ТВОРЧЕСКОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ СТУДЕНТАМИ КОМПЛЕКСНЫХ КОНКУРСНЫХ ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ

Рассмотрены творческие разработки студентов, выполненные с применением комплекса графических программ и обеспечивающие оптимизацию интенсивного обучения.

Введение элементов творчества в самостоятельной работе способствует оптимизации графической подготовки студентов, так как обеспечить приобретение ими практических навыков, необходимых для профессионального владения основными компьютерными графическими методами и различными графическими программами, в рамках плановых аудиторных часов занятий по компьютерной графике в настоящее время не представляется возможным. Студент дополнительно осваивает необходимые ему для настоящей     или будущей работы конкретные графические информационные технологии и компьютерные программы. Для подтверждения знаний и выполненной работы студенту необходимо иметь соответствующую ссылку в информационной базе данных или положительную оценку после защиты собственной разработки с соответствующим документом в электронном или бумажном виде. На  кафедре графики Рыбинского государственного авиационного технического университета имени П.А. Соловьева (РГАТУ) поддерживается творческая инициатива студентов, в частности, при  выполнением итоговых курсовых работ, при участии в конкурсах, сдаче сертификационных экзаменов [1] – [5]. В дисплейных классах кафедры графики на постоянной основе применяются две лицензионные графические системы САПР. В тоже время в зависимости от потребностей студентов и инициативы преподавателей кафедры в определенные промежутки времени на 2–3-х компьютерах применяются свободно распространяемые компьютерные графические программы. В частности, такая потребность возникает при необходимости оперативной подготовки студентов к участию в конкурсах с заочным участием.

В качестве примеров ниже рассмотрены выборочные творческие графические работы, представленные на заочных конкурсах в 2016 году студентами первого курса, проходящими обучение по кафедре графики РГАТУ.

Характерным конкурсом отечественного производителя САПР является ежегодный конкурс АСКОН «Будущие АСы КОМПьютерного 3D-моделирования». На рис. 1 представлена конкурсная работа 2016 года (студентка Чернова А. А.), разработанная на основании чертежа общего вида аналогичного приспособления [6]. Работа выполнялась в развитие курсовой работы по дисциплине "Инженерная и компьютерная графика". Элемент студенческого творчества реализован в расширении функциональных возможностей базового аналога. На конкурс было достаточно представить копии экрана модели с деревом. В 2017 году конкурс сменил название, а также предложено конкурсантам, по возможности, дополнительно осуществлять визуализацию в виде фотореалистичного изображения и сделать анимацию. Фотореалистичность разработанной модели в настоящее время становится нормой. Частично это связано с разработкой новых удобных, относительно быстрых и простых способов получения таких изображений.

На рис. 2 приведена разработка (студент Петров И.), выполненная в соответствии с условиями конкурса «Autodesk Design for Automotive», предусматривающего разработку проектов гоночных автомобилей с применением Autodesk Fusion 360. Удобством данного конкурса являлось применение относительно компактной, легко осваиваемой  и нетребовательной к применяемому компьютеру программы, которая обеспечивает решение сразу нескольких специализированных задач. Эти удобства программы созданы по мнению автора данной статьи за счет применения минимально необходимого числа параметров разрабатываемой модели. Кроме этого трудоемкие расчеты вынесены в "облако". Оперативная установка вновь появляющихся графических программ, временно находящихся в свободном доступе, позволяет знакомиться студентам с новыми направлениями в информационных технологиях, в частности, с "облачными технологиями".  

Рассмотренные выше два примера предполагали использование одной основной программы соответствующего разработчика программного обеспечения. В свою очередь в учебных заведениях имеется и реализуется возможность для учащихся применять знания в разработке конкурсных проектов в зависимости от выбранного ими набора различных специализированных компьютерных графических программ, работающих в комплексе. В качестве примера ниже рассмотрена порученная автору статьи номинация "Современные информационные технологии в архитектуре" Всероссийского конкурса студенческой и учащейся молодежи «Современные информационные технологии в машиностроении, архитектуре и дизайне» с заочным участием (РГАТУ, март 2016 г.). Необходимо было разработать для данной номинации раздел соответствующего положения конкурса, задание, критерии оценки, подготовить исходные  данные. В конкурсе принимали участие команды, состоящие из 3-х участников  (1-го учащегося учреждения среднего образования и 2-х студентов учреждения высшего образования). Ниже приведены с небольшими сокращениями исходные данные, задание и критерии оценки.

