Introducere

Modulul MODELAREA 3D este destinat pregatirii elevilor din domeniul TEHNIC, nivel 3, clasa a XII-a - Liceu tehnologic, specialitatea Tehnician CAD

Pentru acest modul sunt prevazute in Planul de invatamant pentru Liceul tehnologic in cadrul Curriculumului in dezvoltare locala 76 de ore dintre care, 62 de ore de laborator tehnologic.

Prezentul auxiliar curricular se adreseaza atat elevilor, cat si profesorilor. El are rolul de a orienta profesorul.

Activitatile propuse elevilor, exercitiile si rezolvarile lor urmaresc atingerea majoritatii criteriilor de performanta respectand conditiile de aplicabilitate cuprinse in Standardele de Pregatire Profesionala

Programa modulului trebuie utilizata impreuna cu Standardul de Pregatire Profesionala pentru a corela, in permanenta, criteriile de performanta ale competentelor agregate in modul cu continuturile incluse, rezultate din conditiile de aplicabilitate ale criteriilor de performanta respective.

Parcurgerea continuturilor se va realiza in integralitatea lor.

Pentru atingerea competentelor specifice stabilite in modul, profesorul, are libertatea de a dezvolta anumite continuturi, de a esalona in timp, de a utiliza activitati variate de invatare si in special cele cu caracter aplicativ, centrate pe elev.

Inainte de aplicarea materialelor de invatare propuse, profesorul trebuie sa cunoasca particularitatile colectivului de elevi si, indeosebi, stilurile de invatare ale acestora, pentru reusita centrarii pe elev a procesului instructiv; el poate adapta materialele in raport cu cerintele clasei.

Materialele de invatare sunt usor de citit si de inteles, informatiile fiind formulate intr-un limbaj adecvat nivelului elevilor, accesibil si sustinut prin exemple sugestive si prin imagini.

Evaluarea trebuie sa fie un proces continuu si sumativ, referindu-se in mod explicit la criteriile de performanta si la conditiile de aplicabilitate ale acestora, corelate cu tipul probelor de evaluare specificate in Standardul de Pregatire Profesionala, pentru fiecare competenta.

O competenta se evalueaza o singura data, iar elevii vor fi apreciati numai in ceea ce priveste dobandirea competentelor specificate in tabelele de corelare ale competentelor cu continuturile.

2. Competente

Competentele prevazute de Standardele de Pregatire Profesionala pentru:

Filiera Tehnologica

Profilul Tehnic

Nivelul 3

Specializarea Tehnician proiectant CAD

Unitatea de competenta 27. MODELAREA 3D, sunt:

Creaza modele wire-frame 2 ½ D

Creaza modele wire-frame 3D

Creaza suprafete 3D

Realizeaza desene 3D in modul "multi view"

Realizeaza desene 3D in perspectiva

3. Obiective

In urma parcurgerii acestui modul, elevii vor putea:

          Sa utilizeze sistemele de referinta si coordonatele specifice aplicatiei AutoCAD

          Sa realizeze desene in 2D carora sa le confere proprietati de modele 3D

          Sa afiseze desenele utilizand comenzile de vizualizare

          Sa realizeze desene 3D in modul wireframe

          Sa adauge text si cote unui model 3D

          Sa realizeze desene 3D de corpuri solide

          Sa realizeze sectiuni prin modele 3D

          Sa creeze suprafete 3D simple si complexe

          Sa foloseasca facilitatile aplicatiei AutoCAD de umbrire a suprafetelor

          Sa afiseze un desen in modul "multiview"

          Sa realizeze trecerea de la reprezentarea in proiectie paralela la reprezentarea in perspectiva

4. Informatii pentru profesori

5. Fise de rezumat

Pentru inregistrarea progresului elevilor, sunt foarte utile Fisele de rezumat. Acestea reprezinta inregistrari ale activitatilor de invatare corespunzatoare fiecarei competente din Standardele de Pregatire Profecionala, ce trebuie realizate de fiecare elev pe parcursul modulului.

