DVD-камеры появились относительно недавно и на момент выхода представляли собой очень правильное решение для правильных пацанов, поскольку DVD-Video-диск можно было просто-напросто вынуть из камеры, вставить в DVD-плейер и гордо показать всем результат съемки. С учетом того, что MiniDVD-диски для камер поначалу стоили $25-30 и вмещали в приличном качестве от силы сорок минут видео, это было решение именно «для правильных пацанов» - у «неправильных» затраты на диски для съемки отпуска были бы сравнимы с затратами на сам отпуск. Время шло, болванки помаленьку дешевели, и, казалось бы, ничто не могло помешает победному шествию DVD-видеокамер по планете, но производители сами же себе нанесли удар, выпустив на рынок бытовые DVD-рекордеры. Почему?
Главное достоинство DVD-видеокамер - возможность прямой записи на DVD-Video-диск - имеет и массу недостатков. Во-первых, DVD-камеры дороже аналогичных по качеству съемки miniDV-камер. Во-вторых, MiniDVD-диски дороже MiniDV-кассет. В-третьих, их не то что на каждом углу, а не в каждом городе можно купить. В-четвертых, отснятый материал крайне трудно, почти невозможно комфортно монтировать - формат MPEG-2, который используется в DVD-камерах, для монтажа не предназначен и требует больших компьютерных ресурсов. В-пятых, рекламный ролик, в котором молодой человек запрыгивает в чужую квартиру, вынимает DVD-диск из камеры и вставляет в плейер, сильно отличается от реальной жизни. В реальной жизни этому молодому человеку надавали бы по шее, и к тому же он не смог бы сразу после съемки воспроизвести диск, поскольку его нужно сначала финализировать, что заняло бы время, хотя бы то, пока юношу лупили.
Итак в сухом остатке (если не считать, конечно, самой крутизны записи на DVD в камере) у DVD-камер остается один и только один плюс - возможность автоматического создания DVD-Video-диска, не требующая освоения компьютерных программ DVD-авторинга. Но как раз этот единственный плюс Panasonic со товарищи и убрали своими собственными руками с помощью бытовых DVD-рекордеров. Купив MiniDV-видеокамеру вместо аналогичной DVD-камеры, можно на разницу в цене приобрести бытовой DVD-рекордер и так же, ни о чем думая, доверить ему создание DVD-Video-диска, но уже на обычной дешевой DVD-болванке. К тому же DVD-рекордер - одновременно и DVD-плейер, который покупать к DVD-камере все равно бы пришлось.
В заключение разговора о форматах хотелось бы сказать несколько слов о High Definition Video (HDV). Первую заслуживающую серьезного интереса любительскую камеру в этом формате выпустила Sony. Модель HDR-FX1, конечно, нельзя считать чисто любительской - три с лишним тысячи долларов дороговато для большинства людей, да и вес под два килограмма небольшим не назовешь. Но недавно та же Sony произвела именно любительскую HDV-камеру формата HDR-HC1E, которая стоит около $1700 и весит обычные шестьсот с небольшим граммов. Обе камеры умеют снимать видео в разрешении 1440х1080, что существенно лучше стандартного 720х576. Нет сомнения, что и остальные компании большой четверки выпустят HDV-камеры. Кстати, камеры HDV-формата по-прежнему используют обычную MiniDV-кассету для записи потока MPEG-2 HDV. К сожалению, в данном случае MPEG-2-кодирование неизбежно - из-за почти вчетверо большего по сравнению с обычным видео (его сейчас называют SD, то есть Standard Definition, стандартное разрешение) потока.
О целесообразности приобретения HDV-камер ведутся жаркие споры в различных конференциях. Главный довод сторонников HDV: снимайте уже сейчас в этом формате, а когда индустрия перейдет на HD DVD- и/или Blue-ray-диски, недорогие LCD/PDP-телевизоры и т. д., тогда и запишете все на соответствующий носитель, подключите HD-плейер к LCD или PDP и будете, наконец, счастливы. В этом есть доля истины, но «дьявол кроется в деталях». На сегодняшний день все, что связано с HDV, - дисплеи, компьютеры для комфортного монтажа, сами видеокамеры, - стоит довольно дорого. Резюме: если HDV-камера не пробьет брешь в вашем бюджете - берите не сомневаясь, в противном случае этого делать не стоит, поскольку ее покупка потянет за собой немало дополнительных расходов.
Надеюсь, что выбор формата любительской камеры в 2005 году теперь очевиден - это MiniDV. Не захотите связываться с компьютером и монтажом на нем - купите к камере бытовой DVD-рекордер для создания своих DVD-Video-дисков.
Как ни странно, сейчас выбрать видеокамеру проще, чем три года назад, когда за одни и те же деньги можно было купить совершенно разные по соотношению цена/качество модели. Нынче же цифровые видеокамеры стали массовым товаром, и в большинстве случаев фатальной, бросающейся в глаза разницы в качестве съемки между камерами из одной ценовой ниши нет. Безусловными лидерами рынка на сегодня являются Panasonic NV-GS400GC и Sony DCR-HC1000 ($1100-1300). Ничего лучшего в удобных для любителя весогабаритных параметрах, к сожалению, нет.
Камеры подороже (за $2000) тянут килограмма на полтора и имеют соответствующие габариты. Пользоваться ими в поездках на курорт, походе в горы и экскурсионных турах довольно утомительно.
