НФР_1

1. Фотореализм: до и после
Еще до наступления эры фотографии человек преуспел в создании рисунков для передачи
информации. Их авторы отступали от таких характерных черт, как равномерный масштаб,
правдоподобное использование цвета и точное воспроизведение всех деталей
изображения в соответствии с их восприятием человеком. Проиллюстрируем сказанное
парой примеров.
Рис 1
Для начала рассмотрим картину показанную на рис. 1. работу, взятую из книги о
жителях Древнего Египта. Заметьте, что художник взял на себя смелость нарисовать
людей так, как они не могли выглядеть на самом деле. Более того, выбранные позы людей
подкрепляются текстурой поверхности и другими элементами реалистичной графики.
Рис. 2
Теперь обратимся к представленной на рис. 2 репродукции картины, написанной в XVI
в. и изображающей учебное заведение того времени . Это типичный для того времени
стиль создания городских видов, а потому существует немало аналогичных картин. Эти
примеры свидетельствуют о том, что художники, сознательно или нет, пользовались
возможностью высказать некую «точку зрения». При рисовании от руки можно
освободить себя от физических ограничений реальности и передать впечатление, а не
просто изобразить детали внешнего облика сцены. Действительно, среди художников есть
те, кто утверждает, что рисовать от руки - значит наблюдать; другие выполняют свою
работу с главной целью изучить детали сцены. Эти художники нередко свысока смотрят
на фотографии, которые, по их мнению, обходят процесс наблюдения стороной.
Сфотографировать открывающийся вид можно, взглянув на него лишь мельком, если же
вы рисуете, то это далеко не так!
Как появление фотографии изменило работу тех, кто занимался созданием изображений
вручную? Если не считать направления в искусстве, которое называется фотореализмом и
упомянуто нами в начале этой главы, люди продолжали писать картины и рисовать на
фоне происходившего со временем постепенного развития изобразительных стилей.
Действительно, даже в XX в., когда твердая поступь фотографии уже стала реальностью в
сфере печатных средств массовой информации, многие среди тех, кто желал общаться с
миром при помощи образов, предпочитали работать традиционными методами.
Обратимся к примеру на рис. 3 и , являющийся своеобразными «аналогом» рис. 1 и 2
Рис. 3
На рис. 3 представлен пример работы Пикассо. Подобно древним египтянам, он тоже
освобождает себя от необходимости воспроизводить сцену такой, как она могла выглядеть
из одной-единственной точки. Напротив, совместное расположение разрозненных
элементов предполагает несколько точек зрения в пределах одного полотна. Объединить
их мысленно воедино - это задача зрителя.
К чему же приводят нас подобные примеры? Как до изобретения фотографии, так и
после ее появления, художники пользовались и продолжают эффективно пользоваться
тем, что отступают от «реалистичного» изображения сцен. Такая свобода образного
воплощения ощущений, в отличие от противоположной ей необходимости следовать
канонам физики, считается ключевым аспектом передачи информации.
2. Нефотореалистичный рендеринг
Цель нефотореалистичного рендеринга (НФР) - получить возможность формально
описать способ синтеза изображений, а затем научиться составлять компьютерные
программы для создания нефотореалистичных работ. Однако первым шагом нашего
исследования станет более подробное изучение причин, по которым это занятие является
столь полезным. Мы покажем, что каждая задача, требующая решения средствами НФР,
предполагает наличие критериев, позволяющих оценить качество результата.
Впоследствии это приведет нас к обсуждению самого понятия нефотореалистичного
рендеринга (NPR, Non-Photorealistic Rendering).
3. Цели и критерии успеха
При самом поверхностном знакомстве с данной проблемой вы можете заниматься НФР
как таковым, без какого-либо глубокого обоснования своих занятий. Такой подход можно
оправдать пониманием НФР как научной проблемы независимо от возможностей
применения результатов исследований. С этих позиций НФР, безусловно, представляет
собой интересную и потенциально благодатную область поиска. Однако в таких условиях
непонятно, как оценить результативность своей работы. При фотореалистичном
рендеринге мерой успеха в работе является близость полученного изображения к
фотографиям, и хотя это полезный критерий, тоже не лишенный прикладного значения,
он не имеет аналога в области НФР.
Приведем возможный список причин, подкрепляющих осмысленность попыток
создания нефотореалистичных изображений. Каждая из причин подразумевает
достижение своей цели и получение итогового изображения. Эти цели помогут нам
установить критерии оценки качества изображений.
1. Имитация интеллекта. Область НФР можно воспринимать примерно так же, как и
многие ранние работы в области искусственного интеллекта (ИИ). Целью этих работ
было, а иногда остается и до сих пор, обретение возможности моделировать человеческий
интеллект. Цель НФР можно по аналогии описать как попытку имитации способностей
человека к созданию графических образов от руки. Весьма интересно отметить тот факт,
что художественные стили нередко обусловлены ограниченностью инструментов,
доступных для построения изображений. К примеру, применение для рисования острого
карандаша затрудняет аккуратную закраску поверхности, а потому неплохим вариантом
ее замены стала перекрестная штриховка резкими движениями. В последнее время в
кругах исследователей, занятых проблемами ИИ, стал появляться интерес к созданию
направления, провокационно названного «умной графикой» (smart graphics). Однако цели
