Modellazione 3D - Hi-Storia

Gli allievi apprendono le funzioni di base dei software di disegno digitale in 3D tramite la realizzazione dei modelli tridimensionali del monumento selezionato per l’audioguida interattiva. Hi-Storia propone l’utilizzo di software, preferenzialmente gratuiti ed open-source, in base all’età e all’indirizzo degli allievi. Ad esempio potranno essere utilizzati modellatori poligonali per apprendere meglio nozioni di geometria, oppure modellatori organici per chi vuole sviluppare una “manualità digitale” nel disegno e scultura digitale. Ma si potrà anche utilizzare coding e programmazione attraverso modellatori parametrici, anche per gli studenti del primo ciclo di istruzione (ad esempio con Code and Print).

Per migliorare l’efficacia di questa attività abbiamo elaborato un serious game, composto da carte raffiguranti elementi architettonici da modellare. Il gioco si configura come una sfida per gli allievi, che devono riconoscere particolari elementi architettonici, definirli e poi modellarli per guadagnare dei punti. Anche nella fase di modellazione 3D è possibile prevedere attività all’aperto, con una lezione di modellazione svolta en plein air davanti al monumento da rappresentare.

Gli strumenti

Questi sono gli strumenti che preferiamo utilizzare durante le attività in classe di modellazione 3D. Come detto, la gratuità degli strumenti è uno dei parametri principali su cui basiamo la scelta dei software, poiché permette agli studenti il riutilizzo delle competenze apprese anche in progetti personali sviluppati nel tempo libero. Nonostante la gratuità, gli strumenti proposti rappresentano alcuni dei migliori software di modellazione 3D. La scelta del singolo software da usare in classe dipenderà dalle competenze in ingresso degli studenti, dall’età e dal curricolo.

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Tinkercad

Sviluppato dalla Autodesk, è un modellatore 3D gratuito, utilizzabile direttamente da browser web connesso a Internet, senza la necessità di installare software su PC. Tinkercad è semplice da utilizzare, perché pensato per neofiti del disegno 3D. La semplicità d’uso e la bassa curva d’apprendimento l’ha reso un software estremamente popolare a scuola, sin dal primo ciclo di istruzione. TinkerCAD è ideale per i giovani progettisti digitali ma anche a docenti di materie non tecniche. Se vuoi sapere di più su Tinkercad, consulta l’attività di e-learning gratuita che abbiamo realizzato.

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Blender

Il più completo software di disegno 3D opensource: modellazione geometrica e organica, animazione e montaggio video 3D, rendering, textures e disegno vettoriale. Le numerose funzionalità avanzate rendono il software adatto solo agli studenti delle scuole secondarie. È possibile implementare funzionalità avanzate ed automatismi, programmando scritp in linguaggio Python. Il Blender Game Engine permette la gestione di prodotti utilizzabili per videogiochi. Supporta una grande varietà di primitive geometriche tra cui mesh, curve di Bézier e NURBS.

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Code and Print

Code and Print è il nostro software open-source che usa un linguaggio a blocchi per creare solidi, replicarli con cicli e lavorarli con altre operazioni logico-matematiche. Ideale per realizzare attività di coding che prevedono anche una parte di modellazione o stampa 3D. Code and Print è derivato dal modellatore BlocksCAD. Rispetto all’originale, Code and Print presenta un’intefaccia semplificata e più vicina a Scratch, comandi a vista e alcuni blocchi di codice originali. Code and Print permette di lavorare anche con stl prodotti da altri software.

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SketchUp

SketchUp è un software gratuito di modellazione geometrica. Oltre alla versione free, è sviluppata la versione a pagamento SketchUp Pro. SketchUp è un programma facile da utilizzare, e si basa principalmente su strumenti di disegno 2D e funzioni di estrusione (push/pull) per realizzare figure tridimensionali partendo appunto dall’estrusione di forme bidimensionali. SketchUp è utilizzabile direttamente da web browser con connessione ad Internet. Per chi ha problemi di connessione, è disponibile anche una versione installabile e gratuita (Make 2017).

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Fusion 360

Fusion 360 è un freeware, utilizzabile da studenti e docenti con licenza gratuita per 2 anni. Fusion è un software utilizzabile tramite web browser connesso ad Internet. Fusion 360 è caratterizzato da funzionalità di disegno 3D geometrico, fortemente orientato all’uso dei livelli. Inoltre all’interno del software sono implementate funzioni per coprire tutta la filiera 3D CAD, CAM, e CAE, passando dal disegno alla produzione tramite stampanti 3D e macchine CNC. Per gli utenti non legati al settore educatione, la licenza gratuita di Fusion è della durata di 30 giorni.

