Страница:
Мимолетное упоминание ADVISE встречается лишь в нескольких официальных документах правительства, и когда журналист газеты Christian Science Monitor Марк Клэйтон (Mark Clayton) попытался раздобыть об этом проекте чуть больше информации, то наткнулся на глухую стену молчания. Разработчики-компьютерщики, выступавшие на закрытых конференциях, ссылаются на строгую секретность; конгрессмены, курирующие DHS от законодательной власти, вообще не в курсе происходящего; ну а то, что журналисту неофициально поведали сведущие инсайдеры, полностью подтвердило предположения о тесной связи ADVISE с прикрытым несколько лет назад проектом TIA.
Если кто не в курсе или успел забыть, проект TIA, или «Тотальная информационная осведомленность», в начале 2000-х годов воплощался Министерством обороны США как грандиозная, ценою многие сотни миллионов долларов компьютерная система датамайнинга, охватывающая своими щупальцами практически все данные, доступные для автоматизированного анализа. Предполагалось, что перекрестным анализом финансовых транзакций и регистраций в гостиницах, телефонных разговоров и электронной почты, покупок в аптеках и в транспортных кассах — короче, всего, что можно раздобыть в цифровых сетях, — алгоритмы системы смогут выявлять всевозможные угрозы государству — от подготовки террористических актов до антисоциального поведения.
Когда информация о TIA в 2002 году протекла в прессу, озабоченная правозащитная общественность забила в колокола с такой силой, что за изучение проблемы взялся Конгресс, уже в 2003 году официально запретивший разработку системы, столь беспардонно посягающей на тайну личной жизни граждан. Наиболее дальновидные люди тогда сразу предупредили, что полный запрет TIA — чистейшая фикция и попытка вывести разработку из-под контроля общества. Потому что фактически под запретом оказалось лишь одиозное название системы, а все ее элементы под другими именами были разбросаны по разным секретным проектам, осуществляемым Пентагоном и спецслужбами.
Практически все, что удалось узнать журналисту Клэйтону о нынешней системе ADVISE, частично уже работающей в реальных задачах и постоянно наращивающей функциональность, свидетельствует, что реализация государством заманчивой идеи «тотальной информационной осведомленности» идет полным ходом. Естественно, подчеркивается, что все усилия направлены на борьбу с террористами. Как заверил Джим Томас (Jim Thomas), один из ключевых разработчиков ADVISE и директор нового Национального центра визуализации аналитики (National Visualization Analytics Center, г. Ричленд, шт. Вашингтон), компьютерная система датамайнинга «уже помогла расстроить несколько террористических заговоров» — вот только подробности нельзя раскрывать из-за необходимости держать подобные методы работы в строгой тайне. Но в любом случае, подчеркнул Томас, народ должен знать, что «та технология, которая сейчас изобретается в лабораториях, вне всяких сомнений, используется для защиты наших свобод — и это очень круто»…
Когда о «свободе» говорят в подобном контексте, почему-то сразу вспоминаются строчки популярнейшей советской песни эпохи сталинизма: «Я другой такой страны не знаю, где так вольно дышит человек». В общем, дышите глубже, свободы все больше.
Международная игрушечная ярмарка.
Если кто не в курсе или успел забыть, проект TIA, или «Тотальная информационная осведомленность», в начале 2000-х годов воплощался Министерством обороны США как грандиозная, ценою многие сотни миллионов долларов компьютерная система датамайнинга, охватывающая своими щупальцами практически все данные, доступные для автоматизированного анализа. Предполагалось, что перекрестным анализом финансовых транзакций и регистраций в гостиницах, телефонных разговоров и электронной почты, покупок в аптеках и в транспортных кассах — короче, всего, что можно раздобыть в цифровых сетях, — алгоритмы системы смогут выявлять всевозможные угрозы государству — от подготовки террористических актов до антисоциального поведения.