Что касается недорогих моделей, то, положа руку на сердце, можно сказать, что все камеры от $300 до $600 снимают практически одинаково. Как правило, они имеют небольшую матрицу в 1/6 дюйма и соответствующую оптику. Если вы переходите со старой аналоговой камеры на недорогую MiniDV, удостоверьтесь в наличии у последней аналогового входа для оцифровки своих старых материалов. С недавних пор производители снова перешли на режим жесткой экономии: если раньше даже самые дешевые цифровые камеры имели аналоговые входы для оцифровки, то в новых линейках (например, у Panasonic) не все модели даже средней ценовой категории такие входы имеют.
Canon MVX330i/350i - стоимость соответственно $640/$690. Неплохая цветопередача, особенно в неидеальных условиях. Умеет оцифровывать аналог. Матрица 1/4,5, что все-таки несколько больше 1/6. Из мелких недостатков - картинка немного отдает в розовый цвет. Если всегда пользоваться ручной установкой баланса белого, цветопередача будет практически идеальной для такой стоимости. При покупке нужно обязательно проверить, нет ли чрезмерной вибрации корпуса и шума механики.
Panasonic GS75GC ($550). Бюджетная камера для тех, кому хочется 3 CCD, но денег не хватает. Несмотря на 3 CCD, цветопередача несколько хуже, чем у Canon MVX330i или 350i, - зато цена заметно меньше. По цветопередаче похожа на Canon, тоже слегка «розовит» и способы лечения те же: чаще пользоваться установкой баланса белого.
В диапазоне от $700 до $1200 модели более разнообразны. Если во время съемки вам не хочется ни о чем думать, возьмите видеокамеры Sony - у них довольно прилично работает автомат. Наилучшие ручные регулировки - у фирмы Panasonic. Ее 3 CCD-камеры в этой ценовой нише также дают вполне приемлемую цветопередачу. Дорогие камеры Canon, когда-то ходившие в лидерах, сейчас не имеют ярко выраженных преимуществ перед конкурентами. Модели с 1 CCD по стоимости близки к 3 CCD-моделям от Sony и Panasonic (MVX3i, например, - около $1150), но чуть уступают им по качеству съемки, поскольку камера с 1 CCD при прочих равных условиях всегда проиграет по цветопередаче камере с 3 CCD. В группе до $1200 нет большого смысла покупать видеокамеру дороже $900. Разумнее добавить $200-250 и приобрести Panasonic GS400GC - камера покупается не на один день и даже год, а разница в качестве заметна. По сути, эта модель сейчас лидер рынка среди компактных цифровых видеокамер, и ее можно сравнивать лишь с Sony DCR-HC1000E, но «тысячная» дороже, а снимает не лучше.
Если же вы все-таки рискнете самостоятельно выяснять, какая камера лучше снимает, то самая подробная страница в Рунете на эту тему здесь. Но будьте осторожны - выбирать камеру с помощью тестов можно до бесконечности, поскольку идеала нет и не будет никогда.
Наука: Проблемы 2000 года: уравнения Навье-Cтокса
Как движется вода под действием силы тяжести? Как она обтекает попадающиеся ей на пути препятствия? Как устроены воздушные потоки вокруг самолета? Ответы на эти вопросы в общем виде физикам неизвестны, и упираются эти ответы в решение уравнений Навье-Стокса, о которых и пойдет рассказ.
«Проблема на миллион», о которой мы поговорим сегодня, имеет достаточно простую, но не слишком привлекательную математическую формулировку: задача существования, гладкости и единственности некоторой системы дифференциальных уравнений… бррр, это вам не числа от одного до бесконечности складывать[Впрочем, это дело вкуса. Свой вкус никому навязывать не хочу, но интуиция подсказывает, что среди читателей «Компьютерры» любителей дискретной математики должно быть больше, чем любителей матфизики]. Зато ее физический смысл более чем прозрачен, а применения обширны и очевидны.
Итак, откуда же есть пошли уравнения Навье-Стокса? Они описывают поведение жидкостей и газов. Да-да, оказывается, физики, создающие теории двадцати-с-лишним-мерного пространства суперструн, решающие загадки черных дыр и полным ходом движущиеся к построению квантового компьютера, до сих пор не могут описать поведение самой обычной воды. Все уравнения вполне естественны и, по большому счету, очевидны из общепринятой физической модели несжимаемой жидкости. Первое из уравнений - это второй закон Ньютона, F=ma. Правда, в F, кроме внешней силы f=(f(i), i=1…n)(общая постановка задачи формулируется в n-мерном пространстве, но интересный случай, конечно, тот, в котором n равно трем[Вспоминается известный анекдот про математика, который шел по улице и заметил вывеску: «Камерный оркестр». «Интересно…» - подумал математик и зашел. Через минуту вышел разочарованный: «Тривиальный случай… ка равно трем». В нашей задаче ка, равное трем, - отнюдь не тривиальный случай]), должны войти также силы, отвечающие за давление p и трение внутри жидкости. Итого получается:
где
u(x,t)=ui(x,t)- неизвестный вектор скорости,
x- n-мерный вектор координат,
t- время, а
n- коэффициент вязкости. Второе уравнение говорит, что жидкость несжимаема. На математическом языке это выглядит так:
div u = 0.
Кроме того, разумеется, уравнения должны быть снабжены начальными условиями, причем, чтобы оставаться в рамках разумных физических моделей, как начальный вектор, так и сила f(точнее, их производные) должны достаточно быстро уменьшаться по мере удаления от нуля координат к бесконечности, а вся система должна иметь ограниченную энергию:
Свои имена уравнениям дали французский инженер Клод-Луи Навье (Claude-Louis Navier), выдающийся мостостроитель, разработавший первую в мире теорию подвесных мостов, и Джордж Габриэль Стокс (George Gabriel Stokes), научные заслуги которого в основном относятся к математической физике и дифференциальной геометрии. Кстати, Стокс дал имя британской единице вязкости.