сообщества исследователей ИИ простираются далеко за пределы НФР и, в частности,
связаны с приданием большей адаптивности пользовательским интерфейсам. Несмотря на
это, такой подход обладает собственным критерием успеха, а именно: насколько близко
построенные компьютером изображения могут повторять изображения, созданные от
руки. Можно представить себе «тест Тьюринга для НФР»: могут ли изображения,
синтезированные машиной, ошибочно приниматься за рисунки, созданные рукой
человека? Как бы то ни было, основной принцип этого теста остается на уровне чистой
научной проблемы.
4 .Трансляция смысла.
Помимо научного любопытства, есть и другие фундаментальные причины, связанные с
изучением НФР. Первая из них заключается в том, что, по многочисленным
свидетельствам, нефотореалистичные изображения, на самом деле, более эффективно
передают определенную информацию, чем фотографии или фотореали- стачные
изображения. Мы уже обращались к этому вопросу в предыдущем разделе, приводя
примеры графических работ, которые выполнены вручную и почти ничем не напоминают
фотографии, хотя и служат для передачи информации. Они тоже находят свое
применение, несмотря на существование фотографии и фотореалистичного
компьютерного рендеринга. Наряду с этими практическими свидетельствами,
специалистами по когнитивной и педагогической психологии было проведено немало
исследований, подтвердивших превосходство такой рукотворной графики над
изображениями фотографического качества. В этих условиях критерием оценки НФР
является тот факт, понимают ли зрители искомое значение графического послания. К
числу параметров, которые можно использовать для оценки, относятся время восприятия
сообщения, частота ошибок и межкультурные аспекты.
5. Прояснение связи между языком и рисункам.
Еще одна немаловажная причина изучения НФР касается исследования взаимосвязи
между рисунками и языком. Естественные языки, несомненно, являются основным
способом общения во всем мире. В основе этого способа - гипотеза о связи между языком
и мышлением, а также предположение о том, что язык, фактически, сформировал наши
интеллектуальные способности. Формирование навыков чтения и письма- один из
важнейших аспектов школьного обучения, и способность использовать эти навыки
обычно рассматривается как «билет» в мир экономического процветания. Рисунки,
напротив, чаще всего служат лишь дополнением, отражающим основные результаты,
описанные в тексте, который они сопровождают. Школьное образование, как правило,
почти или совсем не содержит элементов подготовки, связанных с использованием
рисунков для передачи идей или с интерпретацией изображений.
Возникает интересный вопрос: действительно ли язык настолько лучше пригоден для
коммуникации или его превосходное развитие и повсеместное использование, в большей
мере, являются лишь делом привычки. Предполагая истинность последнего варианта,
было бы очень полезно овладеть компьютерным синтезом графических средств
выражения, коль скоро большинство членов нашего общества не обучены созданию
подобных материалов вручную. Благодаря своей гибкости и богатому набору возможных
нюансов, которые могут быть связаны с тем или иным речевым оборотом, важную роль
сыграет здесь НФР. В этих условиях критерием успешности НФР является то
единодушие, с которым пользователи способны воспринимать сложные переданные
сообщения; тест мог бы состоять в предъявлении участникам детального графического
изображения с просьбой описать увиденное на естественном языке. Возможные
оценочные переменные есть переменные, соответствующие близости мнений нескольких
испытуемых и степени их соответстия искомому смысловому содержанию.
6. Предложение новых товаров и услуг.
В процессе изучения НФР возникают и неплохие цели практического характера. Так,
можно высказать предположение, что одной из предпосылок превращения онлайновых
справочных материалов и так называемых «электронных книг» в серьезную альтернативу
печатным изданиям станет разработка в будущем системы, способной эффективно
синтезировать нефотореалистичные изображения, по качеству приближающиеся к
графике, созданной от руки. Возьмем, к примеру, учебники, издаваемые для студентов
медицинских вузов по такой дисциплине, как анатомия: подобные учебники содержат
графические материалы, практически полностью выполненные от руки; их делают
высококвалифицированные иллюстраторы, прошедшие специальную подготовку. Если
такие материалы нужно сделать доступными через сеть, то при отсутствии методов и
инструментов НФР эти онлайновые материалы смогут лишь содержать отсканированные
версии исходных, сделанных от руки иллюстраций. Это, к примеру, может стать
серьезной помехой при работе с такими изображениями. Внесение изменений в рисунки,
выполненные от руки, тоже будет сопряжено с трудностями. Более того, это ограничит и
возможные манипуляции с текстом, поскольку соответствие изображения тексту нельзя
будет поддерживать алгоритмически. Все это означает, что, не владея НФР, нельзя
ожидать и преимуществ, предоставляемых интерактивной графикой.
7. Взгляд на проблему
Как и во многих сравнительно новых областях научного поиска, в компьютерной графике
не существует единого обозначения того, что названо нами НФР. Многие исследователи
действительно пытались найти название, лучше всего описывающее эту область знаний.
Однако название - это не просто нечто, бросающееся в глаза, это что-то большее, во
многом отражающее точку зрения тех, кто занимается развитием данной сферы.
Изучение первых работ по этой теме позволяет выявить ряд различных точек зрения на
НФР. В центре внимания исследователей находились следующие вопросы:

Процесс создания изображений, которому мы подражаем (или, точнее говоря,
процессы, которым мы определенно не подражаем): нефотореалистичный
рендеринг.

Свобода, позволяющая отказаться от рисования объектов такими, каковы они есть
в действительности: нереалистичный рендеринг (non-realistic rendering).

Процесс адаптации изображения к условиям диалога и изменяющимся
информационным запросам пользователя: абстракция (abstraction), хотя этот
термин несет несравненно большую смысловую нагрузку, чем только что было
сказано.

Особый стиль рисования, среди примеров которого такие понятия, как эскизный
рендеринг (sketch rendering), перьевые ллюстрации (pen-and-ink illustration),
точечно-пунктирный рендеринг (stipple rendering).

Влияние, которое изображение оказывает (или, надо надеяться, должно оказывать)
на зрителей: удобопонятная визуализация (comprehensible rendering).

Применение изображений для передачи информации, возможно, в контексте иных
выразительных средств: иллюстративная визуализация (illustrative rendering), или
просто иллюстрирование

Возможные деформации изображений: эластичные отображения (elastic
presentations).
Еще один термин, интеллектуальный рендеринг (smart rendering), был введен недавно
для обозначения синтеза изображений для эмуляции феномена, который можно
представить как интеллектуальное поведение компьютера. Системы, куда входит такая
система рендеринга, связаны с символическим представлением значений в тех
прикладных областях, которые сами имеют отношение к интеллекту, независимо от
графического изображения. Таким образом, это понятие имеет существенно более
широкое смысловое поле, нежели любое из предшествующих понятий.
Как это ни печально, но из нашего перечня выпало понятие, указывающее на то, что
изображения должны быть произведениями искусства (уместным понятием здесь могло
бы стать выражение художественная визуализация (artistic rendering)). Действительно,
различные авторы, прибегавшие к иным понятиям, установили, что по природе своей
изображения должны быть более или менее художественны, однако на сегодняшний день
ни один из них не привел серьезных доводов в пользу понятия художественной
визуализации применительно ко всей изучаемой области. Позиция, которой мы
придерживаемся в этой книге по поводу роли НФР, на деле состоит в том, что замена
ручного создания произведений искусства человеком не представляется возможной сейчас
и не будет представляться возможной когда-либо в будущем. Напротив, предназначение
НФР состоит в создании изображений в тех случаях, когда при другом раскладе
пользователи просто не имели бы в своем распоряжении никакого или, как минимум,
достаточно адекватного графического материала.