Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. История развития компьютерной графики. Программы 3D- моделирования среды. Современное состояние преподавания проектной компьютерной графики 11
1.1 История развития компьютерной графики 11
1.2. Программы 3D-моделирования среды 18
1.3 Современное состояние преподавания проектной компьютерной графики 27
Выводы по первой главе 61
ГЛАВА 2. Экспериментальное обоснование эффективности процесса обучения компьютерной графике на основе программы 3DS Max 63
2.1 Организация и ход экспериментальной проверки процесса обучения компьютерной графике на основе программы 3DS Max 63
2.2 Эффективность процесса обучения и определение профессиональной компетентности художников-дизайнеров при изучении компьютерной графики 72
2.3 Экспериментальная педагогическая технология, направленная на формирование профессиональной компетентности художника-дизайнера в области компьютерного проектирования 80
Выводы по второй главе 143
Заключение 144
Библиография 148
- Программы 3D-моделирования среды
- Современное состояние преподавания проектной компьютерной графики
- Эффективность процесса обучения и определение профессиональной компетентности художников-дизайнеров при изучении компьютерной графики
- Экспериментальная педагогическая технология, направленная на формирование профессиональной компетентности художника-дизайнера в области компьютерного проектирования
Программы 3D-моделирования среды
Графические функции в своей основе имеют математическую природу, для их разработки необходимы как творческие способности, так и умение внимательно работать с цифровой информацией, которой описываются изображения.
Джеймс Блинн, специалист по вычислительной технике, с 1978 года занимающийся моделированием полетов к Юпитеру, Сатурну и другим планетам, отметил: «Художники пишут картины, нанося краски на холст. Те, кто связан с компьютерной графикой, создают свои творения, придумывая математические функции, графики которых похожи на реальные предметы».
Но в то время как ученые, подобные Д.Блинну, довольно комфортно чувствуют себя в математических методах компьютерной графики, подавляющее большинство других людей хотело бы иметь возможность строить и преобразовывать изображения без необходимости обращения к математическим функциям. Поэтому, для того чтобы дать возможность этому большинству заниматься компьютерной графикой, необходимо заложить математические функции в само программное обеспечение. В данном случае широкий набор сложных инструкций для компьютера можно привести в действие при помощи нескольких простых команд.
Первой такой программой в области компьютерной графики был «Блокнот» Айвена Сазерленда. В 60-70-е годы велись разработки все более сложных методов повышения реалистичности изображений, получаемых на компьютере. Новые приемы нашли применение в различных областях – от конструирования и разработки сложных чертежей до исследований в области химии и биологии, – и это привело к возросшей потребности в графических системах с богатыми возможностями. Появилось явление, в ряде случаев называемое кремниевым круговоротом: изготовители компьютерных систем обнаружили, что, продавая достаточное количество своей продукции, могут сделать перевод графического программного обеспечения в специализированные интегральные схемы оправданным с точки зрения экономики, а использование новых интегральных схем в свою очередь делает эти системы проще и повышает их быстродействие. Так, к середине 80-х годов даже в не дорогих домашних компьютерах стали появляться интегральные схемы, выполняющие основные графические функции. На протяжении 70-х и в начале 80-х годов компьютерная графика стала все глубже проникать в повседневную жизнь.
