РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО «ТЕХНОЛОГИИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ» В ВУЗЕ С УЧЕТОМ АППАРАТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ КОМПЕТЕНЦИИ Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

УДК 378.147+004.92

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО «ТЕХНОЛОГИИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ» В ВУЗЕ С УЧЕТОМ АППАРАТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ КОМПЕТЕНЦИИ

© 2022 М. Ю. Сидляр1, О. А. Ковалева2, С. В. Ковалев3

1 аспирант, старший преподаватель кафедры математического моделирования

и информационных технологий e-mail: mihailsidlyar@ gmail. com

Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина;

2доктор технических наук, профессор кафедры математического моделирования и информационных технологий e-mail: solomina-oa@yandex.ru 3доктор технических наук, профессор кафедры механики и инженерной графики

e-mail: sseedd@mail.ru

Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ), Тамбовский государственный университет имени Г.Р.Державина

Статья посвящена решению проблемы обучения компьютерной графике в условиях интенсификации учебного процесса. Раскрыты особенности развития профессиональных компетенций студентов высших учебных заведений при изменении содержания учебных программ по графическим дисциплинам с учетом практико-ориентированного подхода. Разработано содержание дополнительных блоков рабочей программы «Технологии компьютерной графики» по стандарту 3++ для раскрытия компетенции «Способен осуществлять настройку оборудования, необходимого для работы информационных систем» с индикатором «Способен выполнять установку и настройку оборудования и средств мультимедиа» были внесены существенные корректировки.

Ключевые слова: компьютерная графика, рабочая программа, методика преподавания, 3Б-моделирование, 3Б-печать, лазерная резка, сканирование.

WORKING PROGRAM ON "TECHNOLOGY OF COMPUTER GRAPHICS" AT THE UNIVERSITY, TAKING INTO ACCOUNT HARDWARE-ORIENTED

COMPETENCE

© 2022 M. Yu. Sidlyar1, О. A. Kovaleva2, S. V. Kovalev3

1Post-graduate Student, Senior Lecturer of the Department of Mathematical Modeling

and Information Technologies e-mail: mihailsidlyar@gmail.com

Tambov State University named after G. R. Derzhavin;

2Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Mathematical Modeling

and Information Technologies e-mail: solominaoa@yandex.ru

3Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Mechanics and Engineering Graphics e-mail: sseedd@mail.ru

Tambov State Technical University(TSTU), Tambov State University named after G. R. Derzhavin,

The article is devoted to solving the problem of teaching computer graphics in the context of the intensification of the educational process. The features of the development of professional competencies of students of higher educational institutions are revealed when changing curricula in graphic disciplines, taking into account a practice-oriented approach. The content of additional blocks of the working program "Computer Graphics Technologies" according to the З ++ standard was developed to reveal the competence "Able to configure the equipment necessary for the operation of information systems" with the indicator "Able to install and configure equipment and multimedia" significant adjustments were made.

Keywords: computer graphics, work program, teaching methods, 3D modeling, 3D printing, laser cutting, scanning.

Развитие информатизации происходит во всех направлениях современной жизни российского общества. Трансформация, проходящая в мире и в нашей стране с самого начала XXI в., приводит к глубоким преобразованиям в культурном и экономическом пространстве [7]. Информация становится локомотивом четвертой промышленной революции, а скорость изменений приводит к существенной эволюции в характере и в самом предмете трудовых отношений. Изменились не только средства производства, но и расширились принципы трудовых отношений. Рутинная, трудная работа постепенно заменяется более творческой и интеллектуальной [4]. В связи с развитием новых аппаратных средств увеличилось разнообразие взаимодействий между устройствами. Идет внедрение датчиков в различные устройства, а также возрастает роль интернет-технологий, позволяющих работать и получать информацию на расстоянии - как синхронно, так и асинхронно. В связи с этим назрело введение в процесс образовательных курсов блоков по обучению различным устройствам, их взаимодействиям. Кроме того, выстраивается и вся система обучения, во главе угла которой не только стандартная триада знания-умения-навыки, но и полученные профессиональные компетенции, позволяющие мыслить креативно и нестандартно в быстро меняющемся окружающем мире. В нашей стране подготовка специалистов в высших учебных заведениях осуществляется в соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами, ставящими в качестве цели и результата обучения наличие у выпускников универсальных, и профессиональных компетенций.