Fisele de rezumat mai cuprind, de asemenea, comentarii ale profesorului in legatura cu atitudinea elevului, rezultate pozitive in atingerea unor anumite obiective si calea de urmat in continuare pentru fiecare elev si, foarte important, comentarii ale elevului referitoare la activitatile desfasurate. In acest fel, elevii sunt incurajati sa-si asume raspunderea in procesul de invatare. Comentariile lor pot oferi cadrelor didactice informatii referitoare la dificultatile intimpinate.

Vom da mai jos exemple de fisa de rezumat a modulului si fisa de rezumat de activitate.

Acestea pot fi modificate pentru a fi adaptate necesitatilor fiecarui cadru didactic.

Fisa de rezumat a modulului

Fisa de rezumat a activitatii

Glosar de termeni

Acest glosar poate fi completat de fiecare elev si atasat portofoliului personal.

7. Informatii pentru elevi

Scopurile si obiectivele fiecarui activitati de invatare vor fi mentionate pe pagina introductiva a acesteia alaturi de o descriere clara a relatiei dintre competentele modulului relevante pentru activitatea respectiva, obiective si sarcini de lucru, intrebari sau probleme mentionate in fisele de lucru atasate.

Inainte de rezolvarea sarcinilor de lucru aferente unei activitati este util ca, la recomandarea profesorului, elevii sa studieze materiale bibliografice, in legatura cu tema care va fi analizata la respectiva activitate. Profesorul si elevul vor stabili cand si sub ce forma se va desfasura acest studiu: individual sau in grup, la clasa, cu sprijinul profesorului. La finalizarea acestui studiu elevii pot sustine un test de evaluare initiala.

Activitatile sunt organizate fiecare pe mai multe fise de activitati, cu nivele de dificultate diferite, astfel nu este obligatoriu ca toti elevii sa rezolve simultan aceleasi sarcini de lucru; profesorul si elevi vor stabili modul de diferentiere a activitatii in functie de structura colectivului si de nivelul de pregatire al elevilor.

La finalizarea sarcinilor de lucru mentionate intr-o fisa de lucru, elevii vor nota raspunsurile date la intrebari sau vor consemna indeplinirea sarcinilor de lucru in fisa de evaluare atasata, fiind astfel posibila o autoevaluarea a activitatii de catre elevi. Profesorul va verifica rezultatul muncii elevilor si va confirma corectitudinea raspunsurilor date in aceeasi fisa de evaluare. Profesorul impreuna cu elevul vor stabili un plan de masuri privind sarcinile de lucru individuale de realizat in viitor de catre elevi. Acestea pot fi consultarea materialului teoretic pe tema analizata in activitatea respectiva, rezolvarea unor sarcini de lucru de o mai mare complexitate, din alta fisa de lucru.

Fiecare elev va dispune de o fisa de lucru individualizata, de o fisa de evaluare a activitatii si de o fisa rezumat a activitatii unde va avea prilejul sa noteze propriile comentarii privind desfasurarea activitatii.

Fisa de documentare nr.1

MODELAREA 3D

Auto CAD permite trei tipuri de modelare tridimensionala:

            Wireframe - cadru de sarma

            Surface - suprafate

            Solid - corpuri solide

            Modelarea wireframe (cadru de sarma) utilizeaza linii, arce, cercuri si alte obiecte geometrice pentru a trasa muchiile unui obiect. Pentru a construi un model wireframe, trebuie cunoscut fiecare varf al obiectului. Obiectul nu va avea suprafete vizibile.

            Modelarea suprafetelor adauga suprafete fara grosime cadrului de sarma. Astfel, obiectul va avea invelis si vor putea fi folosite optiunile de umbrire si ascundere a muchiilor acoperite. Suprafetele curbe sunt aproximate prin mici poligoane plane ale unei plase poligonale (mesh).

            Modelarea solida este cea mai apropiata de obiectul real deoarece se reprezinta nu numai invelisul ci descrie si volumul interior. Aceste obiecte pot fi analizate din punct de vedere al masei, volumului, greutatii, propriectatilor fizice.

Fisa de documentare nr. 2

Tipuri de coordonate

In vederea modelarii tridimensionale, punctele sunt identificate prin intermediul coordonatelor lor. Ca si la modelarea 2D, exista trei tipuri de coordonate ce pot fi introduse fata de originea sistemului de coordonate - coordonate absolute, fie fata de un punct precizat anterior - coordonate relative.

