Технології програмування Unity 3D. Реалізація лабораторної роботи з фізики

Размещено на http://www.allbest.ru

Курсова робота

з Інформатики

з теми:

« Технології програмування Unity 3D. Реалізація лабораторної роботи з фізики (Статика)»



ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1. Віртуальне освітнє середовище

1.1 Сучасна віртуальна освітня середа

1.2 Особливості Unity у створенні віртуального робочого середовища

1.3 Середа Unity як інструмент розробки

РОЗДІЛ 2. Описання проекту та його створення

2.1 Основні вимоги до створення проекту

2.2 Створення проекту

ВИСНОВКИ

Список використаних джерел та літератури



ВСТУП

У сучасних умовах, коли настільки актуальним є впровадження інформаційно-комп'ютерних технологій в систему освіти країни, зростає кількість навчальних закладів, які доповнюють традиційні форми навчання дистанційній. Тим більше, що сьогодні більшість молодих людей вільно володіють персональним комп'ютером і вміло використовують відомості, отримані з Інтернету ; їм часто зручніше заглянути в глобальну мережу, ніж шукати цікавий для матеріал у традиційній друкованій навчальній літературі. На жаль, подібного не можна сказати про вчителів, тут нас молоде покоління серйозно обганяє.

Сьогодні більшості вже знайомі поняття - дистанційна освіта, віртуальне навчання, веб - навчання і т.д.

Інформатизація освіти і зростаючі вимоги до якості і кількості висококваліфікованих фахівців призводять до необхідності розробки та впровадження інноваційних освітніх методик і технологій, що сприяють формуванню нових форм навчання, що не обмежених просторово -часовими рамками. Цим вимогам відповідає ідея віртуального навчання, яке дозволяє отримувати якісну освіту через інтернет незалежно від географічного місця розташування учня, без відриву від роботи та з урахуванням індивідуальної освітньої траєкторії.

Об'єкт дослідження: процес дистанційного навчання на базі тривимірної віртуальної робочого середовища.

Предмет дослідження: організація тривимірного віртуального робочого середовища.

Мета роботи: вивчення специфіки організації взаємодії віртуальної робочого середовища і користувача і застосування цих знань на практиці.

Структура роботи: Курсова робота складається зі вступу, двох розділів, висновків і списку використаних джерел та літератури. Загальний обсяг роботи -с.

РОЗДІЛ 1. ВІРТУАЛЬНЕ ОСВІТНЄ СЕРЕДОВИЩЕ

1.1 Сучасна віртуальна освітня середа

Айвен Сазерленд в 1965 році на одній зі своїх лекцій говорив, вказуючи на екран комп'ютерного монітора: «Не думайте про це, як про екран монітора, думайте про це як про вікно - вікні, через яке кожен може заглянути у віртуальний світ ».

Що з'явилося в останнє десятиліття технології зробили популярними два нових поняття - віртуальна реальність і кіберпростір. Віртуальна реальність складається з двох слів і якщо розібрати ці два поняття окремо, то слово віртуальний або віртуальні - це ті іменники, які позначають щось недоступне органам почуттів, тобто ці поняття не матеріальні і не втілюються в якому-небудь предметі. Звідси випливає, що до віртуальних понять відносяться : влада, власність, любов, добро, зло, цінність грошей, справедливість, почуття, борг, краса, закон і ін Всі віртуальні поняття це лише продукт мозку багатьох людей. Нам вони часом здаються чимось матеріальним, але реального матеріального втілення вони не мають. Для того, щоб втілити віртуальне поняття в життя досить створити матеріальні атрибути. [ 10 ]

Перейдемо до другого слова реальність, в перекладі з латинської означає речовий, дійсний. Реальність - все суще ; матеріальний світ, об'єктивно існуючий в дійсності. Реальність приписується всьому тому, що може виникнути і виникло в часі, що існує і є минущим.

З появою персональних комп'ютерів, стало загальноприйнятим серед підлітків поняття « кіберпростір », тобто такі ігри в яких діти грають в комп'ютерні війни. Наприкінці 20 століття ці ігри були дуже популярними і на хвилі цієї популярності створювалися комерційні клуби, де діти годинами просиджували час і гроші.

