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第二天上午|多面体的故事与Godot初体验

凡朴创始人 · 土星老师带领|7—15岁混龄,约15人。120分钟,含10分钟休息。

学习目标: 认识多面体与欧拉关系;了解Godot获取与项目创建,熟悉编辑器并调整一个内置基础形体。

课前准备

3D打印多面体、顶点与节点卡、坐标轴材料、预制黄金矩形定位框;演示电脑、投影、统一版本Godot 4标准版离线包、基础场景与经验证的标准脚本。没带电脑也可通过卡片、预测和共同演示参与。土星老师单人带领,大小伙伴互助但不代做。

时间安排

时间 分钟 环节
10:00—10:15 15 古人如何理解世界
10:15—10:30 15 手中的五种形体
10:30—10:45 15 欧拉:形状不同,关系相同
10:45—11:00 15 什么是游戏引擎?下载、打开与新建项目
11:00—11:10 10 休息
11:10—11:30 20 认识编辑器:节点、场景与资源
11:30—11:50 20 先用内置形体:平面、立方体、球与圆柱
11:50—12:00 10 保存我的第一次尝试

逐段内容

10:00—10:15|古人如何理解世界

从昨天的黄金矩形回到多面体。讲柏拉图学园的故事:相传门口有“不懂几何者,不得入内”的铭文,但相关记载晚于柏拉图约750年,应明确作为传说。共同探问:为什么研究世界需要几何?落在观察、推理和说明理由,不将故事解释为排斥初学者。

介绍《蒂迈欧篇》中的古代对应:正四面体—火、正六面体—土、正八面体—气、正二十面体—水、正十二面体—整体宇宙。与中国古代五行思想比较探索精神,不一一配对,不当作现代物质结构。轴心时代只作背景点到为止,不称作文明的起点。

10:15—10:30|手中的五种形体

展示五种3D打印实体,让孩子轮流触摸、转动、比较。用贴纸辨认顶点、棱与面,观察每一种的面形状和顶点周围的排列。明确这里讨论凸正多面体:各面是全等正多边形,每个顶点的面排列相同。

大小伙伴协作数一个模型,一人指认、一人记录,交换角色。今天先认识五种,不塞入“为什么只有五种”的完整证明;角片拼合的分类推理留作后续延伸。

10:30—10:45|欧拉:形状不同,关系相同

简述18世纪的欧拉在1750年提出多面体数量关系,和古希腊故事区分时代。请孩子汇集计数,再写出V−E+F=2:顶点数减棱数加面数等于2。称“欧拉多面体公式”,不与e^(iπ)+1=0的欧拉恒等式混淆。

用正四面体4−6+4、正方体8−12+6和正八面体6−12+8核验。每条棱共享于两个面,避免重复计数。本课先限定凸多面体;几个例子支持猜想,不构成一般证明。请孩子提出:如果把它拉长,关系还在吗?

10:45—11:00|什么是游戏引擎?下载、打开与新建项目

把Godot介绍为组织画面、场景与交互的工具:除了做游戏,也能帮助我们预览未来的穹顶和农场。先看一个场景,再演示从官网找到与电脑系统匹配的Godot 4标准版;本课使用GDScript,不需要.NET版。Windows官方下载包解压后即可运行,并非必须经过安装向导。

演示项目管理器中新建项目、命名、选择独立文件夹与渲染器,进入编辑器后创建3D场景根节点Node3D并保存。统一采用课前确认的4.x版本;设备适配时可使用Compatibility。现场演示完整获取流程,同时准备同版本本地包,下载等待不占用全组学习时间。设备有问题先共同观看,另行协助,不赶着进入代码。

11:00—11:10|休息

饮水、活动与短暂放松,按约定范围和时间返回。

11:10—11:30|认识编辑器:节点、场景与资源

先找场景树、3D视图、检查器和文件系统四个区域,再练习选中、观察、缩放视图与撤销。节点是承担某种作用的部件,场景将节点组织在一起,资源保存形状、材质等数据,项目容纳相关场景和资源。用手中的多面体与“展示台”类比,但不要求背术语。

添加一个MeshInstance3D,指出它是显示网格的节点;在Mesh属性中选择网格资源后才出现形状。结合移动工具感受X、Y、Z三个方向,暂不进行顶点坐标推导。区分“移动观看位置”和“移动物体”,一次只练一个操作。

11:30—11:50|先用内置形体:平面、立方体、球与圆柱

依次展示PlaneMesh、BoxMesh、SphereMesh、CylinderMesh。土星老师示范四种,孩子任选一种亲手添加与调整,不要求每人全部独立完成。移动不同物体,避免全部重叠在原点。

以圆柱为例改高度、顶部和底部半径;把顶部半径设为0,观察变成圆锥。进一步可比较径向分段数radial_segments。先预测再改,不同时调一串参数。可以用平面作展示台、立方体作积木、圆柱作柱子,感受基础形体能组成空间。

11:50—12:00|保存我的第一次尝试

保存场景,指出项目文件夹和场景名称,尝试重新打开。孩子介绍自己改变了哪个属性。没带电脑的孩子用形体卡提出参数变化,由土星老师运行验证。上午成果是一个基础形体及一次调整记录,不要求生成代码模型。

说明下午将把地面、天空、灯光和相机加入场景,再探索这些形体背后的坐标与三角面。

节奏与学习观察

以第一次接触引擎为起点,每次示范一个动作,留出重复、提问和恢复的时间。不用操作速度评价孩子。上午只需添加并调整一种内置形体;下午按熟悉程度完成场景或一次脚本修改。天空、相机等操作可借助起步场景逐项辨认。遇到设备问题先共同观看,复杂安装排查不占用全组时间。

记录:我创建或指出了_;我改变了;我观察到_;下一步想试。

资料参考与版本核对

参考用户目录《在Godot中创建内置3D模型》《在Godot中创建内置3D模型(以圆柱体为例)》《在Godot中用GDScript生成正四面体3D模型》《在Godot中用GDScript生成正二十面体3D模型》。沿用“内置形体—参数—自定义网格”的顺序,原文件不修改、不公开复制。

旧稿混有Godot 3与4写法:4.x使用PackedVector3Array、PackedInt32Array和@export;点光源名称为OmniLight3D;圆柱径向分段为radial_segments。Windows官方包解压运行,不必安装向导;创建项目后再创建3D场景。正二十面体旧稿面索引需按相邻顶点重新核验,不能直接作为课堂标准脚本。旧稿四面体坐标的中心说明与坐标安排也需区分。Visible Collision Shapes显示碰撞形状,不等于网格线框。只有_ready生成的脚本通常需重新运行才体现改动。

本次提供课时与内容修订,未交付或声称验证可运行Godot工程。土星老师的标准脚本在正式使用前需按课堂版本运行验证;三角形正面按Godot顺时针绕序核对,照明需要合适法线。

官方核对:下载与解压运行;3D场景、相机与编辑器预览;圆柱参数;ArrayMesh。

人文参考:柏拉图学园;蒂迈欧篇;五行;欧拉年表。

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