XXIV Skup TRENDOVI RAZVOJA: “DIGITALIZACIJA VISOKOG OBRAZOVANJA ”, Kopaonik, 21. - 23. 02. 2018.

331

Paper No.T3.3-11 09325

METODE 3D DIGITALIZACIJE U STUDIJSKIM PROGRAMIMA NA FAKULTETU TEHNIČKIH NAUKA U NOVOM SADU

Igor Budak1, Željko Santoši2, Mario Šokac3

1,2,3Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, Srbija 1budaki@uns.ac.rs, 2zeljkos@uns.ac.rs, 3marios@uns.ac.rs

Kratak sadržaj: 3D digitalizacija predstavlja propulzivnu naučnu oblast koja se posebno intenzivno razvila u

poslednjih nekoliko godina. Ona u osnovi predstavlja metrološku oblast čiji je cilj dobijanje digitalne informacije o geometrijskim karakteristikama postojećih objekata, odnosno objekata koji egzistiraju u fizičkom smislu. Metode 3D digitalizacije se, u okviru nastavnog procesa na Fakultetu tehničkih nauka (FTN), izučavaju u predmetima koji se realizuju na studijskim programima osnovnih akademskih studija Proizvodnog mašinstva, Animacije u inženjerstvu i Biomedicinskom inženjerstvu, kao i master akademskim studijama Industrijskog inženjerstva. Nastava se izvodi interaktivno u vidu predavanja, laboratorijskih i računarskih vežbi. Ovakav vid izvođenja nastave i vežbi omogućavaju studentima savladavanje osnovnih znanja u oblasti 3D digitalizacije i reverzibilnog inženjerstva za potrebe modelovanja objekata kompleksne geometrije.

Ključne reči: 3D digitalizacija/FTN/Nastavni proces

METHODS OF 3D DIGITIZATION IN STUDY PROGRAMS AT THE FACULTY OF TECHNICAL SCIENCES IN NOVI SAD

Abstract: 3D digitization is a propulsive science field that has been particularly developed over the last few

years. It basically represents a metrological field whose goal is to obtain digital information of the geometric characteristics of existing objects i.e. objects that exist in the physical form. Methods of 3D digitization, within the teaching process at the Faculty of Technical Sciences (FTS), are studied in the courses that are realized in the study programs of Production Engineering, Animations in Engineering and Biomedical Engineering on Bachelor degree, as well as Master degree in Industrial Engineering. Teaching are done interactively in the form of lectures, laboratory and computer exercises. This type of teaching and exercises enables students to gain basic knowledge in the field of 3D digitization and re-engineering engineering for the needs of modeling objects of complex geometry.

Key Words: 3D digitization/FTS/Teaching process

1. UVOD Od 70-tih godina XX veka, kada su se počeli razvijati prvi sistemi za 3D digitalizaciju, do danas je razvijen

veliki broj različitih metoda 3D digitalizacija. Šematski prikaz podele ovih metoda dat je na slici 1. [1]. Ove metode su zasnovane na većem broju različitih fizičkih principa [2]. Pojavom metoda koje su omogućile brzu i jednostavnu akviziciju digitalnih informacija o geometriji fizičkih objekata, primena metoda 3D digitalizacije se proširila iz oblasti mašinskog inženjerstva, gde je dominantno primenjivana, u druge inženjerske oblasti (građevinarstvo, geodeziju, animacija, mehatroniku itd.), ali i medicinu i umetnost. Pri tome, svaka od navedenih oblasti ima svoje prioritete kada je reč o najprimenjivanijim metodama 3D digitalizacije. Danas među najpopularnijim metodama za opštu primenu svakako su beskontaktne metode zasnovane na detekciji vidljive svetlosti, a uređaji koji se koriste za akviziciju geometrijskih podataka u digitalnom obliku popularno se nazovaju 3D skeneri. 3D skeneri su svoju popularnost zaslužuju pre svega pristupačnošću, brzinom i kvalitetom akvizicije podataka kao i jednostavnim hardverom.

1

XXIV Skup TRENDOVI RAZVOJA: “DIGITALIZACIJA VISOKOG OBRAZOVANJA ”, Kopaonik, 21. - 23. 02. 2018.

