CC BY
16
HayKOBHH bîchhk .nHYBME iMeHi C.3. iW^Koro, 2018, T 20, № 85
HayKOBMM BiCHMK ^tBiBCtKoro Ha^OHa^tHoro yHiBepcMTeTy
BeTepMHapHoi Megw^HM Ta öioTexHO^oriw iMeHi C.3. I^M^Koro
Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies
ISSN 2519-268X print ISSN 2518-1327 online
doi: 10.15421/nvlvet8524 http://nvlvet.com.ua/
UDC 378.1
Modeling of a rock mass and an individual dwelling house on a slope in the environment of the AutoCAD graphical system for the virtual learning environment. Part II
I.G. Svidrak1, V.I. Topchii1, O.R. Maksysko2
'National University «Lviv Polytechnic», Lviv, Ukraine
2Stepan Gzhytskyi National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies Lviv, Ukraine
Article info
Received 12.02.2018 Received in revised form
12.03.2018 Accepted 15.03.2018
National University «Lviv Polytechnic», S. Bandera Str., 12, Lviv, 790013, Ukraine. E-mail: [email protected], Vladislav.I.Topchii@Lpnu. ua
Stepan Gzhytskyi National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies Lviv, Pekarska str., 50, Lviv, Ukraine. Tel.: +38-097-587-29-72 E-mail: [email protected]
Svidrak, I.G., Topchii, V.I., & Maksysko, O.R. (2018). Modeling of a rock mass and an individual dwelling house on a slope in the environment of the AutoCAD graphical system for the virtual learning environment. Part II. Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies. 20(85), 128-133. doi: 10.15421/nvlvet8524
The tendency to reduce the number of classrooms in the HS requires independent study by students of many topics in the specialty. Some of the research areas provided to students for self-development are related to the solution of applied engineering tasks. An actual development for the construction of structures in mountain ranges and areas with variable relief is the simulation and animation of technical facilities and structures on the slopes with the apparel and planning measures to strengthen the slopes. The actual development for such an area is construction on slopes, where all approaches and features of step-by-step designing of a building are calculated using the most modern methods of modeling and the latest technologies in construction. The article examines the expansion of practice using the latest trends in learning in the conditions of rapid development of informatics and information technologies. The current level of development and preparation of engineering design documentation involves the use of computer graphics systems that can significantly improve the efficiency, quality and speed of the creation and implementation of construction and industrial projects. Students studying and assimilating the AutoCAD graphics system, which is one of the most popular computer-based engineering systems at the engineering level, is based, inter alia, on the methodological provision of laboratory and practical classes in engineering and computer graphics. Therefore, the work, which involves the preparation of material for methodical filling the course of computer graphics in a virtual environment, is relevant to the learning process. The results of the presented work are used in the sections of the teaching manual for technical students and in the virtual learning environment at the Higher School. The dynamics of modern market relations and processes put forward high requirements for improving the quality of vocational training of engineering and technical specialists. The present requires a new conceptual approach to the renewal of the Ukrainian Higher Education. The introduction of modern information technology becomes the most urgent task of teaching methods. The latest information technologies, the use of electronic teaching aids, can significantly improve the efficiency of the educational process, provide an opportunity to create the conditions for the process of self-education and self-realization of a future specialist, attract active creative and professional activities. Consequently, they build a base for obtaining highly professional specialists.
Key words: computer modeling, graphic editor, computer design systems, virtual learning environment, animation, building on slopes, AutoCAD relief, teaching methods, graphical tooling tools, visualization, geometric constructions, 3D modeling.
