• смешанные (сочетающие свойства и образных, и знаковых моделей).
Достоинства данной классификации в том, что она дает хорошую основу для анализа двух основных функций модели:
- практической (в качестве орудия и средства научного эксперимента);
- теоретической (в качестве специфического образа действительности, в котором содержатся элементы логического и чувственного, абстрактного и конкретного, общего и единичного).
Рассмотрим еще одну классификацию, предлагаемую Л. М. Фридманом. С точки зрения степени наглядности он все модели разбивает на два класса:
• материальные (вещественные, реальные);
• идеальные.
К материальным моделям относят такие, которые построены из каких-либо вещественных предметов, из металла, дерева, стекла и других материалов. К ним также относят и живые существа, используемые для изучения некоторых явлений или процессов. Все эти модели могут быть непосредственно чувственно познаны, ибо они существуют реально, объективно. Они представляют собой вещественный продукт человеческой деятельности.
Материальные модели, в свою очередь, можно разделить на статические (неподвижные) и динамические (действующие).
К первому виду автор классификации относит модели, геометрически подобные оригиналам. Эти модели передают лишь пространственные (геометрические) особенности оригиналов в определенном масштабе (например, макеты домов, застройки городов или сел, разного рода муляжи, модели геометрических фигур и тел, изготовленные из дерева, проволоки, стекла, пространственные модели молекул и кристаллов в химии, модели самолетов, кораблей и других машин и т. д.).
К динамическим (действующим) моделям относят такие, которые воспроизводят какие-то процессы, явления. Они могут быть физически подобны оригиналам и воспроизводить моделируемые явления в каком-то масштабе. Например, для расчета проектируемой гидроэлектростанции строят действующую модель реки и будущей плотины; модель будущего корабля позволяет в обычной ванне изучить некоторые аспекты поведения проектируемого корабля в море или на реке и т. д.
Следующим видом действующих моделей являются всякого рода аналоговые и имитирующие, которые воспроизводят то или иное явление с помощью другого, в каком-то смысле более удобного. Таковы, например, электрические модели разного рода механических, тепловых, биологических и прочих явлений.
Идеальные модели делят обычно на три вида:
• образные (иконические);
• знаковые (знаково-символические);
• мысленные (умственные).
К образным, или иконическим (картинным), моделям относят разного рода рисунки, чертежи, схемы, передающие в образной форме структуру или другие особенности моделируемых предметов или явлений. К этому же виду идеальных моделей следует отнести географические карты, планы, структурные формулы в химии, модель атома в физике и т. д.
Знаково-символические модели представляют собой запись структуры или некоторых особенностей моделируемых объектов с помощью знаков-символов какого-то искусственного языка. Примерами таких моделей являются математические уравнения, химические формулы.
Наконец, мысленные (умственные, воображаемые) модели – представления о каком-либо явлении, процессе или предмете, выражающие теоретическую схему моделируемого объекта. Мысленной моделью является любое научное представление о каком-либо явлении в форме его описания на естественном языке.
Как видим, понятие модели в науке и технике имеет множество различных значений, среди ученых нет единой точки зрения на классификацию моделей, в связи с этим невозможно однозначно классифицировать и виды моделирования.
Классификацию можно проводить по различным основаниям:
1) по характеру моделей (то есть по средствам моделирования);
2) по характеру моделируемых объектов;
3) по сферам приложения моделирования (моделирование в технике, в физических науках, в химии, моделирование процессов живого, моделирование психики и т. п.);
4) по уровням («глубине») моделирования, начиная, например, с выделения в физике моделирования на микроуровне.
Наиболее известной является классификация по характеру моделей. Согласно ей различают следующие виды моделирования:
1. Предметное моделирование, при котором модель воспроизводит геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики объекта. Например, модель моста, плотины, модель крыла самолета и т.д.
2. Аналоговое моделирование, при котором модель и оригинал описываются единым математическим соотношением. Примером могут служить электрические модели, используемые для изучения механических, гидродинамических и акустических явлений.
3. Знаковое моделирование, при котором моделями служат знаковые образования какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, формулы, графы, слова и предложения в некотором алфавите (естественного или искусственного языка).
4. Со знаковым тесно связано мысленное моделирование, при котором модели приобретают мысленно наглядный характер. Примером может в данном случае служить модель атома, предложенная в свое время Бором.
