Физика и дизайн смайлов: количественная оценка четкости цифровых изображений

При анализе произведений искусства крайне важно понимать визуальную ясность композиций. Вдохновленные цифровыми художниками, исследователи из отдела механики и материалов Окинавского института науки и технологий (OIST) создали показатель для количественной оценки четкости цифровых изображений. В результате ученые могут точно фиксировать структурные изменения во время художественных процессов и физических трансформаций.

Это новое измерение 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 изображениях 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 для оценки своей работы.

Исследователи разработали школьный математический метод для количественной оценки «четкости» цифровых изображений путем измерения четкости визуальных элементов, когда они размыты. Эта метрика устраняет разрыв между физикой и искусством, предоставляя гибкий аналитический инструмент для научного анализа и художественного создания цифровых изображений.

Метод заключается в размытии изображений путем случайной замены соседних пикселей с последующим сравнением исходных изображений с их размытыми версиями.

Исследователи измерили степень, в которой исходная структура осталась 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 для оценки ясности произведения искусства. Ясность можно выразить математически. с точки зрения цветового контраста и их пространственного распределения», — объясняет 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, насколько хорошо рисунок 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 для измерения художественных качеств, таких как ясность». Мы надеемся, что эти измерения позволят исследователям искусства экспериментировать с различными композициями и сообщать о результатах объективно и количественно», — 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 уже анимировали ее для рекламного щита на Таймс-сквер в Нью-Йорке, чтобы отпраздновать ее 5-летие. После этого события я почувствовал, что вовлечение ее в это исследование будет прекрасным способом связать мой энтузиазм как поклонника с моим профессиональным опытом ученого», — добавил доктор Чен.

Помимо своих исследований, доктор Чен является независимым художником, который внес свой вклад в известные инди-проекты по разработке игр, такие как Holocure. Это исследование основано на значительном профессиональном опыте путем включения работ коллег-художников, что обеспечивает прочную основу для анализа.

Д-р Чен и профессор Фрид изучают потенциальные возможности применения своей меры ясности за пределами ее первоначальных возможностей. Они считают, что их метрика может произвести революцию в анализе искусства. 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 определенных творческих решений, принимаемых художниками, тем самым предоставив знания, которые будут полезны людям-художникам в дальнейшем совершенствовании своего ремесла.