1. Coordonate carteziene

Absolute

Introducerea coordonatelor se face fata de originea sistemului de coordonate activ.

Punctul M este introdus prin specificarea coordonatelor sale fata de originea sistemului de axe: x=150, y=100, z=80

Relative

Introducerea coordonatelor unui punct nu se exprima fata de origine ci fata de un punct definit anterior.

Punctul B(150,100,80) este introdus prin specificarea coordonatelor sale fata de punctul A(20,140) definit anterior:

2. Coordonate cilindrice

Punctul se considera situat pe suprafata unui cilindru circular drept cu baza in planul xOy si centrul in origine.

Pentru identificarea punctului sunt necesare raza cilindrului, unghiul cu axa x in planul xOy si inaltimea la care se gaseste punctul -coordonata z, sub urmatoarea forma:

raza cilindrului<unghiul cu axa x,inaltimea

pentru punctul A din figura, coordonatele se introduc astfel: 70<15,60

Pentru indicarea unor coordonate relative se utilizeaza simbolul @ pus in fata liniei de coordonate: @70<15,60

3. Coordonate sferice

Punctul se considera situat pe suprafata unei sfere cu centrul in origine.

Pentru identificarea punctului sunt necesare raza sferei, unghiul cu axa x in planul xOy si unghiul cu planul xOy, sub urmatoarea forma:

raza sferei<unghiul cu axa x,unghiul cu planul xOy

pentru punctul A din figura, coordonatele se introduc astfel: 70<15,45

Pentru indicarea unor coordonate relative se utilizeaza simbolul @ pus in fata liniei de coordonate: @70<15,45

Fisa de documentare nr. 3

SISTEMUL DE COORDONATE AL UTILIZATORULUI

AutoCAD defineste geometria unui model utilizand coordonatele precise X, Y, Z fata de Sistemul de Coordonate Universal - WCS

Orientarea sa fixa, aratata in figura, este:

     valorile pozitive ale axei X spre dreapta

     valorile pozitive ale axei Y deasupra axei X

     valorile pozitive ale axei Z sunt orientate catre utilizator, avand directia perpendiculara pe ecran.

La crearea unor desene 2D se utilizeaza WCS. Punctul de vedere (ochiul observatorului) este chiar deasupra axei Z.

Cand se creaza modele in coordonate 3D va fi nevoie sa stabilim diferite directii din care sa privim planul XY.

Una din cele mai bune metode pentru a-ti aduce aminte relatia dintre axele X, Y, Z este regula mainii drepte. Aceasta regula foloseste trei degete ale mainii drepte, fiecare dintre ele reprezentand o axa. In figura 1 se poate vedea pozitia degetelor ce materializeaza directia POZITIVA a axelor. Unghiul format intre fiecare doua degete este de 90^o. Degetul mare este axa X, indexul este axa Y, iar mijlociul axa Z.

Tinand degetele in aceasta pozitie si modificind pozitia mainii, se poate observa relatia dintre axe cand sistemul de coordonate se schimba.

Incearca sa-ti asezi degetele in pozitia din figura 1 si apoi roteste mana pana cand "axele" ajung in pozitia din figura 2.

Figura 1 arata pozitia corecta a planului XY cand privim din fata un obiect (FRONT).

Figura 2 arata pozitia corecta a axelor in Sistemul de coordonate WCS, ce corespunde cu observarea de sus a unui obiect (TOP)

Incercati si rotiti mana pana cand orientarea axelor va corespunde cu orientarea din partea dreapta (RIGHT

Este un set de coordonate X,Y,Z, definite de utilizator pentru a-l ajuta in crearea modelelor 3D.

Propriul UCS poate avea o origine diferita si axele rotite fata de WCS.

UCS-ul este util pentru ca mouse-ul se misca doar in plan.

Se pot crea oricate UCS-uri, care se pot salva sub diverse nume, insa DOAR UNUL ESTE ACTIV LA UN MOMENT DAT!

Cum arata icon-ul UCS?

Iconul este intotdeauna desenat in planul XY al UCS-ului curent si poate avea una din formele prezentate in tabelul de mai jos.

