Файл: СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНИКА.pdf

В течении почти ста лет психологи значительную часть своих научных усилий тратили на то, чтобы понять процесс обучения. При этом исследовались, главным образом, факторы, влияющие на быстроту усвоения и утрату полученных знаний. В результате этих усилий был установлен ряд надежных принципов, которые могут быть использованы для построения схем обучения:

Обучение идет быстрее и усваивается глубже, если учащийся проявляет активный интерес к изучаемому предмету.
Обучение является более эффективным, если формы приобретения знаний и навыков таковы, что без труда могут быть перенесены в условия "реальной жизни", для чего они и предназначены. Обычно это означает, что учащемуся важнее научиться находить правильные ответы на вопросы, чем просто узнавать их.
Обучение идет быстрее, если учащийся "узнает результат" каждого своего ответа немедленно. Если ответ правилен, то учащийся должен тотчас получить подтверждение этого, если неправильный - он столь же быстро должен узнать об этом. Даже незначительная задержка резко тормозит обучение.
Обучение идет быстрее, если программа обучения по предмету построена по принципу последовательного усложнения материала. Занятия следует начинать с самых простых заданий, для выполнения которых учащийся уже владеет необходимыми навыками и знаниями. Постоянно уровень сложности материала повышается. Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнута желательная степень опытности и умения.
Знание результатов своей работы стимулируют выполнение очередного задания. Трудности, которые учащемуся необходимо преодолевать, должны возникать перед ним последовательно одна за другой, а успешное их преодоление развивает высокий уровень активности.
Поскольку обучение само по себе индивидуально, процесс обучения следует организовать так, чтобы каждый ученик мог проходить программу соответственно своим индивидуальным особенностям. По ряду причин одни усваивают материал быстрее других, поэтому обучение тех и других в одной группе затруднительно.

За последние десятилетия наблюдается существенное увеличение объемов и сложности учебных материалов, изучаемых в средней и высшей школах. При этом во многих учебных заведениях наблюдается недостаток высококвалифицированных преподавательских кадров. Большие трудности часто возникают при оперативной подготовке, изготовлении и распространении учебных пособий различных видов. Указанные факторы негативно сказываются на качестве подготовки обучаемых. В связи с этим большое внимание уделяется применению прогрессивных методик обучения, в том числе предполагающих использование вычислительной техники. Решение многих из этих проблем возможно только с использованием обучающих программ. Именно поэтому область разработки обучающего программного обеспечения можно считать актуальной.

Цель данной работы - Создание электронного учебника по основам 3D анимации в современных программных средствах (Autodesk 3ds Max).

Объект исследования – комплекс информации для обучения предмету.

Предмет исследования – интегрированная среда разработки программного обеспечения и гипертекстовый формат HTML.

Практическая значимость данной курсовой работы заключается в разработке специализированного программного обеспечения, способного удовлетворить потребности преподавательского состава в автоматизации процесса обучения учащихся.

1. Описание среды Autodesk 3ds Max

1.1 Общие сведения

Autodesk 3ds Max (ранее 3D Studio MAX) — полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации, доразработанная компанией Autodesk. Содержит самые современные средства для художников и специалистов в области мультимедиа. Работает в семействе операционных систем Windows (как 32‑, так и 64‑битных). В марте 2014 года выпущена версия 17.0 этого продукта под названием Autodesk 3ds Max 2015.

Autodesk 3ds Max доступен в двух лицензионных версиях: студенческая — бесплатная (требуется регистрация на сайте Autodesk), которая предоставляет полную версию программы (однако, её нельзя использовать с целью получения прибыли), и полная (коммерческая) версия стоимостью в 2400 евро.