Moge^MBaHHH ripcbKoro MacHBy Ta ÎHflHBiflya^bHoro ^HT^oBoro ßyflHHKy Ha cxH^i b cepegoBH^i rpa^ÎHHoï CHCTeMH AutoCAD a^h BipTya^bHoro HaBHa^bHoro cepegoBH^a y bh^îh mKo^i. HacTHHa II
I.r. CßigpaK1, BXTomiH1, O.P. MaKOHObKO2
iHawonanbHuü yuieepcumem «ïïbeiecbKa nommexurna», m. fibeie, YKpaiHa
2Львiвський нацюнальний унгверситет ветеринарно'1' медицини та бютехнологш iMeHi С.З. Гжицького, м. Львiв, Укра'ша
Тенденция до зменшення ктькост1 аудиторных годин у ВШ вимагае самосттного опрацювання студентами багатьох тем по спещалъност1. Деяк1 i3 напряммв досл1джень, що надаються студентам до самоопрацювання, пов 'язат з розв 'язанням приклад-них тженерних завдань. Актуальною розробкою для бyдiвництва споруд на гiрських масивах та райотв i3 змтним рельефом е моделювання та аншащя техтчних обектiв та споруд на схилах з апареллю та плануванням заходiв для укр^ення схилiв. Необ-хiдною умовою для таког мiсцeвостi е бyдiвництво на схилах, де прораховат уd тдходи та особливостi покрокового проектування бyдiвлi з використанням найсучаснших мeтодiв моделювання та новШнгх технологш у бyдiвництвi. В статтi розглядаеться розширення практики з використанням новШнгх тенденцш навчання в умовах швидкого розвитку тформатики та тформацшних технологш. Сучасний рiвeнь розробки та тдготовки тженерно-конструкторськог документацп передбачае застосування комп 'ютерних графiчних систем, як дозволяють суттево тдвищити ефективтсть, ятсть та швидтсть створення i впрова-дження бyдiвeльних та промислових проeктiв. Вивчення та засвоення студентами графiчноi системи AutoCAD, яка являешься одтею з найпоширенШих комп 'ютерних систем тженерного рiвня, базуеться, зокрема, на методичному забезпеченн лаборатор-них та практичних занять з тженерног' та комп 'ютeрноi графки. Тому, представлена робота, яка передбачае тдготовку мате-рiалy для методичного наповнення курсу комп 'ютeрноi графim у вiртyальномy сeрeдовищi, мае актуальтсть у навчальному процесс Результати прeдставлeноiроботи використаж у роздтах навчально-методичного поЫбника для сшyдeнтiв техтчних спещ-альностей та у вiршyальномy навчальному сeрeдовищi у Вищт школi.
Ключовг слова: комп 'ютерне моделювання, графiчний редактор, системи комп 'ютерного проектування, вiртальнe навчальне середовище, аншащя, бyдiвництво на схилах, рель 'еф AutoCAD, методика викладання, iнстрyмeнтальнi засоби графiчно'i системи, вiзyалiзацiя, геометричн побудови, тривимiрнe моделювання.
Вступ
Динамжа сучасних ринкових вщносин та процеав висувае висош вимоги до пвдвищення якосп профе-сшно! тдготовки фах1вщв 1нженерно-техшчного профшю. Сьогодення вимагае нового концептуального тдходу до оновлення ВШ Укра!ни. Впровадження сучасних тформацшних технологш стае найактуаль-шшим завданням методики викладання. Новггш шфо-рмацшш технологи, використання електронних засо-б1в навчального призначення дозволяють суттево пвдвищити ефективтсть навчального процесу, дають можлив1сть створити умови для процесу самонавчан-ня та самореал1заци майбутнього спещалюта, залуча-ють до активно! творчо! та професшно! д!яльносп. Отже, будують базу для отримання високопрофесш-них фах1вц1в.
Одним 1з основних чиннишв навчального процесу е пвдвищення якосп проведення уах вид1в занять та застосування у навчальному процес штерактивних метод1в. В умовах ставлення шформацшного суспшь-ства навчальний процес повинен проходити як зааб розвитку студенпв, а головне завдання освгга - це створення умов для самоосвгш, пов'язано! з розвит-ком творчого та критичного мислення студента при наявносп певно! кшькосп знань та навичок, необхщ-них майбутньому спещалютовг Характерною озна-кою розвитку сучасно! буд1вельно! 1ндустрп е застосування на стадп розробки систем комп'ютерного проектування (САПР). 1снуе достатньо велика шль-шсть систем комп'ютерного проектування р1зно! складносл та р1зних за призначенням. Одтею з най-поширешших на шженерному р1вн1 е граф1чна система AutoCAD (Onstott, 2017; Omura and Benton, 2017). Вивчення сучасних граф1чних систем у вищих навча-льних закладах пов'язано, кр1м лекцшних та лабора-торних занять, з наявшстю методичного забезпечення по данш тематищ у в1ртуальному середовищ1 ВУЗу.