Неудивительно, что эти уравнения долгое время привлекали внимание математиков всего мира. И здесь есть серьезные причины для гордости за отечественную науку: весомый вклад в развитие теории уравнений Навье-Стокса внесла Ольга Александровна Ладыженская, одна из замечательных представителей петербургской математической школы. Главным результатом Ладыженской в этой области было полное решение проблемы в двумерном случае: Ольга Александровна доказала однозначную разрешимость задачи. В трехмерном случае она получила частичные результаты: доказала однозначную разрешимость уравнений на конечном промежутке времени, а также решила общую задачу в предположении малости так называемого числа Рейнольдса (этот параметр задает соотношение между инерцией и вязкостью; при больших значениях числа Рейнольдса поток становится турбулентным). А вот вопрос о единственности так называемого слабого решения Хопфа, которое существует для бесконечного промежутка, до сих пор остается открытым - и за ответ на него решение Clay Mathematical Institute готов заплатить миллион долларов.
Вклад Ладыженской в математику, разумеется, не ограничивался решением двумерных уравнений Навье-Стокса: достаточно сказать, что работы, выполненные ею в сотрудничестве со своей ученицей Ниной Николаевной Уральцевой[Мне посчастливилось слушать курс матфизики у Нины Николаевны и лично знать Ольгу Александровну (благодаря поддержке которой я и оказался в СПбГУ); правда, уроки на пользу не пошли, и при выборе научного пути матфизике я предпочел алгебру и информатику], фактически закрыли цикл исследований по 19-й и 20-й проблемам Гильберта. Эти фантастические достижения навсегда вписали Ольгу Александровну в историю математики. Но, на мой взгляд, не менее фантастическим является ее научное долголетие. До последних дней жизни (это не штамп и не преувеличение) Ольга Александровна активно занималась научной деятельностью, редактировала многочисленные научные сборники, участвовала в конференциях - и ушла из жизни 12 января 2004 года, немного не дожив до своего восемьдесят второго дня рождения…
Но вернемся к уравнениям Навье-Стокса. Аналитическому решению они не поддаются, однако проектировать подводные лодки и особенно самолеты (разумеется, движение воздуха описывается теми же уравнениями, только вязкость у воздуха гораздо меньше, чем у воды, - а, значит, турбулентность больше, и решать уравнения методом Ладыженской не получается) все-таки нужно. Что делать? Ответ прост и для физиков традиционен: решать уравнения приближенно. И здесь, конечно, компьютерные технологии пришлись ко двору. Возник целый раздел на грани матфизики и computer science - вычислительная динамика жидкостей и газов (computational fluid dynamics, CFD).
Wikipedia предлагает целую коллекцию ссылок на программные продукты (как коммерческие, так и свободные), реализующие различные задачи вычислительной динамики. Примечательно, что один из самых успешных проектов - система OpenFOaM ( Open Field Operation and Manipulation) - начинал свой путь как коммерческий, закрытый продукт, а затем был переведен разработчиками под GPL. Наверное, его и можно порекомендовать желающим всерьез заняться этим направлением - для него написано множество расширений и библиотек, и благодаря открытой архитектуре проекта и активному сообществу разработчиков количество этих расширений увеличивается. А красивые картинки, например, получаются из Gerris Flow Solver, хотя, конечно, глаз вряд ли способен насладиться рисованными векторными полями так же, как видом трехмерной, играющей на солнце всеми красками радуги жидкости. Для всевозможных пакетов трехмерного моделирования написано множество CFD-плагинов, позволяющих добавлять в трехмерную сцену «физически точные» картины различных течений. Обычно они стоят немалых денег (например, RealFlow, плагин для 3DS MAX, продается по сверхнизкой цене всего лишь в 1080 долларов), но в России, как известно, цена софта - штука весьма и весьма условная…
Итак, подводим итоги. Уравнения Навье-Стокса - центральная проблема современной математической физики. Существуют целые конференции, посвященные исключительно этим уравнениям (например, конференция в Киото, запланированная на 2006 год, или петербургская конференция, прошедшая в 2002 году), и миллион долларов за их решение назначен не зря. Однако практические применения уравнений не очень сильно страдают от проблем с аналитичностью или единственностью решений. Самолеты, конечно, иногда падают, а подводные лодки тонут, но обычно это происходит по причинам, весьма далеким от уравнений Навье-Стокса - и, сдается мне, устранить эти причины куда труднее, чем решить какую бы то ни было задачу на миллион…
Природа: Люди и звезды
В лондонской Национальной галерее висит портрет человека, обозначенного как «пират и гидрограф». Звали его Уильям Дампир (William Dampier, 1651-1715). Один из тех, кого в эпоху Великих географических открытий равно влекли нажива и знание. Наемник. Неудачливый торговец. Пират. Офицер Королевского флота. Первый человек, трижды обогнувший земной шар. Его именем названы архипелаг и пролив. За книгу «New Voyage round the world» (1697) Дампир был избран членом Королевского общества. Его кузеном называл себя сам Лемюэль Гулливер. Карты Дампира использовал Джонатан Свифт при описании Лилипутии и земли гуингмов. А политический оппонент Свифта Даниэль Дефо положил в основу «Робинзона Крузо» историю Александра Селькирка, снятого с необитаемого острова Дампиром в путешествии 1703 года. И именно Дампир впервые, на заре метеорологии, в «A Discourse of Tradewinds, Seasons, Tides, d. c. in the Torrid Zone» на основе одного из своих судовых журналов описал мощь тропических ураганов.
