Богатыренко Константин Иванович
ХПИ, Харьков, Украина

УДК 629

О технологии анимации для виртуальных лабораторных стендов

Недавний лозунг «всеобщей компьютеризации образования» стал реальностью и на новом витке учебно-методической эволюции породил новые проблемы. Так, по поводу одной из них, например, прямо говорится, что преподаватели не должны скрывать от студентов, что большинство изучаемых методик расчета электрических цепей доживают последние дни, поскольку были рассчитаны на ручные вычисления, использование математических программ (Matcad и пр.) не дает положительного методического результата, и совсем скоро студенты будут заваливать преподавателей задачами, легко решенными в более совершенных пакетах. И вот тогда преподавание фундаментальных технических дисциплин превратиться в такую же профанацию, какую мы имеем сегодня в тех гуманитарных дисциплинах, технология освоения которых предполагает написание реферативных работ [1].

Далее, компьютеризация потребовала немалых расходов и неизбежно отвлекла средства, расходуемые ранее на традиционную лабораторную базу. В то же время современные формализованные методы решения инженерных задач только повышают роль инженерного чутья и знания фундаментальных физических свойств объектов, а умения анализировать эти свойства, правильно воспринимать и осмысливать результаты вычислений, учитывать трудно формализуемые факторы развиваются именно в учебной технической лаборатории, но этой экспериментальной компонентой обучения часто жертвуют ввиду недостатка времени и оборудования.

Вот почему в последнее время возрастает интерес к виртуальным лабораториям, использование которых в учебном процессе отчасти разрешает эти противоречия [2,3]. Использование виртуальной реальности в точном смысле этого термина как технологии обучения имеет один существенный недостаток – мощность необходимых аппаратных и программных средств, а, следовательно, и дороговизна. Поэтому применение такой технологии обучения могут себе позволить пока только очень богатые организации [4]. Так что пока «спасение утопающих» по-прежнему остается их же делом, и: разработкой и внедрением виртуальных лабораторий занимаются ведущие лекторы с «группами поддержки». В этих условиях очень важно выбрать доступные средства разработки и более-менее эффективную технологию их использования, чему и посвящена данная статья.

Курс на использование в вузах исключительно лицензионного программного обеспечения практически делает особенно привлекательными для использования свободно распространяемые версии программ. Автор остановил свой выбор на популярном и удивительно компактном пакете моделирования динамических систем VisSim (бесплатная «студенческая» версия 3.0 занимает дискету), изобразительные средства которого тем не менее позволяют реализовать любые творческие замыслы. На рис.1 представлен пример разработки – виртуальный учебный лабораторный стенд для изучения классического регулятора топливоподачи дизеля [5]. Для анимации в этом стенде были использованы стандартные средства пакета VisSim – блок рисования линии LineDraw по координатам начала и конца рисуемого на экране отрезка. При использовании даже такого скупого изобразительного средства как отрезок, манипулируя его толщиной и цветом, удалось получить наглядное изображение работающей системы. Кроме блока рисования отрезка линии LineDraw, в арсенале пакета VisSim имеется блок анимации Animate серией рисунков формата bmp, позволяющий реализовать своего рода локальную мультипликацию.


На рис. 2 показана другая разработка - виртуальный стенд для изучения классической системы зажигания, в котором анимация работы прерывателя выполнена с использованием блока анимации Animate, а движение клапанов, кулачков распределительного вала, кривошипно-шатунной группы, поршня и бегунка распределителя имитируется прорисовкой отрезков линий блоками LineDraw.

Технологию анимации поясняют следующие рисунки. Блок Animate позволяет показать до 16 кадров формата bmp, что достаточно для иллюзии непрерывного движения в течение секунды. Снизить трудоемкость точной прорисовки кадров можно, воспользовавшись пакетом Macromedia Flash. С его помощью можно создать начальный кадр и из него путем трансформации - конечный, а промежуточные будут построены пакетом автоматически (рис. 3) и могут быть импортированы в пакет VisSim.


Рис. 3 Кадры анимации кулачка прерывателя, созданные в Macromedia Flash MX

На рис. 4 показаны фоновые рисунки для виртуальных стендов (рис. 1-2), на которые накладываются рисуемые линии и анимация. Они представляют статическую часть виртуальных стендов, на фоне которой разворачиваются действия. В качестве фоновых рисунков можно использовать, например, отсканированные иллюстрации из учебников. Дополненные анимацией эти привычные, но «ожившие картинки» не могут не пробудить в студентах мотивов познавательной деятельности.

Использование рассмотренной технологии и общедоступного пакета VisSim в учебном процессе позволяет существенно сократить время на разработку методических материалов и уделить основное внимание собственно методам изучаемой теории и анализу полученных результатов.

Список литературы

  1. Клиначев Н.В. О структурном кризисе в методике преподавания блока дисциплин, связанных с расчетом цепей. - http://model.exponenta.ru/lectures/sml_05.htm.
  2. Соловов А.В. Виртуальные учебные лаборатории в инженерном образовании //Сб. Индустрия образования, вып.2. – М.: МГИУ, 2002. – С.386-392.
  3. Александров Є.Є., Богатиренко К.І. Чи замінять мультимедійні технологіі “крейду та дошку” у вузі? //Важке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку. Матеріали другої міжнародної науково-практичної конференції 1-3 червня 2004 року. - Краматорськ: ДДМА 2004. – С.43-44.
  4. Паршукова Г.Б. Виртуальная лаборатория как специфический инструмент технологии дистанционного образования: обзор проблемы. - http://edu.nstu.ru/actions_edu/seminars/doklad.doc.
  5. Клиначёв Н.В. Моделирование систем в программе VisSim. Справочная система. - http://model.exponenta.ru.