Comanda UCSICON permite controlarea modului de afisare a iconului UCS.

Command: ucsicon

Enter an option [ON/OFF/All/Noorigin/Origin/Properties] <ON>:

ON afiseaza pictograma UCS

OFF ascunde pictograma UCS

A controleaza afisarea iconului in toate vederile definite

N determina afisarea pictogramei in coltul din stanga jos, indiferent de pozitia originii

OR forteaza plasarea iconului chiar in originea sistemului de coordonate

P ofera posibilitatea stabilirii formei, marimii, culorii, varfurilor axelor si grosimii axelor iconului

Cum definim un UCS?

AutoCAD ne ofera mai multe variante pentru a defini un sistem de coordonate al utilizatorului. Toate aceste optiuni sunt disponibile utilizand:

            Comanda UCS de la tastatura

            Meniurile derulante : ToolsUCS

            Bara cu instrumente

Activitate de invatare nr.

Obiectivul activitatii

Aceasta activitate va va ajuta sa va formati deprinderea de a utiliza sistemul de coordonate propriu (UCS) in functie de necesitatile modelului

Tipul de activitate Efectuare de exercitii

Timpul alocat 40 minute

Sugestii de realizare Activitatea se poate desfasura individual sau pe grupe mici, 2-3 elevi

Vom face exercitii de utilizare a UCS-ului pentru modelul wireframe existent (o piramida), alegand diferite optiuni din comanda UCS.

Urmariti linia de comanda din prima coloana, explicati in linia urmatoare a tabelului efectul comenzii si, acolo unde lipseste, desenati sistemul de coordonate in noua pozitie.

Linia de dialog	Poztia UCS
	Inainte	Dupa aplicarea optiunii
Command: UCS Enter an option [New/Move/orthoGraphic/Prev/Restore/Save/Del/Apply/?/World] <World>: M Specify new origin point or [Zdepth]<0,0,0>: END Of (se indica P)
Command: UCS Enter an option [New/Move/orthoGraphic/Prev/Restore/Save/Del/Apply/?/World] <World>: M Specify new origin point or [Zdepth]<0,0,0>: Z Specify Zdepth<0>: 40
Command: UCS Enter an option [New/Move/orthoGraphic/Prev/Restore/Save/Del/Apply/?/World] <World>: N Specify origin of new UCS or [ZAxis/3point/OBject/Face/View/X/Y/Z] <0,0,0>: Specify new origin point <0,0,0>: end Of (se indica P1) Specify point on positive portion of X-axis <8.7489,35.0000,0.0000>: end Of (se indica P2) Specify point on positive-Y portion of the UCS XY plane <8.3450,35.8030,0.0000>: end Of (se indica P3)
Command: UCS Enter an option [New/Move/orthoGraphic/Prev/Restore/Save/Del/Apply/?/World] <World>: N Specify origin of new UCS or [ZAxis/3point/OBject/Face/View/X/Y/Z] <0,0,0>: Y Specify rotation angle about Y axis <90>:
Command: UCS Enter an option [New/Move/orthoGraphic/Prev/Restore/Save/Del/Apply/?/World] <World>: N Specify origin of new UCS or [ZAxis/3point/OBject/Face/View/X/Y/Z] <0,0,0>: Z Specify rotation angle about Z axis <90>:
Command: UCS Enter an option [New/Move/orthoGraphic/Prev/Restore/Save/Del/Apply/?/World] <World>: N Specify origin of new UCS or [ZAxis/3point/OBject/Face/View/X/Y/Z] <0,0,0>: X Specify rotation angle about X axis <90>:
Command: UCS Enter an option [New/Move/orthoGraphic/Prev/Restore/Save/Del/Apply/?/World] <World>: N Specify origin of new UCS or [ZAxis/3point/OBject/Face/View/X/Y/Z] <0,0,0>: ZA Specify new origin point <0,0,0>: Specify point on positive portion of Z-axis <0.0000,0.0000,1.0000>: mid Of (se indica P)
Command: UCS Enter an option [New/Move/orthoGraphic/Prev/Restore/Save/Del/Apply/?/World] <World>: N Specify origin of new UCS or [ZAxis/3point/OBject/Face/View/X/Y/Z] <0,0,0>: V

Fisa de documentare nr. 4

Modele 21/2 D.

