

Модель шашки построена. Сохраняем проект под именем «Шашка». Можно визуально украсить построенный объект, однако конечный цвет будет зависеть от цвета пластика, используемого при печати. В моём случае это будут два классических цвета – белый и чёрный.

Доска

В шашки играют два соперника чаще всего на доске 8х8 на противоположных сторонах игрового поля, поэтому для данного варианта используется обычный вариант шахматной доски (Рис. 15). Из интернета я позаимствовал сам принцип пазлов. Прорисовка деталей и геометрия выполнялись самостоятельно.

Рис. 15. Шахматная доска

Рис. 16. Соединение «ласточкин хвост»

В соединении пазлов, как я писал выше, использовал одну инженерную идею, которая давно применяется в разных отраслях промышленности, а именно такой тип соединения получил название «ласточкин хвост» (Рис. 16). Размеры клетки взяты 30х30 мм, а размеры элементов соединения хоть и были рассчитаны в соответствии с чертежом, в дальнейшем при пробной печати и проверке качества соединения, претерпели большие корректировки. Итак, шахматная доска, которая будет использоваться и для игры в шашки состоит: из 64 клеток – пазлов двух цветов и бортика с цифро-буквенными обозначениями.

Пазл

1. Для создания эскиза основы – квадрата – использована встроенная функция создания правильного многоугольника программы «Компас-3D», которая находится на вкладке «многоугольник» при создании прямоугольника в разделе меню «геометрия» (Рис. 17).

Рис. 17. Эскиз квадрата

Рис. 18. Основа пазла

1. И снова объём создаётся элементом выдавливания (Рис. 18).

2. С ледующий эскиз окружности (Рис. 19) и элемент выдавливания (а именно вырезание выдавливанием) (Рис. 20) подготавливают создание красивой, нетривиальной текстуры поверхности пазла.

Рис. 19. Эскиз окружности

Рис.20. Текстурное вырезание

1. Д алее в дереве построения следует две группы команд состоящих из эскиза, элемента выдавливания и скругления (Рис. 21). При этом происходит построение элементов соединения пазлов – внешнего (Рис. 22) и внутреннего (Рис. 23).

Рис. 22. Элемент соединения

(внешний)

Рис. 23. Элемент соединения (внутренний)

Рис. 21. Дерево построения

Как было сказано выше подбор размера происходил экспериментальным путём, после пробных распечаток и одним из факторов являлось качество пластика.

1. У пазла все четыре стороны имеют элементы соединения – по два одинаковых на смежных сторонах. Можно конечно повторить все команды для построения дополнительных элементов, однако в случае корректировки любого из размеров, придётся вносить изменения везде, что может быть не всегда удобно. Для этого используем специальные команды программы для дупликации уже построенных элементов в нужных местах, при этом вновь построенные элементы будут наследовать все характеристики исходных объектов. Итак, используем «массив по концентрической сетке» из раздела меню «массив, копирование». Применяем кольцевое направление, под нужным углом делаем тот или иной элемент по необходимости и получаем дополнительные элементы соединения (Рис. 24) и (Рис. 25).

Рис. 24. Дополнительные элементы соединения (внешний)

Рис. 25. Дополнительные элементы соединения (внутренний)

1. Далее скругляем элементы текстуры поверхности пазла (Рис. 26) и применяем уже известные команды массива для размножения этих элементов по всей поверхности (Рис. 27).

Рис. 26. Скругление

Рис. 27. Текстурная поверхность

Используется массив по сетке по разным направлениям, при этом количество элементов и расстояние между ними сначала взяты примерно, а затем скорректированы экспериментально.

Пазл построен. Скажу прямо это было не просто и удалось благодаря совместным усилиям меня и моих одноклассников под руководством нашего педагога. Поэтому пазл можно считать нашей общей моделью и его использование возможно и в других проектах как одной из составляющих.

Пазл бортика

За основу взят построенный пазл. Эскиз прямоугольника обрезает пазл в нужном месте до ширины в 16 мм (Рис. 28).

Рис. 28. Эскиз прямоугольника

Рис. 29. Отрезок для надписи

О сталось создать надпись по центру пазла бортика в виде цифры или буквы. Для чего использована следующая цепочка меню: на первой вкладке меню выбираем «сервисные инструменты», затем на вкладке «инструменты» пункт «символы вдоль кривой». Кривой в данном случае служит отрезок (после построения он вырезается) проходящий как центральная ось вдоль надписи (Рис. 29). Вводим, выбираем

Рис. 30. Ввод параметров

Рис. 31. Преобразование в сплайн

необходимые параметры: текст, его угол наклона, размещение на указанном участке отрезка (Рис. 30). Вводим необходимый символ (или слово при написании фраз), корректируем при необходимости его параметры. Далее надпись нужно сделать объёмной. Для этого нужен контур, повторяющий введённый символ. Используем преобразование в сплайн – замкнутую кривую – раздела меню «черчение» (Рис. 31).