Під « кіберпростором » ж ми будемо мати на увазі кінцеву середу, основою якої будуть комп'ютерні технології, призначені для створення або імітації віртуальної реальності

Так що ж таке віртуальна реальність ? Це реальність, відмінна від дійсного, матеріального світу, основою якої будуть нематеріальні поняття - інформація, думки й образи. Сенс віртуальної реальності - це « відчуття присутності » у віртуальному середовищі. Це область технології, яка обговорювалася протягом багатьох десятиліть, але починає розвиватися тільки зараз.

Термін віртуальна реальність відноситься до будь-якої ситуації, коли штучно створюється відчуття перебування людини в певному середовищі. Наприклад, автомобільний тренажер -машина, який дає людині відчуття їзди на автомобілі в «реальних умовах». У таку машину (або точніше комп'ютер, який нею управляє ) можна ввести характеристики реального автомобіля і тим самим створити відчуття від їзди.

Протягом останніх 10 років широко поширилися віртуальні освітні лабораторії, які можуть моделювати поведінку об'єктів реального світу в комп'ютерній освітньому середовищі і допомагають учням оволодівати новими знаннями та вміннями з різних предметів : з хімії, фізики, математики, біології, астрономії. Одна з цілей створення віртуальних лабораторій - прагнення до всебічної візуалізації досліджуваних процесів, а одне з головних завдань - забезпечення можливості підготовки учня до найбільш повного сприйняття і розуміння їх сутності.

У сучасних умовах, коли настільки актуальним є впровадження інформаційно- комунікаційних технологій в систему освіти країни, зростає кількість навчальних закладів, які доповнюють традиційні форми навчання дистанційній. Тим більше що сьогодні більшість молодих людей вільно володіють персональним комп'ютером і вміло використовують відомості, отримані з Інтернету ; їм часто зручніше заглянути в глобальну мережу, ніж шукати цікавий для матеріал у традиційній друкованій навчальній літературі.

Створення високоякісного і високотехнологічного інформаційно -освітнього середовища розглядається в основному як досить складне технічне завдання, що дозволяє докорінно модернізувати технологічний базис системи освіти, здійснити перехід до відкритої освітньої системи, що відповідає вимогам постіндустріального суспільства.

Разом з тим не можна заперечувати, що створення інформаційно -освітнього середовища це не тільки чисто технічна задача. Для її створення, розвитку та експлуатації необхідно повністю задіяти науково- методичний, організаційний та педагогічний потенціал всієї системи освіти.

У зв'язку з цим необхідно враховувати також і проблеми педагогіки в умовах функціонування сучасних інформаційно- освітніх середовищ.

Щоб ближче познайомитися з поняттям віртуальної освітнього середовища наведемо нижче кілька її визначень з різних джерел.

Під віртуальною освітнім середовищем ми будемо розуміти сукупність інформаційних ресурсів, що забезпечує комплексну методичну та технологічну підтримку дистанційного процесу, включаючи навчання, управління освітнім процесом і його якість.

Віртуальна навчальна середу ? комплекс комп'ютерних засобів і технологій, що дозволяє здійснити управління вмістом освітнього середовища та комунікацію учасників. [ 5 ]

Під віртуальною освітнім середовищем ми розуміємо інформаційний зміст та комунікативні можливості локальних, корпоративних і глобальних комп'ютерних мереж, що формуються і використовуються для освітніх цілей всіма учасниками освітнього процесу. Під віртуальною освітнім середовищем [ 2 ] розуміється середовище, яке сприяє творчому осягнення Себе - Нового, тобто особистості, що знаходиться в процесі освітнього становлення, що освоює як нові знання, так і нові ступені свободи.

Віртуальна освітнє середовище - це швидко розвивається, багаторівнева і багатофункціональна система, яка об'єднує :

педагогічні, дидактичні та методичні технології, специфічні для взаємодії учасників навчального процесу;

інформаційні ресурси : бази даних і знань, бібліотеки, електронні навчальні матеріали тощо ;

сучасні програмні засоби: програмні оболонки, засоби електронної комунікації.