Comenzile ELEV si THICKNESS

Atunci cand realizam desene in plan (2D), valoarea coordonatei z, desi nu e precizata, este considerata 0. Alegerea unei valori diferite de zero pentru aceasta variabila, va avea ca efect desenarea tot intr-un plan, dar situat la inaltinea z fata de planul initial (cu z=0).

Valoarea coordonatei z este fixata printr-o variabila numita ELEVATION.

Comanda ELEV stabileste elevatia si grosimea obiectelor ce urmeaza a fi desenate.

In exemplul de mai sus am desenat obiectele (cerc, polilinie, linie, arc) in plan, dar la o anumita inaltime (elevation) fat de planul xOy

Comanda THICKNESS stabileste grosimea obiectelor ce urmeaza a fi desenate

In exemplul de mai sus am fixat o grosime (thickness) obiectelor plane desenate anterior

Fisa de documentare nr.

Pregatirea spatiului de lucru. Vizualizarea

Fisa de documentare contine informatii despre cum ne pregatim propriul mediu de lucru 3D. In acest fel veti invata baza conceptelor de VPOINT si VIEW.

Ar fi indicat sa incepem prin schimbarea unghiului de vedere inainte de inceperea lucrului in 3D. In acest fel, vom putea avea o vedere spatiala a modelului nostru. Iata o secventa de pregatire:

            Prima data pregatim unghiul de vedere utilizand VPOINT.

Pe ecran vor aparea compasul si tripodul. In coltul din dreapta sus va aparea simbolul compasului format din doua cercuri concentrice cu doua diametre. Simbolul este o reprezentare intuitiva a unei sfere de pe suprafata careia se priveste spre centrul acesteia, desenul. Veti observa ca, daca mutam mouse-ul in interiorul figurii, cursorul - o cruciulita (reprezinta pozitia observatorului), se va deplasa si el. Odata cu acesta si axele UCS-ului (tripod-ul) isi vor modifica pozitia.

Un punct selectat in interiorul cercului mic creeaza o vedere a modelului de sus in jos (dinspre partea pozitiva a axei Z), iar un punct in exteriorul lui creeaza o vedere de jos in sus (dinspre partea negativa a axei Z).

O linie orizontala imparte globul in doua parti: un punct sub linie, inseamna vedere din fata, un punct deasupra vedere din spate.

In tabelul de mai jos am sintetizat folosirea compasului:

Exemple de pozitii ale punctului de vedere pentru un corp:

fig.1 - vedere din fata-sus fig.2 - vedere din spate-sus

Se poate obtine acelasi unghi de vedere ca cel din fig.1 prin comanda VP in linia de comanda, utilizand setarile din figura.

Punctul de vedere este definit de un vector care porneste din punctul a carui coordonate sunt precizate si origine - varful vectorului (0,0,0).

Vectorul din figura, determinat de punctul (0,-1,0) si (0,0,0) determina o vedere din fata (FRONT). El este perpendicular pe planul XZ.

Bara de instrumente View

Se poate alege rapid o directie predefinita de vedere.

            Dupa obtinerea celui mai potrivit unghi de vedere a piesei putem activa introducerea GRID lines. Asigurati-va ca butonul GRID de sub lina de comanda este apasat si introduceti setarile sale prin click dreapta de mouse pe el.

Acum suntem gata sa lucram in mediul 3D. Totusi, ar fi bine sa salvam acest mediu de lucru pentru a nu pierde timpul cu refacerea setarilor de fiecare data cand incepem modelarea 3D. Pentru aceasta, utilizam comanda VIEW. In fereastra care apare selectam butonul "New..." si definimi o noua vedere, pe care o denumin, de exemplu, modelare 3D.

De acum inainte, cand dorim sa utilizam aceasta vedere, o putem selecta din:

din meniul View» Named views.

linia de comanda View

Activitatea de invatare nr.