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altri software

La priorità di Hi-Storia è sempre quella di riutilizzare e valorizzare gli strumenti già presenti a scuola. Pertanto, i formatori di Hi-Storia sono disponibili all’utilizzo di software su cui gli studenti hanno già competenze, oppure di cui la scuola ha possesso di licenze. Ad esempio, un percorso di Hi-Storia può essere attuato utilizzando Autocad o Rhinoceros. Allo stesso modo, possono essere utilizzate le versioni open-source di questi programmi, come FreeCad o OPENSCAD. La scelta dei programmi è concordata con un docente curricolare delle classi coinvolte.

Hi-Storia 3D Kit

L’Hi-Storia 3D kit è un serious game sviluppato dal nostro team. Viene utilizzato come strumento di supporto alla fase di modellazione 3D negli istituti primari e secondari di primo grado. Il Kit è composto da una serie di 30 carte, raffiguranti elementi architettonici da modellare. Per alcuni monumenti possono essere realizzate carte ad hoc per rappresentare specificità presenti nell’architettura e nelle decorazioni artistiche. Inoltre è presente un poster A2 raffigurante il monumento, o più poster, se si sta lavorando su dettagli in più facce dell’edificio. Infine, abbiamo elaborato una tabella segnapunti.
Il gioco si configura come una sfida per gli allievi, che devono pescare carte e individuare gli elementi raffigurati. Gli studenti possono “giocare”, ed auto-assegnarsi il disegno di quell’elemento, oppure passare la carta ad un compagno. Oltre alle carte di disegno, sono presenti carte-azione per stimolare la collaborazione e l’aiuto reciproco. Le carte sono un esempio di gamification, per stimolare la motivazione degli studenti nel lavoro di modellazione. Inoltre sono finalizzate a migliorare la conoscenza delle funzionalità degli elementi architettonici e della memorizzazione della nomenclatura tecnica.

La struttura delle attività

La durata delle attività di modellazione 3D durante un percorso di Hi-Storia dipendono dalle competenze degli studenti e dalla complessità del monumento. Durante le attività non ci focalizziamo solo sulle conoscenze procedurali per l’uso del software, ma utilizziamo i modellatori 3D per diverse finalità:

  • approfondire i concetti di ritmo, pattern, layout nel disegno;
  • applicare in maniera pratica e laboratororiale diversi concetti di geometria e matematica;
  • miglior studio del monumento attraverso la manipolazione tridimensionale, mobilitando l’intelligenza spaziale (recognizing spatial intelligence);
  • comprendere i principi della collaborazione online, delle licenze libere e dell’uso di dati e contenuti nell’infosfera;
  • opzionalmente, lavorare su logica e programmazione se si lavora con modellatori che lo permettono (Code and Print per il linguaggio a blocchi, Javascript per Tinkercad Shape Generator, Python per Blender).

_DSC5102 hi-storia labsLa componente del corso hi-Storia riguardante la modellazione 3D prevede 2 lezioni introduttive alla modellazione, per le classi che non sviluppano questo tipo di competenze all’interno del proprio curriculum formativo, oppure due lezioni di modellazione 3D avanzata per classi che hanno già esperienza con software CAD. Le lezioni verteranno sulla modellazione CAD orientata alla stampa 3D, e non saranno affrontati argomenti quali texture, shading, rendering, e tutte quelle funzioni e metodi che riguardano la grafica 3D visuale; inoltre queste lezioni si focalizzano sulla fase di modellazione, rimandando alle lezioni successive concetti come il taglio del file CAD per stampe di grandi dimensioni, le ottimizzazioni delle mesh e lo slicing per la stampa.

Gli obiettivi didattici sono:

  • far acquisire competenze tecniche sulle funzionalità dei software CAD affrontati;
  • sviluppare la capacità di riprodurre in scala un oggetto esistente attraverso l’analisi di dati spaziali e raffigurazioni;
  • usare il lavoro di modellazione per riflettere su alcuni principi dell’arte visiva e dell’architettura, ad esempio far comprendere il ritmo, il bilanciamento, l’uso di pattern e la base della statica;
  • stimolare lo sviluppo di progetti personali e creativi, derivati dal lavoro assegnato.

Il mezzo per ottenere queste competenze è principalmente realizzare il modello 3D del monumento selezionato.