Сегодня, как показали недавние события на берегах Мексиканского залива, даже самая развитая страна планеты так же уязвима перед мощью стихий, как и города конкистадоров и буканьеров эпохи парусных кораблей.
Как же возникают тропические ураганы? Где они берут свою силу?
Сначала - немного филологии и определений.
Слово ураган имеет два значения. По шкале Бофорта - это ветер в 12 баллов, со скоростью более 32,7 м/с, дующий, в отличие от шквала, длительное время.
А на берегах Мексиканского залива так называют тропические циклоны. Французское ouragan, через испанское huracan пришло из языка карибских индейцев, наблюдающих это явление веками. Если обычный циклон (от греческого kyklon - кружащийся) есть вращение атмосферных масс вокруг области низкого давления и имеет диаметр от 1000 до 3000 километров, то диаметр циклона тропического куда меньше - 300, редко 400 километров. В этих размерах наблюдается колоссальная концентрация энергии атмосферы. Именно концентрация! Ветры, порожденные тропическим циклоном, движутся со скоростью в среднем 60 м/с, часто достигая и рекордных значений в 120-150 м/с. В океане циклон гонит перед собой исполинскую волну. Попадая на мелководье, она становится все более крутой и высокой. Отсюда и гигантская разрушительная энергия ветра и волн, обрушивающихся на берег. Откуда же она берется?
Возникает тропический циклон над океаном. Для его зарождения нужна достаточно обширная масса воды с поверхностной температурой не ниже 26-27 градусов Цельсия. Нагретый у поверхности и насыщенный водяными парами воздух устремляется вверх, в холодные воздушные слои. Там происходит конденсация влаги. При этом рождаются облака и выделяется тепло, которое способствует увеличению мощности восходящих потоков воздуха и падению давления в месте их появления. В область низкого давления, атмосферной депрессии, устремляются все новые и новые массы влажного воздуха, несущие с собой тепло, накопленное океаном. Вот первое условие рождения урагана.
Вторым условием, позволяющим тропическому циклону накачать мускулы, является наличие у него своеобразных «стен». Их создает круговое движение притекающих к центру депрессии атмосферных масс, закручиваемых силой Кориолиса. Против часовой стрелки в северном полушарии, по часовой стрелке - в южном. Определенные этой силой особенности атмосферной циркуляции исключают рождение ураганов ниже 5 градусов северной и 8 градусов южной широты.
С вращением Земли связана и траектория движения тропических циклонов: с востока на запад, с последующим отклонением по параболе к более высоким широтам, и нередкими возвратными движениями к северо-востоку и юго-востоку в северном и южном полушариях соответственно.
О том, как рождается ураган, есть три теории: конвективная, фронтальная и восточной волны.
Согласно первой из них, ураган порождается конвективным воздушным потоком достаточной силы, возникающим при неустойчивой термической стратификации атмосферы. «Закручивание» тропического циклона происходит уже после.
По фронтальной теории возникновение урагана объясняется взаимодействием воздушных масс северного и южного полушарий на тропическом фронте в зоне встречи пассатов, где, вследствие интенсивного нагрева морской поверхности, наблюдается резкий перепад температур верхних и нижних слоев атмосферы, приводящий к неустойчивости воздушных масс.
Третья теория объясняет рождение ураганов прохождением длинной (до 2000 км) волны атмосферного давления, которая, перемещаясь с востока на запад, теряет устойчивость и превращается в вихрь.
Рискнем предположить, что правильны все три. Ураган - процесс хаотичный. Недаром же во всех трех теориях упоминается потеря устойчивости. Как и все самоподдерживающиеся процессы, вроде лесных пожаров, он очень чувствителен к начальным условиям. И траектории, по которым он будет шествовать, в зависимости от начальных условий - распределения полей температуры и давления, морфографии океана и суши, характера течений воздуха и океанских вод - будут подвержены очень сильной бифуркации. При которой могут возникать как указанные выше базовые сценарии, так и многие другие.
Но бесспорно следующее. Тропический циклон, ураган, - это процесс, порожденный энергией Солнца. Излучение нашего светила накапливается под щитом атмосферы в океанских массах. И далее в тропическом циклоне эта энергия концентрируется.
Температура воздуха в центре циклона часто вдвое превышает температуру окружающего, достаточно теплого воздуха, побивая при этом рекорды пустынь. Это получается за счет эффекта теплового насоса. Ну, вот обычный домашний кондиционер, работающий на отопление, на одну калорию электроэнергии производит три калории тепла. Закон сохранения энергии здесь, конечно же, не нарушается - кондиционер забирает тепло из окружающей среды. Так и тропический циклон отбирает энергию у вод океана. Только не в объеме, ограниченном трубками теплообменника, а внутри области, оконтуренной потоками ветра колоссальной силы.
Потому-то так и разрушительны тропические циклоны.
В год наблюдается около ста тропических циклонов.
Самое низкое давление зафиксировано в центре тайфуна Ида в 1958 году - 877 гПа (658 мм ртутного столба).
Расчетный минимум давления в центре урагана - 847 гПа.
Мощность, выделяемая в течение секунды средним тропическим циклоном, равна мощности трех бомб «хиросимского» типа.
