МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Технологии трехмерного моделирования

рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедрой	НЕТ (реорганизована) 4
Направление подготовки	09.03.03. Прикладная информатика
Профиль	Прикладная информатика в гуманитарных науках
Форма обучения	Очная
Общая трудоемкость	3 ЗЕТ
Учебный план	09_03_03_ПИвГН-4-2020

Часов по учебному плану	108
в том числе:
аудиторные занятия	46
самостоятельная работа	35
контроль	27

Виды контроля по семестрам
экзамены:	6

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр)	3 (6)		Итого
Недель	20		Итого
Вид занятий	УП	РПД	УП	РПД
Лекции	12	12	12	12
Практические	34	34	34	34
Сам. работа	35	35	35	35
Часы на контроль	27	27	27	27
Итого	108	108	108	108

Программу составил(и):
д.и.н., профессор, Владимиров В.Н.

Рецензент(ы):
к.и.н., доцент, Брюханова Е.А.

Рабочая программа дисциплины
Технологии трехмерного моделирования

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 09.03.03 Прикладная информатика (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 12.03.2015 г. №207)

составлена на основании учебного плана:
09.03.03 Прикладная информатика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
НЕТ (реорганизована) 4

Протокол от 08.06.2020 г. № 15
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
Владимиров В.Н.

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

НЕТ (реорганизована) 4

Протокол от 08.06.2020 г. № 15
Заведующий кафедрой Владимиров В.Н.

1. Цели освоения дисциплины

1.1.	формирование у студентов знаний теоретических основ, практических навыков и умений использования современных графических редакторов и владение базовым набором компетенций в области 3D моделирования.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-2	способность анализировать социально-экономические задачи и процессы с применением методов системного анализа и математического моделирования
ОПК-3	способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин и современные информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности
ПК-23	способность применять системный подход и математические методы в формализации решения прикладных задач
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.	Знать:
3.1.1.	– принципы и методику разработки проектов; – методы трехмерного моделирования
3.2.	Уметь:
3.2.1.	– использовать текст, общую и профессиональную графику при создании трехмерных объектов
3.3.	Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.	– навыками использования основных графических редакторов 3dsMAX

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия	Наименование разделов и тем	Вид занятия	Семестр	Часов	Компетенции	Литература
Раздел 1. основы технологий трехмерного моделирования
1.1.	Вводное занятие по ознакомлению с графическим редактором 3ds MAX	Лекции	6	2	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.2.	Команды стандартной панели инструментов Двумерное моделирование	Практические	6	2	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.3.	Построение изображения сцены. Библиотека объектов 3dsMAX	Практические	6	4	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.4.	Источники света и их установка в 3dsMAX. Нацеленный прожектор и проектор. Свободные прожектора	Лекции	6	2	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.5.	Источники света и их установка в 3dsMAX. Нацеленный прожектор и проектор. Свободные прожектора	Практические	6	2	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.6.	Материалы. Настройка базовых параметров раскраски. Карты текстур	Практические	6	6	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.7.	Растровая текстура. Текстурирование объектов	Лекции	6	2	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.8.	Растровая текстура. Текстурирование объектов	Практические	6	4	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.9.	Камеры и их расстановка	Практические	6	4	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.10.	Имитация природных эффектов	Практические	6	4	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.11.	Визуализация сцены. Финальный рендеринг	Лекции	6	2	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.12.	Визуализация сцены. Финальный рендеринг	Практические	6	4	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.13.	Общие сведения об анимации сцен. Средства управления анимацией	Лекции	6	2	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.14.	Общие сведения об анимации сцен. Средства управления анимацией	Практические	6	4	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.15.	Связывание объектов в иерархические цепочки	Лекции	6	2	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.16.	Изучение источников и литературы по курсу	Сам. работа	6	35	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.17.		Экзамен	6	27	ОПК-2, ОПК-3, ПК-23	Л1.1, Л2.1, Л1.2

