РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТОРА ХИМИЧЕСКИХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.9:378.147.88 Басистый И.В., Васецкий А.М.

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТОРА ХИМИЧЕСКИХ ЛАБ ОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Басистый Илья Витальевич - студент 3 курса бакалавриата факультета цифровых технологий и химического инжиниринга; ibasistyij@muctr.ru

Васецкий Алексей Михайлович - старший преподаватель кафедры информационных компьютерных технологий;

ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.

Спроектировано и разработано программное обеспечение для облегченного создания лабораторных работ по неорганической химии. Разработана альфа-версия приложения на платформе Godot Engine. Рассмотрена архитектура проекта, взаимодействие разработчика с заготовленным инструментарием и пользователя с лабораторией. Также рассмотрены перспективы развития проекта и возможности его применения в учебных целях.

Ключевые слова: виртуальная лаборатория, конструктор, моделирование, Godot Engine.

DEVELOPMENT OF THE DESIGNER OF CHEMICAL LABORATORY WORKS IN INORGANIC CHEMISTRY

Basisty I. V., Vasetsky A.M.

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation

Designed and developed software for easy creation of laboratory works on inorganic chemistry. The alpha version of the application on the Godot Engine platform has been developed. The architecture of the project, the interaction of the developer with the prepared tools and the user with the laboratory are considered. The prospects for the development of the project and the possibility of its application for educational purposes are also considered. Keywords: virtual laboratory, designer, simulation, Godot Engine.

Введение

Основной целью проекта является создание полноценного конструктора химических

лабораторных работ. Следуя простой документации, можно будет создавать новые работы, т.к. весь код инкапсулирован в объекты и глобальные скрипты, а администратору в первую очередь предлагается воспользоваться удобным интерфейсом настройки объектов.

На данный момент завершено ядро проекта, объект пользователя и его взаимодействия с системой. Частично выполнены работы над активными объектами и их свойствами. Продолжается разработка взаимодействия с химическими реакциями. Спроектирована система взаимодействия химических веществ и адаптивное меню внесения элементов при создании лабораторной работы. Готова система лабораторных журналов с описанием текущей задачи и необходимым теоретическим материалом по проводимым опытам. В ближайшее время планируется завершить работы над взаимодействием пробирок с реактивами.

Процесс разработки

Проектирование конструкторы производилось при помощи двух приложений.

Ога^ю - минималистичный инструмент для создания блок-схем и инфографики. Использовался для разработки основных логических узлов проекта и

их взаимодействия. Например взаимодействие пользователя с интерактивными объектами.

Trello - удобный менеджер задач. Была создана виртуальная доска с основными задачами по разработке для удобного отслеживания прогресса создания приложения.

Информация по платформе бралась из официальной документации [1] и крупного youtube канала, посвященного данной теме [2]. Также частично необходимые данные находились на портале habr [3].

Через определённые промежутки времени устанавливались контрольные точки по процессу разработки. При необходимости вносились коррективы, добавлялся новый функционал или убирался ненужный.

На данный момент завершена вторая версия проекта. По сравнению с первой улучшена графическая составляющая, оптимизирован код взаимодействия пользователя с интерактивными элементами. На (рис. 1) изображён интерьер тестовой лаборатории.

Создание лаборатории

Вся информация по конкретным работам находится в директории levels. После Добавления и настройки сцены необходимо добавить кнопку в главное меню (в каталоге scenes) по аналогии с существующими. Для создания новой сцены с лабораторией необходимо в каталоге levels создать

подкаталог level_<номер>, где <номер> является уникальным идентификатором лаборатории. В этот каталог при необходимости можно поместить сцену level.tscn и подкаталог notebooks. В него при необходимости создавать сцены

notebook_<номер>.tscn, где <номер> является уникальным идентификатором лабораторного журнала внутри текущей лаборатории.

В сцену лаборатории становится возможным переносить любые пассивные (стены, освещение,

столы и т.д.) и активные (пробирки, горелки, журналы) объекты. Платформа Godot Engine [4] позволяет удобно позиционировать все элементы внутри лаборатории, поэтому «собрать» лабораторию можно примерно за 10-15 минут. Далее остаётся только заполнить лабораторные журналы и разложить их по уровню, а также ввести в пробирки необходимые вещества.

Рис. 1. Лаборатория, созданная при помощи конструктора

Структура проекта

Проект можно разделить на 4 основные области:

1) Файл с готовыми лабораториями. Представляет из себя каталоги со сценами лабораторных работ.

2) Глобальные скрипты. Отвечают за переход между лабораториями, их загрузку и обработку глобальных переменных.

3) Файл с объектом пользователя и его скриптами. Отвечает за все действия пользователя внутри программы.

4) Каталог активных и пассивных лабораторных объектов. Представляет готовые объекты для конструирования лаборатории.

Подробную структуру проекта можно увидеть на (рис. 2).

Интерактивные объекты

В лаборатории имеется ряд интерактивного оборудования, с которым может взаимодействовать пользователь. К ним относятся: пробирки, горелки, лабораторные журналы и дистиллятор. Также планируется добавить объект банки с реактивами.

Пробирка — активируемый и перемещаемый объект. Состоит из 5-и скрытых слоёв, каждый из

которых отвечает за 20% наполнения ёмкости. Также есть отдельный слой для осадков и слой для испарений. По мере нахождения в зоне активированной горелки или дистиллятора происходит постепенное заполнение пробирки определённым веществом или нагревание содержимого.

Горелка — активируемый объект. При активации создаёт визуальный эффект огня и температурную зону над собой, при помещении в которую пробирки происходит постепенное нагревание содержимого ёмкости.

Дистиллятор — активируемый объект. При активации создаёт визуальный эффект воды и зону наполнения под краном. При помещении в неё пробирки происходит постепенное наполнение водой.

Лабораторный журнал — активируемый объект. При активации открывает окно информации по текущей лаборатории. Планируется добавить систему расчёта правильности выполнения пользователем задания и выставления баллов.

Практическое применение конструктора

При современных запросах к развитию дистанционного образования данный программный продукт найдёт широкое применение в образовательном процессе. Создание лабораторных работ позволит студентам свободно ознакомиться со всем материалом курса неорганической химии и провести свои эксперименты. Переход на дистанционное обучение уменьшил доступное время химической практики, поэтому виртуальная лаборатория может помочь студентам улучшить методику самоконтроля при освоении навыков практической работы в химической лаборатории.

Также данный конструктор может стать отличной платформой для освоения работы в команде. Данное умение крайне необходимо на реальных проектах.

Список литературы

1. Godot Docs - 3.0 branch Официальная документация [Электронный ресурс] //Портал godotengine URL: https://docs.godotengine.org/en/3.0/ (дата обращения: 23.05.2021)

2. SkanerSoft Видеоматериалы [Электронный ресурс] //Платформа YouTube URL: https://www.youtube.com/skanersoft (дата обращения: 23.05.2021)

3. Godot, 1000 мелочей Полезная информация [Электронный ресурс] //Портал habr.ru URL: https://habr.com/ru/post/509144/ (дата обращения: 23.05.2021)

4. godotengine/godot Исходный проект [Электронный ресурс] //Портал github URL: https://github.com/godotengine/godot (дата обращения: 23.05.2021)

Рис. 2. Блок схема структуры проекта