Трёхмерное моделирование. О руководителе научного направления. N-разрядный регистр на RS-триггерах в переходной схемотехнике
Применение 3d-принтера на уроках информатики
Лунева София Николаевна,
учитель информатики и ИКТ,
МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №21» г. Старый Оскол
PICASO 3D Designer
http://picaso-3d.com/
Класс Тема урока Тема практической
7 Модели объектов и их назначение «Создание крепости из графических примитивов программы 123D Design»
7 Информационные модели «Использование инструментов Extrude, Text для создание именного брелока в программе 123D Design».
9 Графические модели «Смоделировать судно или машину с использованием следующих инструментов: рolyline, spline, extrude без использования готовых фигур в программе 123D Design»
10 Формализация и визуализация моделей. «Инструменты split solid, chamfer, loft в моделировании Робота-трансформера в программе в программе 123D Design»
10 Компьютерное исследование моделей «Режим Скульптинг для создания моделей животных в программе Blender»
Дизайнерские часы
1 этап. Дизайн
2 этап. Чертеж
3 этап. Печать
3 этап. Сбор и покраска моднли
Декоративный вентилятор «Мельница»
Цель проекта: Создание портативного вентилятора, необычной формы.
Задачи проекта: 1. Используя знания в области физики, подготовить составляющие цепи для пуска двигателя.
2. Собрать цепь, состоящую из двигателя, батарейки и тумблера.
3. Изучить инструменты программы 123D Design для создания частей мельницы (основания пирамиды, короба, лопастей).
4. Сборка мельницы и цепи.
Моделирование и печать
Ночник «Маяк»
Старооскольская игрушка
Цель проекта: Возрождение народных традиций Белгородской области посредством создания модели глиняной расписной игрушки в соответствии с образами игрушек старооскольских мастеров. Приобретение навыков работы с 3d-редактором Blender в режиме Скульптинг.
Задачи проекта: 1. Поиск информации об особенностях и традициях изготовления старооскольской глиняной игрушки: форма, образы и декор. 2. Поиск информации об особенностях росписи старооскольской глиняной игрушки: основные цвета и элементы, их значение.
3. Поиск подходящих инструментов в программе Blender для создания модели в соответствии с традициями изготовления.
4. Создание модели из пластилина, для того чтобы прочувствовать особенности работы с формой и ее пропорциональные соотношения.
5. Создание моделей в программе Blender.
6. Роспись моделей в соответствии с традициями росписи старооскольской игрушки.
5. Создание платформы для размещения проекта.
6. Печать проекта на 3d-принтере.
4. Роспись проекта акриловыми красками.
5. Сборка проекта.
Построение пластилиновой модели согласно традициям:
Изображения людей - монолитные, скупые на детали - близки древним примитивным фигуркам. Неширокая юбка-колокол у барынь плавно переходит в короткое узкое тело и завершается конусообразной головой, составляющей одно целое с шеей. Головы фигурок венчают затейливые шляпки с неширокими полями.
Режим Скульптинг в Blender
Используется для создания персонажей
Используя команду Subdivide, которая доступна при нажатии клавиши W в режиме редактирования в 3D-окне, подразделяем объект.
Разнообразие кистей в Blender
Настройка размера и силы нажатия кисти
Grab используется, чтобы тащить группу точек, ближних к кисти.
Inflate (Надувать)
Солнечные часы
Математический тир
Цель исследования: Научиться строить чертежи, используя транспортир и свойства различных углов. Задачи исследования: Изучить учебную и научную литературу по теме исследования.
Смоделировать и распечатать стойки для зеркал, мишень и стойку для направления луча.
Провести эксперимент не используя расчеты.
Построить чертежи в натуральную величину, используя расчеты и свойства различных углов.
Разработать алгоритм их построения.