Віртуальним колективом є географічно -розподілений колектив, об'єднаний спільною задачею і взаємодіє за допомогою інформаційно- телекомунікаційних технологій. У застосуванні до галузі освіти учасниками віртуального освітнього колективу є викладачі та студенти, взаємодіючі в рамках віртуальної освітнього середовища.

Віртуальне навчання - це процес і результат комунікації учасників освітнього процесу у віртуальному середовищі.

Функції віртуальної освітнього середовища :

інформаційно -навчальна (ми надаємо необхідну навчальну інформацію) ;

комунікаційна ( навчання проходить в діалозі з учасниками навчального процесу);

контрольно -адміністративна (проводяться комплексні заходи з контролю рівня знань, умінь і навичок та адміністрування ).

Віртуальна освіта - це процес і результат взаємодії суб'єктів і об'єктів освіти, супроводжуваний створенням ними віртуального освітнього простору, специфіку якого визначають саме дані об'єкти та суб'єкти.

Існування віртуального освітнього простору поза комунікації вчителів, учнів та освітніх об'єктів неможливо. Іншими словами, віртуальна освітнє середовище створюється тільки тими об'єктами та суб'єктами, які беруть участь в освітньому процесі, а не класними кімнатами, навчальними посібниками або технічними засобами.

Важливо підкреслити, що навчання в новому інформаційному просторі не є антагоністичним щодо до існуючих форм навчання і не заперечує наявні освітні тенденції. Нове природним чином інтегрується в ці системи, доповнюючи і розвиваючи їх, і сприяє створенню мобільного освітнього середовища.

1.2 Особливості Unity у створенні віртуального робочого середовища

Мало хто в наш час безпосередньо використовує низькорівневі API для розробки в порівняно швидкі терміни многопользовательского проекту. В основному, виробники беруть на озброєння готові ігрові движки ( Game Engine ), які вже включають в себе движок рендеринга, фізичний движок, звук, систему скриптів, анімацію, штучний інтелект, мережевий код, а також управління пам'яттю і багатопоточність. На крайній випадок, розробивши і протестувавши ігровий движок один раз, компанія може заощадити чималі кошти і час, повторно використовуючи свій продукт як основу для багатьох ігрових проектів.

Більшість ігрових движків містить в собі інтегровану середовище розробки, що дозволять тестувати скрипти і всі ігрові дії в буквальному сенсі « на льоту».

Для нашої віртуальної робочого середовища ми вирішили використовувати Unity - мульти платформенний інструмент для розробки тривимірних додатків, що працюють зокрема під операційною системою Windows.d - це потужний мультиплатформенний інструмент для розробки та програмування інтерактивних браузерних і настільних додатків з дво-і тривимірною графікою, оброблюваної в реальному часі.

Проект Unity3d заснований в 2005 році в Данії компанією Unity Technologies, має штаб -квартиру в San Francisco та робочі групи в Копенгагені, Лондоні, Стокгольмі, Вільнюсі, Сеулі, Токіо.

Всі версії проекту Unity3d містять інтегрований редактор проектів, підтримують імпорт графічних і неграфічних ресурсів (моделей, у тому числі анімованих, текстур, скриптів і т. д.), містять вбудовані ландшафти, шейдерну систему, що поєднує простоту використання, гнучкість і продуктивність.

20:33:29

Програмування графіки в Unity3d здійснюється засобами JavaScript, Boo ( діалект Phyton ) і C # на основі. NET ; реалізована робота з мережею, використовується фізичний движок Ageia PhysX, змішування 3D-графіки реального часу з потоковим аудіо і відео. Сервер ресурсів Unity забезпечує контроль версій в Unity.d підтримує широкий діапазон платформ: Windows (XP / Vista / W7 ), MacOs X, iPhone, iPod, iPad, Xperia PLAY, PS3, Flash 3D player.

У 2013р. проект Unity дійшов до фінальної стадії версія Unity 4.1, в якій список підтримуваних платформ розширився до iOS, Android, Wii, XBox 360, PlayStation 3, Linux. Підтримувані браузери: IE, FireFox, Chrome, Opera, Safari.