За сутки большой ураган расходует энергию, равную взрывам 13 тысяч мегатонных бомб.
Ураган 7 октября 1737 года в дельте Ганга сопровождался двенадцатиметровой волной с бенгальского залива и погубил 300 тысяч человек, потопив 12 тысяч судов и лодок.
В ноябре 1970 года в Восточном Пакистане погибло 300 тысяч человек, затонуло 90% судов.
Количество осадков при урагане достигает 1000-1200 мм в сутки.
Максимальная высота длинной волны при урагане была зарегистрирована 30 июля 1905 года у Маршалловых островов и составила 14 м.
Во время урагана 8 августа 1899 года в Пуэрто-Рико за шесть часов выпало 2,6 млрд. тонн воды.
19-21 июня 1972 года во время урагана Агнесса в шт. Северная Каролина за 48 часов выпало 2530 мм осадков.
Обычный циклон 7-9 мая 1941 года, прошедший от Крыма до Великого Устюга, дал столько воды, сколько содержит озеро Ильмень.
Звездная зола в горне Вулкана
Имя первой жертвы научной любознательности - Кай Плиний Секунд Старший. Римский администратор и военачальник. Ученый, энциклопедист, автор «Naturalis Historiae» («Натуральной истории») в XXXVII книгах и еще 160 сочинений. Во время извержения Везувия 24 августа 79 года, погубившего Помпеи и Геркуланум, Плиний, командовавший Мизенским преторианским флотом, направил флагманскую либурну в черную тучу, окутавшую берег. «Тело его, - писал Тациту племянник ученого, Плиний Младший, - нашли в полной сохранности, одетым как он был; походил он скорее на спящего, чем на умершего».
И первая жертва научного тщеславия тоже связана с вулканом. Эмпедокл из Агрикента, основоположник эволюционного учения, так хотел, чтобы считали, что мудрость вознесла его на небо, что кинулся в кратер Этны. Но предательская лава вынесла на поверхность медные сандалии философа. История сия, однако, известна нам от научных оппонентов Эмпедокла…
Если в случае урагана мы, в конечном счете, имеем дело с энергией звезд, то землетрясения и вулканическая активность обязаны своим существованием звездной золе. Правда, золе «горячей», в смысле - радиоактивной. Пепел звезд первого поколения, возникших, когда Вселенная была молодой, успевших сгореть и взорваться, дав строительный материал нашей Солнечной системе, содержит медленно распадающиеся радиоактивные изотопы. В недрах Земли достаточно калия-40, тория-232, урана (изотопы U-235 и U-238), чтобы обеспечить наличие у нашей планеты жидкого ядра и вулканических извержений. Так что, наблюдая тектоническую и вулканическую активность, мы опосредованно сталкиваемся с энергией голубых и белых звезд, горевших миллиарды лет назад.
Главное достоинство DVD-видеокамер - возможность прямой записи на DVD-Video-диск - имеет и массу недостатков. Во-первых, DVD-камеры дороже аналогичных по качеству съемки miniDV-камер. Во-вторых, MiniDVD-диски дороже MiniDV-кассет. В-третьих, их не то что на каждом углу, а не в каждом городе можно купить. В-четвертых, отснятый материал крайне трудно, почти невозможно комфортно монтировать - формат MPEG-2, который используется в DVD-камерах, для монтажа не предназначен и требует больших компьютерных ресурсов. В-пятых, рекламный ролик, в котором молодой человек запрыгивает в чужую квартиру, вынимает DVD-диск из камеры и вставляет в плейер, сильно отличается от реальной жизни. В реальной жизни этому молодому человеку надавали бы по шее, и к тому же он не смог бы сразу после съемки воспроизвести диск, поскольку его нужно сначала финализировать, что заняло бы время, хотя бы то, пока юношу лупили.
В заключение разговора о форматах хотелось бы сказать несколько слов о High Definition Video (HDV). Первую заслуживающую серьезного интереса любительскую камеру в этом формате выпустила Sony. Модель HDR-FX1, конечно, нельзя считать чисто любительской - три с лишним тысячи долларов дороговато для большинства людей, да и вес под два килограмма небольшим не назовешь. Но недавно та же Sony произвела именно любительскую HDV-камеру формата HDR-HC1E, которая стоит около $1700 и весит обычные шестьсот с небольшим граммов. Обе камеры умеют снимать видео в разрешении 1440х1080, что существенно лучше стандартного 720х576. Нет сомнения, что и остальные компании большой четверки выпустят HDV-камеры. Кстати, камеры HDV-формата по-прежнему используют обычную MiniDV-кассету для записи потока MPEG-2 HDV. К сожалению, в данном случае MPEG-2-кодирование неизбежно - из-за почти вчетверо большего по сравнению с обычным видео (его сейчас называют SD, то есть Standard Definition, стандартное разрешение) потока.
О целесообразности приобретения HDV-камер ведутся жаркие споры в различных конференциях. Главный довод сторонников HDV: снимайте уже сейчас в этом формате, а когда индустрия перейдет на HD DVD- и/или Blue-ray-диски, недорогие LCD/PDP-телевизоры и т. д., тогда и запишете все на соответствующий носитель, подключите HD-плейер к LCD или PDP и будете, наконец, счастливы. В этом есть доля истины, но «дьявол кроется в деталях». На сегодняшний день все, что связано с HDV, - дисплеи, компьютеры для комфортного монтажа, сами видеокамеры, - стоит довольно дорого. Резюме: если HDV-камера не пробьет брешь в вашем бюджете - берите не сомневаясь, в противном случае этого делать не стоит, поскольку ее покупка потянет за собой немало дополнительных расходов.
