Сравнительный анализ возможностей универсальных и специализированных моделеров в преподавании архитектурно-строительных дисциплин

Образовательный процесс в современном мире многогранен, его эффективность зависит от многих факторов, в том числе, и от средств обучения. Например, для таких направлений подготовки как «Архитектура», «Дизайн архитектурной среды» умение проектировать и конструировать 3D-модели является базисом профессиональной компетентности специалиста. Проблема выбора средств обучения не теряет своей актуальности и до сегодняшнего дня. Сложность решения этой проблемы обусловлена двумя причинами. Во-первых, в настоящее время на рынке одновременно присутствует множество средств компьютерного моделирования трехмерных объектов, что говорит о востребованности их всех. Во-вторых, выбор средств обучения должен учитывать мнения работодателей, а эти мнения, зачастую, весьма различны. В статье предлагается подход к выбору средств обучения 3D моделированию на основе анализа их свойств и мнений работодателей.

Процесс создания разработок в области архитектурного дизайна переходит на новый уровень, благодаря профессиональным 3D моделеров. Неограниченные функциональные возможности, быстродействие, встроенные библиотеки компонентов, фотографическая точность изображений, простота и понятность интерфейса – это меньшая часть преимуществ специализированных 3D моделеров. Однако на данный момент этими достоинствами обладают и более 90% всех представленных на рынке универсальных 3D редакторов.

С целью оценить эффективность применения универсальных 3D моделеров по сравнению со специализированными необходимо выделить их особенности и провести анализ.

Начать нужно с подробного обзора часто используемых на практике универсальных редакторов.

1. 3DS MAX

Цена: подписка на год 48886р. Пробный бесплатный период 1 месяц.

Данный программный продукт совместим с аналогами от компании Autodesk, а также поддерживает импорт из Revit и SketchUp. В моделер встроены фотореалистичный визуализатор, гибкая система управления частицами, средства анализа и просчета освещения 3D проекта. При работе в областях с узкой спецификой стандартные функции можно расширить, подключив соответствующий плагин или модуль. Библиотеки архитектурных компонентов (лестницы, окна, растения и проч.) позволяют ускорить процесс проектирования моделей.

Минимальные системные требования: ОС Microsoft Windows (версии 7.1 и новее); 6 Гбайт свободного места на жестком диске для установки; ЦП 64-разрядный процессор Intel или многоядерный процессор AMD; ОЗУ – 4 Гбайт (рекомендуется 8 Гбайт).

2. Cinema 4D

Цена: платная подписка на полгода 770$≈46200 р. (1100$ – год). Пробный бесплатный период – 1 месяц.

Широкие возможности обработки 3D сцен, встроенная система фотореалистичной визуализации. Система частиц Thinking Particles позволяет создавать эффекты. Встроенные алгоритмы расчета детализированного освещения. Программа совместима с Adobe After Effects.

Минимальные системные требования для Cinema 4D: ОС Windows (версии 7.1 и новее) с 64-разрядным процессором, с поддержкой SSE3. Либо MacOS X 10.11.6 10.12.4+ с 64-разрядным процессором Intel на Apple Macintosh. ОЗУ – 4 Гбайта (рекомендуется 8 Гбайт и более), видеокарта с поддержкой OpenGL 4.1. Для рендера GPU нужна видеокарта NVIDIA либо AMD для Windows или для MacOS, с поддержкой OpenCL 1.2 или новее [8].

3. SketchUp Pro

Цена: платная подписка на год 695$≈41700 р. Пробный бесплатный период – 1 месяц.

При установке SketchUp Pro, пользователь дополнительно устанавливает ещё 2 приложения: LayOut (производит оформление конструкторской документации) и Style Builder (является конструктором растровых эффектов, делает модель более реалистичной). Для создания фотореалистичного рендеринга, необходимо устанавливать вспомогательный плагин. Моделер поддерживает экспорт/импорт из CAD-программ, PDF-файлов, а также файлы формата IFC.