Метою роботи е опрацювання методики та тдго-товка змктового матер1алу для в1ртуального середо-вища з курсу комп'ютерно! графти для студенпв
арх1тектурно-буд1вельного напрямку, зокрема, «Моделювання шдивщуальних житлових будиншв в умовах складного рель'ефу» та «Створення славдв, ань мацшних послщовностей та презентацш» для студенпв шженерно-буд1вельних та архитектурного напрям-к1в тдготовки.
Завдання. Ввдомо, що робота в середовищ1 граф1ч-но! системи AutoCAD дозволяе застосування р1знома-штних шлях1в розв'язку геометричних задач. В ход1 виконання роботи була поставлена задача поеднати в одне тле лопку послщовносп проектування житло-вого будинку на схил^ апарел1 та прилегло! територп в умовах складного рель'ефу та комплекс шструмен-тальних засоб1в AutoCAD у для побудови та в1зуаль заци вщповвдних поверхонь та об'екттв буд1вельно! споруди. Кшцева задача тсля в1зуал1зац1! модел1 по-лягала у створенш в1деоф1льму, який дозволяв би засобами ашмацп оглянути периметр будинку по наперед заданш траектори руху вщеокамери з метою презентацшного представлення результапв роботи.
Матерiал i методи досл1дження
Сьогодш AutoCAD - це найбшьш гнучка серед вщо-мих граф1чна система для персональних комп'ютер1в, яка здатна ефективно працювати у р1зноман1тних галу-зях техшчного проектування для автоматизац1! створення та обробки конструкторсько! документац1!. В результат! AutoCAD використовуеться у бшьше н1ж 150 кра!-нах свпу. Останн! верс!! AutoCAD об'еднують засоби проектування, тривим!рного моделювання та в!зуалзаци просторових конструкц!й, доступу до зовшштх баз даних, !нтелектуального нанесення розм!р!в, роботи з файлами р!зномаштних формат!в. Можна вид!лити два тдходи до конструювання на основ! комп'ютерних технолог!й. Перший п!дх!д грунтуеться на двовишрнш модел! виробу - креслент, яке конструктор створюе на основ! уявного образу-оригшалу i вже безпосередньо по ньому виконуе геометричнi, метричт, позицiйнi та iншi конструкторськi завдання. В основi другого пiдходу знаходиться комп'ютерна просторова геометрична мо-
дель (так звана «твердотшьна модель»), яка слугуе конструктору основою для виконання його шженерних за-вдань (Klimachova, 2008; Polechuk, 2009). У сучасних САПР застосовуються р1зноманггш методи тривим1р-ного моделювання, у кожного з яких е як сво! переваги, так i недол1ки. В AutoCAD в тому чи шшому ви-гляд1 реал1зована пiдтримка наступних методiв три-вимiрного моделювання:
- каркасне моделювання (wireframe modeling). Ка-ркаснi модел1 складаються з прямолiнiйних вiдрiзкiв i сегменпв кривих, якi утворюють ребра тривимiрних об'ектiв.
- поверхневе моделювання (surface modeling). По-верхневi моделi складаються з ребер i поверхонь м1ж ними, тобто - з окремих панелей, яш утворюють три-вимiрнi об'екти
- сiтьове моделювання (mesh modeling). Сiтьовi моделi AutoCAD складаються з ребер та натягнутих на щ ребра безк1нечно тонких поверхонь, яш утворюють об'ем.
- параметричне моделювання (parametric modeling). Метод параметричного моделювання базу-еться на створенш складних тривимiрних моделей на основi математичних залежностей з вщповвдними параметрами i обмеженнями, як1 накладаються на геометрш моделi.