Каждый из участников исследования строит свой чертеж для исследования путем проб и ошибок оптимизируя задачу. Чертеж 30 градусов: 1. Чертеж начинается от тумбы с лазерной указкой. 2. Стойку № 1 располагают перпендикулярно тумбе. 3. Луч (схематично) направляют от тумбы под углом 30 градусов касания стойки (производится коррекция положения стойки так, чтобы луч попадал посередине стойки). Длина стойки № 1 = 9 см. 4. Рассчитываем угол падения следующим образом 180-30-90, так как стойка и тумба образуют прямоугольный треугольник. 5. Угол отражение должен быть равен углу падения, строят его используя транспортир. 6. Дальнейшее построение можно вести симметрично, только от мишени. 7. В итоге образуется пересечение лучей для второй стойки, остается рассчитать как ее правильно расположить и наметить место для ее расположения. 8. Узнаем с помощью транспортира угол a, рассчитываем какими должны быть углы падения и отражения (180 – a)/2 – каждый, так как они и угол a являются частью развернутого угла, на котором должна стоять стойка № 2. 9. Достраиваем развернутый угол
«Информационное моделирование» - Табличные модели. Что такое моделирование. Таблицы свойства «объект- свойство». Карту можно назвать информационной моделью местности. Графические информационные модели. Карта как информационная модель. Таблицы типа «объект- объект»(дороги). Во-первых, карта описывает конкретную местность. Двоичные матрицы(факультативы).
«Проекты по моделированию» - Формализация как важнейший этап моделирования Расчет геометрических параметров объекта. Информационное моделирование как метод познания Основные этапы построения моделей. Следующая статья в том же словаре: «Проектировать – 1) составлять проект; 2) предполагать сделать что-либо, намечать план» . Что же такое проект?
«Компьютерное моделирование» - Научная работа студентов. Пример программы, разработанной в рамках магистерской и кандидатской диссертации «Исследование и разработка методов компьютерного моделирования и обработки интерферограмм». Моделирование волоконно-оптических элементов. Пример программы и результаты исследований, выполненных в рамках магистерских и кандидатской диссертаций, посвященных разработке Волоконно-оптических преобразователей для датчиков температуры и давления.
«Математическое моделирование» - 2. Методика преподавания. Математические модели в сельском хозяйстве. 3. Типология математических моделей. 1. Цели и содержание курса. Франс Дж., Торнли Дж. Матрица потребности в предшественниках (пример). 4. Моделирование минерального питания. Первая модель. 5. Моделирование сочетания культур. Учебные материалы в сети Internet.
«Моделирование ночной сорочки» - Модель №4. Художник-модельер. Моделирование Вырез горловины Обтачка Волан. Презентация. Изменение деталей чертежа изделия в соответствии с выбранным фасоном называется моделированием. Назначение Сезонность Особенности фигуры человека. Модель №1. При моделировании изделия художнику необходимо учитывать:
«Моделирование 3-d наносхемотехники» - Компонент схемотехники - физический переход между материалами с различными свойствами. Rs-триггер в переходной схемотехнике. Представлен новый подход к пониманию и освоению свойств трехмерных интегральных схем. Моделирующее программное обеспечение. Теоретические основы переходной схемотехники (ТОПС 1).
Те объекты, которые мы видим вокруг себя: чашку, кота, монитор, книги, можно потрогать руками, изменить их. Значит они вполне реальны. Даже ветер вполне реальное явление, ведь его воздействие может изменять объекты. Реальные объекты всегда подчиняются физическим законам.
Программист создает математические описания (представления) объектов и явлений реального или выдуманного им мира, но не сами объекты и явления. Такие представления и называют виртуальными объектами, т.к. они существуют лишь в памяти компьютера (вне памяти виртуальных объектов просто нет).
М ОДЕЛИРОВАНИЕ В процессе моделирования создаются объекты-модели, цель которых заместить объект-оригинал при изучении. При этом модель должна содержать значимые для данного исследования (опыта) черты (свойства) оригинала, а незначительные для данного исследования можно опустить (игнорировать).
Ч ЕТЫРЕХМЕРНОЕ ПРОСТРАНСТВО И СРЕДЫ ТРЕХМЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Известно декартово представление пространства как трех взаимно перпендикулярных осей (измерений): X, Y и Z (длины, ширины и высоты). Изменение объектов также происходит вдоль четвертого измерения – времени. Таким образом, мы получаем четырехмерное пространство, в нем и существуют реальные объекты.
Для того, чтобы смоделировать четырехмерное пространство на компьютере существуют среды трехмерного моделирования. Такая среда позволяет моделировать область пространства, наблюдать его из различных точек (изменять угол зрения), передвигать и изменять объекты. Во многих средах трехмерного моделирования можно не только создавать объекты, но и анимировать их (изменять их положение и свойства во времени).