Когда информация о TIA в 2002 году протекла в прессу, озабоченная правозащитная общественность забила в колокола с такой силой, что за изучение проблемы взялся Конгресс, уже в 2003 году официально запретивший разработку системы, столь беспардонно посягающей на тайну личной жизни граждан. Наиболее дальновидные люди тогда сразу предупредили, что полный запрет TIA — чистейшая фикция и попытка вывести разработку из-под контроля общества. Потому что фактически под запретом оказалось лишь одиозное название системы, а все ее элементы под другими именами были разбросаны по разным секретным проектам, осуществляемым Пентагоном и спецслужбами.
Практически все, что удалось узнать журналисту Клэйтону о нынешней системе ADVISE, частично уже работающей в реальных задачах и постоянно наращивающей функциональность, свидетельствует, что реализация государством заманчивой идеи «тотальной информационной осведомленности» идет полным ходом. Естественно, подчеркивается, что все усилия направлены на борьбу с террористами. Как заверил Джим Томас (Jim Thomas), один из ключевых разработчиков ADVISE и директор нового Национального центра визуализации аналитики (National Visualization Analytics Center, г. Ричленд, шт. Вашингтон), компьютерная система датамайнинга «уже помогла расстроить несколько террористических заговоров» — вот только подробности нельзя раскрывать из-за необходимости держать подобные методы работы в строгой тайне. Но в любом случае, подчеркнул Томас, народ должен знать, что «та технология, которая сейчас изобретается в лабораториях, вне всяких сомнений, используется для защиты наших свобод — и это очень круто»…
Когда о «свободе» говорят в подобном контексте, почему-то сразу вспоминаются строчки популярнейшей советской песни эпохи сталинизма: «Я другой такой страны не знаю, где так вольно дышит человек». В общем, дышите глубже, свободы все больше.
Международная игрушечная ярмарка.
«Вихри враждебные», реявшие над местом проведения выставки, символично отражают положение дел в отрасли, переживающей не лучшие времена. В том, что в минувшем году впервые за долгое время объем продаж игрушек в Америке не только не вырос, а сократился на 4%, многие эксперты винят хайтек: нынешние дошколята все чаще предпочитают iPod’ы и видеоприставки традиционным кубикам и машинкам. «Что поделаешь, в мир потребительской электроники современные дети куда быстрее входят самостоятельно, чем с нашей помощью», — сетуют производители. Вдобавок по игрушечникам чувствительно ударил нефтяной кризис, повлекший удорожание органических материалов — плоти и крови многих традиционных забав.
Впрочем, не все так плохо: чипы продолжают дешеветь, и, как подсчитали дотошные организаторы нынешней выставки, электронными мозгами могут пораскинуть уже три четверти всех экспонатов. Подобно своим создателям, вынужденным держать нос по ветру, улавливая малейшие рыночные тенденции, новые игрушки все активнее обзаводятся органами чувств. А заодно и интерфейсами для подключения к бытовой электронике (вроде все того же вездесущего IPod’а). Что же касается пап и мам, то им в наступившем сезоне, похоже, придется изрядно раскошелиться: большинство горячих новинок переваливает за стодолларовую отметку.
На сей раз многих посетителей не отпускало ощущение, что они попали в огромный зоопарк: начиненных сенсорами «умных» зверюшек на фирменных стеллажах было хоть отбавляй. Компания Hasbro представила, пожалуй, самую крупную особь — пони по кличке Butterscotch: имея рост в холке больше метра, эта лошадка способна выдержать пятипудового всадника (акселерация, знаете ли). Несмотря на столь внушительную грузоподъемность, животина не чужда сантиментов: в ответ на потрепывание гривы хозяйской рукой она хлопает длинными ресницами, поводит ушами и благодарно трясет головой. Свою чувствительность к хозяйскому прикосновению демонстрирует и другая зверюшка той же фирмы — обезьянка Cuddle Chimp: стоит лишь задеть ее рукой, как шимпанзе тут же вцепляется в нее, издавая жизнерадостный крик. Помимо обаятельной внешности, примата отличает вполне дружелюбная цена в тридцать «зеленых» — почти на порядок меньше, чем у многих других членов «семейства сенсорных».