3ds Max располагает обширными средствами для создания разнообразных по форме и сложности трёхмерных компьютерных моделей, реальных или фантастических объектов окружающего мира, с использованием разнообразных техник и механизмов, включающих следующие:

полигональное моделирование, в которое входят Editable mesh (редактируемая поверхность) и Editable poly (редактируемый полигон) — это самый распространённый метод моделирования, используется для создания сложных моделей и низкополигональных моделей для игр. Как правило, моделирование сложных объектов с последующим преобразованием в Editable poly начинается с построения параметрического объекта «Box», и поэтому способ моделирования общепринято называется «Box modeling»;
моделирование на основе неоднородных рациональных B-сплайнов (NURBS) (следует отметить, что NURBS-моделирование в 3ds Max-е настолько примитивное, что никто этим методом практически не пользуется);
моделирование на основе т. н. «сеток кусков» или поверхностей Безье (Editable patch) — подходит для моделирования тел вращения;
моделирование с использованием встроенных библиотек стандартных параметрических объектов (примитивов) и модификаторов;
моделирование на основе сплайнов (Spline) с последующим применением модификатора Surface — примитивный аналог NURBS, удобный, однако, для создания объектов со сложными перетекающими формами, которые трудно создать методами полигонального моделирования.
моделирование на основе сплайнов с последующим применением модификаторов Extrude, Lathe, Bevel Profile или создания на основе сплайнов объектов Loft. Этот метод широко применяется для архитектурного моделирования.

Методы моделирования могут сочетаться друг с другом.

Моделирование на основе стандартных объектов, как правило, является основным методом моделирования и служит отправной точкой для создания объектов сложной структуры, что связано с использованием примитивов в сочетании друг с другом как элементарных частей составных объектов.

Стандартный объект «Чайник» (Teapot) входит в этот набор в силу исторических причин: он используется для тестов материалов и освещения в сцене, и, кроме того, давно стал своеобразным символом трёхмерной графики.

1.2 Модули

Список модулей визуализации

Scanline

Визуализатор по умолчанию в 3ds Max. Исходным методом визуализации в 3DS Max является сканирующий построчный алгоритм. Некоторые расширенные возможности были добавлены в Scanline спустя годы, такие как расчёт Global Illumination, Ray Tracing и Radiosity, однако большинство функций перешло к нему от других визуализаторов (например — RadioRay).

Mental ray

Mental ray является пригодной для производственного применения высококачественной системой визуализации, разработанной компанией Mental Images. Mental ray встроен в последниe версии 3DS Max, это мощный инструмент визуализации, поддерживающий сегментную визуализацию (подобно механизму сопровождающей визуализации, реализованному в Maya), а также технологию распределённой визуализации, позволяющую рационально разделять вычислительную нагрузку между несколькими компьютерами. Включаемая в 3ds Max версия mental ray поставляется с набором инструментария, позволяющим относительно просто создавать множество различных эффектов.

V-Ray

Высококачественный фотореалистичный визуализатор, спроектированный в качестве плагина для 3ds Max. Популярнейший в русскоязычном пространстве внешний визуализатор компании Chaos Group. Очень часто используется профессионалами, часто заменяя стандартный Scanline и mental ray. Совместим с более старыми версиями 3ds Max. Имеет собственные материалы, камеры, источники освещения и атмосферные эффекты. Также в него встроена «система дневного света»: V-Ray Physical Camera, V-Ray Sky и V-Ray Sun (физическая камера, небо и солнце), использование которых в совокупности позволяет получить хорошие результаты даже при стандартных настройках.

RenderMan

Стороннее средство подключения к конвейеру RenderMan, также полезно в тех случаях, когда требуется интеграция 3DS Max с системой визуализации Renderman. Конект с 3DS Max происходит с помощью DoberMan.

FinalRender

Внешний визуализатор компании Cebas. Является наиболее полным фотон-основанным визуализатором, уступая по своим возможностям только mental ray. Преимущество заключается в плотной интеграции с другими решениями Cebas, обеспечивающими широкий спектр разнообразных атмосферных, линзовых эффектов и пр., чего нет у других визуализаторов.

Brazil R/S

Высококачественная, фотореалистичная система визуализации изображения, разработанная компанией SplutterFish Llc. В этом визуализаторе присутствует несколько алгоритмов просчёта глобального освещения Global Illumination: QMC и Photon Mapping. Brazil хорошо зарекомендовал себя среди архитекторов, дизайнеров и художников компьютерной графики, благодаря простоте настроек, стабильности и качественному результату визуализации.

Fryrender

Фотореалистичный, основанный на законах физики, спектральный визуализатор. Создан компанией RandomControl. Предоставляет возможность получать изображения высочайшего качества и достигать естественного реализма.