Розробниками випускаються дві версії програмного продукту: звичайна версія і платна версія Unity3d Pro. Перша відрізняється обмеженим функціоналом, друга дозволяє здійснити всі етапи графічного конвеєра, включаючи рендер в текстуру, ефекти пост- процесу, видалення з процесу рендеринга невидимих ??вершин і полігонів.

Інструментарій Unity3d побудований на використанні для розробки інтерактивних додатків з дво-і тривимірною графікою, оброблюваної в реальному часі, концепції ігрового движка ( Game Engine ).

Незважаючи на специфічність назви, ігрові движки широко використовуються в інших типах інтерактивних додатків, що використовують 3D-графіку в реальному часі, таких, як демонстраційні рекламні ролики, архітектурні візуалізації, навчальні симулятори і середовища моделювання.

Ігровий движок ( Game Engine ) - це центральний програмний компонент інтерактивних програм з тривимірною графікою, оброблюваної в реальному часі, в тому числі комп'ютерних та відеоігор. Він забезпечує основні технології моделювання і 3D- візуалізації, спрощує процес розробки проектів, забезпечує можливість їх запуску на декількох платформах, таких як ігрові консолі та настільні операційні системи, наприклад, GNU / Linux, Mac OS X і Microsoft Windows.

Ігровий движок забезпечує основну функціональність пакету Unity3d. Він включає в себе багато разів використовувані програмні компоненти : графічний движок ( « визуализатор » ), фізичний движок, звуковий движок, систему скриптів, анімацію, штучний інтелект, мережевий код, управління пам'яттю і багатопоточність.

На додаток до багаторазово використовуваним програмним компонентам, ігрові движки, як правило, надають набір візуальних інструментів для розробки проектів. Ці інструменти зазвичай складають інтегровану середу для спрощеної, швидкої розробки інтерактивних додатків на манер потокового виробництва, надаючи гнучку і багаторазово використовувану програмну платформу з усією необхідною функціональністю для розробки додатку, скорочуючи витрати, складність і час розробки.

Часто ігрові движки мають компонентну архітектуру, що дозволяє замінювати або розширювати деякі підсистеми движка більш спеціалізованими (і часто більш дорогими ) компонентами, наприклад, для симуляції фізичної природи взаємодії ( Havok ), звуку ( FMOD ) або рендеринга ( SpeedTree ). Однак деякі ігрові движки, такі як RenderWare, проектуються як набір слабосвязанних компонентів, які можуть вибірково комбінуватися для створення власного движка, замість більш традиційного підходу, який полягає в розширенні або налаштуванні гнучкого інтегрувального рішення.

Розглянемо основні компоненти будь-якого ігрового движка - графічний і фізичний движки.

Графічний 3D-движок (англ. 3D - graphics engine ; система рендеринга або « визуализатор » ) - проміжне програмне забезпечення ( ППО), основним завданням якого є візуалізація ( рендеринг ) двох - або тривимірної комп'ютерної графіки. Може існувати як окремий продукт або у складі ігрового движка і використовуватися для візуалізації окремих зображень або комп'ютерного відео. Графічні движки, що використовуються в програмах по роботі з комп'ютерною графікою (таких, як 3ds Max, Maya, Cinema 4D, Zbrush, Blender ), зазвичай називаються « Рендерер », « отрісовщікамі » або « візуалізатори ». При цьому основне і найважливіше відмінність « ігрових » графічних движків від « неігрових » полягає в тому, що перші повинні обов'язково працювати в режимі реального часу, тоді як другі можуть витрачати по кілька десятків годин на виведення одного зображення. Другим істотним відмінністю є те, що, починаючи приблизно з 1995-1997 року, графічні движки виробляють візуалізацію за допомогою графічних процесорів (GPU) відеокарт. Програмні графічні движки використовують тільки центральні процесори (CPU).

Фізичний движок ( англ. physics engine ) - програмний движок, який виробляє комп'ютерне моделювання фізичних законів реального світу у віртуальному просторі 3D -сцени з тим або іншим ступенем апроксимації. Найчастіше фізичні движки використовуються не як окремі самостійні програмні продукти, а як складові компоненти інших програм. Виділяють ігрові та наукові фізичні движки.

