Физика и дизайн эмоций: количественная оценка четкости цифровых изображений

При анализе произведений искусства понимание визуальной ясности композиций имеет решающее значение. Вдохновленные цифровыми художниками, исследователи Окинавского института науки и технологий (OIST) из отдела механики и материалов создали показатель для количественной оценки четкости цифровых изображений. В результате ученые могут точно фиксировать изменения структуры во время художественных процессов и физических трансформаций.

Эта новая метрика может улучшить анализ и принятие решений в научной и творческой областях, потенциально меняя то, как мы понимаем и оцениваем структуру изображений. Он был протестирован на цифровых произведениях искусства и физических системах. Исследование опубликовано в журнале ПНАС.

Определение ясности в искусстве с помощью математики

В основе методологии лежит простой подход, вдохновленный практикой цифровых художников уменьшать масштаб, чтобы оценить свою работу.

Исследователи разработали математический метод на уровне средней школы для количественной оценки «четкости» цифровых изображений путем измерения того, насколько четкими визуальные элементы остаются при размытии. Эта метрика устраняет разрыв между физикой и искусством, предоставляя гибкий аналитический инструмент для научного анализа и художественного создания цифровых изображений.

Метод предполагает размытие изображений путем случайной замены соседних пикселей и последующего сравнения исходных изображений с их размытыми версиями.

Исследователи измерили, какая часть исходной структуры остается нетронутой, присвоив более высокие оценки изображениям со структурными элементами, которые остаются узнаваемыми даже после размытия, и нулевые — изображениям с хаотично распределенными пикселями или сплошными цветами.

«В нашем исследовании мы определили «ясность» как устойчивость к размытию или структурной деградации. В художественном отношении это определение соответствует общепринятой художественной практике уменьшения масштаба холста, чтобы оценить, насколько четко выглядит произведение искусства. Математически ясность можно выразить в с точки зрения контраста цветов и их пространственного распределения», — пояснил профессор Элиот Фрид, руководитель отдела механики и материалов.

Метрика сохраняет цветовое разнообразие изображения и эффективна даже после сжатия изображения. Он универсален, полезен для анализа различных изображений, обнаружения структурных изменений в физических системах и согласуется с теорией цвета, которая изучает, как цвета взаимодействуют и влияют на наше восприятие. По сути, он показывает, какая часть рисунка внутри изображения выдерживает случайные изменения.

«Художники всегда экспериментируют со своими техниками и композициями. Идея пришла ко мне, когда я рисовал эмоции. Как физик-экспериментатор, я был вдохновлен на создание показателей, которые могут измерять художественные качества, такие как ясность, баланс и гармония. Мы надеемся, что эти показатели будут полезны. позволить исследователям искусства экспериментировать с различными композициями и сообщать о своих выводах объективным, количественным способом», — сказал доктор Сан То Чан, исследователь и первый автор.

В цифровом искусстве «эмоция» обычно описывает небольшие выразительные изображения или анимацию, передающую эмоции, особенно в онлайн-сообществах и на потоковых платформах.

Видеоигры, Втуберы и эмоции

Руководствуясь своими показателями, исследователи разработали эмоцию для видеоигры Holo X Break. Такое практическое использование доказало, что их исследования могут быть полезны даже в коммерческих арт-проектах.

«Я решила изобразить виртуального ютубера (VTuber) Сакуру Мико, потому что я «35P»; член ее фан-базы. Вместе с несколькими другими 35P мы ранее анимировали ее для рекламного щита на Таймс-сквер в Нью-Йорке, чтобы прославить ее После этого события я почувствовал, что участие ее в этом исследовании будет прекрасным способом связать мой энтузиазм как фаната с моим профессиональным опытом ученого», — добавил доктор Чан.

Помимо своих исследований, доктор Чан является художником-фрилансером, который внес свой вклад в известные инди-проекты по разработке игр, такие как Holocure. Это исследование основано на значительном профессиональном опыте и включает в себя произведения искусства коллег-художников, что обеспечивает прочную основу для анализа.

Доктор Чан и профессор Фрид изучают потенциальные возможности применения своей метрики ясности за пределами ее первоначальной сферы применения. Они верят, что их метрика может произвести революцию в арт-анализе. Подобно тому, как двигатели преобразуют тепловую энергию в механическую работу, художники преобразуют ясность в обмен на такие художественные качества, как гармония, баланс и ритм.

Такой термодинамический взгляд на искусство может помочь исследователям понять причины некоторых творческих решений, принимаемых художниками, предоставив знания, которые будут полезны людям-художникам для дальнейшего совершенствования своего ремесла.