SketchUp Pro имеет несколько отличительных функций, таких как инструменты «Push/Pull» и «Follow me». Также в него встроены обширные библиотеки объектов интерьера и окружающей среды, а также текстур различных строительных материалов. Возможность установки на ОС Windows (версии 7 и новее), Mac OS X  (версии 10.11 и новее). Минимальные требования 1ГГц процессор, 4 Гбайт ОЗУ, свободного пространства на жестком диске от 512 Мбайт и видеокарта с поддержкой Open GL версия 3.0, NET Framework 4.5.2 и объемом памяти более 16 Гбайт.

4. Blender

Цена: бесплатно

Поддержка работы с системой частиц. Механизм рендеринга встроен, возможно взаимодействие с внешними рендерами, в том числе, LuxRender, YafRay и проч. Возможно создание скелетной анимации, игр, лепки персонажа. Несмотря на адаптивную настройку интерфейса, к нему нужно привыкать, это одна из причин появления сложностей в освоении программы. Возможность установки на ОС Windows, Linux, Mac OS X (PPC и Intel), FreeBSD. Минимальные требования к системе: одноядерный процессор, с частотой 1 ГГц, ОЗУ от 512 Мбайт и видеокарта с поддержкой Open GL и объемом памяти более 64 Мбайт.

Далее необходимо выделить и рассмотреть особенности самых популярных специализрованных 3D моделеров.

1. AutoCAD

Цена: подписка на год 51052р. Пробный бесплатный период – 1 месяц.

В этот продукт заложена совместимость с такими программными пакетами как Autodesk Revit, 3Ds Max, Inventor, Civil 3D; Graphisoft Archicad; Corel Draw. Совершенствуется работа с облачными сервисами Autodesk. Трудность освоения программы восполняется интуитивно понятным интерфейсом и сопровождением работы всплывающими подсказками. Наличие надстроек, дополнительных плагинов, подключаемых библиотек готовых компонентов помогает совершать проекты в более узких предметных областях. Минимальные системные требования: ОС Microsoft Windows (версии 7.1 и новее); 6 Гбайт свободного места на жестком диске для установки; ЦП 64-разрядный процессор Intel или многоядерный AMD; ОЗУ – не менее 8 Гбайт. .NET Framework версии 4.5; Видеоадаптер класса рабочих станций с памятью не менее 128 Мбайт, поддерживающий экранное разрешение не менее 1600 x 1050, с поддержкой полноцветного режима True Color, Pixel Shader 3.0 или более поздней версии и Direct3D.

2. Graphisoft ArchiCAD

Цена: покупка за 275275 р. Пробный бесплатный период – 1 месяц, по студенческой подписке 1 год.

Графический программный продукт, предназначен для построения архитектурных, ландшафтных, интерьерных и экстерьерных решений. В основе работы с данным редактором заключена концепция информационного виртуального строения. На заключительных этапах моделирования пользователь получает и обрабатывает данные, для составления проектной документации. Минимальные системные требования: ОС Microsoft Windows (версии 8.1 и новее), Mac OS X (10.5 или новее), Mactel: Macintosh с любым Intel процессором. Требуется наличие Java 8 и выше. Минимальное аппаратное обеспечение: двухъядерный 64-разрядный процессор, ОЗУ 4 Гбайта, на жестком диске свободного пространства в размере 5 Гбайт, видеокарта с поддержкой Open GL 2.0, поддерживающий экранное разрешение не менее 1366 x 768.

3. САПФИР

Цена: покупка за 17100р, доступна бесплатная опционально ограниченная версия для изучения.

Данный моделер создан отечественными разработчиками. Он является средством построения проектов зданий, сбора и составления проектной документации согласно всем российским строительным стандартам, с соблюдением требований СПДС (системы проектной документации для строительства). Функция построения аналитической модели архитектурных единиц позволяет произвести последующие инженерные расчеты. Версия ЛИРА-САПР 2018 включает взаимную интеграцию с Autodesk Revit, в области строительного моделирования. Программа может экспортировать разработки в файлы таких форматов как DXF, 3DS, IFC, POV. Таким образом налажена совместимость с такими редакторами как: ZWCAD, AutoCAD, ArchiCAD, Allplan, 3ds Max, POV-Ray. Минимальные системные требования: ОС Microsoft Windows (версии XP, Vista, 7 и новее).