Перший тип використовується в комп'ютерних іграх як компонент ігрового движка. У цьому випадку він також повинен працювати в режимі реального часу, тобто відтворювати фізичні процеси в грі з тією ж самою швидкістю, в якій вони відбуваються в реальному світі. Разом з тим від ігрового фізичного движка не потрібно точності обчислень.

Сучасні фізичні движки симулюють не всі фізичні закони реального світу, а лише деякі, причому з плином часу і прогресу в галузі інформаційних технологій та обчислювальної техніки список « підтримуваних » законів збільшується. Сучасні фізичні движки, як правило, можуть симулювати наступні фізичні явища і стани: динаміку абсолютно твердого та тіла, що деформується, динаміку рідин і газів, поведінка тканин і мотузок (троси, канати і т. д.).

На практиці фізичний движок дозволяє наповнити віртуальне 3D -простір статичними і динамічними об'єктами - тілами ( англ. body ), вказати якісь загальні закони взаємодії тіл і середовища в цьому просторі, в тій чи іншій мірі наближені до фізичних, задаючи при цьому характер і ступінь взаємодій.

Власне розрахунок взаємодії тіл движок і бере на себе. Коли простого набору об'єктів, взаємодіючих за певними законами у віртуальному просторі, недостатньо, в силу неповного наближення фізичної моделі до реальної, можливо додавати до тіл зв'язку (англ. joint, «з'єднання»). Зв'язки являють собою обмеження об'єктів фізики, кожне з яких може накладатися на одне або два тіла.

Розраховуючи взаємодія тіл між собою і з середовищем, фізичний движок наближає фізичну модель одержуваної системи до реальної, передаючи уточнені геометричні дані в графічний двіжок.d як фізичний двигун використовує Nvidia's PhysX engine.

Основною концепцією Unity3d є використання в сцені легко керованих об'єктів, які, в свою чергу, складаються з безлічі компонентів. Створення окремих ігрових об'єктів і наступне розширення їх функціональності за допомогою додавання різних компонентів дозволяє нескінченно удосконалювати і ускладнювати проект.

1.3 Середа Unity як інструмент розробки

Це мульти -платформний інструмент для розробки двох - і тривимірних додатків та ігор, що працює під операційними системами Windows і OS X. Створені за допомогою Unity програми працюють під операційними системами Windows, OS X, Android, Apple iOS, Linux, а також на ігрових приставках Wii, PlayStation 3 і Xbox 360. Є можливість створювати інтернет -додатки за допомогою спеціального модуля, що підключається до браузера Unity, а також за допомогою експериментальної реалізації в рамках модуля Adobe Flash Player. Пізніше від підтримки Flash відмовилися. Програми, створені за допомогою Unity, підтримують DirectX і OpenGL. [ 12 ] характеризується наступними можливостями:

Сценарії на C #, JavaScript (модифікація ) і Boo ;

Ігровий движок повністю ув'язанийз середовищем розробки. Це дозволяє прямо в редакторі відчувати гру;

Робота з ресурсами можлива через простий Drag & Drop.

Інтерфейс редактора настроюється ;

Здійснено система успадкування об'єктів;

Підтримка імпорту з дуже великої кількості форматів;

Вбудована підтримка мережі ;

Є рішення для спільної розробки - Asset Server ;

Також можна використовувати відповідний користувачеві спосіб контролю версій. Наприклад, Tortoise SVN або Source Gear ;

До особливостей даного середовища розробки можна віднести

широкі можливості імпорту

повністю настроюється і доступний більшості людей інтерфейс

кроссплатформенность

гнучкість і розширюваність

гнучка цінова політика

доступно для VITV і epichnoetv

підтримка фізики тканини ( PhysX Cloth )

Assets Store, так званий магазин компонентів

наявність безкоштовної версії з деякими обмеженнями

скіннінг на CPU

Основною концепцією Unity3d є використання в сцені легко керованих об'єктів, які, в свою чергу, складаються з безлічі компонентів. Створення окремих ігрових об'єктів і наступне розширення їх функціональності за допомогою додавання різних компонентів дозволяє нескінченно удосконалювати і ускладнювати проект.