Фирма «Ксерокс» выпустила 2000 компьютеров «Альто» для внутреннего пользования, но не вышла на рынок с новой технологией. Тем не менее эти идеи не остались без внимания. В 1979 году инженеры фирмы « Эпл компьютерс» (Apple computers, далее Apple), основанной всего за три года до этого, стажировались в учебном центре компании «Ксерокс» в области компьютерной графики и других концепций, впервые опробованных на «Альто». После стажировки основатели Apple С.Джобс и С.Возняк, приступили к собственным исследованиям, которые в комплексе с исследованиями «Ксерокс» через 4 года привели к созданию первого предназначенного для серийного выпуска персонального компьютера «Лиза», обладающего широкими графическими возможностями и оснащенного манипулятором «Мышь». Заметим, что права на манипулятор «мышь» принадлежали фирме «Ксерокс», но именно благодаря Apple это замечательное устройство получило широкое распространение и признание. Несколько позже Apple выпустила персональный компьютер «Макинтош» (далее Mac), графическое программное обеспечение которого установило новые стандарты «дружественности» машины по отношению к пользователю. Компьютеры компании Apple стали первыми персональными компьютерами, обеспечивающими полноценную работу с графикой. Эти компьютеры, хотя и не являются сегодня самыми массовыми, занимают доминирующее положение в среде художников и дизайнеров. Более распространенные IBM-совместимые компьютеры (PC) только в середине 90-х годов приблизились к графическим возможностям компьютеров Apple.
Компьютеры компании Apple безусловно обладают замечательными графическими возможностями, но цена на них относительно высока. Это компьютеры для профессиональной работы, причем наиболее эффективны они в области графического дизайна и настольных издательских системах.
Первый шаг в популяризации компьютерной графики был сделан именно компанией Apple. Можно сказать, что это была популяризация новых технологий среди профессионалов-дизайнеров.
Приход компьютерной графики в жизнь каждого пользователя связан с развитием графических возможностей самых распространенных IBM-совместимых компьютеров (PC).
В середине 80-х годов в большинстве серийных компьютеров PC, причем особенный упор делается на графический способ общения с пользователем. Появляется оконный графический интерфейс по типу Apple, компьютеры в обязательном порядке оснащаются «мышью», развивается система WYSIWYG (What You See Is What You Get – что ты видишь, то ты и получишь) – картинка на экране компьютера полностью соответствует тому, что будет выведено на печать с помощью принтера. В это же время (1986 год) создаются первые настольные издательские системы и появляются программы рассчитанные на профессиональных художников и дизайнеров. Эти программы позволяют решать весь спектр задач стоящих перед художниками и дизайнерами, имитировать работу настоящими инструментами на естественной поверхности.
Современное состояние преподавания проектной компьютерной графики
Опытно-экспериментальная работа была организована в ОГОУ СПО «Орловское художественное училище» с 2009 по 2013 учебный год. Организацию и выбор методов проведенного исследования определили теоретические положения, которые были изложены в исследовании, практические условия и необходимость решить поставленную задачу. В основе проведенного исследования лежит проведение серии педагогических экспериментов по обучению учащихся компьютерной графике.
Экспериментальное исследование было проведено на 4 курсе отделения «Дизайн» ОГОУ СПО «Орловское художественное училище» и в ОГОУ СПО «Железногорское художественное училище», так как именно на этом курсе учащиеся уже обладают необходимыми знаниями в области рисунка, живописи и композиции и приступают к изучению проектирования интерьера с помощью компьютерной графики.
Опытно-экспериментальная работа включала в себя проведение констатирующего, поискового, формирующего и контрольного педагогических экспериментов.
Целью констатирующего эксперимента являлась предварительная диагностика эффективности профессиональной подготовки учащихся художественных училищ, отделения «Дизайн» в области компьютерной графики, получение информации об уровне владения навыками работы в программе 3DS Max после ее изучения по общепринятой методике. Также было проведено сравнение с результатами учащихся аналогичных специальностей разных средних специальных учебных заведений (ОГОУ СПО «Орловское художественное училище» и в ОГОУ СПО «Железногорское художественное училище»). По результатам исследования были сделаны следующие выводы об уровне подготовки учащихся: - знания и умения учащихся в области применения компьютерной графики для проектирования среды являются не систематизированными и не достаточно структурированными в результате отсутствия научно методической базы, необходимой для наиболее эффективного процесса обучения; - процесс работы в программе 3DS Max не достаточно эффективен в следствии того, что в учебной программе отсутствует изучение быстрых клавиш, способствующих ускорению работы, и отсутствуют методы ускоренной работы, акцентирующие внимание на основных моментах работы над проектом; - знания учащихся являются поверхностными в результате попытки охватить большой объем информации в короткие сроки с одновременным отсутствием в системе обучения компьютерной графике метода от простого к сложному.
