Научный журнал
Научное обозрение. Педагогические науки
ISSN 2500-3402
ПИ №ФС77-57475

СОЗДАНИЕ 3D-МОДЕЛИ И ПЕРЕНОС В ВИРТУАЛЬНУЮ РЕАЛЬНОСТЬ В ПРИЛОЖЕНИЯХ BLENDER И UNREAL ENGINE

Козловских М.Е. 1 Неверова И.В. 1 Устинова Н.Н. 1
1 Шадринский государственный педагогический университет
Статья посвящена актуальным и стремительно развивающимся в настоящее время направлениям информационных технологий – трехмерной графике и виртуальной реальности. В статье предлагается конспект вводного занятия по ознакомлению с базовыми функциями и инструментами приложений Blender и Unreal Engine. В конспекте показаны возможности применения инструментов разработки объемных объектов в образовательном процессе. Первый этап занятия направлен на знакомство обучающихся с основными командами приложения для моделирования трехмерных объектов на примере создания простых геометрических форм. Вторая часть занятия посвящена визуализации и импортированию созданного объекта в виртуальную реальность при помощи инструментов игрового движка Unreal Engine. Все этапы занятия снабжены пошаговыми инструкциями с иллюстрациями. Материалы статьи разработаны для проведения мастер-класса по ознакомлению с оборудованием и программным обеспечением виртуальной реальности в технопарке универсальных педагогических компетенций или педагогическом кванториуме. Разработанный конспект может быть дополнен и расширен для более глубокого освоения рассматриваемых приложений на уроках информатики, во внеурочной деятельности или для проведения занятий по освоению инструментов виртуальной реальности в системе дополнительного образования. Исследование выполнено при финансовой поддержке научно-исследовательских работ по приоритетным направлениям деятельности вузов-партнеров ЮУрГГПУ и ШГПУ в 2023 году по теме «Организационно-методическое обеспечение раннего профессионального развития студентов при реализации проекта «Наставник-1» с использованием оборудования технопарка и педагогического кванториума» № 16-349 от 26.05.2023 г.
3D-модель
Blender
моделирование
Unreal Engine
виртуальная реальность
1. Двенадцать решений для нового образования: доклад центра стратегических разработок и высшей школы экономики. М., 2018. 105 с.
2. Козловских М.Е. Организационно-методическая модель формирования универсальных педагогических компетенций на базе IT-кластера технопарка // Современные проблемы науки и образования. 2022. № 5. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=32151 (дата обращения: 02.11.2023).
3. Брюховских И.Е., Козловских М.Е. Классификация программ 3D-моделирования с точки зрения применения в образовательном процессе // Международный журнал экспериментального образования. 2022. № 5. С. 18-22.
4. Анамова Р.Р., Леонова С.А., Пшеничнова Н.В. Инженерная и компьютерная графика: учебник и практикум для вузов. М.: Юрайт, 2022. 246 с.
5. Боресков А.В., Шикин Е.В. Основы компьютерной графики: учебник и практикум для вузов. Москва: Юрайт, 2022. 219 с.
6. Серова М.Н. Учебник-самоучитель по графическому редактору Blender 3D. Моделирование и дизайн М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2022. 272 с.
7. Хейфец А.Л., Логиновский А.Н., Буторина И.В., Васильева В.Н. Инженерная 3D-компьютерная графика в 2 т. Том 1: учебник и практикум для вузов. М.: Юрайт, 2022. 328 с.

В настоящее время в педагогических вузах страны создаются образовательные пространства, позволяющие подготовить будущих учителей к использованию в своей работе междисциплинарных знаний, а также создать условия для профессионального самосовершенствования уже работающим педагогам. Такие возможности предоставляют технопарки универсальных педагогических компетенций и педагогические кванториумы, оснащенные современным технологичным оборудованием. По словам министра просвещения Кравцова С.С., основными задачами этих подразделений являются реализация метапредметных и междисциплинарных проектов, формирование функциональной грамотности обучающихся вузов и организация исследовательской работы [1]. Оснащение технопарков и педагогических кванториумов отличается в разных вузах, в зависимости от потребностей и запросов конкретного учебного заведения. Но за основу берется обязательный список оборудования, рекомендованный Министерством просвещения [1]. На базе технопарка универсальных педагогических компетенций ФГБОУ ВО «ШГПУ» функционируют два кластера: IT-кластер и естественно-научный кластер. В каждом кластере представлено лабораторное оборудование нескольких категорий. Так, в IT-кластере можно выделить лабораторию робототехники, лабораторию виртуальной и дополненной реальности, лабораторию программирования, презентационную зону (или лекторий). ИТ-кластер оснащен современными компьютерами и ноутбуками, образовательными наборами для изучения основ микропроцессорной техники и систем реального времени, наборами для сборки соревновательных роботов, конструкторами для создания манипуляционных робототехнических устройств, устройствами для разработки виртуальной и дополненной реальности, презентационным оборудованием [2]. Используя оборудование технопарка и педагогического кванториума, студенты могут выполнять различные проекты, осваивать программу практики, изучать возможности современных технологий, проводить занятия и мероприятия [2; 3].