Вплив компонента на поведінку або положення того чи іншого об'єкта в сцені (властивості компонента) визначається за допомогою змінних компонента.

Ресурси ( Assets ) проекту - це будівельні / складові блоки всіх проектів Unity, в якості яких можуть бути використані файли зображень ( текстур ), 3D -моделей, звукові файли, які будуть використовуватися при створенні в якості ресурсів. Тому в будь-якій папці проекту Unity завжди існує підкаталог з ім'ям Assets, де зберігаються всі файли ресурсів.

Коли -небудь ресурс (наприклад, геометрична 3D-модель ) використовується в сцені гри, він стає в термінології Unity ігровим об'єктом ( Game Object ). Всі ці об'єкти спочатку мають хоча б один компонент, що задає його положення в сцені і можливі перетворення (компонент Transform). Змінні компонента Transform визначає положення ( position ), поворот ( rotation ) і масштаб ( scale ) об'єкта в його локальної декартовій прямокутній системі координат X, Y, Z. Наявність змінних у кожного компонента обумовлює можливість звернення до них з відповідної програми ( скрипта).

Компоненти ( components ) в Unity3d мають різне призначення: вони можуть впливати на поведінку, зовнішній вигляд і багато інших функцій об'єктів, до яких прикріплюються ( attaching ). Unity надає безліч компонентів різного призначення.

Для забезпечення інтерактивності різних 3D -додатків в Unity3d використовуються скрипти, які також розглядаються середовищем як компоненти. Крім JavaScript, Unity3d також надає можливість використовувати для написання скриптів мови C # і Boo (похідний від мови Python ). Для написання скриптів можна скористатися вбудованим редактором Unity3d MonoDevelop.

В якості мови для написання скриптів в Unity застосовуються C #, JavaScript і Boo. Найбільш пріоритетними мовами для нас були C # і JavaScript.

Обидві мови використовують як синтаксичної основи мова програмування C. Зокрема, від нього успадковані без змін :

позначення початку / кінця блоку коду фігурними дужками ;

позначення, асоціативність і пріоритет більшості вбудованих операцій (привласнення, арифметичні, логічні, побітові операції, операції інкремента / декремента ) ;

синтаксис опису та використання змінних і функцій ( порядок « тип ім'я», використання модифікаторів, обов'язковість дужок для функцій, опис формальних параметрів) ;

синтаксис всіх основних конструкцій: умовного оператора, циклів, оператора множинного вибору ;

відсутність процедур (їх замінюють функції типу void ) ;

найменування вбудованих елементарних типів (крім bool, в JavaScript цей тип називається boolean ) ;

використання крапки з комою

Все це призводить до того, що програми на JavaScript і C # зовні на перший погляд виглядають надзвичайно схоже на C -програми.

В обох мовах зроблені однотипні розширення та доповнення стосовно C ( або C + +), зокрема, розширено алфавіт і введений власний синтаксис, що підтримує пакети, імпорт описів, визначення одиниць компіляції.

Обидві мови дозволяють визначити клас усередині класу. Внутрішні класи JavaScipt мають доступ до нестатичних членам батьківського класу ; крім того, всередині методів можна визначати локальні класи, що мають доступ з читання до локальних змінних, і безіменні ( анонімні ) локальні класи, які фактично дозволяють створювати екземпляри об'єктів і інтерфейсів, що перекривають методи свого класу, безпосередньо в місці їх використання. На цьому механізмі в JS- програмах може будуватися обробка подій (подія генерує виклик методу, у вихідному класі - обробнику що є абстрактним ; там, де потрібен конкретний обробник події, програміст створює екземпляр локального анонімного класу - спадкоємця базового класу - обробника і безпосередньо використовує його ). Таким чином, зникає необхідність у спеціальному типі і синтаксичної підтримки для подій, але сам код, який створює обробники, кілька більш складний для розуміння.