Исходные данные номинации  «Современные информационные технологии в архитектуре»:

- исходные изображения объекта архитектуры (далее объекта) представлены в виде 33 фотографий исходного объекта. Исходным объектом является разрушаемый от времени подлежащий реставрации объект культурного наследия города Рыбинск "Дом жилой Филиппова, построенный в 1880 г.";

- габаритные размеры объекта: длина – 21 м, ширина – 13,4 м (по уровню окон - представлен файл с планом наружных стен первого этажа), высота –12,45 м (по верхней точке трубы). На четырех фото указаны точки, обозначенные кругами и цифрами от 1 до 17 на поверхности объекта, для которых в скобках указаны уровни в сантиметрах относительно точки 1 (нулевая отметка). Размеры получены электронным обмером. Погрешности измерений и простановки точек составляют 5 см;

- размеры проёмов окон в плоскости наружных поверхностей рам на первом этаже – 1 м х 1,7 м, на втором этаже – 1 м х 2 м. Глубина расположения плоскости наружных поверхностей рам от стены – 16 см. Двери – двухстворчатые филенчатые, размер проёма дверей – 1,5 м х 2,6 м;

- цвет рам окон, откосов окон, откосов дверей, лепнины, выступающих элементов –  белый. Поверх кирпичной кладки необходимо восстановить штукатурный слой с охристым колером. Цвет окраски других элементов объекта выбираются на основе имеющихся фото и исходя из эстетических соображений c преобладанием охристого колера. Сливы крыши и окон, козырьки, конёк крыши, угловые сливные трубы – оцинкованное железо. Крыша покрыта листами материала "под шифер".

Задание:

1. В  растровом редакторе преобразовать четыре фотографии объекта к изображениям, близким к ортогональным проекциям объекта, представляемым на чертеже фасада – исправить перспективу. На исправленных фото размеры должны соответствовать исходным данным. Вертикальные линии здания должны быть вертикальны. На двух фото горизонтальные линии здания должны быть горизонтальны, на двух других фото с угла здания горизонтальные линии здания должны быть параллельны. Результат данного раздела задания – четыре статические растровые изображения в формате jpeg размерами в пикселях 3200х2400. Габаритные размеры в миллиметрах соответствующего изображения здания должны с точностью до 0,2 м соответствовать исходным данным габаритных размеров объекта;

2. На основе исходных данных и преобразованных фотографий разработать трёхмерную электронную геометрическую модель  объекта. Должна быть смоделирована геометрия наружной «отреставрированной» поверхности объекта. Геометрия модели должна отображать внешний вид, который должен принять, по мнению конкурсантов, объект после возможной реставрации. Элементы лепнины выполнить на двух фасадах. Предусмотреть разрушаемые от времени архитектурные элементы. Форму и размеры геометрических элементов объекта необходимо оставить без изменений.  Над дверями предусмотреть козырёк с витыми кованными боковыми упорами. Предусмотреть под крышей сливы и по углам сливные трубы. Нанести текстуру на отдельные поверхности в соответствии с исходными данными.

Разработать фотореалистичные статические и одно анимационное изображения полученной трёхмерной электронной модели  объекта. Предусмотреть источники света, камеру и полый прямоугольный параллелепипед, внутри которого должны располагаться разработанная геометрическая модель объекта и камера. Результат задания – 5 фотореалистичных статических изображений размером 3200х2400 пикселей в формате jpeg и одно анимационное размером 640х480 пикселей в формате avi. Допускается снижение размеров 5 фотореалистичных статических изображений до размером 1024х768 пикселей и одного анимационного до размера 320х240 пикселей с учётом небольшого снижения общей оценки. Четыре статические изображения необходимо получить при расположении камеры на высоте 1,5 метра со всех четырёх углов объекта, чтобы просматривались все разработанные элементы. Пятое статическое изображение предназначено для детального просмотра лепнины и других мелких элементов геометрии. Пятисекундная анимация с частотой 25 кадрами в секунду (125 кадров в файле avi) должна включать облет по замкнутой траектории камерой объекта с материалами и тенями. Замкнутая траектория должна проходить выше уровня конька крыши, и в анимации должны максимально просматриваться геометрические элементы здания;

3. Разработать изображение одного фасада в соответствии с ГОСТ 21.501-93 «Система проектной документации для строительства.  Правила выполнения архитектурно-строительных рабочих чертежей» без основной надписи, дополнительных граф и рамки чертежа. На изображении необходимо показать элементы геометрии (лепнина и др.) с окраской. Результат задания – статическое в виде файла размерами не менее 3200х2400 пикселей изображение фасада с отображением геометрии и окраски элементов.