Достойную компанию ныне живущим видам составили и представители юрского периода: фирма WowWee представила новую версию своего двуногого «рободинозавра» Roboraptor, способного бегать по квартире и благодаря инфракрасным сенсорам ловко огибать мебель. Несмотря на скромное заявление производителей о том, что их детище управляется всего тремя инстинктами — голода, самосохранения и желания играть, — восьмидесятисантиметровая рептилия отнюдь не так проста: в ее арсенале больше сорока запрограммированных функций, включая знание нескольких танцев и умение патрулировать вверенную территорию. Помимо всего прочего, ею может управлять не только хозяин, но и другой робот WowWee — Robosa-pien V2, что является примером чуть ли не первого межвидового «робосимбиоза» в игрушечном мире.
Не желая отставать от братьев меньших, прямо на глазах умнеют и куклы. Чтобы говорливой Аманде, наделавшей шороху на прошлогодней выставке, было не скучно, компания Playmates Toys выпустила ее младшую сестру — Amazing Allysen. Новинка обладает более солидным словарным запасом, а также широким кругозором: ее коньком являются пространные монологи на темы от погоды до моды. В довесок к азам английского Эллисен обучили и мимическому языку: в ответ на некоторые фразы хозяйки она расплывается в улыбке или обидчиво морщит лобик.
Еще дальше в освоении невербальных форм общения продвинулась кукла Baby Alive от Hasbro, призванная на собственном примере познакомить девочек с заботами будущих мам. «Робомладенец» постоянно корчит рожи, то и дело шмыгает носом, а в «критический момент» не стесняется информировать маму о состоянии своих подгузников. Как обещают производители, пить из соски и делать «пи-пи» пятидесятидолларовый «куклёнок» будет весьма реалистично, так что до начала августовских продаж потенциальным матерям не помешает запастись комплектами крошечных «расходных материалов» — пеленок и памперсов.
Как видно, ленинская фраза о «важнейшем из искусств» хорошо известна за океаном: стенды многих фирм напоминают музеи Голливуда, рекламируя в пластике, резине и силиконе киногероев прошлых лет. Не стал исключением и знаменитый Супермен, возвращение которого на большой экран («Superman Returns») ожидается в конце июня. Заключившая эксклюзивный контракт со студией Warner Brothers компания Mattel выставила радиоуправляемую фигурку, способную подниматься в воздух на высоту до 120 метров. «Это первый случай, когда дети могут заставить Супермена летать», — разливалась соловьем пресс-служба Mattel (похоже, многократные полеты «суперменов» вертикально вниз прошли мимо внимания пиарщиков). Впрочем, почувствовать себя супергероем ныне по плечу любому хлюпику: стоит только надеть специальный надувной костюм, способный «накачать» фигуру своего хозяина. Для этого даже не придется возиться с насосом: костюм снабжен компрессором на батарейках, без труда доводящим его форму до нужной кондиции.
Не исключено, что юные техники предпочтут не покупать робота своей мечты в готовом виде, а собрать его из набора деталей — такую возможность предоставляет 250-долларовый конструктор Mindstorms NXT от фирмы Lego. Перед тем как электронный гуманоид встанет на ноги, его малолетний хозяин проведет не один захватывающий «мозговой штурм» со своим отцом, сделав первые шаги в мире электроники. В результате на свет появится автономный робот, способный понимать некоторые команды, реагировать на прикосновения и различать цвета. По части интеллекта он оставит далеко позади своего предка, выпущенного еще в 1998 году: как-никак, ныне в черепушке робота находится не 16-, а 32-разрядный процессор.