- твердотшьне моделювання (solid modeling). Тве-рдi тiла в AutoCAD складаються з поверхонь i за-мкненого в них об'ема. В основi методу твердотшьно-го моделювання лежить створення об'ектiв, як1 складаються як з поверхонь, так i з об'емiв, як1 обмеженi цими поверхнями.
Розробка технiчних проектiв в будь-якш галузi бу-дiвництва та промисловосп передбачае, як правило, створення презентацшних програм, якi мають на меп висвiтлення i обговорення у фаховому середовищi всiх питань та результата, пов'язаних з впроваджен-ням даного проекту. Графiчна система AutoCAD мю-тить iнструментальнi засоби для реалиаци презента-цiйних переглядiв у виглядi бiблiотек слайдiв та аш-мацшних послвдовностей у 3-D просторi у чотирьох найбiльш поширених вiдео форматах, як тд час зви-чайного ввдеозшмання (Klimachova, 2010; Homut, 2011).
Результати та ix обговорення
Для створення будiвельноl споруди, апарелi, рель'ефу застосовувався iнструментарiй системи AutoCAD для 3D моделювання. Послщовшсть геометри-чних побудов споруди була прив'язана до вiдповiдних крокiв технологil будiвництва реального будинку.
Командний дiалог моделювання шдиввдуального житлового будинку.
1. Моделюемо основу гiрського масиву та апа-рель (серпантин)
2. Моделюемо будiвельний майданчик i пiдпiрну стiнку
3. Моделюемо шдиввдуальний житловий будинок
4. Змiнюемо точку зору для переходу у 3D проспр.
5. Будуемо систему осьових лшш зовнiшнього периметру будинку.
7. Обводимо полшшею зовшшнш та внутрiшнiй контури фундаменту.
8. Моделюемо фундамент.
10. Будуе]мэ cиcтeмy ocьoвиx лшш для poзтaшy-вaння cтiн пepшoгo пoвepxy.
11. Бyдyeмo зoвнiшнiй тa внyтpiшнiй кoнтypи cтiн пepшoгo пoвepxy вiднocнo ocьoвиx лiнiй.
12. Обташем^ тa видaляeмo нeпoтpiбнi лiнiï m ^nrypi cтiн пepшoгo пoвepxy.
о
13. Обвoдимo кoнтyp cтiн пepшoгo пoвepxy шль лiнieю.
14. Рoзтaшoвyeмo кoнтyp cтiн пepшoгo пoвepxy m пaнeлi пepeкpиття будинку.
кoнниx oтвopiв пepшoгo пoвepxy.
16.Рoзтaшoвyeмo вiкoннi блoки в мeжax cтiн будинку.
17. Cтвopюeмo пpямoкyтнi блoки для пoбyдoви пepeмичoк в двepниx oтвopax.
18. Рoзтaшoвyeмo пepeмички в двepниx oтвopax.
19. Бyдyeмo пepeкpиття дpyгoгo пoвepxy з oтвopoм пiд cxoди.
20. Cтвopюeмo пpoфiль мiжпoвepxoвиx cxoдiв i 3a-cтocoвyeмo eкcтpyзiю для ïx мoдeлювaння. Бyдyeмo мiжпoвepxoвий мaйдaнчик i пpив'язyeмo йoгo дo cxo-дш.
23. Poзpiзaeмo cтiнoвий блoк дpyгoгo пoвepxy для cтвopeння дaxy будинку.
24. Видaляeмo чacтинy cтiн тa cтвopюeмo пpямo-кyтнi блoки для пoбyдoви вiкoнниx тa двepниx oтвo-piв ^yroro пoвepxy.
вepxy.
26. Бyдyeмo poзгopткy дaxy будинку.
27.Poзтaшoвyeмo дaxoвe ш^итм нaд бyдинкoм.
28. Вбyдoвyeмo вшга i двepi y вщшвщш oтвopи cтiн.
29. Зacтocoвyeмo вiзyaльний cтиль. Отpимyeмo oc-тaтoчний peзyльтaт мoдeлювaння iндивiдyaльнoгo будинку.