332

Slika 1. Šematski prikaz podele metoda 3D digitalizacije [1]

2. RAZVOJ METODA 3D DIGITALIZACIJE NA FTN Katedra za metrologiju, kvalitet, pribore, alate i ekološko-inženjerske aspekte sa Departmana za proizvodno

mašinstvo Fakulteta tehničkih nauka, se bavi razvojem i primenom sistema za 3D digitalizaciju već duži niz godina. Prateći razvoj modernih tehnologija ove vrste, na Katedri je, u okviru Laboratorije za merenje i kvalitet, instalirano više sistema za 3D digitalizaciju. Deo njih je nabavljen u komercijalnom obliku, dok je nekoliko sistema razvijeno od strane naših istraživača. Od kontaktnih komercijalnih sistema, Laboratorija raspolaže koordinatnom mernom mašinom Contura G2 Zeiss (Slika 2a) i zglobnom mernom rukom slika 1a i MicroScribe G2 (Slika 2b).

a)

b)

Slika 2. Kontaktni sistemi za 3D digitalizaciju a) Koordinatna merna mašina Contura G2 Zeiss; b) Zglobna merna

ruka MicroScribe G2

Pored komercijalnih sistema, Katedra poseduje i dve profesionalne DSLR kamere za razvoj fotogrametrijskih sistema. Do sada je razvijen sopstvenim snagama sistem na bazi blisko predmetne fotogrametrije (Slika 3a). Ovaj sistem blisko predmetne fotogrametrije zasniva se na uvođenju računarom kontrolisanog obrtnog stola u cilju dobijanja

2

XXIV Skup TRENDOVI RAZVOJA: “DIGITALIZACIJA VISOKOG OBRAZOVANJA ”, Kopaonik, 21. - 23. 02. 2018.

333

kontrolisane akvizicije fotografija. Takođe na ovom sistemu vrši se istraživanje o unapređenju vizuelnih karakteristika predmeta 3D digitalizacije uvođenjem projektovane svetlosne teksture koja ima za cilj uspešnu 3D digitalizaciju većeg broja različitih materijala i povećanje tačnosti finalnog 3D modela (Slika 3b).

a) b)

Slika 3. Blisko predmetni fotogrametrijski sistemi razvijani na Katedri a) Obrtni sto za kontrolisanu akviziciju fotografija; b) Sistem za unapređenje vizuelnih karakteristika predmeta 3D digitalizacije projektovanjem svetlosne

teksture

Eksperimentalni sistemi na bazi strukturirane svetlosti i lasera, uz pomenuti fotogrametrijski sistem, predstavljaju ključne beskontaktne optičke sisteme u Laboratoriji. Značajna pažnja je posvećena i primeni sistema za transmisivnu 3D digitalizaciju, pre svega na bazi kompjuterizovane tomografije, koji su dostupni članovima Katedre i studentima na Medicinskom fakultetu Univerziteta u Novom Sadu. Istraživačke aktivnosti na Katedri, u vezi sa metodama 3D digitalizacije, su usmerene na razvoj i unapređenje metoda za menadžment oblakom tačaka, kao rezultatom procesa 3D digitalizacije, kao i na povećanje tačnosti postojećih metoda.

3. METODE 3D DIGITALIZACIJE U NASTAVNOM PROCESU NA FTN Predmeti na kojima se izvodi nastava iz oblasti metoda 3D digitalizacije koncipirani su u skladu sa akreditacijama

studijskih programa [3,4,5,6]. U tabeli 1 dat je pregled studijskih programa sa nazivima predmeta u kojima se izučava problematika 3D digitalizacije na FTN.

