Сравнение методов начертательной геометрии и 3D компьютерного геометрического моделирования по точности, сложности и эффективности

Abstract

Рассматривается актуальная педагогическая проблема несоответствия содержания учебного курса начертательной геометрии (НГ) тенденциям развития САПР и геометрического моделирования. В то время как развитие направлено на расширение сферы 3D компьютерного геометрического моделирования, продолжается обучение проекционным методам начертательной геометрии, несмотря на то, что они в прикладных задачах сегодня практически не востребованы. С целью сравнительной оценки вариантов решения НГ и 3D рассмотрены пять характерных задач из номинации НГ Всероссийской олимпиады 2014 г.: построение сферы, касательной к параболоиду; определение точек пересечения эллипса, заданного осями, с окружностью (без построения эллипса); нахождение опорных точек эллипса сечения и его проекций; построение тетраэдра по одной проекции его грани; определение точек пересечения окружности с эллиптическим конусом. Для каждой задачи приведены подробные варианты решения НГ и 3D. Выполнено сравнение вариантов решения по геометрической точности. Предложено оценивать не абстрактную точность, соответствующую построениям идеальными циркулем и линейкой, а реальную точность, независимо от метода ее достижения. Показано, что при компьютерной реализации обоих вариантов их реальная точность либо равна, либо 3D существенно превосходит НГ. Дана оценка сложности вариантов решения. За критерий сложности взят объем информации, необходимой для решения. Сделан вывод, что варианты 3D, как правило, проще НГ. На примерах показано, что решения 3D могут быть легко дополнены исследованиями решаемой задачи. Подчеркнута значительно более высокая наглядность, доступность и универсальность вариантов 3D. Сделан вывод о значительно более высокой общей эффективности компьютерных 3D-вариантов и методов решения конструктивных задач и необходимости перехода на новый учебный курс теоретических основ 3D. Urgent educational problem of inconsistency of content of the course of descriptive geometry (DG) with the trends in the development of CAD and geometric simulation is considered. While the development is aimed at expanding the scope of computer 3D geometric simulation the teaching of descriptive geometry projection methods continues despite the fact that they are in no demand in practical applications. To compare the estimations of versions of solutions in descriptive geometry and 3D five specific problems of the nomination in descriptive geometry of All-Russian Olympiad 2014 are considered. They are the construction of sphere, tangent to the paraboloid; determining the points of intersection of the ellipse defined by the axes, with a circle (without the ellipse); finding the reference points of the ellipse section and its projections; construction of a tetrahedron by one projection of its face; as well as the defining the points of intersection of the circle with an elliptical cone. The detailed versions of solutions of descriptive geometry and 3D are given for each problem. The comparison of versions of the solution according to the geometrical accuracy is done. It is offered to estimate not an abstract accuracy which corresponds to constructions made by aperfect caliper and a ruler but the real accuracy independently of methods of its achievement. It’s shown that with the computer realization of both variants their real accuracy is either equal or 3D is much better than DG. The estimation of the complexity of task solutions is given. The amount of information needed for the solution is taken as a criterion. The author makes the conclusion that generally 3D versions are easier than DG. The examples show that 3D solutions can be easily supplemented with researches of a solvable problem. Much higher visualization, accessibility and universality of 3D versions are highlighted. The author makes the conclusion about much higher general effectiveness of computer 3D variants and methods of solving the structural problems and the necessity of transfer to new training course of 3d theory.