Schriftliche Hausarbeit
vorgelegt im Rahmen der zweiten Staatsprüfung für das Lehramt für die Sekundarstufe II im Fach Informatik Studienseminar für das Lehramt der Sekundarstufe II Arnsberg

Modellierung von Objekten als 3D-Grafik – Planung und Durchführung einer projektorientierten Unterrichtsreihe

von Patrick Eickhoff
2005

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ... 1

2 Einbettung des Themas in die Richtlinien ... 2

3 Bestandsaufnahme zum Thema 3D-Grafik ... 3

4 Grundlagen ... 4
4.1 Beschreibung von 3D-Objekten ... 5
4.2 Texturemapping ... 7
4.3 Das Wavefront Dateiformat mit der Endung .obj ... 8
4.4 Das Javaapplet „FunView3D“ ... 11

5 Didaktische Reduktion ... 15
5.1 Rahmenbedingungen für die Unterrichtsreihe ... 15
5.2 Lernvorrausetzungen ... 15
5.3 Lernziele ... 16
5.4 Die Lerngruppe ... 16
5.5 Methodenwahl ... 17

6 Überblick über die Unterrichtsreihe ... 19
6.1 Unterrichtsskizze 1: Grundlagen der 3D-Computergrafik ... 25
6.2 Unterrichtsskizze 2: Texturemapping ... 30
6.3 Unterrichtsskizze 3: Modellierung des Gymnasiums als 3D-Objekt ... 34

7 Fazit ... 36

8 Literaturverzeichnis ... 38

1 Einleitung

Die 3D-Computergrafik hat mittlerweile Einzug gehalten in vielen Bereichen der Industrie (z.B. in der Unterhaltungsindustrie oder der Autoindustrie) und der Wissenschaft (z.B. bei Simulationen oder der Erzeugung künstlicher Welten in der Archäologie). Sie wird eingesetzt bei Visualisierungen, Simulation, Entwicklung (z.B. CAD) und, was der Erfahrung von Schülern und Schülerinnen¹ näher kommt, bei Filmen und Computerspielen. Es gibt mittlerweile eine Flut von verschiedenen Computerspielen, die 3D-Grafik benutzen und die Entwicklung der entsprechenden Hardware wird rasend schnell vorangetrieben. Selbst auf den neuesten Handys hat die 3D-Grafik in Form von Spielen Einzug gehalten [NVIDIA]. Da im Informatikstudium auch spezielle Vorlesungen zur Computergrafik [UPB] angeboten werden und die Schüler in ihrer Lebenswelt oft Kontakt zur Computergrafik haben, halte ich es für sinnvoll, das Themengebiet auch für die Schule zu erschließen. Natürlich müssen die vermittelten Inhalte richtlinienkonform sein und daher gehe ich auf die Legitimation im zweiten Kapitel ein. Danach gebe ich im dritten Kapitel eine Bestandsaufnahme über die bereits vorhandenen Versuche, das Themengebiet für die Schule zu erschließen. Im vierten Kapitel werden die Grundlagen für die Unterrichtsreihe dargelegt, wobei ich das umfangreiche Themengebiet auf die mir wichtig erscheinenden Elemente einschränke. Das anschließende Kapitel behandelt die didaktischen Überlegungen und ich gehe insbesondere auf die Lerngruppe und die unterrichtlichen Voraussetzungen ein.
Im anschließenden Kapitel gebe ich einen Überblick über die Unterrichtsreihe und verenge dann den Blick auf drei Kernstunden. Bei der Vorstellung der Kernstunden gebe ich jeweils eine ausführliche Beschreibung des geplanten Verlaufs und nenne dann die Lernziele. Anschließend skizziere ich den geplanten Verlauf in tabellarischer Form.
Die vorgestellte von mir durchgeführte Unterrichtsreihe mit dem Thema: „Modellierung von Objekten als 3D-Grafik“ entstand in der Zeit vom November 2004 bis Dezember 2004 in dem Wahlpflichtfach Informatik der Klasse 9 des Städtischen Gymnasiums Warstein. In der Unterrichtsreihe kommen mehrere Lehrerfunktionen zum Tragen. Zum einen die Lehrerfunktion Innovieren, da das im Unterricht verwendete Programm zum Darstellen von 3D-Scenen speziell für den Unterricht entwickelt und die Unterrichtsreihe selbst neu konzipiert wurde.
Die Lehrerfunktion Unterrichten ist in vielen Bereichen zu finden. In der Planung habe ich auf ein Spektrum von verschiedenen Unterrichtsmethoden Wert gelegt. Lerninhalte und Fachmethoden habe ich aufeinander abgestimmt und dabei versucht an das vorhandene Wissen der Lernenden anzuknüpfen. Da die Unterrichtsreihe mit einer schriftlichen Arbeit abschließt und die Teilergebnisse der Schüler miteinander verglichen und benotet wurden, lässt sich die Lehrerfunktion Beurteilen an diesen Punkten festmachen.

[...]

1 Im folgenden Text sind für Schüler auch Schülerinnen gemeint.