30. Розташовуемо будинок на схил^ моделюемо прський масив з заданими горизонталями топографь чно! поверхнi.
Л
Така покрокова технологiя побудови з викорис-танням графiчноl системи AutoCAD, дае можливють студентам молодших курсiв у повному обсязi засво!ти як спецiалiзованi команди AutoCAD, так i технолопч-ну та конструктивну схеми побудови iндивiдуального житлового будинку на топографiчнiй поверхнi в умо-вах гiрського масиву.
Висновки
Сучасний рiвень розробки та пiдготовки шженер-но-конструкторсько! документацп передбачае засто-сування комп'ютерних графiчних систем, як1 дозво-ляють суттево шдвищити ефективнiсть, яшсть та швидкiсть створення та впровадження будiвельних та промислових проектiв. Вивчення та засвоення студентами графiчноl системи AutoCAD, яка являеться одш-ею з найпоширенiших комп'ютерних систем iнженер-ного рiвня, базуеться, зокрема, на методичному забез-печеннi лабораторних та практичних занять з шжене-
рно1 та комп'ютерно1 графiки, самостшнш роботi студентiв. Тому, представлена робота, яка передбачае тдготовку матерiалу для методичного наповнення курсу комп'ютерно1 графiки, у вiртуальному навчаль-ному середовищ^ мае актуальнiсть у навчальному процеа НУ «Львiвськa поттехшка».
Вибрана тематика роботи, зокрема зведення буди-нку на схилi - вiдповiдaльне завдання, пов'язане з багатьма труднощами. Саме тому необхцщо навчити мaйбутнiх спецiaлiстiв надзвичайно вiдповiдaльно пiдходити до проектування будiвлi з урахуванням особливостей мiсцевостi, використовуючи найсучас-нiшi методи моделювання та проектування, а також новiтнi технологи будiвництвa.
Таким чином, щоб студенти досконало володiли сучасними знаннями, професшними умiннями та на-вичками, виходили яшсно пвдготовленими спещатс-тами, необхвдно безперервно удосконалювати систему навчання, шукати шляхи шдвищення ll ефективностi, впроваджувати iнтерaктивнi методи навчання, пос-тшно оновлювати методичну базу, пiдвищувaти рь вень комп'ютерно1 пiдготовки студентiв з викорис-танням в1дпов1дного програмного забезпечення.
Перспективи подальших дослгджень. Удосконалювати методично-навчальну базу для студентiв ш-женерно-будiвельного та aрхiтектурного напрямк1в тдготовки у вищих учбових закладах, застосовуючи детальшше вивчення iнструментaльних зaсобiв графь чно! системи AutoCAD та шших грaфiчних редaкторiв
References
Homut, O.A. (2011). Vykorystanna elektronnyh zasobiv navchalnogo pryznachenna pry vykladanny matematyki. Migvuzivskiy sbirnyk «Komputerno-integrovani teynologiy: osvita, nauka, vyrobnyctvo». 6, 262-265 (in Russian). Klimachova, T.N. (2008). Odin na odin c AutoCAD 2009. Oficialnaya russkaya versiya. K.: «MK-Press». SPb.: «KORONA-VEK» (in Russian). Klimachova, T.N. (2010). AutoCAD 2010.Polnuy kurs dlya professionalov. M.: OOO «I.D. Viliams» (in Russian).
Omura, G., & Benton, B.C. (2017). Installing and Setting Up AutoCAD. Mastering AutoCAD and AutoCAD LT, First Edition. doi: 10.1002/9781119414179.app2 Onstott, S. (2017). AutoCAD® and AutoCAD LT®
Essentials. doi: 10.1002/9781119414124 Onstott, S. (2017). Autodesk™ AutoCAD™ 2018 Certification. AutoCAD® and AutoCAD LT® Essentials, First Edition. doi:
10.1002/9781119414124.app2 Polechuk, N.N. (2009). AutoCAD 2009. SPb.:BXV-Peterburg (in Russian).