И наконец с помощью элемента выдавливания получаем объёмную надпись (Рис. 32).

Т.о. построим все пазлы бортика, при этом содержание надписи не имеет значения, главное чтобы размер был не мал для печати,

Рис. 32. Получение объёмной надписи

иначе отдельные символы сливаются и

становятся малочитаемы.

Для удобства восприятия сборки всей доски в целом я разместил схематично на рисунке все варианты пазлов и бортика (Рис. 33). Пазлы доски все одинаковые, а вот пазлы бортика пришлось корректировать в части расположения и направления элементов соединения. Это стало возможным благодаря использованию команды массива, корректируя угол, расстояние и используя дополнительное радиальное направление (Рис. 34).

Рис. 33. Схемотехника пазлов

Рис. 34. Варианты массива

2.3. Технологическая карта на изготовление моделей шашек и доски с использованием программы «Компас-3D». Экономическое обоснование

Таблица 1. Технологическая карта на изготовление моделей шашек и доски с использованием программы «Компас-3D»

Деталь / Параметры (на 1 ед.дет.)	Используемый пластик	Толщина оболочки детали (мм)	Скорость печати (мм/с)	Процент заполнения	Поддержка	Время печати
Шашка	PLA	0,60	42	50	нет	7 мин
Пазл доски	PLA	0,60	42	50	есть	20 мин
Пазл бортика доски*	PLA	0,60	42	50	есть	11 мин
ИТОГО						38 мин

* угловые пазлы бортика по своим размерам соотносятся к пазлам бортика как 2:1, поэтому в дальнейших расчётах 4 угловых будем считать как 2 обычных пазла бортика доски

Определим себестоимость изделия (шашек и доски) по формуле:

С = П + ОТ +Э, где

С – себестоимость изделия,

П - материальные затраты на пластик для печати моделей,

ОТ - отчисление на оплату труда,

Э - материальные затраты на стоимость электроэнергии.

Расход пластика на каждую модель можно получить на этапе подготовки модели (слайсинга) к печати. С точки зрения удобства хранения и экономии пластика на этапе размещения разработанных мною моделей в программе печати, для шашек я взял масштаб 0,7 от полученных при моделировании.

Таблица 2. Материальные затраты на пластик для печати моделей шашек и доски с использованием программы «Компас-3D»

№ п/п	Наименование фигуры		Кол-во пластика на 1 фигуру (м)		Кол-во фигур (шт.)		Стоимость 1 м пластика (руб.)		Стоимость пластика в расчете на 1 фигуру (руб.)		Полная стоимость фигур (руб.)
1	Шашка		0,41		24		4,46		1,83		43,9
2	Пазл доски		1,4		64		4,46		6,24		399,6
3	Пазл бортика доски		0,78		34		4,46		3,48		118,3
ИТОГО		2,59		-		4,46		11,55		561,8

Расходы на оплату труда по созданию моделей: 1кг пластика – 315 м, 1000: 315 = 3,17 (г) – весит 1 м.

Оплата труда по созданию изделия весом 1 г - 50 рублей (по предложениям сайтов фирм, предоставляющих индивидуальные услуги по конструированию и печати 3D- изделий). Оплата труда по 3D печати уже готовых (в электронном виде) изделий весом 1 г – 7 рублей (по предложениям сайтов фирм, предоставляющих услуги по печати 3D- изделий).

Таблица 3. Материальные затраты на оплату труда по созданию моделей шашек и доски с использованием программы «Компас-3D»

№ п/п	Наименование фигуры	Кол-во пластика на 1 фигуру (м)		Вес 1м пластика (г)		Вес 1 фигуры (г)		Стоимость труда по созданию изделия весом 1 г (руб.)		Стоимость труда по созданию изделия (руб.)		Кол-во копий фигур для печати (шт.)		Стоимость труда по печати изделия весом 1 г (руб.)	Стоимость печати копий		Полная стоимость фигур (руб.)
1	Шашка	0,41		3,17		1,3		50		65		24		7	218,4		283,4
2	Пазл доски	1,4		3,17		4,44		50		222		64		7	1989,12		2211,12
3	Пазл бортика доски	0,78		3,17		2,47		50		123,5		34		7	587,86		711,36
ИТОГО			2,59		3,17		8,21		50		410,5		-	7		2795,38		3205,88

Стоимость 1 кВт электроэнергии 4,72 руб., потребляемая мощность 3D-принтера 300Вт/час, 5 Вт/мин, 0,083 Вт/с

Таблица 4. Материальные затраты на стоимость электроэнергии

для печати моделей шашек и доски с использованием программы «Компас-3D»