Tabela 1 – Pregled predmeta u kojima se izučava problematika metoda 3D digitalizacije na FTN

Naziv studijskog programa

Naziv predmeta

Godina uvođenja u

nastavni proces

Trenutni status predmeta

Semestar u kome se izvodi nastava

*OAS Proizvodno mašinstvo

Reverzibilno inženjerstvo i CAQ 2011 Obavezan VIII

*OAS Animacija u inženjerstvu

Metode 3D digitalizacije 2012 Obavezan VIII

*OAS Biomedicinsko

inženjerstvo

Reverzibilno inženjerstvo i brza izrada prototipa u

biomedicinskom inženjerstvu 2013 Izborni VII

**MAS Industrijsko inženjerstvo

Reverzibilno inženjerstvo i brza izrada prototipa

2014 Izborni I

*OAS – Osnovne akademske studije ** MAS – Master akademske studije Na predavanjima se izlaže teoretski deo gradiva propraćen karakterističnim primerima radi lakšeg razumevanja

gradiva uz pomoć savremenih multimedijalnih uređaja, dok se u okviru vežbi izvodi praktična primena stečenih teorijskih znanja u kojima studenti aktivno učestvuju (slika 4.).

3

XXIV Skup TRENDOVI RAZVOJA: “DIGITALIZACIJA VISOKOG OBRAZOVANJA ”, Kopaonik, 21. - 23. 02. 2018.

334

Slika 4. Aktivno učestvovanje studenata u okviru vežbi na kojima iz pomoć asistenata se osposobljavaju za rad sa opremom i modernim softverima za generisanje 3D modela

Ovakav pristup omogućava studentima savladavanje osnovnih znanja u oblasti 3D digitalizacije i reverzibilnog inženjerstva za potrebe modelovanja objekata kompleksne geometrije. Studentima se pored predavanja i vežbi redovno održavaju i konsultacije. Od školske 2016/2017. godine na predmetu Reverzibilno inženjerstvo i brza izrada prototipa u biomedicinskom inženjerstvu na studijskom programu Biomedicinsko inženjerstvo, prvi put je uvedena elektronska nastava i mogućnost učenja na daljinu pomoću platforme koja je rezvijena na FTN Laboratorija za učenje na daljinu - Moodle eLLab. Na osnovu pozitivnih iskustava kako studenata tako i nastavnika ovakva vrsta nastave uvedena je i na predmetu Metode 3D digitalizacije na studijskom programu Animacija u inženjerstvu, a u planu je da se proširi i na preostala dva predmeta.

4. ZAKLJUČAK Metode 3D digitalizacije iako mlada naučna oblast u nastavnom procesu na FTN-u ima veliku perspektivu za

dalji razvoj i usavršavanje. Imajući u vidu konstantni razvoj 3D tehnologija, metode 3D digitalizacije, zbog svoje multidisciplinarne prirode, pronalaze mesto u novim naučnim oblastima. Posledično, raste i potreba za odgovarajućim visoko obrazovnim kadrom iz oblasti 3D digitalizacije, što opravdava prisustvo predmeta posvećenih 3D digitalizaciji u nastavnom procesu u već pomenutim studijskim programima. Pri tome se, u kontekstu održivosti predmeta, nameće potreba za konstantnim unapređenjem programa kroz praćenje trendova u razvoju 3D tehnologija. U okviru toga je od posebnog značaja nabavka novih sistema za 3D digitalizaciju, u cilju održavanja i podizanja kvaliteta nastave, što predstavlja i jedan od prioriteta Katedre za metrologiju i kvalitet pribore, alate i ekološko-inženjerske aspekte u ovoj oblasti.

5. LITERATURA

[1] Budak I., Hodolič J., Reverzibilno inženjerstvo i CAD-inspekcija - skripta, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, 2011.

[2] Budak I., Hodolič J., Bešić I., Vukelić Đ., Osana P.H., Durakbasa N.M., Koordinatne merne mašine i CAD inspekcija, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, 2009.

[3] Dokumentacija za akreditaciju studijskog programa: Proizvodno mašinstvo, Osnovne akademske studije, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, 2013.

[4] Dokumentacija za akreditaciju studijskog programa: Animacija u inženjerstvu, Osnovne akademske studije, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, 2013.

[5] Dokumentacija za akreditaciju studijskog programa: Biomedicinsko inženjerstvo, Osnovne akademske studije, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, 2013.

[6] Dokumentacija za akreditaciju studijskog programa: Industrijsko inženjerstvo, Master akademske studije, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, 2013.

4