В настоящее время технологии виртуальной и дополненной реальности доступны практически на всех мобильных устройствах с доступом в Интернет (смартфон, планшет) или на специальных компьютерах с встроенными дисплеями (очки и шлемы). Благодаря сервисам виртуальной и дополненной реальности можно визуализировать различные процессы и явления, увидеть то, что недоступно для изучения по разным причинам (скорость протекания, опасность, недоступность). Образовательные учреждения оснащаются оборудованием виртуальной и дополненной реальности, которое можно применять для проведения исследований, реализации проектной деятельности, визуализации сложных в изучении объектов [3].

Целью исследования является разработка системы занятий и мастер-классов для начального ознакомления с аппаратным и программным обеспечением технологий виртуальной реальности.

Материалы и методы исследования

Для достижения цели использовались следующие методы исследования: теоретические (анализ технической, методической литературы, нормативных документов, учебных программ, методических материалов); общенаучные (систематизация, педагогическое моделирование, проектирование и конструирование).

Для примера приведена разработка конспекта мастер-класса по ознакомлению с инструментами программных сред для создания и визуализации объектов виртуальной реальности.

3D-визуализация помогает в создании моделей реальных или фантастических объектов средствами различных приложений [4, с. 164; 5, с. 188-195; 6, с. 7-10]. В настоящее время таких приложений разработано очень много. Эти приложения отличаются по предоставляемым возможностям, области применения, сложности освоения и другим параметрам [3; 7, с. 226-235].

Ниже приведен пример мастер-класса, который позволит познакомить пользователей с инструментами создания объектов виртуальной реальности. В качестве средства для создания трехмерных моделей было выбрано приложение Blender, которое является свободным и открытым и в то же время предоставляет профессиональные инструменты для создания объемных изображений. В качестве инструмента для визуализации изображений выбрана среда Unreal Engine, которая также распространяется бесплатно.

Конспект мастер-класса

Тема: «Создание 3D-модели в приложении Blender и перенос ее в виртуальную реальность в среде Unreal Engine».

Цель: познакомить обучающихся с базовыми возможностями приложений Blender и Unreal Engine.

Оборудование:

- система виртуальной реальности (например, HTC VIVE Pro HMD (шлем VR, базовые станции Steam 2.0 – 2 шт.), контроллеры (левый и правый), кабель для шлема с разъёмами Display Port 1.2 и USB 3.0, зарядные кабели и адаптеры для контроллеров – 2 шт., кабели питания базовых станций – 2 шт.);

- компьютеры (минимальные требования: видеокарта NVIDIA GTX 1060, процессор Intel i7 – 6700, оперативная память 16 GB+, видеовыход, совместимый с HDMI 1.3, USB 3.0, операционная система Windows 8 SP1 64 bit).

Во вводной части занятия учитель (наставник/ведущий) знакомит участников с целью и основным содержанием предстоящей работы. Blender – это приложение для создания 3D-моделей, с его помощью будет создан несложный объемный объект, а затем при помощи приложения Unreal Engine перенесем созданные 3D-модели в виртуальную реальность, это позволит увидеть их в виртуальном мире при помощи VR-очков.

Приложение Blender предоставляет набор бесплатных инструментов для создания компьютерной 3D-графики.

Базовые сочетания клавиш помогут ускорить работу с приложением и будут рассмотрены в ходе создания примера 3D-модели.

На первом этапе основной части участники под руководством учителя создают 3D-модели. Учитель поясняет и демонстрирует каждый шаг в создании модели. При необходимости оказывает помощь. Слушатели, следуя указаниям учителя, создают геометрические фигуры по образцу, используя специальные комбинации клавиш.

Для начала зададим сетку Shift + A, mesh, исходная фигура, из которой нам предстоит создать нашу 3D-модель (рис. 1).

При проектировании сложной модели её можно собрать из нескольких фигур, отдельно сделав все части, а позже объединив их. Чтобы изменить выбранную фигуру, необходимо перейти в режим редактирования. Нажимаем Tab, и вершины объекта становятся видимыми. Далее необходимо перейти в режим просмотра полигонов; для этого сверху слева нажимаем кнопку перехода в режим полигонов. Среди трех режимов: вершины, грани, полигоны, выбираем – полигоны (рис. 1), возвращаемся в вид сбоку, начинаем моделирование.

С помощью клавиши «E» можно «вырастить» новые полигоны объекта и изменить их. Таким образом, можно редактировать форму под ту, которая нам необходима.

Еще две полезные команды для изменения формы объекта это «Ctrl + R» – с её помощью можно разрезать фигуру петлей и создать дополнительные грани, делая модель более точной и плавной, и клавиша «I» – с её помощью можно создать новую грань на уже существующей. Затем, нажимая «E», можно создавать полое пространство в фигуре, если оно задумывалось (рис. 1). С помощью этих команд можно создавать несложные модели любой формы, добавляя к ним новые детали, и делать их более интересными.