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

1. Общие принципы работы с 3ds MAX и его интерфейс.
2. Единицы измерения. Общие приемы построения изображений с помощью основных и расширенных примитивов.
3. Категории объектов, находящиеся в команднойпанели инструментов.
4. Двумерное моделирование.
5. Команды главного меню программы: преобразование, выделение, перемещение, клонирование, масштабирование.
6. Общие сведения о сплайнах. Порядок создания сплайнов. Редактирование и модификация сплайнов.
7. Точность моделирования. Установка общих привязок.
8. Построение изображения сцены.
9. Библиотека объектов 3dsMAX10.
11. Источники света и их установка в 3dsMAX
12. Встроенное освещение и подсветка. Порядок создания источников света.
13. Параметры настройки освещения и подсветки и общие действия по созданию источников любого типа.
14. Всенаправленные осветители, яркость, цвет света, исключение объектов из освещения и параметры тени.
15. Материалы. Настройка базовых параметров раскраски. Карты текстур.
16. Библиотеки материалов, редактор материалов и инструменты управления материалами.
17. Базовые параметры тонированной раскраски по Блину и Фонгу, Оурену-Найару-Блинну, металлическая раскраска, самосвечение, непрозрачность и дополнительные параметры.
18. Основные приемы работы с созданием карты текстур и многокомпонентных материалов. Системы проекционных координат.
19. Растровая текстура. Текстурирование объектов.
20. Создание сложных текстур методом комбинирования текстурных карт. Применение модификаторов проекций к одному объекту.
21. Типы проекционных координат. Управление положением рисунка текстуры. Применение карты текстур к характеристикам материалов.
22. Камеры и их расстановка.
23. Типы камер, их параметры. Глубина и резкость изображения. Управление камерой –панорамирование, наезд и облет.
24. Имитация природных эффектов.
25. Эффекты внешней среды. Способы создания параметров текстуры фона сцены, показ ее в окнах проекций и согласование перспективы фонового изображения и сцены. Туман, Объемное освещение. Огонь.
26. Визуализация сцены. Финальный рендеринг.
27. Активная раскраска, настройка ее параметров. Выбор алгоритма визуализации. Контроль за ходом визуализации.
28. Диалоговое окно: Render, Scene, Parameters, Output Size, Options, Atmospherics, Effects, Render Output.
29. Общие сведения об анимации сцен. Средства управления анимацией.
30. Трехмерная сцена в движении. Основные характеристики анимации. Основные элементы управления анимацией. Панель Управления. Time Bar (Временная Шкала). Track Bar (Шкала Треков). Диалоговое окно Key Info (Параметры Ключа). Track View (ПросмотрТреков). Окно Дерева Иерархии. Окно Треков. 31. Связывание объектов в иерархические цепочки.
32. Панель инструментов Track View -Dope Sheet (Просмотр Треков -Лист дескрипторов). Панель управления диалоговым окном Track View (Просмотра Треков). Анимация объектов методом прямой кинематики. Основы скелетной анимации телесных оболочек.

5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)

1. Полигональное моделирование объектов реального мира.
2. Полигональное моделирование по чертежам.
3. Полигональное моделирование по фотографиям.
4. Текстурирование трёхмерной модели.
5. Использование фотографий в текстурировании моделей.
6. Использование составных объектов в полигональном моделировании.
7. Использование модификаторов в полигональном моделировании.
8. Камеры и проекции в трёхмерных сценах.
9. Создание материалов, имитирующих физические свойства объектов реального мира.
10. Освещение трёхмерной сцены.
11. Визуализация трёхмерной сцены.

