Обучающие программы и исследовательские работы учащихся
Помогаем учителям и учащимся в обучении, создании и грамотном оформлении исследовательской работы и проекта.

Объявление

Наш баннер

Сайт Обучонок содержит исследовательские работы и проекты учащихся, темы творческих проектов по предметам и правила их оформления, обучающие программы для детей.
Будем благодарны, если установите наш баннер!
Баннер сайта Обучонок
Код баннера:
<a href="https://obuchonok.ru/" target="_blank"> <img src="https://obuchonok.ru/banners/banob2.gif" width="88" height="31" alt="Обучонок. Исследовательские работы и проекты учащихся"></a>
Все баннеры...
Тематика: 
Математика
Автор работы: 
Трибульская Юлия Александровна
Руководитель проекта: 
Ламбина Наталья Леонидовна
Учреждение: 
МБОУ "СОШ № 5" г. Тарко-Сале
Класс: 
8

Выполняя научно-исследовательскую работу по математике на тему "Парадоксальный мир невозможных объектов", учащаяся 8 класса изучила историю появления, развития и область применения невозможных фигур, а также определила возможно ли создавать невозможные фигуры с помощью искусственного интеллекта.

Подробнее о работе:


В рамках работы над индивидуальным исследовательским проектом по математике на тему «Парадоксальный мир невозможных объектов» обучающаяся 8 класса создала картинки, содержащие в себе иллюзии, с помощью искусственного интеллекта, подробно описав сам процесс и упорядочив полученные результаты в таблице, проиллюстрировав получившиеся фигуры.

Ученица 8 класса в своей исследовательской работе (проекте), исследуя парадоксальный мир невозможных объектов, отражает выводы о том, что создавать «невозможные геометрические фигуры» с помощью искусственного интеллекта пока не представляется возможным, так как полученные изображения чаще не отвечают этому определению.

Оглавление

Введение
1. Основная часть
1.1. Историческая справка
1.2. Область применения невозможных фигур
2. Практическая часть
2.1. Создание невозможных геометрических объектов с помощью искусственного интеллекта
Заключение
Список используемой литературы
Приложения

Введение

«Всё будет только оптический обман, и ничего больше.»
Достоевский Ф. М., Записки из Мёртвого дома, 1860

Мы не раз слышали выражение – «обман зрения». Глаза для человека одни из самых важных органов восприятия окружающего мира. Значит ли это, что человек иногда неправильно воспринимает тот самый окружающий мир. В 7 классе мы начали изучение курса геометрии и меня заинтересовали фигуры, которые на первый взгляд кажутся обычными, а присмотревшись к которым создается впечатление, что существовать в реальном мире они не могут. Такие фигуры получили название невозможных фигур. Я захотела узнать о них больше.

Работая над темой, мы сталкивались с интересными работами, в которых описаны зрительные иллюзии и их применение в цирковом искусстве, архитектуре, кинематографе и даже в военном деле. Развитие современных технологий увеличило возможности создания иллюзий, которые удобно генерировать при помощи компьютерной техники.

Проблема исследования: Можно ли создавать невозможные фигуры с помощью искусственного интеллекта.

Цель: Изучить известные невозможные фигуры и создать их с помощью искусственного интеллекта

Для достижения поставленной цели нам необходимо решить следующие задачи:

  1. Проанализировать доступную информацию по теме;
  2. Рассмотреть существующие невозможные фигуры;
  3. Применить знания на практике, использовав искусственный интеллект.
  4. Сформулировать выводы.

Объект исследования: невозможные фигуры.

Предмет исследования: процесс создания невозможных фигур с помощью искусственного интеллекта.

Гипотеза исследования: Описав невозможные фигуры, создать их с помощью искусственного интеллекта.

При написании работы были использованы следующие методы научного исследования:

  • анализ литературы и материалов сети Internet;
  • синтез;
  • анкетирование;
  • статистический метод при обработке информации;
  • моделирование;
  • обобщение;
  • вывод.