Современные аппаратные устройства и программное обеспечение привели к резкому росту графических пакетов разнообразного назначения, что требует переосмысления обучения, поиска новых образовательных моделей и технологий, применения новых методик и нестандартных типов уроков, а следовательно, повышения квалификации преподавателей графических дисциплин [2].

Современное состояние компьютерной графики состоит не только и не столько в рисовании и анимации на плоскости. Современная компьютерная графика имеет прежде всего прикладное значение. Приоритетной задачей ставится создание продуктов в пространственной среде, в трехмерном мире, а также овладение инструментами, позволяющими чертить и рисовать в пространстве [3]. Аппаратное обеспечение, которое используется для работы в среде трехмерного моделирования, уже далеко не только компьютер плюс мышь, но и вся линейка

средств - от ЭЭ-принтера и ЭЭ-сканера до графического планшета для прорисовки информации. При этом даже в гуманитарном вузе роль трехмерной графики необычайно важна и востребована, не говоря о техническом университете.

На технических специальностях важными компонентами освоения систем трехмерного проектирования и моделирования являются построение деталей по размерам, создание чертежей по ГОСТу, создание сборок, проверка на износоустойчивость конструкций, проведение электрических схем, визуализация итоговой сборки. В помощь компьютерной графике на начальных курсах преподаются дисциплины, связанные с обычным черчением (начертательная геометрия, черчение, проекционная геометрия и т.д.). После этого студенты знакомятся с серией графических пакетов, в которых обучаются строить чертежи деталей, объединять много движущихся деталей в одну сборку и т.д. Также как и строители, архитекторы сначала долго изучают теорию, историю архитектуры, техническое черчение, ГОСТы, правила и законы возведения кровельных конструкций и теории градостроительства. Затем начинают работать в технической компьютерной среде, в которой уже применяют полученные знания при проектировке итогового архитектурного сооружения, где не только разрабатываются экстерьер и интерьер здания, но и учитываются проводка электричества и установка канализации и батарей. Наличие параметризации в системах трехмерного моделирования позволяет создавать модели цехов по входным параметрам (количество определенных станков, ограничение на площадь), после чего система расставляет станки и технологические линии по ГОСТу, сооружая план итогового цеха [8].

В классическом вузе значимость компьютерной графики аналогично нельзя недооценить. Компьютерная графика применяется в журналистике при компьютерной верстке и обработке фотографий. Плоская 2Э-графика применяется для создания графических файлов, для оформления сайтов, подборки графики для создания обучающих Web 2.0 ресурсов. Добавление, редактирование и обработка графических файлов сейчас являются базовыми навыками при создании презентаций и анимированных сюжетов.

По направлению подготовки «Дизайн» и «Начальная педагогическая подготовка» требуется создание графических объектов и анимаций в различных средах. По направлениям подготовки «География», «Экология», «Геодезия и кадастр» необходимо прочерчивать в графических редакторах географические карты, карты высот, геоинформационные данные.

В Тамбовском государственном университете им. Г.Р. Державина при подготовке бакалавров по направлению 09.0Э.0Э. «Прикладная информатика» преподается дисциплина «Технологии компьютерной графики» [1]. Этот курс рассчитан на 4, 5 и 6-й семестры. Объем дисциплины - 12 зачетных единиц. Формами контроля являются семестровые зачеты, по итогу изучения проводится экзамен, усвоение рассмотренных в курсе теоретических и практических вопросов также проверяется в ходе государственной итоговой аттестации. Допускается использование проектного метода и командной работы для получения бонусных баллов к зачетам и экзаменам при проектировании и моделировании и трехмерной печати ЭЭ-объектов.