Ставилась задача разработки в учебном варианте графического проекта, предназначенного для обсуждения вопроса о возможной реставрации объекта архитектуры. Таким образом, моделировалась ситуация о возможности  выполнения относительно дешевой разработки за счет оперативного ее выполнения сроком не более двух дней доступными средствами и временно созданной малочисленной группой разработчиков не более трех человек.

Подготовка к конкурсу учащимися начиналась с выбора нескольких программных продуктов, наиболее удобных с их точки зрения для выполнения работ. После выбора информационного обеспечения осуществляется подготовка во внеаудиторные часы занятий в соответствии с общей информациях о заданиях, описанных в заранее опубликованном положении.

В заданиях предполагалось использование конкурсантами основных методов компьютерной графики - растровой графики для преобразования фотографий и формирования итоговых файлов визуализации, векторной двумерной графики для разработки изображения фасада и заготовок поверхностей здания, векторной трехмерной графики - для разработки модели здания и формирования его окружения.

На рис. 3 и 4 в качестве примеров представлены выборочно два изображения, полученные совместной командой РГАТУ и  ГОУ СПО Рыбинский полиграфический колледж.

Необходимость комплексного применения различных графических компьютерных методов и программ предъявляла к конкурсанту требования, соответствующие требованиям к разностороннему специалисту в области компьютерной графики.

Использование различных форм дополнительного образования, в том числе участие в конкурсах, способствует оптимизации самостоятельного обучения и выбору учащимися необходимого информационного обеспечения для выполнения графических работ в учебном заведении и в своей дальнейшей производственной деятельности

Список литературы

1. Шевелев Ю. П., Токарев В. А. Эффективность комплексного применения в профессиональной подготовке специалистов различных типов графических программ при разработке геометрических моделей // Геометрия и графика. –  2013. – Vol. 1. Iss. 3–4. – C. 40–43. DOI: 10.12737/2132.
2. Токарев В. А., Шевелев Ю. П. Комплексная графическая подготовка в инженерном образовании // Труды Международной научно-практической конференции «Информатизация инженерного образования» — ИНФОРИНО-2016 (Москва, 12—13 апреля 2016 г.). — М.: Издательский дом МЭИ, 2016. С. 227 – 228.
3. Кащеева П. В., Шевелев Ю. П., Токарев В. А. Организация, проведение и итоги студенческой олимпиады «Инженерная и компьютерная графика» в ФГБОУ ВПО «РГАТУ имени П. А. Соловьева» // Проблемы качества графической подготовки: традиции и инновации. Материалы V  Международной научно-практической интернет-конференции. (г. Пермь, февраль – март 2015 г.). Выпуск 2. Изд. ПНИПУ, 2015. С. 403 – 410.
4. Токарев В. А., Шевелев Ю. П., Ширяева Т. В.  Сертификация пользователей графических программ в вузе // Проблемы качества графической подготовки: традиции и инновации. Материалы V  Международной научно-практической интернет-конференции. (г. Пермь, февраль – март 2015 г.). Выпуск 2. Изд. ПНИПУ, 2015. С. 517 – 522.
5. Токарев В. А. Оптимизация форм самостоятельного образования по компьютерной графике в техническом вузе // Инновационные технологии в инженерной графике: проблемы и перспективы: сборник трудов Международной научно-практической конференции 20 апреля 2016 года Брест, Республика Беларусь, Новосибирск, Российская Федерация / отв. ред. Т.Н. Базенков. – Брест: БрГТУ, 2016. С. 160-162.
6. Боголюбов С. К. Задание по деталированию. Альбом чертежей. М., Машиностроение, 1973. С. 17.

Рисунки к докладу

Конкурсная работа "Съемник винтовой"

Фотореалистичное изображение геометрической модели конкурсной работы

Элемент выполненного задания конкурса "Изображение фасада"

Элемент выполненного задания "Изображение трёхмерной электронной геометрической модели  объекта"