Надеюсь, что выбор формата любительской камеры в 2005 году теперь очевиден - это MiniDV. Не захотите связываться с компьютером и монтажом на нем - купите к камере бытовой DVD-рекордер для создания своих DVD-Video-дисков.
Критерии выбора цифровой видеокамеры
Камеры подороже (за $2000) тянут килограмма на полтора и имеют соответствующие габариты. Пользоваться ими в поездках на курорт, походе в горы и экскурсионных турах довольно утомительно.
Что касается недорогих моделей, то, положа руку на сердце, можно сказать, что все камеры от $300 до $600 снимают практически одинаково. Как правило, они имеют небольшую матрицу в 1/6 дюйма и соответствующую оптику. Если вы переходите со старой аналоговой камеры на недорогую MiniDV, удостоверьтесь в наличии у последней аналогового входа для оцифровки своих старых материалов. С недавних пор производители снова перешли на режим жесткой экономии: если раньше даже самые дешевые цифровые камеры имели аналоговые входы для оцифровки, то в новых линейках (например, у Panasonic) не все модели даже средней ценовой категории такие входы имеют.
Несколько слов о конкретных недорогих моделях.
Panasonic GS75GC ($550). Бюджетная камера для тех, кому хочется 3 CCD, но денег не хватает. Несмотря на 3 CCD, цветопередача несколько хуже, чем у Canon MVX330i или 350i, - зато цена заметно меньше. По цветопередаче похожа на Canon, тоже слегка «розовит» и способы лечения те же: чаще пользоваться установкой баланса белого.
В диапазоне от $700 до $1200 модели более разнообразны. Если во время съемки вам не хочется ни о чем думать, возьмите видеокамеры Sony - у них довольно прилично работает автомат. Наилучшие ручные регулировки - у фирмы Panasonic. Ее 3 CCD-камеры в этой ценовой нише также дают вполне приемлемую цветопередачу. Дорогие камеры Canon, когда-то ходившие в лидерах, сейчас не имеют ярко выраженных преимуществ перед конкурентами. Модели с 1 CCD по стоимости близки к 3 CCD-моделям от Sony и Panasonic (MVX3i, например, - около $1150), но чуть уступают им по качеству съемки, поскольку камера с 1 CCD при прочих равных условиях всегда проиграет по цветопередаче камере с 3 CCD. В группе до $1200 нет большого смысла покупать видеокамеру дороже $900. Разумнее добавить $200-250 и приобрести Panasonic GS400GC - камера покупается не на один день и даже год, а разница в качестве заметна. По сути, эта модель сейчас лидер рынка среди компактных цифровых видеокамер, и ее можно сравнивать лишь с Sony DCR-HC1000E, но «тысячная» дороже, а снимает не лучше.
Если же вы все-таки рискнете самостоятельно выяснять, какая камера лучше снимает, то самая подробная страница в Рунете на эту тему здесь. Но будьте осторожны - выбирать камеру с помощью тестов можно до бесконечности, поскольку идеала нет и не будет никогда.
Наука: Проблемы 2000 года: уравнения Навье-Cтокса
Как движется вода под действием силы тяжести? Как она обтекает попадающиеся ей на пути препятствия? Как устроены воздушные потоки вокруг самолета? Ответы на эти вопросы в общем виде физикам неизвестны, и упираются эти ответы в решение уравнений Навье-Стокса, о которых и пойдет рассказ.
«Проблема на миллион», о которой мы поговорим сегодня, имеет достаточно простую, но не слишком привлекательную математическую формулировку: задача существования, гладкости и единственности некоторой системы дифференциальных уравнений… бррр, это вам не числа от одного до бесконечности складывать[Впрочем, это дело вкуса. Свой вкус никому навязывать не хочу, но интуиция подсказывает, что среди читателей «Компьютерры» любителей дискретной математики должно быть больше, чем любителей матфизики]. Зато ее физический смысл более чем прозрачен, а применения обширны и очевидны.
Итак, откуда же есть пошли уравнения Навье-Стокса? Они описывают поведение жидкостей и газов. Да-да, оказывается, физики, создающие теории двадцати-с-лишним-мерного пространства суперструн, решающие загадки черных дыр и полным ходом движущиеся к построению квантового компьютера, до сих пор не могут описать поведение самой обычной воды. Все уравнения вполне естественны и, по большому счету, очевидны из общепринятой физической модели несжимаемой жидкости. Первое из уравнений - это второй закон Ньютона, F=ma. Правда, в F, кроме внешней силы f=(f(i), i=1…n)(общая постановка задачи формулируется в n-мерном пространстве, но интересный случай, конечно, тот, в котором n равно трем[Вспоминается известный анекдот про математика, который шел по улице и заметил вывеску: «Камерный оркестр». «Интересно…» - подумал математик и зашел. Через минуту вышел разочарованный: «Тривиальный случай… ка равно трем». В нашей задаче ка, равное трем, - отнюдь не тривиальный случай]), должны войти также силы, отвечающие за давление p и трение внутри жидкости. Итого получается:
div u = 0.