Традиционно основным документом учебно-методического комплекса (УМКД), регламентирующим предметную подготовку, является рабочая программа дисциплины, которая в условиях ФГОС ВО должна иметь компетентностный формат. В рабочую программу «Технологии компьютерной графики» по стандарту Э++ для раскрытия компетенции ПК-4 «Способен осуществлять настройку оборудования, необходимого для работы информационных систем» с индикатором «Способен выполнять установку

и настройку оборудования и средств мультимедиа» были внесены существенные изменения.

Структура курса составлена следующим образом. Вначале изучаются основы компьютерной графики, композиции, основы и закономерности цвета, затем -фрактальная графика и основы анимации. В практическом блоке изучаются 2Э-графические редакторы, среды трехмерного моделирования и среды создания анимации. В качестве конкретных примеров в учебном процессе студентами до недавнего времени изучались Adobe Photoshop, Corel Draw, SketchUp, Adobe Flash. В оборудованной компьютерной аудитории установлено лицензионное программное обеспечение. В ближайшее время на уровне программного обеспечения и набора сред будут некоторые изменения с учетом нового установленного программного обеспечения для плоской графики, трехмерного моделирования и анимации [5, с. 12-35].

К работе с двумерной графикой добавлены блоки работы с фотоаппаратом и видеокамерой (данные аппараты имеются на кафедре математического моделирования и информационных технологий), установка светового оборудования, объектива, вспышки. В курсе предусматривается: изучение теории фотодела на уровне ручного выставления параметров съемки, разъяснение понятий «выдержка» и «диафрагма»; работа по установке и съемки со штативом, установка аппаратуры на разные устройства вплоть до квадрокоптеров; рассмотрение каналов и способов передачи данных с фотоаппарата на компьютер, на принтер; работа с технологией хромокей при съемке видео. Рассказывается об основных теориях композиции кадра и методах и программах монтажа видео.

Кроме того, к двумерной графике относится работа со сканирующим оборудованием. Получение тени (основания) предмета при сканировании объемной детали - начало метода прототипирования. Если учесть, что большинство объемных деталей сводится к плоским (такие легко резать и печатать на 3D-принтерах), то при сканировании на обычном устройстве его профиль становится первым шагом к реставрации объекта. Кроме этого, при сканировании идет работа с настройкой изображения, кадрирования. Еще одной опцией является преобразование графики в текст. В этом блоке разумно упомянуть о методах и алгоритмах распознавания с возможными заданиями в виде докладов.

Уже в блоке векторной графики задания сводятся к построениям кривых и работой с текстом для лазерной резки. Рассказываются основные тонкости при маркировке для оборудования, установке цветовых характеристик для маркировки нужной температурой или резке необходимым лазерным оборудованием. Рассматриваются принципы работы программ, связанных с конкретными аппаратами лазерной резки. Стоит заметить, что, в отличие от сканера и фотоаппарата, работа с лазерным оборудованием и 3D-принтерами начинается с рассказа о методах работы устройства, а также с правил техники безопасности во избежание травм и ожогов. Далее рассматриваются разделение объемной детали на совокупность плоских, а также соединители методами шипов и пазов; работа и установка детали в лазерный станок, с последующей установкой фокусного расстояния, а после итогового вырезания необходимо научиться правильно вынуть заготовку и провести операции по сборке и первичной обработке материала.

Стоит отметить, что в ТГУ им. Г.Р. Державина имеется Центр прототипирования с классом (в виде коворкинг-зоны), состоящим из нескольких ноутбуков и такого же количества 3D-принтеров, что позволяет проводить региональные этапы по прототипированию. Также имеется в наличии лазерное оборудование для лазерной резки и маркировки. Кроме того, 3D-принтеры уже есть в технопарке вуза и некоторых

учебных кабинетах, что позволило корректировать программу курса в соответствии с духом времени.

При работе с трехмерной графикой необходимо показать программы, которые преобразуют отверстия и наложения поверхностей, переворачивают поверхности для грамотного осуществления ЭЭ-печати. Важным является часть предпечатной подготовки - разбиение на детали, ориентация их на виртуальном столе, слайсеринг (разбиение на слои) с помощью программ, рекомендуемых принтерами [6], понятие поддержек и качества печати. Для ЭЭ-принтера также является важным установка бобины пластика перед печатью в два типа ЭЭ-принтеров (Wanhao и Picasso), установка принтера в режим печати, запуск и вынимание детали из принтера с последующей сборкой.