«Играть на органе очень просто: нужно лишь нажимать на нужные клавиши в нужное время, а остальное сделает сам инструмент». Похоже, эта шутка Иоганна Себастьяна Баха вдохновила инженеров компании Allegro Multimedia на выпуск мультимедийного набора Piano Wizard для обучения малолеток азам фортепианного искусства. Превратить часы, проведенные у компьютера, в полноценные музыкальные уроки позволяет оригинальная клавиатура с раскрашенными во все цвета радуги клавишами. Вместо того чтобы, скрипя мозгами, запоминать мелодические ходы, юным «кудесникам рояля» предлагается поиграть в своеобразное «клавишное караоке»: все, что от них требуется, это оперативно нажимать на кнопки, совпадающие по цвету с меняющейся картинкой на дисплее. Разумеется, клавишники с опытом могут отключить «цветомузыку» и подбирать музыку на слух. Джентльменский набор мелодий можно легко расширить, скачивая любимые «мидишники» в Интернете. На сей раз искусство требует жертв в объеме 200 долларов.
Незадолго до открытия своей коронной выставки Ассоциация игрушечной индустрии присудила высокие награды передовикам отрасли. Почетного звания «Игрушки года», а также самой успешной инновации и лучшей образовательной забавы было удостоено стодолларовое электронное чудо FLY Pentop Computer от компании LeapFrog. Опытнейшие члены жюри не скупились на комплименты вещице, на первый взгляд ничем не отличающейся от обычной авторучки. Что ж, подивиться и впрямь было чему: благодаря встроенному оптическому сканеру «компьютер на кончике пера» позволяет на лету запоминать и распознавать написанное, озвучивая голосом небрежные каракули и щелкая математические примеры. Что ж, выбор очередного триумфатора вовсе не случаен: как видно, все идет к тому, что «История игрушек» нынешнего столетия будет написана электронным пером.
www.etudes.ru. Там же и оригинальная статья о технологии создания фильма, напечатанная в журнале "Проблемы кибернетики" только в 1974 году. Попробуем уточнить место этой работы на эволюционной шкале компьютерной анимации.
Честно говоря, начиная исследовать историю «Кошечки», я одно время даже думал, не окажется ли она самым первым примером компьютерной анимации. Но это, конечно, не так. Например, Юрий Баяковский, один из активных участников «героического периода» становления компьютерной графики, после просмотра «Кошечки» припомнил, что еще во второй половине 50-х в ИПМ имени Келдыша РАН на машине «Стрела» (где память была на электронно-лучевых трубках, единичные биты светились, нулевые — нет) инженеры «делали анимации, заполняя соответствующим образом память ноликами и единичками». Можно предположить, что и на Западе у компьютерной анимации был длительный период «фольклорного» развития. Похоже, что официальной хронологии у компьютерной анимации пока нет, так как временные шкалы, составляемые разными исследователями, не во всем согласуются. В любом случае, «Кошечка» попадает в довольно малонаселенную зону. Компьютерная анимация в конце 60-х еще только готовилась стать индустрией, а работы первых художников, применивших ее в творчестве, иногда сразу оказывались в лучших музеях современного искусства.
Зато вполне возможно, что две базовые для анимационных технологий идеи были впервые реализованы именно в этом фильме, причем задолго до их появления в мэйнстриме.
Представление трехмерной пространственной формы в виде иерархической структуры данных. Структура напоминала октодерево (octree), задающее любую пространственную форму так: в нулевом приближении это куб, содержащий наш объект, в первом приближении — совокупность кубиков половинного размера, содержащая объект, и так далее. «Кошечка» задавалась более экономичной, адаптивной иерархией «брусков» (усеченных пирамид), аппроксимирующих ее торс, ноги, усы и т. д.
Задание траекторий движения тела при помощи дифференциальных уравнений.