Основные этапы исследования:

І этап. Подготовка к исследовательской работе.
ІІ этап. Планирование исследовательской работы.
ІІІ этап. Исследование.
V этап. Генерирование изображений с помощью искусственного интеллекта.
VI этап. Выводы.
VІI этап. Оформление работы.
VІII этап. Отчет и защита исследовательской работы.

Практическая значимость работы заключается в том, что получен интересный материал, который демонстрирует межпредметные связи и дает возможность понять, опираясь на знания законов физики, что «обмана зрения» нет.

Работа состоит из оглавления; введения, где определена цель исследования, методы исследования, гипотеза и т.д.; основной части, состоящей из двух глав, практической части, заключения, где сформулированы выводы и результаты; списка литературы и приложений.

1. Основная часть

1.1. Историческая справка


«Мир невозможных фигур» (парадоксальных) одна из интереснейших тем, которая получила свое бурное развитее всего лишь в начале ХХ века. Но многие ученые и философы занимались этим вопросом.
Невозможная фигура — один из видов оптических иллюзий, фигура, кажущаяся на первый взгляд проекцией обычного трёхмерного объекта, при внимательном рассмотрении которой становятся видны противоречивые соединения элементов фигуры. Создаётся иллюзия невозможности существования такой фигуры в трёхмерном пространстве.[1]

Первым построившим и проанализировавшим невозможные объекты по праву считается шведский художник Оскар Рутерсвард (Oscar Reutersvard), нарисовавший в 1934 г. первый невозможный треугольник, состоявший из девяти кубиков (Приложение 1).
В 1954 году английский математик и физик Роджер Пенроуз независимо от Рутерсварда заново открывает невозможный треугольник (Приложение 1), но использует линейную, а не параллельную перспективу.

В 1961 г. голландец Мауриц Эшер (Maurits C. Escher) создает известную литографию «Водопад» (Приложение 1). Вода на картине течет бесконечно, после водяного колеса она проходит дальше и попадает обратно в исходную точку. По сути, это изображение вечного двигателя, но любая попытка в реальности построить данную конструкцию обречена на неудачу.[2]

Эшер создал много работ, в которых изображал «невозможные фигуры», т.е. картины с нарушенной логикой пространства. Третьей популярной невозможной фигурой является невероятная лестница (Приложение 1), созданная Пенроузом. Вы будете по ней непрерывно или подниматься (против часовой стрелки) или спускаться (по часовой стрелке).
Существует еще одна группа объектов, реализовать которые не получится. Классической фигурой является невозможный трезубец (Приложение 1). Её еще называют «Чёртова вилка» или «Космическая вилка».

Еще один невозможный объект появился в 1966 году в Чикаго, штат Иллинойс, в результате экспериментов фотографа доктора Чарльза Ф. Кокрана (Приложение 1).
«Волшебная» фотография этой фигуры была опубликована в июньском номере Scientific American magazine от 1966 года. Многие любители невозможных фигур проводили эксперименты с «Сумасшедшим ящиком», в результате чего эта фигура вошла в классическую «Большую Четверку» вместе с «Невозможным треугольником», «Бесконечной лестницей» и «Космической вилкой». [3]

Куб Неккера (Приложение 1) был впервые описан в 1832 году швейцарским кристаллографом Льюисом А. Неккером.
На куб Неккера можно посмотреть как на плоскость, располагающуюся в двухмерном пространстве. Однако, из-за особенностей зрения, нам легче воспринимать трехмерные объекты, чем двухмерные.
Итак, учитывая всё вышесказанное, проблема возникает из-за двусмысленности в восприятии глубины. Мы не получаем достаточно информации о том, как расположены части фигуры, и, соответственно, непонятно, на что мы, собственно, смотрим. Путаница происходит из-за того, что мы пытаемся смотреть на фигуры как на трехмерный объект.

1.2. Область применения невозможных фигур

«Невозможные фигуры» находят иногда неожиданное применение. Оскар Рутерсвард рассказывает в книге "Невозможные фигуры" об использовании рисунков имп-арта для психотерапии. Он пишет, что картины своими парадоксами вызывают удивление, заостряют внимание и желание расшифровать. Для дизайнеров и художников здесь вообще широкое поле деятельности.