Компьютерных программ, позволяющих создавать трехмерную графику достаточно много. Одной из них является Blender, изучению некоторых основ работы с которым посвящён данный курс. Blender свободный пакет для создания трёхмерной компьютерной графики, включающий в себя средства моделирования, анимации, рендеринга, постобработки видео, а также создания интерактивных игр
Blender, по-сравнению с другими средами трёхмерного моделирования, обладает двумя видимыми преимуществами: 1.Бесплатность распространения и свобода копирования. 2. Наличие движка, позволяющего создавать анимацию реального времени (интерактивные модели).
Слайд 2
Актуальность
- Нанотехнологии и нанонауки, многофункциональные материалы, основанные на новых знаниях и предназначенные для новых производственных процессов и устройств.
- Промышленность и общество могут извлечь пользу из новых знаний посредством разработки новых продуктов и технологических процессов.
- Необходима согласованность национальных исследовательских программ и инвестиций. Это должно гарантировать обеспечение страны командами и соответствующей инфраструктурой, нацеленными на решение актуальных задач.
Слайд 3
Прошлое и настоящее схемотехники
Слайд 4
Настоящее и будущее схемотехники
Слайд 5
Новизна
Представлен новый подход к пониманию и освоению свойств трехмерных интегральных схем.
Разработана соответствующая подходу схемотехника.
Разработано программное обеспечение, позволяющее синтезировать новые интегральные структуры, а также «совершать экскурсию» внутрь интеллектуального кристалла и «гулять» там.
Слайд 6
Теория
- Разработана переходная схемотехника для 3-d СБИС.
- Компонент схемотехники - физический переход между материалами с различными свойствами.
- Математические модели интеллектуальных элементов содержат минимальное количество переходови физических областей с различными свойствами.
- Некоторые модели «совпадают» по структуре с органическими молекулами, имеющими те же логические функции.
Слайд 7
Теоретические основы переходной схемотехники (ТОПС 1)
Математической моделью функционально-интегрированного элемента (ФИЭ) является неориентированный граф G (X, А, Г), где: X = (х1, х2, …хN) – множество вершин, А = (а1,а2,…аМ) – множество ребер.
Предикат Г является трехместным предикатом и описывается логическим высказыванием Г (xi, ak, xj), которое означает, что ребро aк соединяет вершины хi и xj.
Слайд 8
ТОПС 2
Элементу множества вершин хi соответствует часть интегральной структуры
в которой
Тi определяет качественный состав части интегральной структуры,
Fi – элемент функционального множества.
Т = {Ti}(i=1,n) = (p,n,p+,n+,…SiO2, Al, Ga…) = П U Д U М –
множество элементов типа частей структуры (р – полупроводниковая область р-типа, n – полупроводниковая область n-типа, SiO2 – область двуокиси кремния, Аl – область алюминия, Ga – область галия и т.д.),
П – подмножество областей полупроводников, Д – подмножество областей диэлектриков, М – подмножество проводников.
Слайд 9
ТОПС 3
Функциональное множество F = Fy U FH состоит из двух подмножеств: Fy = {Fyi} = (E1,…,Ek1,I1,…,Ik2,φ1,…,φk3…) подмножества управляющих воздействий в виде напряжения Еi, тока Ij, света φк и FH = {FHi} = (вх1,…,вхm,вых1,…,выхn) подмножества назначения, задающего входные и выходные функции областям из подмножества Т, по отношению к которым определяются передаточные характеристики элементов. N – число областей интегральной структуры, размерность элемента.
Слайд 10
ТОПС 4
Элементам множества ребер ак, аi соответствуют переходы между различными частями интегральной структуры, выполняющие определенные функции, причем существуют
xi, xj (хi ≠ xj & Г (xi , ак, xj) & Г (xj , ак, xi).
Примерами переходов – компонентов переходной схемотехники – являются:
- Пi – Пj переход - переход между полупроводниками, например, р – n переход, переход между полупроводниками р и n типа, выполняющий диодную функцию,
- Пi – Дj переход - переход между полупроводником и диэлектриком,
- Пi – Мj переход - переход между полупроводником и металлом (диод Шоттки), переходы между прозрачными и непрозрачными слоями в оптоэлектронных элементах, мембраны в биологических элементах и т.д,
- Инциндентор Г (xi, ak, xj) означает, что область xi, имеет с областью xj физическую границу – переход ak.