Obiectivul activitatii

Aceasta activitate va va ajuta sa invatati sa realizati un model wireframe 3D utilizand sistemul de coordonate propriu

Tipul de activitate Efectuare de exercitii

Timpul alocat 50 minute

Sugestii de realizare Activitatea se poate desfasura pe grupe de 2-3 elevi

Numele elevului __________________

Data ___________

Prin modelare wireframe sau modelare prin structura de sarma se intelege o redare sub forma de schelet a unui obiect 3D. Un astfel de model nu are suprafete ci doar muchii constituite din drepte si curbe.

Pentru desenarea muchiilor se utilizeaza comenzile de desenare 2D si de editare 2D.

Este foarte importanta definirea si manevrarea corecta a sistemului de coordonate al utilizatorului (UCS).

Sarcina de lucru

In tabel sunt prezentate etapele de realizare a modelului de mai jos. Realizati etapele folosind comenzile potrivite, ajutandu-va de punctele date in desenele fiecarei etape.

In coloana explicatii/dialog scrieti comanda utilizata

Nr	Desen	Explicatii/dialog
1		Se intocmeste conturul bazei
2		Se copiaza conturul bazei cu 66 de unitati pe directia pozitiva  axei Oz
3		Se muta segmentul S1 cu 39 de unitati pe directia pozitiva a axei Ox
4		Se reteaza capeteleS2, S3             Se traseaza conturul P1, P2, P3, P4
5		Se completeaza desenul unind P3 cu P6, P2 cu P5, etc
6		Se muta UCS-ul pe fata inclinata             Se deseneaza cercul utilizand filtre ale coordonaelor:

Tema: Incercati sa gasiti solutii ale exercitiului, care sa utilizeze mai putine comenzi, folosind facilitati de desenare 2D invatate in clasa a XI-a.

Fisa de documentare nr.

Modelarea suprafetelor

Pentru modelarea suprafetelor in AutoCAD se utilizeaza retele poligonale (mesh) formate din fatete care aproximeaza suprafetele curbe.

Modelele solide pot fi transformate in suprafete utilizand comanda EXPLODE. De asemenea, suprafetele pot fi convertite in modele wireframe. Totusi, deoarece ele nu contin aceleasi informatii, nu se poate face trecerea de la modelele wireframe la suprafete si nici de la suprafete la modele 3D.

Pentru modelarea unei suprafete, putem utiliza:

Bara de instrumente

2D Solid; 3D Face

Comanda 3D Face permite desenarea unor suprafete plane in spatiul tridimensional, prin indicarea a trei sau mai multe puncte care definesc conturul acestora. Se poate utiliza comanda Edge pentru a schimba vizibilitatea fetelor 3D

Optiunea I [Invisible] permite ca urmatoarea muchie desenata sa fie invizibila.

Box; Wedge; Pyramid; Cone; Sphere; Dome; Dish; Torus. Se realizeaza suprafete predefinite, similare solidelor, cu diferenta ca obiectele create au numai invelis (coaja) si nu contin informatii referitoare la volum si proprietati de masa.

Edge; 3D Mesh

Comanda 3D Mesh permite realizarea unei retele poligonale rectangualre prin specificarea coordonatelor X, Y, Z ale punctelor retelei (noduri).

Pentru inceput trebuie definite M=numarul de coloane si N=numarul de linii ale retelei. M si N pot lua valori intre 2 si 256.

Fiecare patrulater al suprafetei este determinat prin 4 noduri (vertex-uri) sau 4 muchii.

Revolved Surface; Tabulated Surface; Ruled Surface; Edge Surface

Comanda REVSURF (Revoled Surfaces) creaza o retea poligonala care aproximeaza o suprafata de revolutie generata prin rotirea unei curbe directoare in jurul unei axe. Directoarea poate fi: linie, polilinie, arc, cerc, elipsa, curba spline.

Densitatea retelei poligonale este controlata de variabilele SURFTAB1 (pe directia M) si SURFTAB2 (pe directia N-directia axei).

Meniul derulant Draw Surfaces

            stabilirea curbei directoare si a axei de rotatie

            Schimbarea punctului de vedere pentru o vizualizare 3D.

            Efectul comenzii REVSURF cu valori diferite ale variabilelor SURFTAB (mai mari in figura 2.)