Для раскрытия компетенции ПК-4 «Способен осуществлять настройку оборудования, необходимого для работы информационных систем» с индикатором «Способен выполнять установку и настройку оборудования и средств мультимедиа» были внесены следующие дополнения в содержание лекционного курса и лабораторных работ.

Содержание курса предоставлено в таблице, дополнения выделены жирным шрифтом.

№ Название раздела/темы

темы

4 семестр

1 Среда трехмерного моделирования 8ке1сИИр. Основные инструменты

2 Построение по размерам

3 Построение тел ведения и вращения

4 Операции копирования и перемещения

5 Текстурирование

6 Геометрические построения

7 Логические инструменты в ЗкейЪИр

8 Инструменты песочницы

9 Экспорт в различные форматы

10 Работа с 3D-принтером

5 семестр

11 Теория цвета и ее применение в искусстве и дизайне

12 Основы растровой графики

13 Основы композиции и дизайна

14 Субъективный и объективный подходы к созданию композиций в Photoshop

15 Методы сжатия изображений, аудиосигналов и видео

16 Цифровая обработка изображений и распознавание образов

17 Обработка цифровых изображений в Adobe Photoshop

18 Работа с фотографическим оборудованием

19 Работа с сканирующим оборудованием

20 Методы фильтрации изображений

21 Основные понятия векторной графики

22 Создание изображений в векторном редакторе Corel Draw

23 Объекты в векторном редакторе Corel Draw

24 Закраска рисунков в векторном редакторе Corel Draw

25 Отрисовка рисунков в векторном редакторе Corel Draw

26 Создание надписей в векторном редакторе Corel Draw

27 Градиентная и текстурная заливки

28 Работа с растровыми изображениями в векторном редакторе Corel Draw

29 Работа с аппаратами по лазерной резке и маркировке

6 семестр

30 Основные принципы анимации

31 Создание образа персонажа в мультипликации

32 Flash CS3: интерфейс, основные возможности, терминология

33 Основы языка ActionScript. Специальные классы

34 Числа и математические операции. Массивы

35 Программное создание изображений и масок

36 Фильтры и трансформации

37 Программная анимация

Тема 10. Работа с ЭБ-принтером.

Лекция. Устройство. Техника безопасности. Типы ошибок при печати. Экстренные остановки. Печать в ЗЭ-принтере. Характеристики конкретных ЗЭ-принтеров, их устройство. Сборка ЗЭ-принтеров типа Wanhao. Установка держателя бабины пластика в принтерах типа Wanhao. Теория и параметры печати, величина первого слоя, поддержки, процент заполнения. Типы и характеристики пластика для печати. ЗЭ-сканер и методы сканирования.

Лабораторная работа. Принципы ЗЭ-печати. Виды ЗЭ-принтеров. Подготовка к ЗЭ-печати. Слайсиринговые программы. Установка настроек. Преобразование в g-код. Просмотр и преобразование в вид, удобный для печати на трехмерном принтере. Включение ЗЭ-принтера. Настройка параметров печати: файл, температура, скорость печати. Загрузка файла для печати. Установка бабины с пластиком в ЗЭ-принтер. Начало печати. Снятие модели со стола принтера. Отделение поддержек. Сборка модели методами склейки. Работа с ЗЭ-сканером. Подключение к компьютеру. Установка параметров ЗЭ-сканирования. Сканирование модели. Сохранение модели в компьютер.