Слайд 11
ТОПС 5
Графовые модели интегральных элементов могут представлять собой деревья, а могут содержать и циклы.
цепь открытий и изобретений, давших три последних поколения вычислительных машин, всего лишь начальные элементы таблицы оптимальных математических моделей элементов переходной (p-n) схемотехники.
Слайд 12
ТОПС 6. Генерация структур
Процедура генерации структурных формул интегральных структур по математической модели элемента переходной схемотехники: а) – структурная формулаэлемента И-НЕ, б) – структура элемента, выполненного по эпитаксиально-nланарной технологии, в) – структурная формула И-НЕ, г) – структура элемента с локальными эпитаксиальными областями, д) – структурная формула И-НЕ, е) – структура элемента с многослойной (трехмерной) конструкцией
Слайд 13
Пример проектирования ФИЭ
а) – математическая модель (объединение двух n-p-n транзисторов по эмиттерам и коллекторам),
б) – вертикальнаяоптимальная интегральная структура,
в) – вертикальнаяструктура с разбиениемвершины nвых,
г) – горизонтальнаяструктура на изоляторе
Уравнение синтеза
Слайд 14
RS-триггер в переходной схемотехнике
Уравнение синтеза
RS-триггер в переходной схемотехнике:
а) – структура,
б) – топология
Слайд 15
N-разрядный регистр на RS-триггерах в переходной схемотехнике
а) – уравнение синтеза,
б) – ДНК,
в) – интегральная структура,
г) – топология одного разряда
Слайд 16
Биочипы (подобие углеродной и кремниевой переходных схемотехник)
На рисунке показан синтез комплиментарной цепи ДНК из нуклеотидов, модели которых удивительно похожи на математические модели триггеров в переходной схемотехнике.
Слайд 17
Программное обеспечение (ПО 1)
SGenerator –генерация 2-d интегральной структуры по математической модели ФИЭ
Слайд 18
Программное обеспечение (ПО 2) –Perspective –3-d визуализация (пример 1)
Слайд 19
Программное обеспечение (ПО 2) –Perspective –3-d визуализация (пример 2)
Слайд 20
Программное обеспечение (ПО 2) –Perspective –3-d визуализация (пример 3)
Слайд 21
Программное обеспечение (ПО 2) –Perspective –3-d визуализация (пример 4)
Слайд 22
Программное обеспечение (ПО 2) –Perspective –3-d визуализация (пример 5)
Слайд 23
Программное обеспечение (ПО 2) –Perspective –3-d визуализация (пример 6)
Слайд 24
Программное обеспечение (ПО 2) –Perspective –3-d визуализация (пример 7)
Слайд 29
О руководителе научного направления
- Трубочкина Надежда Константиновна - доктор технических наук, профессор, Россия, Москва, МИЭМ, кафедра вычислительных систем и сетей.
- Работает в области информационных, компьютерных и интернет-технологий, занимается теоретическими разработками в области переходной схемотехники для 3-d СБИС.
- Автор более 80 научных работ и изобретений в области создания элементной базы и программного обеспечения для проектирования компьютерных систем.
- Читает лекции в Московском институте электроники и математики по компьютерной схемотехнике и Web-дизайну. Ведет курс в интернете по Flash-технологиям.
Слайд 30
Контакты:
Адрес: Россия, 121109, Москва, Московский институт электроники и математики (МИЭМ), Б.Трехсвятительский пер., 3/12, кафедра «Вычислительные системы и сети» (ВСиС)
Тел.: 916-8909
Посмотреть все слайды
1 слайд
ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ Подготовила: мастер производственного обучения ГБОУ НПО ПЛ №114 МО г.Орехово-Зуево Медведева Юлия Алексеевна
2 слайд
3D - трёхмерная графика Трёхмерная графика (от англ. 3 Dimensions - рус. 3 измерения) - раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов.
3 слайд
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.
4 слайд
Трехмерная модель Модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).
5 слайд
Применение 1. Трёхмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности, например в системах автоматизации проектных работ, архитектурной визуализации, в современных системах медицинской визуализации.