Кроме того, разумеется, уравнения должны быть снабжены начальными условиями, причем, чтобы оставаться в рамках разумных физических моделей, как начальный вектор, так и сила f(точнее, их производные) должны достаточно быстро уменьшаться по мере удаления от нуля координат к бесконечности, а вся система должна иметь ограниченную энергию:
Но вернемся к уравнениям Навье-Стокса. Аналитическому решению они не поддаются, однако проектировать подводные лодки и особенно самолеты (разумеется, движение воздуха описывается теми же уравнениями, только вязкость у воздуха гораздо меньше, чем у воды, - а, значит, турбулентность больше, и решать уравнения методом Ладыженской не получается) все-таки нужно. Что делать? Ответ прост и для физиков традиционен: решать уравнения приближенно. И здесь, конечно, компьютерные технологии пришлись ко двору. Возник целый раздел на грани матфизики и computer science - вычислительная динамика жидкостей и газов (computational fluid dynamics, CFD).
Wikipedia предлагает целую коллекцию ссылок на программные продукты (как коммерческие, так и свободные), реализующие различные задачи вычислительной динамики. Примечательно, что один из самых успешных проектов - система OpenFOaM ( Open Field Operation and Manipulation) - начинал свой путь как коммерческий, закрытый продукт, а затем был переведен разработчиками под GPL. Наверное, его и можно порекомендовать желающим всерьез заняться этим направлением - для него написано множество расширений и библиотек, и благодаря открытой архитектуре проекта и активному сообществу разработчиков количество этих расширений увеличивается. А красивые картинки, например, получаются из Gerris Flow Solver, хотя, конечно, глаз вряд ли способен насладиться рисованными векторными полями так же, как видом трехмерной, играющей на солнце всеми красками радуги жидкости. Для всевозможных пакетов трехмерного моделирования написано множество CFD-плагинов, позволяющих добавлять в трехмерную сцену «физически точные» картины различных течений. Обычно они стоят немалых денег (например, RealFlow, плагин для 3DS MAX, продается по сверхнизкой цене всего лишь в 1080 долларов), но в России, как известно, цена софта - штука весьма и весьма условная…
Итак, подводим итоги. Уравнения Навье-Стокса - центральная проблема современной математической физики. Существуют целые конференции, посвященные исключительно этим уравнениям (например, конференция в Киото, запланированная на 2006 год, или петербургская конференция, прошедшая в 2002 году), и миллион долларов за их решение назначен не зря. Однако практические применения уравнений не очень сильно страдают от проблем с аналитичностью или единственностью решений. Самолеты, конечно, иногда падают, а подводные лодки тонут, но обычно это происходит по причинам, весьма далеким от уравнений Навье-Стокса - и, сдается мне, устранить эти причины куда труднее, чем решить какую бы то ни было задачу на миллион…
Природа: Люди и звезды
В лондонской Национальной галерее висит портрет человека, обозначенного как «пират и гидрограф». Звали его Уильям Дампир (William Dampier, 1651-1715). Один из тех, кого в эпоху Великих географических открытий равно влекли нажива и знание. Наемник. Неудачливый торговец. Пират. Офицер Королевского флота. Первый человек, трижды обогнувший земной шар. Его именем названы архипелаг и пролив. За книгу «New Voyage round the world» (1697) Дампир был избран членом Королевского общества. Его кузеном называл себя сам Лемюэль Гулливер. Карты Дампира использовал Джонатан Свифт при описании Лилипутии и земли гуингмов. А политический оппонент Свифта Даниэль Дефо положил в основу «Робинзона Крузо» историю Александра Селькирка, снятого с необитаемого острова Дампиром в путешествии 1703 года. И именно Дампир впервые, на заре метеорологии, в «A Discourse of Tradewinds, Seasons, Tides, d. c. in the Torrid Zone» на основе одного из своих судовых журналов описал мощь тропических ураганов.
Сегодня, как показали недавние события на берегах Мексиканского залива, даже самая развитая страна планеты так же уязвима перед мощью стихий, как и города конкистадоров и буканьеров эпохи парусных кораблей.
Как же возникают тропические ураганы? Где они берут свою силу?
Сначала - немного филологии и определений.
Слово ураган имеет два значения. По шкале Бофорта - это ветер в 12 баллов, со скоростью более 32,7 м/с, дующий, в отличие от шквала, длительное время.
А на берегах Мексиканского залива так называют тропические циклоны. Французское ouragan, через испанское huracan пришло из языка карибских индейцев, наблюдающих это явление веками. Если обычный циклон (от греческого kyklon - кружащийся) есть вращение атмосферных масс вокруг области низкого давления и имеет диаметр от 1000 до 3000 километров, то диаметр циклона тропического куда меньше - 300, редко 400 километров. В этих размерах наблюдается колоссальная концентрация энергии атмосферы. Именно концентрация! Ветры, порожденные тропическим циклоном, движутся со скоростью в среднем 60 м/с, часто достигая и рекордных значений в 120-150 м/с. В океане циклон гонит перед собой исполинскую волну. Попадая на мелководье, она становится все более крутой и высокой. Отсюда и гигантская разрушительная энергия ветра и волн, обрушивающихся на берег. Откуда же она берется?
Возникает тропический циклон над океаном. Для его зарождения нужна достаточно обширная масса воды с поверхностной температурой не ниже 26-27 градусов Цельсия. Нагретый у поверхности и насыщенный водяными парами воздух устремляется вверх, в холодные воздушные слои. Там происходит конденсация влаги. При этом рождаются облака и выделяется тепло, которое способствует увеличению мощности восходящих потоков воздуха и падению давления в месте их появления. В область низкого давления, атмосферной депрессии, устремляются все новые и новые массы влажного воздуха, несущие с собой тепло, накопленное океаном. Вот первое условие рождения урагана.