Indigo Renderer

Физически корректный рендер. Основная особенность его в том, что все расчеты света, энергии, каустики и т. д. происходят взаимозависимо, что и отличает его от других рендеров, где всё раздельно и определяется самим пользователем.

Maxwell Render

Является первой системой визуализации, в которой принята «физическая парадигма». В основу всей системы положены математические уравнения, описывающие поведение света. Вводя в обращение реальные физические законы, Maxwell Render позволяет избежать длительного и тонкого процесса настройки параметров визуализации, который имеет место в случае большинства визуализаторов, работающих по иным алгоритмам.

LuxRender

Система физически корректной визуализации трехмерных сцен, имеющая открытый исходный код. Для использования системы LuxRender, необходимо экспортировать сцены и модели из редакторов графики с помощью специальных плагинов или скриптов.

Kerkythea

Система визуализации, позволяющая создавать фотореалистичные изображения. Использует физически точные материалы и освещение. Kerkythea 2008 Echo имеет свой собственный редактор сцены и материалов, обладает простым и удобным интерфейсом.

Arion Render

Гибридный, интерактивный рендер GPU+CPU, разработанный компанией RandomControl, на базе NVIDIA CUDA.

BIGrender

Рендер, способный визуализировать большие изображения. В процессе визуализации разбивает изображение на части и каждую часть сохраняет в отдельном файле.

Sunflow

Система визуализации, позволяющая создавать фотореалистичные изображения, имеющая открытый исходный код. Система Sunflow написана на языке программирования Java. Ориентирован на визуализацию в сфере дизайна.

Krakatoa

Популярный волюметрический рендер от компании Thinkbox Software для быстрой визуализации систем частиц. Работает со множеством систем частиц, как встроенных в 3ds max, так и подключаемых к нему в виде плагинов, например, Thinking particles, FumeFX или RealFlow. Позволяет рендерить огромные массивы частиц, чего нельзя сделать, например, в Scanline, Mental Ray или V-Ray. Позволяет освещать частицы точечными источниками света с просчетом затухания света в облаке частиц. Имеет собственную систему Magma Flow, позволяющую проводить сложные математические операции с каналами частиц и переводить эти данные в различные свойства частиц, например, цвет или плотность.

1.3 Video Post (Видеомонтаж)

Программный модуль Video Post предназначен для обработки изображений трёхмерных сцен в целях реализации специальных графических эффектов, таких как:

создание композиции путём объединения нескольких изображений в одно;
фильтрация изображения и реализация таких эффектов, как расфокусировка или ограниченная глубина резкости, блики линз или сияющие ореолы, аналогичные тем, какие имитируются модулем Effects (Эффекты);
включение в анимацию межкадровых переходов различного типа;
организация циклов повторения отдельных сегментов анимации и т. п.

Типы фильтров обработки изображений:

Фильтр Contrast — позволяет регулировать контраст и яркость изображения.
Фильтр Fade — позволяет постепенно уменьшить интенсивность изображения до нуля или, наоборот, постепенно увеличить её от нуля до максимума.
Фильтр Image Alfa — позволяет заменить некоторые участки альфа-канала (канала прозрачности) изображения маской из файла.

Семейство фильтров Lens Effects:

Flare (Блики) — создаёт блики на линзах объектива камеры.
Focus (Фокусировка) — создаёт расфокусировку снимка, имитирующую конечную глубину резкости.
Glow (Сияние) — генерирует сияющие ореолы вокруг объектов или материалов.
Highlight (Сверкание) — создаёт сверкающие зеркальные блики в виде звёздочек.
Фильтр Negative — позволяет инвертировать (заменять на дополнительные) цвета изображения, формируя его цветной негатив.
Фильтр Pseudo Alfa — позволяет создать мнимый альфа-канал прозрачности у тех изображений, которые его не имеют.
Фильтр Simple Wipe — позволяет постепенно стереть изображение с экрана, как бы скрывая его за выдвигающейся шторкой чёрного цвета, или постепенно открывая изображение, отодвигая шторку.
Фильтр Starfield — позволяет синтезировать реалистичную картину звёздного неба, к которой при необходимости можно применить эффект смазывания.