Підхід C # більше нагадує C + +. Внутрішні класи в C # мають доступ тільки до статичних членам зовнішнього класу, а для доступу до нестатичних членам потрібно явно вказувати примірник зовнішнього класу. Локальні внутрішні класи в C # не підтримуються, обробка подій у ньому не вимагає таких класів, оскільки будується на інших механізмах.старше, ніж C # і побудований на великою і активною користувача базі. JavaScript домінує в курсах програмування американських університетів і коледжів, і літератури з JavaScript сьогодні набагато більше, ніж по C #. #, В свою чергу, розвивається швидше, набагато слабкіше обмежуючи себе в додаванні нових проблемно- орієнтованих можливостей. Особливо ця тенденція проявилася у версії C # 3.0, в якій, наприклад, з'явилися SQL - подібні запити. Нові можливості при цьому будуються так, щоб мова залишалася мовою загального призначення. # - Мова відносно новий. Microsoft вивчила існуючі мови, такі як Java, Delphi і Visual Basic, і змінила деякі аспекти мови для кращої відповідності потребам деяких типів додатків.

Це визначило наше рішення у виборі мови. C #, виразно, набагато більш пристосований для роботи в проектах нашого типу, завдяки своїй гнучкості, стрімкому розвитку і загальної адаптованості.



РОЗДІЛ 2. ОПИСАННЯ ПРОЕКТУ ТА ЙОГО СТВОРЕННЯ

2.1 Основні вимоги до створення проекту

Основні цілі програмного забезпечення: Моделювання у віртуальному середовищі навчальних проектів у вигляді лабораторних робіт з фізики, які спрямовані на покращення і спрощення навчального та практичного процесу навчання.

Основні функції: Віртуальні лабораторні роботи можна демонструвати в класі під час лекції як доповнення до лекційних матеріалів. Проводити в комп'ютерному класі по мережі, з подальшим аналізом успішності учня. Міняючи параметри в інтерактивній лабораторії, користувач бачить зміни в 3D середовищі як результат своїх дій. Ефективне застосування інтерактивних тестів і уроків в освітньому процесі сприяє не тільки підвищенню якості освіти, а й економії фінансових ресурсів, створюють безпечне, екологічно чисте середовище. лабораторна фізика віртуальна програмування

Основні групи користувачів: Основними користувачами даного програмного забезпечення являються учні середніх навчальних закладів, студенти вищих навчальних закладів, училищ, викладачі як і середніх так і вищих навчальних закладів, а також люди які не відносяться до освітніх закладів і мають засоби для використання даного програмного забезпечення з метою самоосвіти.

Конкурентне ПО: Для створення подібних програм які допомагають з легкістю і без всяких перешкод проводити лабораторні заняття з фізики можуть використовуватися і такі технології програмування як Adobe Flash, 3D Max, Agar, Crystal Space, NeoAxis 3D. Їх використання може здатися легким на перший погляд, але це не так. Відмінність всіх цих технологій від технології Unity 3D в тому, що в ній повністю відкритий вихідний код, дуже зручний у використанні інтерфейс програми, можливість редагувати скрипти, при чому ваш проект може бути запущений у іншому вікні програми одночасно.

2.2 Створення проекту

Для створення проекту я візьму типову задачу з фізики, а саме «теоретична механіка - статика» яка подана нижче:

«Система східних сил в площині»

Размещено на http://www.allbest.ru

До мотузки АВ, один кінець якої закріплений в точці А, прив'язані в точці В вантаж Р і мотузка ВСD, перекинута через блок; до її кінця D прив'язана гиря Q вагою 100 Н. Визначити, нехтуючи тертям на блоці, натяг T мотузки АВ і величину вантажу Р, якщо в положенні рівноваги кути, утворені мотузками з вертикаллю ВЕ, дорівнюють .

Розглянемо рівновагу точки В і складемо розрахункову схему сил, діючих на неї (рис.1).

На точку В, як активна сила, діє сила тяжіння вантажу.

З боку зв'язків (мотузок) на точку В діють їх реакції - натяг уздовж мотузки АВ і натяг частини мотузки НД, причому за модулем натяг N дорівнює вазі вантажу D (N = Q).