Создав необходимые геометрические фигуры, сохраним результаты нашей работы на рабочий стол, чтобы в дальнейшем импортировать объект в приложение Unreal Engine. Для сохранения в верхнем левом углу нажимаем кнопку «File», далее ищем кнопку «Export», нажимаем FBX и выбираем рабочий стол (рис. 2).

Переходим ко второму этапу работы – визуализация в приложении Unreal Engine. Запускаем приложение Unreal Engine, выбираем режим «Игры», затем «Игровые шаблоны» и вариант «VR» (рис. 3).

Возможно, придется подождать компиляцию шейдеров (порядка 5-10 минут), чтобы наша виртуальная реальность запустилась. Затем в меню Edit открываем раздел с плагинами Plugins, вбиваем в поиск «VR» и проверяем, чтобы OpenXR был запущен.

Далее можно перенести созданные 3D-модели внутрь программы. Создаём новую папку для объектов. Открываем её и переносим наш объект с его места сохранения в эту папку. Появляется окно импорта, проверяем правильность настроек и нажимаем Import All. На этом этапе импортированный объект можно вынести на сцену, перетащив его из папки. Добавляя его внутрь комнаты, можно менять его расположение и форму при помощи кнопок в правом верхнем углу вьюпорта (рис. 4). Готовая форма показана на рисунке 4.

Для того, чтобы увидеть созданный объект в виртуальной реальности, необходимо зайти в раздел Modes и выбрать «VR Preview» (рис. 5). Оборудование виртуальной реальности должно быть уже подсоединено к компьютеру. После этого происходит подключение.

missing image file

Рис. 1. Этапы создания 3D-модели

missing image file

Рис. 2. Сохранение 3D-модели

missing image file

Рис. 3. VR-режим

missing image file

Рис. 4. Отредактированная форма

missing image file

Рис. 5. Подключение к виртуальной реальности

На этом наша ознакомительная часть занятия закончена. Далее обучающимся предлагается выполнить творческоое задание. Тематика творческого задания может выбираться в соответствии с интересами участников мероприятия или быть приурочена к определенным календарным событиям. Например, задания могут быть посвящены празднику День музеев, который отмечается 18 мая. Слушателям предлагается представить себя в роли архитекторов (дизайнеров, скульпторов) и создать свои экспонаты для виртуального музея. После импортирования созданных объектов в Unreal Engine, с помощью VR-оборудования нужно презентовать свою работу другим участникам. На создание 3D-модели даётся 10-15 минут. Тематика творческого задания может выбираться в соответствии с интересами участников, тематическими датами или изучаемым предметным материалом.

В течение 10-15 минут участники выполняют творческое задание, после чего руководитель мастер-класса (или ассистент) инвертирует его в виртуальную комнату из программы Unreal Engine. Комната должна быть создана заранее на компьютере, к которому подключено оборудование виртуальной реальности. В комнате необходимо удалить лишние вещи и расставить тумбы так, чтобы на них можно было разместить все экспонаты участников. Затем участники по очереди надевают VR-очки, и каждый из них презентует свою работу так, будто бы он сам является работником музея.

В конце мастер-класса подводятся итоги работы, проводится рефлексия, которую можно организовать, предложив ответить на следующие вопросы:

- Понравилось ли вам сегодняшнее занятие?

- Что вам понравилось больше: создавать модели или импортировать в виртуальную реальность и увидеть там?

- Что бы вам хотелось повторить?

- Хотели бы вы узнать больше о возможностях моделирования?

- Хотели бы вы научиться создавать карты или целые игры для виртуальной реальности?

Результаты исследования и их обсуждение

Приведенная разработка – это одно из мероприятий разработанной нами системы и может использоваться для начального ознакомления с технологиями виртуальной реальности, для проведения мастер-классов. Подготовленные занятия позволяют провести начальное знакомство с технологиями виртуальной реальности и подготовиться к созданию более сложных проектов.

Заключение

Таким образом, рассмотренные программные среды можно применять для создания различных тематических 3D-моделей, их визуализации и размещения в виртуальном мире. Изучать возможности приведенных платформ и получать умения работать с ними можно в ходе занятий с оборудованием технопарка универсальных педагогических компетенций и педагогического кванториума. Разработанные материалы можно использовать для проведения матер-классов по ознакомлению с сервисами виртуальной реальности, также материалы могут стать частью системы занятий по освоению технологий виртуальной реальности. Материал статьи будет полезен учителям, педагогам дополнительного образования, студентам при прохождении практики, а также отдельным пользователям для изучения основ работы с сервисами виртуальной реальности.


Библиографическая ссылка

Козловских М.Е., Неверова И.В., Устинова Н.Н. СОЗДАНИЕ 3D-МОДЕЛИ И ПЕРЕНОС В ВИРТУАЛЬНУЮ РЕАЛЬНОСТЬ В ПРИЛОЖЕНИЯХ BLENDER И UNREAL ENGINE // Научное обозрение. Педагогические науки. – 2023. – № 6. – С. 19-24;
URL: https://science-pedagogy.ru/ru/article/view?id=2506 (дата обращения: 22.07.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674