Урок 4
Моделирование в среде графического редактора

Конструирование — разновидность моделирования

Часто объект, подлежащий моделированию, можно разбить на более мелкие детали. Дом состоит из кирпичей или строительных блоков, механизм — из отдельных узлов. Если разработать набор типовых деталей, то на его основе можно создавать разные объекты. Такая деятельность получила название конструирования.

Конструирование — один из способов моделирования. Оно предполагает разработку совместимых типовых элементарных объектов (деталей) и создание более сложных объектов из этих деталей.

Этот процесс упрощается, если использовать компьютер. Для моделирования из любых готовых элементов удобно создать в любой графической среде так называемое меню готовых форм. Иногда для создания такого меню требуется много времени. Но затраты оправдываются. Меню готовых форм облегчает работу и освобождает время для творчества.

На примере задачи «Моделирование паркета» рассмотрим этапы создания на компьютере меню типовых совместимых деталей и конструирование из них.

ЗАДАЧА 1.10. Моделирование паркета

I этап. Постановка задачи

ОПИСАНИЕ ЗАДАЧИ

В Санкт-Петербурге и его окрестностях расположены великолепные дворцы-музеи, в которых собраны произведения искусства великих русских и европейских мастеров. Помимо прекрасных творений живописи, скульптуры, мебели здесь сохранились уникальные образцы паркетов.

Эскизы этих паркетов создали великие зодчие. А реализовали их идеи мастеровые-паркетчики.

Паркет составляется из деталей разной формы и породы дерева. Детали паркета могут различаться по цвету и рисунку древесины. 

Из этих деталей паркетчики на специальном столе собирают блоки, совместимые друг с другом. Из этих блоков уже в помещении на полу компонуется реальный паркет.

Одна из разновидностей паркетов — из правильных геометрических фигур (треугольников, квадратов, шестиугольников или фигур более сложной формы). В различных сочетаниях детали паркета могут дать неповторимые узоры. Представьте себя в роли дизайнера паркета, выполняющего заказ.

ЦЕЛЬ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Разработать эскиз паркета.

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ЦЕЛИ

Разработать набор стандартных деталей паркета (рисунок 1.9). Разработать стандартный паркетный блок из деталей.

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧИ

Объектом моделирования является геометрический паркет, составленный из стандартного набора правильных многоугольников. Детали должны быть совместимы, то есть иметь единый типоразмер — длину стороны многоугольника а.

II этап. Разработка модели

ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ

КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ

Для моделирования набора совместимых деталей, паркетных блоков и паркета в целом можно использовать среду программирования на языке Лого или графический редактор. 

Для обеспечения совместимости деталей используйте алгоритмы, разработанные ранее.

МОДЕЛЬ 1. Моделирование геометрических объектов с заданными свойствами для создания стандартного набора деталей паркета с совместимыми размерами

Полный набор деталей, необходимых для моделирования (рисунок 1.10), создайте самостоятельно, используя возможности поворотов и отражений фрагментов. Для создания квадрата, наклоненного на 60° и 30°, используйте собственный алгоритм.

Готовые фигуры раскрасьте, имитируя фактуру различных пород дерева.

МОДЕЛЬ 2. Моделирование паркетного блока

Созданное меню сохраните в файле «Меню паркета» и защитите от записи.

Количество деталей в паркетном блоке зависит от размера стороны многоугольника.

Блоки могут компоноваться из деталей одной, двух или трех разновидностей. На рисунке 1.11 изображены небольшие блоки из разного количества и ассортимента деталей.

МОДЕЛЬ 3. Компоновка паркета из созданных блоков

Паркет собирается из готовых блоков на полу. Образовавшиеся пустоты в углах и у стен заделываются деталями из стандартного набора.

Компьютерный эскиз паркета формируется по такому же принципу на рабочем поле графического редактора, с использованием его возможностей при работе с фрагментами рисунка.

Возможные образцы паркетов, составленных на основе созданных блоков, представлены на рисунке 1.12. 

Ill этап. Компьютерный эксперимент

ПЛАН ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Тестирование стандартного набора деталей — проверка совместимости.

2. Разработка паркетного блока.

3. Тестирование блоков — проверка их совместимости.

4. Моделирование эскизов паркета.

ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Разработайте несколько вариантов паркетного блока и эскизов паркета.

2. Предложите их на выбор заказчику.

IV этап. Анализ результатов

Если вид объекта не соответствует замыслу заказчика, вернуться к одному из предыдущих этапов: разработать другой набор деталей, или выбрать другие детали из набора, или создать другой блок из выбранных деталей.

Если вид паркета удовлетворяет исполнителя и (или) заказчика, принимается решение о разработке чертежей в реальном масштабе и подборе материалов.

ЗАДАЧА 1.11. Компьютерное конструирование из мозаики. Создание меню мозаичных форм

Как вы уже узнали из предыдущих тем, в графическом редакторе возможно конструирование.

У любого ребенка среди игрушек есть мозаика, из которой можно получить разнообразные узоры и изображения. Мозаика способствует развитию ребенка, и мозаичные построения — это первые попытки детей моделировать окружающий мир согласно своим представлениям. Но мозаика — не только детская игрушка. 

Мозаичные узоры можно выполнять из метлахской и керамической плитки для украшения ванных комнат, например. Взяв за основу детали из ткани, можно сшить лоскутное одеяло или подушку.

Где еще используется моделирование (конструирование) из набора плоских деталей, подобных элементам паркета или мозаики? Все вы видели картонных кукол, у которых меняются платья, брюки и шляпки. Это своеобразный «набор юного модельера». Подобным моделированием занимаются не только дети, но и взрослые.

 

Милиционеры составляют фотороботы преступников из набора изображений глаз, усов и носов. С помощью компьютерной программы с набором картинок модных причесок парикмахер поможет клиенту подобрать прическу. Художнику или дизайнеру моделирование из плоских деталей поможет придумать модный рисунок ткани, создать многоцветный витраж...

Компьютер позволяет упростить процесс разработки композиций из набора типовых деталей. Например, создав в графическом редакторе меню мозаичных элементов и сохранив с параметром «только для чтения», вы сможете использовать его для создания новых композиций.

На рисунке 1.13 изображен алгоритм создания одного из таких меню.

ЗАДАЧА 1.12. Создание геометрических композиций из готовых мозаичных форм

Из многообразия мозаичных композиций можно выделить две разновидности: орнаментальную и сюжетную.

Основу орнаментальной мозаики составляет симметричный узор. Задачу моделирования такого узора можно отнести к типу «что будет, если..».

Орнамент начинают «выстраивать» из центра и дальше строят в произвольном порядке. При этом главным условием является соблюдение симметрии.

На рисунке 1.14 представлены образцы орнаментов.

Орнаментальная мозаика уместна для одеяла, диванной подушки, детского коврика, витража. Компьютер позволит вам не только многократно переделывать узор, но и экспериментировать с готовым узором, раскрашивая его по-разному.

Сюжетная композиция представляет собой какую-либо сценку и содержит некоторые объекты, очертания которых предстоит реализовать из стандартного набора мозаичных элементов. Поэтому эту задачу можно отнести к типу «как сделать, чтобы...». Например, при моделировании композиции «Под водой» для ванной комнаты придется создать объекты подводного мира: рыбок, водоросли и т. п. На рисунке 1.15 даны варианты изображения очертаний этих объектов.

Создать объект по очертаниям — задача довольно сложная, а создание самих очертаний, похожих на оригиналы, — творческий процесс.