Первая из идей, при всей ее важности (Мэттью Уорд даже выделяет октодерево как отдельный этап в истории компьютерной графики, относя его к 1982 году — четырнадцать лет спустя после «Кошечки»), все-таки кажется мне принципиально более простой в придумывании и реализации, чем вторая. Легко представить, что в «фольклоре» подобные методы к тому времени уже существовали (другое дело, что авторы не были связаны с этим только возникавшим тогда сообществом и сами изобретали все с нуля). А вот вторая идея значительно глубже концептуально и сложнее технически. Современные обзоры по моделированию движения человека для целей анимации (обзоров, посвященных специально кошкам или другим животным, я не нашел) относят первые работы такого типа — анимацию ходьбы на основе решения уравнений прямой или обратной кинематики и динамики — к началу или середине 80-х. В биомеханике, без всякой связи с компьютерной анимацией, первые попытки (двухмерного!) моделирования движения человека на основе задач оптимизации, приводящих к дифференциальным уравнениям, делались в начале 1970-х[Computer animation of Human Walking: a Survey (1999), Franck Multon, Laure France, Marie-Paule Cani-Gascuel, Gilles Debunne]. Вполне возможно, что подобные исследования велись в момент создания «Кошечки» и в робототехнике. Рекорды и приоритеты дело тонкое, и я бы не хотел сейчас всерьез углубляться в эту тему. Но из литературы совершенно очевидно, что вплоть до начала 80-х основной технологией компьютерной анимации оставались те или иные формы интерполяции между кадрами, различные варианты морфинга и т. п. — вещи, принципиально более простые, чем реалистичное матмоделирование живого движения, примененное в «Кошечке».
Отметим, что уравнения «Кошечки» не выводились напрямую из физических моделей мышц и суставов. Они лишь качественно воспроизводят типичные паттерны кошачьей ходьбы (неожиданные подробности читайте в интервью с Константиновым в этом номере). Реализм движений, тем не менее, очевиден. Причем не только мне. Свое мнение во врезке высказывает Рик Парент, профессор Университета Огайо (одной из колыбелей компьютерной графики), автор монографии «Computer Animation: Algorithms and Techniques», специалист по анимации человеческих фигур, а также по истории компьютерной анимации. Благодаря Паренту мы смогли проиллюстрировать этот материал кадрами одного из первых трехмерных компьютерных фильмов «Not Just Reality», сделанного Барри Весслером в Университете Юты в 1973 году.
Юрий Баяковский
Когда речь заходит о первых работах по компьютерной графике в нашей стране, сразу же вспоминается имя Юрия Баяковского (в 1990 году на конференции SIGGRaPH ассоциация aCM присвоила ему титул «Computer Graphics Pioneer»). Сейчас Юрий Матвеевич возглавляет в МГУ Лабораторию компьютерной графики и мультимедиа на факультете ВМК (graphics.cs.msu.su), но продолжает работать и в Институте прикладной математики им. Келдыша РАН, где он много лет заведовал отделом компьютерной графики и где еще в 1964 году в соавторстве с физиком Тамарой Сушкевич выполнил первую в СССР работу по «машинной графике». Это была как раз анимация, небольшой фильм об обтекании цилиндра плазмой. В 1971 году в ИПМ был разработан более совершенный софт для создания компьютерных фильмов и установлена камера для съемки кадров с экрана дисплея. При помощи этой системы вскоре были сделаны еще две впечатляющие анимации. Одна визуализировала движение робота, другая — смоделированное "приливное взаимодействие" двух галактик.
Как видим, в нашей стране первые исследования по компьютерной анимации велись в рамках научной визуализации. На мой вопрос о работах, где бы ставились и решались задачи анимации «живых объектов» при помощи нетривиальных математических моделей, Юрий Матвеевич ответил: «Таких работ в России я не знаю. Мой студент Саша Савенко занимался этим, но в Англии, там и защитил диссертацию на эту тему». Таким образом, не исключено, что «практический контекст» для работы Константинова и его соавторов в России все еще не появился.
Кто, зачем и почему
Самое замечательное в истории возникновения «Кошечки» — команда ее создателей и двигавшие ими мотивы. Уже упоминалось, что инициатором проекта и автором ключевых идей был Николай Николаевич Константинов. Если потребуется назвать самого популярного математика в Москве, им окажется, вне всякого сомнения, Константинов. Очень многие нынешние столпы этой науки начинали в его кружках — а сегодня работают в основанном им Независимом Московском университете, новом математическом центре мирового уровня. Константинов — президент Турнира городов, крупнейшего математического состязания для школьников на территории бывшего СССР, член правления Международной федерации национальных математических соревнований (World Federation of National Mathematics Competitions), где отвечает, ни много ни мало, за всю Европу. Наконец, Николай Николаевич действительный член (по секции применения математики к биологии) Московского общества испытателей природы, старейшего научного общества России (основанного в 1805 году; среди иностранных членов были Ламарк, Дарвин, Фарадей). Для нашей темы важнее всего, что Константинов уже много лет остается кристаллизующим центром живой, активной, самоорганизующейся среды, которая объединяет как молодых, так и маститых исследователей и преподавателей, как вундеркиндов-олимпиадников, так и просто увлеченных наукой студентов и школьников.