_DSC5119 hi-storia labsLa prima delle due lezioni è introdotta da una panoramica dei contesti applicativi della modellazione 3D, seguita dalla spiegazione dell’interfaccia del software implementata mediate la realizzazione di alcune task o modelli 3D di esercitazione.
Successivamente vengono forniti dei dati sulle dimensioni del monumento, con l’obiettivo di iniziare a realizzare il modello CAD. In caso di edifici dalla forma semplice, ogni alunno realizza un modello 3D del monumento; in presenza di casi complessi, la classe verrà divisa in gruppi ed ogni gruppo dovrà portare a termine un determinato elemento architettonico del bene culturale preso in esame.

La lezione diventa anche un mezzo per analizzare in maniera visuale alcune soluzioni architettoniche o alcune tecniche artistiche.

Nell’hi-Storia labs 2014/2015 dell’istituto comprensivo n°2 di Ortona (CH) abbiamo chiesto di aggiungere al monumento dei capitelli “di fantasia” sulle lesene della Cattedrale che stavano modellando. Gli alunni hanno modellato o importato da Tinkercad capitelli di diversi ordini e tipologie, indicando in che periodo storico sono state utilizzate.

Le attività di modellazione vengono affiancate da ricerche sulle piattaforme web di condivisione libera di file stl: il laboratorio hi-Storia orientato all’uso consapevole del web, scoprendo le community per la condivisione di conoscenze che raccolgono i file rilasciati con licenze Open Source o Creative Commons, sensibilizzando gli allievi sul tema della condivisione e riuso di risorse rese pubbliche dagli utenti.

Oltre alla modellazione del monumento che verrà stampato in 3D per realizzare il dispositivo tattile interattivo, durante le lezioni gli allievi vengono stimolati a creare lavori derivati, in particolar modo riutilizzando i modelli realizzati e riadattandone le funzionalità, pensando a nuovi usi del modello.

Nell’hi-Storia labs 2015/2016 del liceo scientifico “M. Curie” di Giulianova (TE), due allieve hanno proposto di realizzare delle formine per biscotti, utilizzando il modello CAD del Duomo di San Flaviano, finalizzati a realizzare degli alimenti durante gli eventi pubblici di promozione dell’hi-Storia labs Giulianova.

gif-laquilaNelle classi in cui si opta per utilizzare un software di livello base come Tinkercad, è prevista una attività dedicata al disegno vettoriale finalizzato alla realizzazione di file svg, che possono essere importati su Tinkercad per realizzare elementi complessi non presenti tra le primitive del software.

Nella parte finale della seconda lezione sulla modellazione (o in una opzionale terza lezione) approcciano alla fotogrammetria, tecnica di rilievo che permette di acquisire dei dati metrici di un oggetto e, con opportuni software, trasformare questi dati in un 3D completo. In base al livello stabilito, gli alunni utilizzano un laser scanner o il proprio smartphone (via app mobile 123d Catch) per realizzare una cattura 3D di un elemento decorativo del monumento o di un opera scultorea, ottenendo anche in questo modo un file CAD da stampare in 3D.

Presentazione dei casi d’uso della modellazione 3D, dai videogiochi all’interior design.

Community on line: dove e come scaricare liberamente i file in 3D per la stampa.

Esercizi pratici di modellazione 3D con un software adatto al livello della classe.

Esercizi pratici di fotogrammetria con un software adatto al livello della classe.

Obiettivi didattici

  • Conoscere le funzionalità dei software per la modellazione 3D e saper sviluppare un modello 3D a partire da una propria idea.
  • Conoscere le funzionalità dei software di fotogrammetria, i principi ottici e saper realizzare una cattura fotometrica di un oggetto di piccole dimensioni.
  • Saper applicare i principi della geometria solida per ricavare tutte le misure, a partire da dati parziali.
  • Conoscere le principali piattaforme di file-sharing riguardanti modelli 3D.
  • Sviluppare consapevolezza sul diritto d’autore e l’uso di licenze Creative Commons.

Strumenti e risorse

  • Piante e alzati del monumento
  • Piattaforme web per la condivisione di file CAD (es: www.thingiverse.com ), aggregatori (es: www.yeggi.com ) e comunità online
  • Software di modellazione 3D, da scegliere in base al livello degli alunni: Tinkercad per il livello base, OnShape per il livello intermedio, software di modellazione di livello avanzato utilizzati a scuola (o Blender se non è utilizzato alcun software)
  • Software di 3D scanning, da scegliere in base al livello degli alunni: 123D app catch per il livello base, Photoscan per il livello intermedio, laser scanner per il livello avanzato