В процессе констатирующего эксперимента была изучена и проанализирована специальная литература, посвященная вопросам преподавания в системе средних специальных учебных заведений. Также были изучены формы, методы и содержание программ обучения подобных специальностей. В результате была подготовлена материально-техническая база для обеспечения поискового эксперимента.
Констатирующий эксперимент проходил в период с 2009 по 2010учебный год. Поисковый эксперимент проходил в период с 2010 по 2011 учебный год с учащимися 4 курса отделения «Дизайн» ОГОУ СПО «Орловское художественное училище» и в ОГОУ СПО «Железногорское художественное училище». Цель поискового эксперимента заключалась в выявлении уровня профессиональной подготовки учащихся по предмету «Компьютерная графика», а также в определении структуры и содержания программы обучения компьютерной графике на основе программы 3DS Max. Описание методики, по которой был проведен поисковый эксперимент. 1 занятие: Работа с интерфейсом программы 3DS Max. Строка заголовка, строка меню, главная панель инструментов, командная панель, категории объектов вкладки Create, кнопки управления окнами проекций, окна проекций. Стандартные примитивы. Улучшенные примитивы. Параметры объектов. Инструменты выделения. Копирование объектов. 2 занятие: Группирование, скрытие, выравнивание объектов. Массивы. 3 занятие: Сплайны. Редактирование сплайнов. Уровни подобъектов режима редактирования сплайнов. Редактирование вершин. Редактирование на уровне сегментов. Редактирование на уровне сплайна. 4 занятие: Модификаторы. Составные объекты. 5 занятие: Редактируемые сетки. Подобъекты. Редактирование вершин. Редактирование на уровне ребер. Редактирование на уровне полигонов. 6 занятие: Редактируемые полигоны. Подобъекты. 7 занятие: NURBS-кривые. NURBS-поверхности (создание и редактирование). Имитация динамики тканей для интерьера. 8 занятие: Материалы. Редактор материалов. Настройки редактора материалов. Типы и характеристики материалов. Библиотеки материалов. Карты текстур. Координаты наложения карт текстур. Модификатор UVW Map. 9 занятие: Визуализация. Визуализатор V-ray. Настройки визуализатора. Типы стандартных источников света. Настройки стандартных источников света. Источники света V-ray. Настройки источников света V-ray. 10 занятие: Камеры. Типы камер. Настройки камер. Сборка готовой сцены. Финальная визуализация. Кроме того, поисковый эксперимент включал в себя самостоятельные занятия по изученным темам. По результатам курса занятий был выполнен интерьер жилой комнаты в программе 3DS Max (см. Приложение).
Эффективность процесса обучения и определение профессиональной компетентности художников-дизайнеров при изучении компьютерной графики
Параметрическе модификаторы можно редактировать на двух уровнях подобъектов: Gizmo (Габаритный контейнер) и Center (Центр). Чтобы управлять расположением габаритного контейнера модификатора (Gizmo) существует специальный каркаса, который отображается при работе с модификатором в окнах проекций и который определяет границы действия модификатора на объект. Этот габаритный контейнер модификатора имеет оранжевый цвет, но в том случае, если необходимо изменить сам габаритный контейнер (например, переместить его), нужно перейти на уровень его редактирования, выбрав в стеке модификаторов режим редактирования Gizmo (Габаритный контейнер). В этом случае контейнера приобретет желтый цвет.
Также у параметрических модификаторов есть центр воздействия (Center), который отвечает за направление воздействия модификатора на объект. По умолчанию центр воздействия модификатора совпадает с опорной точкой объекта. Когда необходимо сместить центр, нужно вначале переключиться на уровень его редактирования, выбрав в стеке модификаторов строку Center (Центр).