6 слайд
Применение 2. Самое широкое применение - во многих современных компьютерных играх. 3. Также как элемент кинематографа, телевидения, печатной продукции.
7 слайд
Программное обеспечение Autodesk 3D Studio Max Autodesk Maya Autodesk Softimage Maxon Computer Cinema 4D Blender Foundation Blender Side Effects Software Houdini Luxology Modo NewTek LightWave 3D Caligari Truespace Maxon Cinema 4D 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:
8 слайд
Получение трехмерного изображения на плоскости 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.
9 слайд
Трехмерные дисплеи Трёхмерные, или стереоскопические дисплеи, (3D displays, 3D screens) - дисплеи, посредством стереоскопического или какого-либо другого эффекта создающие иллюзию реального объёма у демонстрируемых изображений. Просмотр видеоролика.
10 слайд
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. 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 Просмотр ролика «IMAX 3D – как показывают объемное кино»
11 слайд
3D-принтер Устройство, использующее метод создания физического объекта на основе виртуальной 3D-модели. 3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта. Просмотр видеоролика.
12 слайд
КОНЕЦ Подготовила: мастер производственного обучения ГБОУ НПО ПЛ №114 МО г.Орехово-Зуево Медведева Юлия Алексеевна
13 слайд
Литература Дж. Ли, Б. Уэр. Трёхмерная графика и анимация. - 2-е изд. - М.: Вильямс, 2002. - 640 с. Д. Херн, М. П. Бейкер. Компьютерная графика и стандарт OpenGL. - 3-е изд. - М., 2005. - 1168 с. Э. Энджел. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL. - 2-е изд. - М.: Вильямс, 2001. - 592 с. В. П. Иванов, А. С. Батраков. Трёхмерная компьютерная графика / Под ред. Г. М. Полищука. - М.: Радио и связь, 1995. - 224 с. - ISBN 5-256-01204-5 Г. Снук. 3D-ландшафты в реальном времени на C++ и DirectX 9. - 2-е изд. - М.: Кудиц-пресс, 2007. - 368 с. - ISBN 5-9579-0090-7
14 слайд
Источники видеороликов «История создания трехмерной графики» http://www.youtube.com/watch?v=ttkojcjwV7c «IMAX 3D – как показывают объемное кино» http://www.youtube.com/watch?v=RWGjW2_L6iA «3D принтеры. Официальный сайт телепередачи Галилео» http://www.youtube.com/watch?v=PC5pa2xOlb8
15 слайд
Источники изображений Слайд 1: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ec/Glasses_800_edit.png/300px-Glasses_800_edit.png http://kinobizon.ru/wp-content/uploads/2012/04/3D-glasses-anaglyph.jpg Слайд 2: http://ооопроектирование.рф/images/stories/diz/RS.jpg http://www.compbegin.ru/data/image/3ds_max.png Слайд 3: http://www.simpleanimation.com/images/3d-graphycs-animation-40.jpg http://www.cgliberty.com/articles/3d/3dbest7/3dsMax.png Слайд 4: http://mir3d.org.ua/uploads/posts/2011-10/1318621987_ducati.jpg http://lipkiy.ru/uploads/1268602113_sunsystem.jpg Слайд 5: http://sono-design.ru/uploads/portfolio/959983810.jpg https://st.free-lance.ru/users/shonsu/upload/f_4d63938be996d.jpg Слайд 6: http://do-films.ru/wp-content/uploads/2009/11/avatar-2.jpg http://wallpapers.artdesign.dn.ua/main.php?g2_view=core.DownloadItem&g2_itemId=9812&g2_serialNumber=3 Слайд 7: http://www.mir3d.ru/articles/img/2009/07/MAya/Maya_screen_shot_01.jpg Слайд 9: http://3dliga.ru/prod/images/3Dvision.png http://www.hdtv.ru/uploads/posts/2011-01/1294158334_sams2.jpg Слайд 10: http://freelibs.com/sites/default/files/field/image/imax.jpg http://sub-info.ru/wp-content/uploads/2012/06/3D.jpg Слайд 11: http://trendymen.ru/images/old/business/markets/images_3/Printer3.jpg http://3.bp.blogspot.com/-X2i9XKDzADU/UJTU5Draf7I/AAAAAAAAAG8/OI_samxWHqA/s1600/skull-2.jpg