5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации

Конкретные примеры оценочных средств представлены в ФОС

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л1.1	Н.В. Волков, Т.Л. Серебрякова	Компьютерные технологии в научных исследованиях: Учебное пособие	Азбука, 2016 // ЭБС Алтайского госуниверситета	http://elibrary.asu.ru/handle/asu/3312
Л1.2	Трошина Г. В.	Трехмерное моделирование и анимация: Учебники и учебные пособия для ВУЗов	НГТУ, 2010	biblioclub.ru
6.1.2. Дополнительная литература
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л2.1	Гниденко, И. Г.	Технологии и методы программирования: учебное пособие для прикладного бакалавриата	Юрайт, 2018	biblio-online.ru
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
	Название		Эл. адрес
Э1	Издательство «Лань». Электронно-библиотечная система		e.lanbook.com
Э2	Университетская библиотека online		biblioclub.ru
Э3	Курс в Moodle "Технологии трехмерного моделирования"		portal.edu.asu.ru
6.3. Перечень программного обеспечения
Microsoft Windows 7-Zip AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем
СПС КонсультантПлюс (инсталлированный ресурс АлтГУ или http://www.consultant.ru/). Электронная база данных «Scopus» (http://www.scopus.com) Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/). Научная электронная библиотека elibrary (http://elibrary.ru).

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория	Назначение	Оборудование
Учебная аудитория	для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик	Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)
Помещение для самостоятельной работы	помещение для самостоятельной работы обучающихся	Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Целью настоящего курса является формирование у студентов знаний теоретических основ, практических навыков и умений использования современных графических редакторов и владение базовым набором компетенций в области 3D-моделирования. В рамках настоящего курса происходит знакомство обучающихся с современными проблемами и тенденциями развития трехмерного моделирования, причем на первый план выходят его гуманитарные аспекты в контексте сохранения и виртуализации историко-культурного наследия. С этой точки зрения дисциплина предполагает изучение студентами одного из важнейших направлений своей будущей профессиональной деятельности.
На основе изучения курса осуществляется формирование двух общепрофессиональных (ОПК-2 и ОПК-3), а также одной (ПК-23) профессиональной компетенций.
В ходе прохождения рассматриваемой учебной дисциплины обучающимся следует обратить внимание прежде всего на чисто технические возможности моделирования, широко распространенного в современной прикладной информатике, а также на связь с общими проблемами виртуальных исторических реконструкций, связанных с сохранением культурно-исторического наследия.
В рамках учебной дисциплины большое внимание уделяется одному из наиболее перспективных методов исторической реконструкции – компьютерному моделированию материальных объектов, основанному на методологии и методике 3D-реконструкции. Следует обратить внимание обучающихся, что в курсе рассматриваются прежде всего сами технологии 3D моделирования, а также изучается мировой опыт в этой области, поэтому значительное внимание уделяется анализу материалов исследований в области виртуальных реконструкций, созданных в зарубежных и российских научных центрах.
В рамках учебной дисциплины даются основы формирования и верификации источниковой базы, необходимой для 3D реконструкции. Необходимо уяснить, что именно этот момент во многом определяет уровень научности проводимой реконструкции, а, значит и возможности использования ее результатов на практике.
Студенты получают представлении об использовании специализированного программного обеспечения, включая трёхмерные редакторы 3D World Studio, Autodesk 3D Max и трёхмерный движок Unity 3D. В процессе изучения программного обеспечения закрепляются ранее полученные знания, умения и навыки. Курс заканчивается экзаменом, в ходе которого студенты должны подтвердить как теоретические, так и практические знания.
Студенты получают представление о всём многообразии существующих программных решений для работы с 3d графикой. Узнают о специализации каждого из продуктов. Учатся выбирать программное обеспечение в соответствии с поставленной задачей.
Для максимально обеспечения научности реконструкции используется итеративный подход на основе процедурного моделирования, позволяющий многократно вносить изменения на любой стадии работы при появлении уточнённых данных. Такую возможность обеспечивает современный графический пакет SideFx Houdini (noncommercial). Он позволяет использовать все доступные источники: данные ГИС, графические и фотоматериалы и т.д.
Процесс реконструкции состоит из трёх этапов: моделирование геометрии, создание физически корректных материалов и визуализации. Особое внимание уделяется соответствию источниковой базе промежуточных результатов на каждом этапе.
Готовая модель помещается в виртуальное пространство средствами современного движка UnrealEngine. Итогом работы становится виртуальная копия объекта реального мира, с возможностью навигации внутри или снаружи. Запускается в виде отдельного приложения под Window, OS X, Android и iOS.