Модификатор Bend (Изгиб).
Модификатор Bend (Изгиб) позволяет изогнуть объект относительно выбранной оси. Угол изгиба можно задать в градусах в поле Angle (Угол). В поле Direction (Направление) можно задать направление изгиба в плоскости, перпендикулярной выбранной оси изгиба. Чтобы установить ось изгиба, нужен переключатель Bend Axis (Оси изгиба). Ось, которая используется по умолчанию это Z. В том случае, если нужно ограничить область применения модификатора, то есть изогнуть только часть объекта, необходимо воспользоваться параметрами области Limits (Пределы). Для того чтобы назначить действие ограничений, следует установить отметку Limit Effects (Эффекты границы), затем выбрать верхнюю (Upper Limit) или нижнюю (Lower Limit) границы. Верхняя граница должен иметь положительное значение, нижняя – отрицательное значение. Эти границы отмеряются от центра модификатора. Когда требуется переместить центр модификатора, нужно в стеке выбрать уровень Сenter (Центр) и переместить обозначенный желтым перекрестием центр. Модификатор Twist (Скручивание).
Используется в тех случаях, когда необходимо выполнить скручивание объекта относительно выбранной оси. Данная ось выбирается при помощи переключателя Twist Axis (Ось скручивания). Угол скручивания следует указать в счетчике Angle (Угол). В счетчике Bias (Смещение) определяется степень смещения витков вдоль оси скручивания. Параметры области Limits (Пределы) действуют так же как и аналогичные параметры модификатора Bend (Изгиб).
Модификатор Taper (Заострение).
Используется для деформации объектов, придания им конусовидной формы. Степень заострения можно регулировать с помощью значений в счетчике Amount (Величина), который отвечает за степень увеличения (при положительных значениях) или уменьшения (при отрицательных) верхнего основания.
Модификатор Shell (Оболочка). Применяется для придания поверхности толщины. Особенность этого модификатора в том, что на основе плоской поверхности можно быстро получить объемную модель. У модификатора имеются два основных
Тема урока: углубленное изучение редактируемых полигонов. Цель занятия: изучить дополнительные возможности редактирования полигонов. Тип занятия: повторение темы про режимы редактирования, получение учащимися углубленных знаний об основных приемах работы с режимами редактирования полигонов, выработка и закрепление умений в области компьютерного проектирования.
Форма занятия: коллективная работа, индивидуальная работа. Метод обучения: исследовательский, эвристический. Организация занятия: 1. Организационная часть – 3 мин. 2. Повторение темы про режимы редактирования полигонов – 10 мин. 3. Изучение дополнительных возможностей редактирования полигонов - 40 4. Повторение учащимися действий преподавателя для закрепления полученных знаний – 25 мин. 5. Подведение итогов – 12 мин. Ход занятия: В режиме редактирования полигонов доступны следующие дополнительные команды: - Inset (Врезать) позволяет уменьшить выделенные полигоны. Применяется только для редактируемых полигонов и находится на уровне редактирования Рolygon (Полигон) (рис. 29).
Экспериментальная педагогическая технология, направленная на формирование профессиональной компетентности художника-дизайнера в области компьютерного проектирования
В процессе исследования выявлена проблема профессиональной подготовки будущих специалистов – это отсутствие четкой системы методов преподавания компьютерных дисциплин учащимся средних специальных учебных заведений. Исследования в области методов преподавания компьютерного проектирования среды выявили ряд проблем. Так, в большинстве случаев, понимание учащимися принципов работы в программе 3DS Max затруднено вследствие большого объема теоретической информации, не подкрепленной практической обоснованностью ее применения и бессистемной подачей на занятиях по компьютерному проектированию. Также проявляется неспособность многих учащихся к быстрому и эффективному решению поставленных задач при проектировании, неумение выявить наиболее быстрые пути построения объектов и создания объектов среды в целом, вследствие отсутствия выделения основных контрольных моментов при работе с программой во время обучения. Кроме того, в виду отсутствия принципа «от простого к сложному» в преподнесении материала, учащиеся с большим трудом могут воспринимать и анализировать новый материал, также это затрудняет самостоятельное изучение дополнительных возможностей программы, в виду неспособности выявить основные моменты работы в компьютерной среде проектирования 3DS Max.