Вопросы для собеседования

• Материалы для ЗЭ-печати, их характеристики

• Техника безопасности при ЗЭ-печати

• Устройство ЗЭ-принтера

• Устройство ЗЭ-принтера Wanhao и Picasso

• Сборка принтера Wanhao (по инструкции, основные операции)

• Методы замены пластика в принтерах Wanhao и Picasso

• Установка стандартного программного обеспечения, сопровождаемое

принтерами Wanhao и Picasso для слайсеринга

• Установка параметров слайсеринга при подготовке к печати

• Включение принтера, установка настроек в принтерах Wanhao и Picasso

• Вопросы постобработки последующей сборки модели

Тема 18. Работа с фотографическим оборудованием

Лекция. История фотооборудования. Методы фотографирования. Принципы фотопечати. Виды фотооборудования. Устройство фотоаппарата. Теория фотографирования: фокусное расстояние, выдержка и диафрагма. Методы кадрирования снимка. Теория освещения. Установка камеры на беспилотный летательный аппарат. Дополнительное оборудование. Видеосъемка.

Лабораторная работа. Зарядка фотоаппарата, установка объектива, установка карты памяти. Включение фотоаппарата. Настройка параметров. Выдержка и диафрагма. Режимы ночной съемки и макросъемки. Настройки экспонометра. Форматы фотографирования. Кадрирование снимка. Установка камеры на штатив. Установка камеры в режим обратной камеры. Работа с селфи-палкой. Переход

в видеорежим. Съемка с использованием хромокея. Сохранение фотовидеофайлов. Подключение фотоаппарата к другим устройствам: принтеру, компьютеру. Вопросы для собеседования

• Расскажите про камеру обскуры.

• Как устроен современный фотоаппарат?

• Назовите основные виды фотоаппаратов.

• Перечислите дополнительное фотооборудование.

• Что такое выдержка, что означают числа? Как настроить?

• Что такое диафрагма?

• Что такое экспонометр?

• Расскажите о подключение фотоаппарата к принтеру и другим устройствам.

• Установка на штатив. Режимы фото и видеосъемки со штатива. Установка режима с запаздыванием

Тема19. Работа со сканирующим оборудованием

Лекция. Виды сканеров. Принципы сканирования. Принципы распознавания текста.

Лабораторная работа. Подключение сканера к сети. Подключение сканера к компьютеру. Сканирование текста. Сканирование изображения. Разметка при сканировании. Установка качества сканирования и цвета сканирования. Распознавание зон сканирования. Распознавание блоков таблиц. Онлайн-распознавание текста. Сохранение результатов сканирования на компьютер.

Вопросы для собеседования

• Расскажите о принципах сканирования документов.

• Назовите основные типы сканеров.

• Опишите правила подключения сканеров к компьютеру.

• Расскажите о подключении и установке программы, работающей со сканером.

• Как отсканировать часть листа?

• Как выбрать большее качества сканированного черно-белого/цветного изображения?

• Расскажите о методах распознавания текста.

• Назовите онлайн- и мобильные программы и интерфейсы по распознаванию (и переводу) текста.

Тема 29. Работа с аппаратами по лазерной резке и маркировке Лекция. Принципы лазерной резки и маркировки. Устройство лазерного маркера. Устройство лазерных маркеров Protec. Техника безопасности. Этапы работы. Зависимость режимов от материала. Таблицы соответствий мощности резки и материала. Программное обеспечение конкретных устройств. Типы соединений и соединителей для производства коробок методами лазерной резки. Другое полиграфическое оборудование.

Практическое занятие. Подготовка рисунка к лазерной резке или маркировке. Подготовка в CorelDraw рисунка: обводка контуров. Типы шрифтов и контуров для успешной резки и маркировки. Работа в программном обеспечении по лазерной резке. Копирование объектов для резки, установка линий по цветам для резки и глубины маркировки. Установка материала в оборудование. Установка фокусного расстояния. Начало лазерной резки-маркировки. Извлечение материала из лазерного маркера. Постобработка. Сборка.

Вопросы для собеседования

• Расскажите о классах материалов для лазерной резки и маркировки.

• Техника безопасности при работе со станками лазерной резки/маркировки.

Спецодежда.

• Принципы оборудования помещения при работе на станках лазерного

оборудования

• Принципы лазерной резки

• Расскажите об устройстве лазерного гравера.

• Перечислите дополнительное оборудование к станкам лазерной маркировки.

• Опишите основные возможности программ, работающих с лазерной резкой-

маркировкой лазерных станков Protec. Особенности JobControl, LaserWork.