В живописи существует целое направление, которое называется импоссибилизм («невозможность») – изображение невозможных фигур, парадоксов. Интерес к импоссибилизму разгорелся к 1980 году. Этот термин был введен в обращение Тедди Бруниусом, профессором искусствоведения копенгагенского университета. Термин этот точно определяет то, что входит в это новое понятие: изображение предметов, которые кажутся реальными, но не могут существовать в физической реальности.

Оп-арт (англ. Op-art – сокращенный вариант optical art – оптическое искусство) – художественное течение второй половины 20 века, использующее различные зрительные иллюзии, основанные на особенностях восприятия плоских и пространственных фигур. Самостоятельным направлением в оп-арте является так называемый имп-арт (imp-art), использующее для достижения оптических иллюзий особенности отображения трёхмерных объектов на плоскости.[4]
Известно использование невозможных фигур в массовой культуре.

Посмотрим на (Приложение 2) логотип французской автомобильной компании Renault
За рубежом, на улицах городов, можно увидеть архитектурные воплощения невозможных фигур.
Треугольник Пенроуза увековечен в городе Петре в Австралии (Приложение 2). 13-метровая скульптура невозможного треугольника из алюминия была установлена в 1999 году и теперь все, проходя мимо, могут увидеть невозможную фигуру. Но стоит подойти с другой стороны, и тогда невозможная фигура станет совсем реальным сооружением.

В качестве примера невозможных фигур в архитектуре можно привести так называемые Кубические дома (Приложение 2). Они были построены в 1984 году в Роттердаме (Нидерланды) архитектором Пиетом Бломом. Дома развернуты на угол в 45 градусов и расположены по шестиугольной сетке. Конструкция состоит из 32 кубов, соединенных друг с другом. Каждый кубический дом состоит из четырех этажей. Крыши домов, окрашенные в белый и серый цвета, при взгляде сбоку напоминают горные пики, покрытые снегом. Этот комплекс зданий обладает еще одним интересным свойством. С высоты птичьего полета они образуют конструкцию (Приложение 2), выглядящую как невозможная фигура.[5]

И так, делаем вывод: в современной жизни нет ничего невозможного, главное знать под каким «углом» смотреть!

2. Практическая часть


Создание невозможных геометрических объектов с помощью искусственного интеллекта.
Сейчас мы знаем, что такое невозможные геометрические фигуры и почему мы так видим нам теперь тоже известно.
Мы провели опрос, среди некоторых учеников и учителей нашей школы (знаете ли Вы о существовании невозможных геометрических фигур) и выяснили, что: знают 34% опрошенных, не знают – 24%, что-то слышали – 42% опрошенных. (Приложение 3)

Поэтому мы предлагаем создать оптическую иллюзию с помощью нейросетей и искусственного интеллекта. В настоящий момент их существует большое количество, но остановимся мы на FusionBrain, NiceBot, ChatINFO.
Для начала следует определиться с выбором «картинки», которая будет на нашей иллюзии и формулировкой запроса. Остановимся на основных геометрических фигурах, которые мы описывали выше, т.к. они являются наиболее распространёнными.(Приложение 4) Это наш результат, точнее то, что сгенерировала нейросеть, следуя тому что мы внесли в описание.

Таким образом, мы создали картинки, содержащие в себе иллюзии, которые в свою очередь, влияют на наше восприятие и воздействуют на наш мозг и глаза, заставляя всматриваться и пытаться разобраться с тем, что «не так».

Как выяснилось, создавать парадоксальный мир невозможных объектов с помощью нейросетей несложно, хотя он является объектом исследования, как медицины, так и физиков, и математиков.
Анализируя результат, следует отметить, что искусственный интеллект пока ещё не достаточно «обучен», чтобы понимать и создавать невозможные геометрические фигуры в прямом смысле этого слова. Научится ли он когда-нибудь делать это? Возможно.

Заключение

Работая в 8 классе над темой научно-исследовательской работы по математике, мы познакомились с парадоксальным миром невозможных объектов", а также узнали много нового и интересного. В результате работы научились: подбирать нужный теоретический материал, относится критически к полученной информации, искать способы для подтверждения или опровержения, подбирать нужные иллюстрации делать выводы по результатам. Кроме этого нам пришлось изучить некоторые понятия и законы, которые не рассматриваются в школе. Всё это не просто и требует много времени, но очень интересно.

