Панченко Валерій
Науковий керівник: канд. ф.-м. наук, доцент Гуртовий Ю.В.
Кіровоградський державний педагогічний університет імені Володимира Винниченка
Анотація: В статті розглядається створення наочних демонстрацій складних коливальних систем для навчальних цілей.
Ключові слова: моделювання, коливання, 3-d графіка, візуалізація.
Моделювання руху ланцюга з вантажем є актуальним, як для різних 3-d ігор так і для оцінки різних механічних ефектів при проектуванні складних мостів, опор і т. д. Досить часто під час надання, викладачами нового навчального матеріалу студентам, однієї лише дошки буває замало, адже на ній досить важко в повній мірі пояснити всі фізичні властивості тіл і речовин, а також розповісти студентам до чого може привести нехтування властивостями тіл та матеріалами.
Для полегшення цієї задачі можна скористатись відеоматеріалами або ж анімацією фізичних властивостей об’єктів про які йде мова. Але ж спочатку потрібно створити ці матеріали для їх представлення аудиторії слухачів. Звичайно ж для створення анімацій або відео для візуалізації фізичних можливостей об’єктів та впливу фізики на них нам потрібно скористатись програмними засобами які включають в себе всі ці можливості.
На наш час є не мало програмних засобів для створення об’єктів та надання їм фізичних властивостей. Серед популярних засобів цього напрямку роботи можна назвати 3D Max, Blender, ANSYS, COMSOL Multiphysics, OpenFOAM.
Програмний засіб Blender є досить популярним і багатофункціональним, адже він цілком надає нам можливість створення об’єктів різних форм та надання їм властивостей, як фізичних так і візуальних. Blender — пакет для створення тривимірної комп'ютерної графіки, що включає засоби моделювання, анімації, вимальовування, після-обробки відео, а також створення відеоігор. Написано даний ПЗ на таких мовах програмування як C, C++ та Python.
Додаємо в сцену Torus (Add> Torus) і змінюємо його початкові характеристики, таким чином отримуємо ланку ланцюгу. Переходимо в режим редагування (Tab). Повернемося на робочий простір Default, виділимо ланку і натиснемо Shift + D, щоб продублювати його. Змістимо нову ланку трохи вправо і повернемо її (R | X | 90). Таким чином створюємо довгий ланцюг. Натискаємо P і обираємо By loose parts, для того щоб кожну ланку зробити окремим об’єктом. За допомогою інструменту Rigid Body зробимо ланцюг активної і змінимо тип її форми на Mesh: AddActive -> Mesh. Додамо в сцену площину (Add> Plain) і зробимо площину пасивним об'єктом: Rigid Body Tools -> AddPassiv. За допомогою комбінацій Alt+A можемо перевірити чи є наш ланцюг суцільним і чи впаде він під силою тяжіння.
Рис.1 Модель ланцюгу з вантажем
Після цього додаємо вантаж, в якості якого додамо сферу: Create -> Add Primitive UV Sphere; в Textures Space в графі Texture Mesh приєднуємо до останньої ланки нашого ланцюгу Torus.004. Тепер перевіривши за допомогою Alt+A ми бачимо, що наш ланцюг рухається під дією тяжіння і вантаж приєднаний до нього тримається на останній ланці.
Тепер додамо площину і розташуємо її нижче ланцюга. Включимо їй Rigid Body в меню фізики і тип виставимо Passive. Таким чином вона не буде рухатися, але стикатися з активними об'єктами.
Якщо натиснемо Alt + A ми побачимо, як ланцюг падає на підлогу. Це означає, що ми все зробили правильно. Ми хочемо щоб ланцюг розгойдувалася. Значить нам потрібно щоб верхня ланка було нерухомим. Виділіть його а потім в панелі фізики Rigid body знімете прапор з параметра Dynamic. Не можна використовувати пасивний тип, як у випадку з підлогою, тому що у нас пересічні об'єкти. Якщо натиснути Alt + A зараз, ланцюг буде звисати на верхній ланці.
Рис. 2. Зіткнення ланцюга з площиною
Дана модель дозволяє візуалізувати різні види коливань, а саме: модель ланцюга з вантажем, модель ланцюга з подвійним кріпленням вантажу, подвійного та потрійного маятника, а також надавати тілам різні маси, форми, колір і властивості, а також змінювати їх і спостерігати залежність характеру коливань від зміни фізичних властивостей моделей.
Список літератури:
- Ігровий «движок» Blender: Фізика. (Game Engine: Physics) [https://wiki.blender.org/index.php/Doc:RU/2.4/Manual/Game_Engine/Physics].
- Історія ідеї створення та розвитку програмного засобу Blender [https://www.blender./foundation/history/].
- Ліцензійні положення програмного засобу Blender. (Free to Use. Free to Change. Free to Share. Free to Sell Your Work.BlenderisFREESOFTWARE.) [https://www.blender./about/license/ ].
Відомості про авторів:
Панченко Валерій Валерійович – магістрант фізико-математичного факультету Кіровоградського державного педагогічного університету імені В. Винниченка.