Головнин Алексей Алексеевич (16 марта 2017 г. 23:04)	Здравствуйте Светлана Вениаминовна, Андрей Викторович, Юрий Петрович! Здравствуйте Владимир Адольфович! Вопросы, наверное, сразу по двум очень интересным докладам! На проведенном Вашей кафедрой прошлой весной дистанционном конкурсе комплексных графических работ, как мы поняли, был задуман командный принцип участия. Два студента вуза и один колледжа. Причем, как мы поняли уже после участия, подразумевалось выполнение одной общей работы совместными усилиями троих. Это сильно отличается, например, от проводимой в МИТХТ олимпиады, где каждый борется сам за себя, а результат, показанный командой, определяется суммированием результатов четверых участников. Правильно ли мы теперь это поняли, что подразумевалась совместная работа членов команды над одним проектом? Если так, то подразумевалось ли знакомство членов команды до участия конкурса? Какие новые цели Вы преследовали именно такой организацией? Какая форма организации работы членов команды подразумевалась, особенно в самом начале работы, когда нужно сделать совместный выбор конструкции (в машиностроительном конкурсе)? Известны ли Вам другие конкурсы на таком принципе, и учитывали ли Вы такой опыт, если он вам известен? Спасибо за предоставленную возможность хорошим студентам померяться силами со своими сверстниками из других вузов со всей страны. Мы знаем, что это большой труд. С уважением Головнин А.А.
Токарев Владимир Адольфович (17 марта 2017 г. 12:35)	Здравствуйте уважаемый Алексей Алексеевич! Благодарю Вас за положительную оценку труда! Мне была поручена номинация "Современные информационные технологии в архитектуре". Постарался в соответствующем разделе Положения максимально детально описать набор принципиально различных задач, которые необходимо решать творческой временно созданной малочисленной группе разработчиков не более трех человек, при совместной деятельности над одним комплексным проектом. Поэтому сразу после рассылки Положения осуществлялся подбор и подготовка участников конкурса, подбор и установка различного программного обеспечения для выполнения комплексной работы. Разрабатывались и опробовались шаблоны под конкретные задачи работы. Осуществлялись пробные прогоны решением аналогичных задач для выбора режимов, способных в указанные в Положении сроки обеспечить выполнения комплекса связанных работ. Ввиду того, что ставилась разноплановая задача, привлекались студенты с различными компьютерными графическими увлечениями (специализациями). Найти среди студентов одного специалиста широкого профиля, владеющего навыками в работе в комплексе принципиально различных компьютерных программ, затруднительно. Это одна из причин привлечения коллектива учащихся. Поздравляю ещё раз от себя лично Ваших студентов 1 курса ФГБОУ ВО Тверской государственный технический университет Райнгач Эмму Эдуардовну и Кафтанова Ивана Дмитриевича, представивших под Вашим Алексей Алексеевич вместе с Вашим коллегой Казичевым Игорем Николаевичем руководством прекрасную творческую работу, вошедшую в тройку призёров конкурса.   С уважением Токарев Владимир Адольфович
Кокарева Яна Андреевна (17 марта 2017 г. 13:07)	Уважаемый Владимир Адольфович, спасибо за интересный обзор очень интересного творческого конкурса. Радует, что первокурсники и студенты колледжей имеют такой высокий уровень подготовки. По Вашим словам, я поняла, что у Вас предусмотрен курсовой проект по дисциплине "Инженерная и компьютерная графика"? Расскажите, пожалуйста, сколько у Вас часов выделяется на дисциплину и тематику курсовых. С уважением, Кокарева Я.А.
Токарев Владимир Адольфович (17 марта 2017 г. 15:45)	Здравствуйте уважаемая Яна Андреевна! Спасибо за Ваш оптимистичный отзыв! Творческие возможности студентов, проходящих обучение по кафедре графики РГАТУ, частично реализуются при выполнении курсовых работ по инженерной и компьютерной графике. Курсовые работы предусмотрены учебными планами для нескольких специальностей. Введению курсовых работ способствовало приобретение на авиационном предприятии соответствующей специальной оснастки: для кузнечных специальностей – штампов листовой штамповки, для литейных – пресс-форм для литья по выплавляемым моделям, для общемашиностроительных – кондукторов, а также были изданы соответствующие учебные пособия. В прошедшем семестре вёл и принимал курсовую работу у студентов литейной специальности. Курсовая работа предусмотрена внутри дисциплины "Компьютерная графика" с 36 аудиторными лабораторными занятиями. Кроме этого у этой специальности есть дисциплина "Начертательная геометрия " - 54 аудиторных часа занятия (18 лекций и 36 лабораторных работ для дневного обучения). На дисциплины "Начертательная геометрия" и "Компьютерная графика" отведён первый семестр. Каждому студенту по курсовой работе выдавался чертёж отливки, аналогичная пресс-форма в металле и бланк-задание, в котором приводился перечень работ. Необходимо было разработать комплект конструкторских документов на проектирование и изготовление пресс-формы. Одновременно благодарю Вас за интересные обстоятельные научные доклады АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОСНОВЕ КООРДИНАЦИИ ПРОСТРАНСТВА ВИНТОВЫМИ и ЭЛЛИПТИЧЕСКИМИ ЛИНИЯМИ и ПРИКЛАДНАЯ ГЕОМЕТРИЯ В СОВРЕМЕННОЙ УКРАИНЕ, вызвавшие огромное количество откликов на данной конференции. С уважением Токарев Владимир Адольфович