Проведенные эксперименты в области построения учебного процесса учащихся средних специальных учебных заведений послужили основой для создания теоретико-методологической концепции образовательной модели, активирующей творческие способности учащихся и способствовавшей развитию профессиональных качеств будущих специалистов.
Одним из основных моментов в системе образования дизайнеров в области проектирования среды является процесс выявления критериев профессиональной готовности выпускника и специалиста к проектно 145 творческой деятельности. Эти критерии определяются в процессе анализа всех этапов учебного процесса, который связан с подготовкой дизайнера.
Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод о том, что настоящее диссертационное исследование представляет собой попытку разработать профессионально-ориентированную педагогическую технологию обучения учащихся дизайнерского профиля средних специальных учебных заведений, направленную на формирование профессионально-компетентных качеств дизайнера.
В ходе исследования были решены следующие задачи:
- проанализировано современное состояние теории, методики и практики преподавания компьютерной графики. Все направления медиаобразования объединяет необходимость развития творческих и коммуникативных способностей учащихся с помощью овладения технологиями и методами создания компьютерной графики. В связи с внедрением в последнее время в образовательные процессы средств новейших информационных технологий появляется реальная возможность дать учащимся знания и практические навыки в области работы с компьютерной графикой. Однако же возможности медиаобразования средствами компьютерной графики на современном этапе оказываются не достаточно раскрытыми в связи с недостаточной разработанностью образовательной технологии, которая предназначена для этой цели;
- выявлены основные тенденции развития процесса преподавания дисциплины компьютерной графики. В настоящее время отечественных и западных дизайнеров в сфере компьютерных технологий, экспертов и преподавателей предметов компьютерного цикла беспокоит тот факт, что вместо того, чтобы считать компьютер средой, альтернативной традиционным средствам обучения, и инструментом, дающим возможность по-новому описать и реконструировать искусство и культуру, в образовании его используют для воспроизведения идей и возможностей традиционных средств и методов обучения. В целом отвечающей требованиям времени 146 можно считать образовательную технологию, ориентированную на рациональный и критический анализ информации. Современные преподаватели строят обучение на принципах проблемно-ориентированной модели; они обращаются к любопытству учащихся, направляя их при помощи вопросов и фактов, требующих самостоятельного исследования. В процессе применения компьютерных технологий в рамках медиаобразования становится другой также и роль преподавателя - с доминирующего источника знаний и информации, который контролирует практически все потоки информации в ходе обучения, на аналитика потока информации компьютерной и, в некоторой мере, консультанта, руководителя исследовательской группы учащихся. На первый план выдвигаются задачи критического анализа, классификации, постановки задачи, проблемы творческого и поискового характера. Кроме того, значение приобретает адаптация классических образовательных технологий, а также создание новых, индивидуальный подход к обучению в зависимости от склада ума и способностей каждого учащегося;
- разработаны и обоснованы теоретико-методологические предпосылки изучения компьютерной графики на основе программы 3DS Max в системе среднего специального образования. Основным условием качественной и эффективной подготовки в области информационных технологий является наиболее сильное сближение основных инструментов и программных продуктов, используемых в процессе обучения, к той информационной среде, в которой происходит развитие будущего молодого специалиста. Проблема развития информационной компетентности заключается как в области материальных и, как следствие, технических возможностей учебного заведения, так и в отсутствии методического обеспечения, необходимого для качественной подготовки в области компьютерных технологий;