4. Tekla Structures

Цена: оформление и покупка программы на заказ. Цены зависят от комплектации программного пакета. Пробный бесплатный период – 1 месяц, по студенческой подписке 4 месяца.

Программный пакет с ориентацией на BIM-решения для моделирования точных конструкций и управления ими. Автоматическое построение чертежей согласно стандартам РФ по разработанным на базе организации шаблонам. Применение .NET-языков позволяет записывать макросы с целью упрощения однообразных операций. Соместим с Archicad, ADT, Revit Building, Nemetschek Allplan и Bentley Architecture, а также со всеми IFC-совместимыми программами. Доступны также другие форматы –DGN и DWG. Минимальные системные требования: ОС Microsoft Windows (версии 7.1 и новее). Для корректной работы Tekla Structures требуется установка Microsoft .NET Framework 4.5.1 и Microsoft Visual C++ 2005 и 2010. Для простых проектов достаточно 4 Гбайт ОЗУ (рекомендуемый объем 8 Гбайт), жесткий диск 250-500 Гбайт. Видеокарта с поддержкой Open GL и объемом памяти более 64 Мбайт.

Для проведения анализа перечисленных 3D моделеров необходимо выбрать критерии сравнения. Предлагаются такие критерии как: стоимость, кроссплатформенность, совместимость с другими программными пакетами (поддержка форматов), основные и дополнительные функциональные возможности (в т.ч. их количество), и проч. Полный перечень критериев представлен в таблице 1.

В каждой из программ была построена типовая модель здания в стиле модерн, пример приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Проект коттеджа в стиле модерн. Моделирование в SketchUp

В процессе построения моделей были выявлены характерные особенности каждого редактора. Оценка аналогов производится по разработанному многопараметрическому ряду. По степени удовлетворения критерию разработчиками 3D моделера ему выставляется балл (параметрический индекс) из интервала значений [0;10]. Представленные в таблице 1 параметры имеют весовой коэффициент, он нужен для определения более значимых при работе с программным пакетом критериев. Для расчёта конечных данных, нужно получить сумму произведений соответственных весовых коэффициентов и параметрических индексов.

По данной схеме была проведена оценка, представленная в таблице 1. В качестве примера параметрические индексы и весовые коэффициенты назначены автором экспертным путем.

Таблица 1.

Сравнительная таблица

В результате проведенного анализа среди универсальных и специализированных 3D моделеров можно прийти к определенному выводу. Под воздействием высокой конкуренции, участники рынка 3D редакторов достигли определённых успехов в развитии и расширении функциональных возможностей программных продуктов. Для выполнения базовых задач по конструированию и проектированию на компьютеры с невысокими системными и аппаратными показателями рекомендуем установить Blender или SketchUp Pro. Возможности данных моделеров не уступают специализированным независимо от уровня их цены (в случае Blender – бесплатной). При необходимости собрать всю документацию согласно всем требованиям и стандартам лучше установить Сапфир, удобная программа с заниженными требованиями к ПК и невысокой стоимостью. Однако, при необходимости создания более сложных конструкторских решений с повышенной детализацией педагогу следует обратить своё внимание на такие решения как Autodesk 3Ds Max и Graphisoft Archicad. Требования к аппаратной составляющей ПК для данных программ выше, но этот недостаток восполним за счет опций, которые помогут достигнуть наилучших результатов работы. Если окончанию работы необходимо составить проектную документацию, то предпочтение стоит отдать специализированным редакторам.

Такое программное решение, как Cinema 4D имеет ориентацию на создание анимации, а не на проектирование, моделирование и прорисовку зданий. Также нужно отметить, что и редактор Tekla Structures рекомендуется в меньшей степени к изучению из-за дополнительных сложностей, как в заказе, получении приложения, так и после – в его освоении.

Предложенный подход базируется на назначении количественных оценок программных продуктов 3D моделирования. Результаты его работы зависят от экспертных мнений специалистов. Привлечение работодателей в качестве экспертов позволяет принять обоснованное решение по выбору моделеров с учетом обстановки в этой предметной области в пределах конкретного региона.