Размещено на http://www.allbest.ru

Для отриманої в розрахунковій схемі плоскої системи збіжних сил складаємо два рівняння рівноваги в проекціях на осі координат x і y :

З рівняння (1) знаходимо Підставляємо в рівняння (2) і знаходимо При заданих числових значеннях отримуємо T = 122 Н, Р = 136,6 Н.

Перевірка.

Для перевірки складемо ще одне рівняння рівноваги у формі проекцій сил на вісь x1 (рис.1) і переконаємося, що воно звертається в тотожність:

 

Дійсно, при підстановці знайдених значень отримуємо

 

Відносна похибка обчислень становить не більше (0,028 / 100).100% ~ 0,028%.

Відповідь.

Натяг мотузки АВ дорівнює T = 122,5 Н, вага вантажу Р = 136,6 Н.

Комп'ютерне рішення.

Для вирішення системи лінійних рівнянь можна використовувати, наприклад, матричний метод. Рівняння рівноваги (1) і (2) запишемо у стандартній формі, зберігаючи невідомі в лівих частинах рівнянь:

У матричному вигляді ця система рівнянь записується так:

 

Матричне рішення має вигляд:

У середовищі Mathcad можна виконати і перевірку.

Після рішення задачі в середовищі Mathcad та знаходження усіх вхідних даних можна сміливо приступати до створення проекту який повністю зможе зобразити в віртуальному середовищі Unity 3D дію східних сил на площині.



ВИСНОВОК

У ході нашого дослідження всі поставлені завдання були вирішені.

Ми визначили сутність віртуальної робочого середовища - це сукупність інформаційних ресурсів, забезпечує комплексну методичну та технологічну підтримку процесу роботи. Також, ми визначили специфіку віртуальної робочого середовища в безлічі програмних продуктів. Віртуальна навчальне середовище забезпечує максимальну інтерактивність навчання, підвищуючи якість освіти і зменшуючи тимчасові витрати на навчання. Ми розглянули класифікацію та особливості і виявили специфіку робочого середовища, умовності організації взаємодії між користувачем і інтерфейсом. Розглянули віртуальне середовище, як засіб навчання і як інструмент для саморозвитку.

Ми вивчили особливості віртуального середовища, як робочого та навчального місця. Таке середовище надає практично необмежені можливості для моделювання та експериментів. Межею складності встановлюваних завдань може служити складність внутрішньої організації середовища, а також, продуктивність апаратної частини проекту.

Ми вивчили пристрій віртуального середовища за допомогою середовища розробки Unity. Це досить складний пакет програм, що дозволяє розробляти віртуальні ігрові світи. він знаходиться серед лідерів по продуктивності серед 3D рендерер. Також, Unity має цілу низку переваг порівняно зі своїми найближчими аналогами. Серед достоїнств цього середовища розробки слід, також, згадати мультиплатформеність.

У ході виконання курсової нашою командою була розроблена віртуальна робоча середу факультету МІФ ВГСПУ. Ми вивчили дидактичні можливості тривимірної віртуальної робочого середовища і уклали, що відео- лекції є, на наш погляд, найприйнятнішою формою лекцій у нашому середовищі. Також наш проект не страждає нестачею практики, і учні завжди можуть виконати різні експерименти і досліди. Для учнів завжди в наявності електронна бібліотека, яка в змозі замінити звичайну традиційну бібліотеку.

Наш проект дозволяє повністю закінчити курс навчання або навіть отримати спеціальність. Графік занять гнучкий і підлаштований під учнів. Віртуальні практичні заняття цілком можуть замінити традиційні. Цей проект - це ще один крок на шляху розвитку інформаційного суспільства, тому він може бути впроваджений.



СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ТА ЛІТЕРАТУРИ

Кей Хорстманн «Unity 3D.Тонкости программирования. Том 2» Киев, 2008 г.

Патрик Ноутон «Unity 3D. Наиболее полное руководство» Киев, 2010 г.

С. Хорстманн, Гари Корнелл «Том 1. Основы Unity 3D» Киев, 2007 г.

С. Хорстманн, Гари Корнелл «Том 2. Основы Unity 3D» Киев, 2009 г.

Размещено на Allbest.ru