Мы выяснили, что четвёртая часть опрошенных не знает и не слышала о невозможных геометрических фигурах и объектах. Вместе с тем, 72% опрошенных хотели бы больше узнать по этой теме. (Приложение 3)
Кроме этого в исследовательской работе мы определили, что проблема восприятия возникает из-за того, что мы пытаемся смотреть на фигуры как на трехмерный объект.

Наша работа по индивидуальному проекту на тему «Парадоксальный мир невозможных объектов» позволяет сделать вывод о том, что создавать «невозможные геометрические фигуры» (как один из видов оптических иллюзий, фигура, кажущаяся на первый взгляд проекцией обычного трёхмерного объекта, при внимательном рассмотрении которой становятся видны противоречивые соединения элементов фигуры [6]) с помощью искусственного интеллекта пока не представляется возможным. Полученные изображения чаще не отвечают этому определению.
Таким образом, высказанная нами гипотеза исследовательского проекта не подтвердилась в полной мере.

Новизна исследовательской работы заключается в том, что среди опубликованных работ обучающихся нет работ, которые рассматривают вопрос невозможных объектов через создание их с помощью искусственного интеллекта.
В результате мы поняли, что мир един, но рассматривать его можно с разных сторон.

Список используемой литературы

  1. Невозможные фигуры. Проекты. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://iteach.vspu.ru/04-2018/15755/ (дата обращения: 13.12.2023)
  2. Водопад (М.К. Эшер) - Waterfall (M. C. Escher) мир [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikibrief.org/wiki/Waterfall_(M._C._Escher) (дата обращения: 13.12.2023)
  3. Дмитрий Раков. Парадоксальный мир [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://im-possible.info/russian/articles/rakov-impossible/index.html (дата обращения: 01.12.2023)
  4. Дж. Тимоти Анрах. «Удивительные фигуры»/ Невозможный мир [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://imp-world-r.narod.ru/articles/unruch/part4.html (дата обращения: 20.01.2024)
  5. Публикация научных статей – молодой учёный [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://moluch.ru (дата обращения: 08.02.2024)
  6. Щербинина, Е. А. Невозможные фигуры, особенности их восприятия и применение / Е. А. Щербинина, Д. П. Никифорова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 9 (247). — С. 75-83. — URL: https://moluch.ru/archive/247/33195/ (дата обращения: 09.03.2024).: https://moluch.ru/archive/247/33195/ (дата обращения: 09.03.2024).

Приложение №1

невозможный треугольник 1 Первый невозможный треугольник
невозможный треугольник 2 Невозможный треугольник
Литография «Водопад» Литография «Водопад»
Невероятная лестница Невероятная лестница
Трезубец Трезубец
Сумасшедший ящик Сумасшедший ящик
Куб Неккера Куб Неккера

Приложение №2

логотип Логотип французской автомобильной компании Renault
Треугольник Пенроуза Треугольник Пенроуза в Австралии
треугольник из дерева В детском лагере возле города Gotschuchen (Австрия) воздвигнута большая скульптура невозможного треугольника из дерева
Кубические дома Кубические дома

Приложение №3

Знаете ли вы невозможные геометрические фигуры?
опрос фигуры 1

Хотели бы вы узнать больше о невозможных геометрических фигурах?
опрос фигуры 2

Приложение №4

Несуществующая фигура Запрос Объект созданный нейросетью
невозможный треугольник 1 Первый невозможный треугольник нейро невозможный треугольник 1
невозможный треугольник 2 Невозможный треугольник нейро невозможный треугольник 2
Литография «Водопад» Литография «Водопад» нейро литография
Невероятная лестница Невероятная лестница нейро невероятная лестница
Трезубец Трезубец нейро трезубец
Сумасшедший ящик Сумасшедший ящик нейро сумасшедший ящик
Куб Неккера Куб Неккера нейро куб неккера
Параллелограмм Зандера Параллелограмм Зандера nнейро параллелограмм Зандера


Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

Объявление

Статистика