Весьма показательно, что такой замечательный проект возник именно в этом (никак не формализованном) сообществе и исключительно на основе фундаментального, натурфилософского интереса. Главный урок «Кошечки», на мой взгляд, — каким ярким может быть результат, когда талантливые люди берутся за интересную фундаментальную задачу, не ограничивая себя искусственными рамками «программирования», «анимации» и т. п., — и честно решают ее, не оглядываясь ни на карьеру, ни на планы, ни на рынок (иногда — как в данном случае — нечаянно обгоняя этот самый рынок лет на десять-пятнадцать).
Но как быть с тем, что все эти замечательные идеи столько лет не находили отклика — ни в той самой «Константиновской» среде, ни за ее пределами? Это важный вопрос. Он среди прочих обсуждается в беседе с Константиновым на следующих страницах. Могу только добавить, что спустя много лет эта работа возвращается к жизни в той же самой среде: на свет божий (то есть в цифру и в Интернет) фильм вытащил один из соратников Константинова по олимпиадно-кружковой и научно-популярной работе Николай Андреев, а широкого читателя с ним знакомлю, как видите, я — тоже прошедший когда-то через Константиновские матшколы (сначала как ученик, потом как преподаватель).
Ну а теперь пора торжественно сказать «спасибо». Я благодарю:
— создателя сайта образовательных математических анимаций www.etudes.ru Николая Андреева, который очень помог мне с фото— и видеосъемкой и без которого многие никогда бы не увидели «Кошечку»;
— Юрия Баяковского за ценные консультации и важные ссылки на литературу;
— Николая Константинова за интересную беседу и помощь в работе над материалами;
— Рика Парента за ответы на мои многочисленные вопросы, за профессиональный комментарий к «Кошечке» и за доступ к фильму «Not just reality».
Рик Парент
Разыскивая обзоры по истории компьютерной анимации, я обнаружил в цифровой библиотеке IEEE доклад профессора Университета Огайо Рика Парента (Rick Parent) «Компьютерная анимация: алгоритмы и технология — исторический обзор» на конференции IEEE Computer Animation 2000" — и тут же сочинил письмо автору с просьбой о консультации. Вот его отзыв о «Кошечке»:
"Для своего времени эта анимация кошки поистине замечательна. Уровень анимации в тот период в США (и во всем мире, насколько могу судить) лучше всего характеризует фильм «Не просто реальность» («Not Just Reality»), сделанный в 1973 году Барри Весслером (Barry Wessler), учившимся тогда в Университете Юты. Для анимации ходящей и говорящей фигуры использовался скриптовый язык. Фильм был снят покадрово камерой, помещенной перед экраном векторного дисплея. С помощью цветовых фильтров отдельно записывались и потом совмещались красный, зеленый и синий компоненты каждого кадра, а анимация кошки делалась съемкой картинок, напечатанных на бумаге.
Замечательной картину делает не техника записи, а качество передачи движения. Движение ног более плавное и естественное, чем то, которого удавалось достичь компьютерным аниматорам того времени. Очень естественно выглядел и поворот головы в конце двух проходов кошки.
Хотя приводимые в статье уравнения движения и модель четвероногой походки навеяны биомеханикой, тем не менее они были специально разработаны для данного фильма. Моделирование движения использует аналитическую обратную кинематику, дерево решений, управляющее выбором подходящего в данный момент уравнения и механизм обратной связи, синхронизирующий движение ног.