5. Наконец, особым видом моделирования является включение в эксперимент не самого объекта, а его модели, в силу чего последний приобретает характер модельного эксперимента. Этот вид моделирования свидетельствует о том, что нет жесткой грани между методами эмпирического и теоретического познания.
Одним из важнейших видов информационного моделирования является компьютерное моделирование.
Применение компьютеров в научных исследованиях является необходимым условием изучения сложных систем. Компьютерное моделирование дает возможность целостного изучения поведения наиболее сложных систем как естественных, так и создаваемых для проверки теоретических гипотез.
Хорошая компьютерная модель превращает компьютер из сверхбыстрого калькулятора в интеллектуальный инструмент, способствующий открытию новых эффектов, явлений и даже созданию новых теорий.
Методами компьютерного моделирования пользуются специалисты практически всех отраслей и областей науки и техники – от истории до космонавтики, поскольку с их помощью можно прогнозировать и даже имитировать явления, события или проектируемые предметы в заранее заданных параметрах.
1.2 3DSMax 2008 как способ развития воображения старшеклассников
Как следует из вышесказанного, воображение играет большую роль в становлении личности, а умение создать правильную мысленную модель напрямую связано с воображением учащихся и развивает его.
Компьютерное трёхмерное моделирование, анимация и графика в целом, не уничтожают в человеке истинного творца, а позволяют ему освободить творческую мысль от физических усилий, максимально настроившись на плод своего творения.
Занимаясь 3D моделированием, старшеклассники создают мысленные модели процессов, объектов, предметов, чтобы затем создать трехмерную графическую модель.
Для создания трехмерной графики используются специальные программы, которые называются редакторы трехмерной графики, или 3D-редакторы. 3ds Max 2008 является одной из таких программ.
Результатом работы в любом редакторе трехмерной графики, в том числе и в приложении 3ds Max 2008, является анимационный ролик или статическое изображение, просчитанное программой. Чтобы получить изображение трехмерного объекта, необходимо создать в программе его объемную модель.
Замена одного объекта (процесса или явления) другим, но сохраняющим все существенные свойства исходного объекта (процесса или явления), называется моделированием, а сам заменяющий объект называется моделью исходного объекта [18, с. 85].
Модель объекта в 3ds Max 2008 отображается в четырех окнах проекций. Такое отображение трехмерной модели используется во многих редакторах трехмерной графики и дает наиболее полное представление о геометрии объекта. Если вы видели чертежи деталей, то могли заметить, что на чертеже объект представлен сверху, сбоку и слева.
Интерфейс 3ds Max 2008 напоминает такой чертеж. Однако, в отличие от чертежа на бумаге, вид объекта в каждом окне проекции можно изменять и наблюдать, как выглядит объект снизу, справа и т. д. Кроме этого, можно вращать все виртуальное пространство в окнах проекций вместе с созданными в нем объектами. Работа в 3ds Max 2008 напоминает компьютерную игру, в которой пользователь передвигается между трехмерными объектами, изменяет их форму, поворачивает, приближает и т.д.
Виртуальное пространство, в котором работает пользователь 3ds Max 2008, называется трехмерной сценой. То, что вы видите в окнах проекций, – это отображение рабочей сцены.
Работа с трехмерной графикой очень похожа на съемку фильма, при этом разработчик выступает в роли режиссера. Ему приходится расставлять декорации сцены (то есть создавать трехмерные модели и выбирать положение для них), устанавливать освещение, управлять движением трехмерных тел, выбирать точку, с которой будет производиться съемка фильма, и т.д.
Любые трехмерные объекты в программе создаются на основе имеющихся простейших примитивов – куба, сферы, тора и др. Создание трехмерных объектов в программе 3ds Max 2008 называется моделированием. Для отображения простых и сложных объектов 3ds Max 2008 использует так называемую полигональную сетку, которая состоит из мельчайших элементов – полигонов. Чем сложнее геометрическая форма объекта, тем больше в нем полигонов и тем больше времени требуется компьютеру для просчета изображения. Если присмотреться к полигональной сетке, то в местах соприкосновения полигонов можно заметить острые ребра, поэтому, чем больше полигонов содержится в оболочке объекта, тем более сглаженной выглядит геометрия тела. Сетку любого объекта можно редактировать, перемещая, удаляя и добавляя ее грани, ребра и вершины. Такой способ создания трехмерных объектов называется моделированием на уровне подобъектов [5, с. 18].