№ п/п	Наименование фигуры	Время печати	Кол-во потребленной энергии (кВт)	Стоимость 1 кВт (руб.)	Стоимость электроэнергии для печати 1 фигуры (руб.)	Кол-во фигур (шт.)	Стоимость электроэнергии для печати всех фигуры (руб.)
1	Шашка	7 мин	0,035	4,72	0,17	24	4,08
2	Пазл доски	20 мин	0,1	4,72	0,47	64	30,08
3	Пазл бортика доски	11 мин	0,055	4,72	0,26	34	8,84
Итого		38 мин	0,19	4,72	-	122	43

Таблица 5. Себестоимость изделия для печати моделей шашек и доски с использованием программы «Компас-3D»

№ п/п	Наименование фигуры	Кол-во фигур (шт.)	Стоимость пластика в расчете на все фигуры (руб.)	Стоимость труда по созданию и печати (руб.)	Стоимость электроэнергии для печати всех фигур (руб.)	Себестоимость изделия (руб.)
1	Шашка	24	43,9	283,4	4,08	331,38
2	Пазл доски	64	399,6	2211,12	30,08	2640,8
3	Пазл бортика доски	34	118,3	711,36	8,84	838,5
Итого		122	561,8	3205,88	43	3810,68

Проанализировав материальные затраты, можно сделать вывод, что стоимость сырья приемлемая, разориться на электроэнергии при 3D-печати достаточно сложно. Себестоимость напечатанных моделей на 84,1 % определяется стоимостью затрат на оплату труда по созданию моделей шашек и доски с использованием программы «Компас-3D». Но, поскольку мы конструировали всё сами и печатали на школьном 3D-принтере, используя школьное программное обеспечение и компьютер, то можно сказать, что шашки и доска имеют достаточно бюджетную стоимость – 604,8 руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работая над проектом, я продолжил изучать основы 3D-моделирования и работы с программой «Компас-3D» и воплотить полученные знания в материальных объектах путём печати на 3D- принтере, т.о. цель моего исследования достигнута.

Решены поставленные задачи:

• Познакомился с историей создания шашек, многообразием видов игры

• Изучил программы для 3D-моделирования

• Сконструировал трехмерные модели шашек и пазла, как основы шашечного поля

• Распечатал необходимое количество пазлов для сборки игровой доски и полный набор шашек на 3D-принтере

• Провел экономическое обоснование на изготовление моделей шашек и шахматной доски

Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что достоинства трехмерных технологий довольно ощутимы. Технологии 3D-печати дают большие возможности, для воплощения самых экстравагантных идей. Одним из важных преимуществ 3D-печати является экономия времени и средств при производстве объектов различной сложности по сравнению с традиционными способами.

В ходе исследования гипотеза «3D-моделирование, как и игра в шашки дисциплинирует мышление, воспитывает сосредоточенность, учит самостоятельно делать выводы и планировать, а ещё - развивает память, логическое мышление, пространственное воображение» полностью подтверждена. 3D технологии хорошо активизируют левое полушарие мозга, ответственное за пространственную ориентацию, интуицию и творческие способности человека.

Поэтому занятия и 3D-моделированием, и такими интеллектуальными играми как шашки, я бы очень рекомендовал школьникам.

Сам в будущем планирую учиться и развиваться в направлении 3D-моделирования, в ближайшее время изучу основы анимации (создания движущихся изображений в трехмерной цифровой среде).

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Самоучитель КОМПАС-3D V20 / А.И. Герасимов. — Санкт-Петербург: BHV-СПб, 2022. — 656 с.

2. Проектирование в системе КОМПАС: учеб. пособие для студентов технических специальностей / Н.И. Жарков, А.И. Вилькоцкий, О.В. Ярошевич. — Минск: БГТУ, 2006. — 148 с.

3. http://wwwkompas-edu.ru. Методические материалы размещены на сайте «КОМПАС в образовании».

4. https://ascon.ru Сайт фирмы АСКОН.

5. 3D моделирование что это и для чего нужно? Электронный ресурс. Режим доступа: https://dekormyhome.ru/remont-i-oformlenie/3d-modelirovanie-v-sovremennom-dizaine-interera.html

6. Что такое 3д моделирование, или как мечты превратить в реальность. Электронный ресурс. Режим доступа: https://websoftex.ru/3d-modelirovanie-chto-eto-i-dlya-chego-nuzhno/

7. [Электронный ресурс]. – URL: http://all-flesh.ru/story/3d-modelirovanie-v-21-vek

8. [Электронный ресурс]. – URL: http://ru.sport-wiki.org/

9. [Электронный ресурс]. – URL: https://catchsuccess.ru/games/kak-igrat-v-saski-s-illustraciami.html

ПРИЛОЖЕНИЕ