• Как установить контур резки и мощности?

• Как установить мощность маркировки?

• Как установить материал в лазерный станок?

• Как установить фокусное расстояние?

• Как включить задание на выполнение?

• Как установить стартовые точки задания?

• Расскажите о видах дальнейшей постобработки.

По каждой из вышеперечисленных тем предложены следующие задания для самостоятельной работы.

Тема 10. Работа с ЭБ-принтером

1) Подготовить к печати указанные трехмерные модели. Провести «лечение» и модификационную постобработку.

2) Преобразовать в stl и obj формат, подготовить к печати в слайсеринговых программах Polygon 2.0 и Cura.

3) Настроить разные проценты заполнения, поддержки. Посмотреть параметры. Определить итоговое время печати.

Тема 18. Работа с фотографическим оборудованием

Сфотографировать объекты различными фотоаппаратами (зеркальным, цифровым). Сделать фотографии с помощью смартфона. Сделать фотографии одной композиции в разных режимах съемки: с использованием и без вспышки, различные комбинации выдержки и диафрагмы. Определить самые лучшие варианты с помощью таблицы. Скопировать фото-файлы с фотоаппарата на компьютер. Посмотреть Exif-характеристики файлов. Преобразовать их в графическом редакторе.

Тема 19. Работа с сканирующим оборудованием

Применить онлайн- или мобильное сканирование документа. Сканировать текст и провести распознавание. Настроить параметры сканирования, цветность. Провести повороты, обрезку итогового документа.

Тема 29. Работа с аппаратами по лазерной резке и маркировке

Подготовить рисунок к резке, обводя кривыми контур. Применить раскраску контура цветами в зависимости от применения резки или гравировки.

Темы работы с аппаратным обеспечением и настройкой фото-, видеооборудования, а также работа с 3Э-принтерами и лазерными технологиями позволяет студентам по-другому посмотреть на мир компьютерной графики. Этот мир, представляющий профессиональные аппараты и взаимосвязь программного и

аппаратного обеспечения, позволяет студентам, получающим современные знания и навыки, быть востребованными на рынке труда.

Библиографический список

1. Государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 09.03.03 прикладная информатика (уровень бакалавриата). Ицр:/л?аовуо.ги/ир1оад1:11ев/р008%20у0%203++/вак/090303 В 3 17102017.pdf (дата обращения: 18.10.2021).

2. Бидайбеков, Е. Ы. Особенности обучения педагогов компьютерной графике в условиях фундаментализации образования / Е. Ы. Бидайбеков, В. В. Гриншкун, С. Н. Конева, Г. А. Байдрахманова // Современные информационные технологии и ИТ-образование. - 2017. - Том 13. - № 2. - С. 103-110.

3. Брекалов, В. Г. Применение технологии трехмерного прототипирования в образовательном процессе / В. Г. Брекалов, Н. Ю. Терехова, Д. Ю. Сафин // Дизайн и технологии. - 2012. - № 29 (71). - С. 118-123.

4. Брыкова, Л. В. Профессионально направленное обучение начертательной геометрии как способ формирования графической культуры / Л. В. Брыкова // Сибирский педагогический журнал. - 2011. - № 6. - С. 48-54.

5. Ефременков, А. Б. Компьютерная графика в примерах и задачах горного и машиностроительного производства: учебное пособие / А. Б. Ефременков, С. В. Щербинин. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. -194 с.

6. Липницкий, Л. А. Аддитивные технологии и их перспективы в образовательном процессе / Л. А. Липницкий, Т. В. Пильгун // Системный анализ и прикладная информатика. - 2018. - № 3. - С. 76-82.

7. Назарова, О. В. Профессиональная компетентность в подготовке специалиста в области дизайна / О. В. Назарова //Мир науки, культуры, образования. - 2017. -№ 2 (63). - С. 111-112.

8. Талапов, В. В. информационная модель здания. Методика обучения архитектурному проектированию / В. В, Талапов // САПР и графика. - 2009. -№ 2 (148). - С. 24-26.