Вторым условием, позволяющим тропическому циклону накачать мускулы, является наличие у него своеобразных «стен». Их создает круговое движение притекающих к центру депрессии атмосферных масс, закручиваемых силой Кориолиса. Против часовой стрелки в северном полушарии, по часовой стрелке - в южном. Определенные этой силой особенности атмосферной циркуляции исключают рождение ураганов ниже 5 градусов северной и 8 градусов южной широты.
С вращением Земли связана и траектория движения тропических циклонов: с востока на запад, с последующим отклонением по параболе к более высоким широтам, и нередкими возвратными движениями к северо-востоку и юго-востоку в северном и южном полушариях соответственно.
О том, как рождается ураган, есть три теории: конвективная, фронтальная и восточной волны.
Согласно первой из них, ураган порождается конвективным воздушным потоком достаточной силы, возникающим при неустойчивой термической стратификации атмосферы. «Закручивание» тропического циклона происходит уже после.
По фронтальной теории возникновение урагана объясняется взаимодействием воздушных масс северного и южного полушарий на тропическом фронте в зоне встречи пассатов, где, вследствие интенсивного нагрева морской поверхности, наблюдается резкий перепад температур верхних и нижних слоев атмосферы, приводящий к неустойчивости воздушных масс.
Третья теория объясняет рождение ураганов прохождением длинной (до 2000 км) волны атмосферного давления, которая, перемещаясь с востока на запад, теряет устойчивость и превращается в вихрь.
Но бесспорно следующее. Тропический циклон, ураган, - это процесс, порожденный энергией Солнца. Излучение нашего светила накапливается под щитом атмосферы в океанских массах. И далее в тропическом циклоне эта энергия концентрируется.
Температура воздуха в центре циклона часто вдвое превышает температуру окружающего, достаточно теплого воздуха, побивая при этом рекорды пустынь. Это получается за счет эффекта теплового насоса. Ну, вот обычный домашний кондиционер, работающий на отопление, на одну калорию электроэнергии производит три калории тепла. Закон сохранения энергии здесь, конечно же, не нарушается - кондиционер забирает тепло из окружающей среды. Так и тропический циклон отбирает энергию у вод океана. Только не в объеме, ограниченном трубками теплообменника, а внутри области, оконтуренной потоками ветра колоссальной силы.
Потому-то так и разрушительны тропические циклоны.
Сила Эола
В год наблюдается около ста тропических циклонов.
Самое низкое давление зафиксировано в центре тайфуна Ида в 1958 году - 877 гПа (658 мм ртутного столба).
Расчетный минимум давления в центре урагана - 847 гПа.
Мощность, выделяемая в течение секунды средним тропическим циклоном, равна мощности трех бомб «хиросимского» типа.
За сутки большой ураган расходует энергию, равную взрывам 13 тысяч мегатонных бомб.
Ураган 7 октября 1737 года в дельте Ганга сопровождался двенадцатиметровой волной с бенгальского залива и погубил 300 тысяч человек, потопив 12 тысяч судов и лодок.
В ноябре 1970 года в Восточном Пакистане погибло 300 тысяч человек, затонуло 90% судов.
Количество осадков при урагане достигает 1000-1200 мм в сутки.
Максимальная высота длинной волны при урагане была зарегистрирована 30 июля 1905 года у Маршалловых островов и составила 14 м.
Во время урагана 8 августа 1899 года в Пуэрто-Рико за шесть часов выпало 2,6 млрд. тонн воды.
19-21 июня 1972 года во время урагана Агнесса в шт. Северная Каролина за 48 часов выпало 2530 мм осадков.
Обычный циклон 7-9 мая 1941 года, прошедший от Крыма до Великого Устюга, дал столько воды, сколько содержит озеро Ильмень.
Звездная зола в горне Вулкана
Имя первой жертвы научной любознательности - Кай Плиний Секунд Старший. Римский администратор и военачальник. Ученый, энциклопедист, автор «Naturalis Historiae» («Натуральной истории») в XXXVII книгах и еще 160 сочинений. Во время извержения Везувия 24 августа 79 года, погубившего Помпеи и Геркуланум, Плиний, командовавший Мизенским преторианским флотом, направил флагманскую либурну в черную тучу, окутавшую берег. «Тело его, - писал Тациту племянник ученого, Плиний Младший, - нашли в полной сохранности, одетым как он был; походил он скорее на спящего, чем на умершего».
И первая жертва научного тщеславия тоже связана с вулканом. Эмпедокл из Агрикента, основоположник эволюционного учения, так хотел, чтобы считали, что мудрость вознесла его на небо, что кинулся в кратер Этны. Но предательская лава вынесла на поверхность медные сандалии философа. История сия, однако, известна нам от научных оппонентов Эмпедокла…
Если в случае урагана мы, в конечном счете, имеем дело с энергией звезд, то землетрясения и вулканическая активность обязаны своим существованием звездной золе. Правда, золе «горячей», в смысле - радиоактивной. Пепел звезд первого поколения, возникших, когда Вселенная была молодой, успевших сгореть и взорваться, дав строительный материал нашей Солнечной системе, содержит медленно распадающиеся радиоактивные изотопы. В недрах Земли достаточно калия-40, тория-232, урана (изотопы U-235 и U-238), чтобы обеспечить наличие у нашей планеты жидкого ядра и вулканических извержений. Так что, наблюдая тектоническую и вулканическую активность, мы опосредованно сталкиваемся с энергией голубых и белых звезд, горевших миллиарды лет назад.
Ответ человека на вызов стихий
"Сделай себе ковчег из дерева гофер;