Informácie

Tento web bol vytvorený v rámci diplomovej práce "Parametrické a generatívne modelovanie pre 3D tlač" na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky na Univerzite Komenského v Bratislave.

Parametrické 3D modelovanie

je proces tvorby trojrozmerných modelov, ktorý umožňuje používateľom definovať rôzne parametre a prispôsobiť tak model podľa ich potrieb. V podstate sa jedná o techniku, ktorá umožňuje vytvoriť model s použitím matematických vzorcov, parametrov a premenných. Pri parametrickom modelovaní sa namiesto tvorby modelu z jednotlivých súčiastok alebo úpravou hotového modelu, vytvára matematický model s parametrami, ktoré určujú jeho vlastnosti a geometriu. Tento proces sa najčastejšie realizuje v 3D CAD softwaroch, ktoré umožňujú definovanie týchto parametrov pomocou vstupných polí a premenných, ktoré umožňujú používateľovi prispôsobiť model podľa jeho potrieb a požiadaviek. Keďže parametrické modely sú tvorené matematickými vzorcami a parametrami, ich úprava a zmena niektorých parametrov má priamy vplyv na celkový vzhľad a vlastnosti modelu. Táto technika teda umožňuje rýchlejšie a jednoduchšie návrhy a úpravy, čo je veľmi užitočné najmä v oblasti strojárstva, architektúry, návrhu produktov a v iných oblastiach, kde sa vyžaduje presnosť a rýchlosť vývoja.

Generatívne 3D modelovanie

je technika tvorby trojrozmerných modelov, ktorá sa zakladá na algoritmoch a matematických pravidlách, ktoré umožňujú vytvárať zložité a organické tvary. V podstate sa jedná o tvorbu modelu na základe preddefinovaných pravidiel a parametrov. Pri generatívnom modelovaní sa používa rôzny softvér a programovacie jazyky, ktoré umožňujú tvorbu algoritmov a matematických vzorcov, ktoré potom vytvárajú 3D model. Tieto algoritmy a vzorce sa zvyčajne skladajú z jednoduchých operácií, ktoré sa opakujú a kombinujú, aby vytvorili zložité tvary. Generatívne modelovanie umožňuje tvorbu veľmi komplexných tvarov a objektov, ktoré by boli ťažké alebo nemožné vytvoriť inými spôsobmi. Ďalšou výhodou je, že vďaka parametrizácii a interaktívnemu ovládaniu je možné veľmi jednoducho meniť a prispôsobovať model, bez potreby ručnej úpravy. Generatívne modelovanie sa používa najmä v oblastiach ako je architektúra, návrh produktov, prístrojové inžinierstvo a umelecké tvorby. Táto technika umožňuje tvorbu veľmi zaujímavých a neobvyklých tvarov, ktoré môžu slúžiť ako inšpirácia pre tvorbu nových dizajnov.

Anotácia

3D tlač je v súčasnosti rozšírená technológia, ktorá prenikla aj do škôl. Na základných a stredných školách sa dnes bežne nachádzajú 3D tlačiarne i krúžky, na ktorých žiaci s 3D tlačou a grafickým 3D návrhom zoznamujú a učitelia, ktorí hľadajú spôosoby ako tieto technológie, mimoriadne vhodné pre rozvoj tvorivého myslenia a prototypovanie, využiť vo vyučovacom procese. Hoci existuje množstvo tutoriálov, manuálov a komunitných informácií, pomerne zriedkavé je spracovanie problematiky z hľadiska didaktického procesu, metodiky, príručky a inšpiratívnych príkladov využitia v školách, najmä ak ide o pokročilejšie témy. Vytvorenie a príprava 3D modelu sa dá realizovať buď "nakreslením" modelu v nejakom modelovacom nástroji - napríklad pomocou na školách pomerne populárneho TinkerCADu, alebo pomocou programu, ktorého vykonaním sa 3D model skonštruuje. Príkladmi nástrojov pre takýto spôsob návrhu sú OpenSCAD/FreeCAD, špecializované nástroje ako Gear Generator, alebo rôzne režimy a rozšírenia v pokročilých modelovacích softvérových nástrojoch ako sú napr. Fusion 360, alebo Grasshopper. Umožňujú parametrický a generatívny design. Na konci spektra nástrojov je využitie pokročilých algoritmov, evolučných metód, umelej inteligencie, či neurónových sietí. Vďaka tomu sa širšej verejnosti otvára svet, ktorý bol doposial výlučnou doménou architektov a umelcov, hoci pre neho v bežnom kurikule zatiaľ nie je dostatok priestoru a pozornosti. Ide o interdisciplinárnu oblasť, kde má informatika nezastúpiteľné miesto. Dokonca je možné predstaviť si vyučovanie základov programovania cez aplikácie do praktickej domény generatívneho dizajnu.

Cieľ

Cieľom diplomovej práce je sprístupniť technológie parametrického a generatívneho designu pre výrobky vyrobiteľné na 3D tlačiarňach žiakom slovenských stredných škôl. V prvom rade je potrebné spracovať prieskum dostupných nástrojov umožňujúcich parametrický a generatívny design. Následne navrhnúť, realizovať a podrobne zdokumentovať sadu tvorivých inšpiratívnych a aktraktívnych príkladov a cvičení, ktoré žiaka na praktických projektoch oboznámia s princípmi, filozofiou, programovacími jazykmi, ich vyjadrovacími prostriedkami a technikami a praktickou realizáciou designu využívajúceho parametrický a generatívny design. V ideálnom prípade by medzi výstupmi práce bol 1) elektronický učebný text (wiki) obsahujúci vybrané a realizované príklady so zbierkou úloh, 2) metodické návody pre učiteľa v štýle 5E, 3) pracovné hárky pre žiaka obsahujúce konkrétne príklady i úlohy s otvoreným koncom. Výsledok bude využiteľný ako modul pre odborné alebo všeobecné stredné školy ale aj záujmové krúžky, alebo kurzy, prípadne pre samostatných jednotlivcov.