Uczynić niemożliwe możliwym: Narzędzie Meschers od MIT ożywia iluzje inspirowane Escherem

Czy kiedykolwiek zachwyciły Cię zadziwiające dzieła sztuki M.C. Eschera, wypełnione zaprzeczającą rzeczywistości geometrią, taką jak nieskończenie zapętlone schody lub wodospady płynące pod górę? Te artystyczne arcydzieła, znane jako “obiekty niemożliwe”, z pewnością wprawiają w osłupienie, przecząc prawom fizyki i geometrii. W świecie 2D takie iluzje są możliwe, ale przełożenie ich na 3D zawsze stanowiło zagadkowe wyzwanie.

Tworzenie tych iluzji w 3D często wymagało zręcznego cięcia i układania prawdziwych obiektów 3D pod określonymi kątami. Takie podejście ma jednak swoje ograniczenia. Wystarczy zmienić oświetlenie lub wygładzić obiekt, by jego wygląd się rozpadł. Co więcej, struktury te nie mogą być wykorzystywane do dokładnych obliczeń geometrii, ponieważ nie istnieją w przestrzeni 3D.

Innowacyjny krok naprzód: Meschers

Aby sprostać tym wyzwaniom, naukowcy z MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) opracowali innowacyjne narzędzie: Meschers. Choć brzmi to nieprawdopodobnie, Meschers tworzy reprezentacje 2.5D niemożliwych obiektów. Ta przełomowa technologia umożliwia artystom i naukowcom traktowanie tych kształtów jako rzeczywistych, przy jednoczesnym zachowaniu ich iluzorycznej natury.

W przeciwieństwie do tradycyjnego modelowania 3D, Meschers nie wymusza tych niemożliwych kształtów w sztywną, spójną formę 3D. Zamiast tego modeluje je tak, jak je widzimy, wykorzystując znane współrzędne x i y oraz względne różnice głębokości między sąsiednimi pikselami. To charakterystyczne podejście pozwala uchwycić prawdziwą istotę niemożliwych obiektów, omijając ograniczenia związane z fizyczną wykonalnością.

Odkrywanie nowych granic geometrii i sztuki z Meschers

Siła Meschers leży w jego zdolności do pracy z “lokalnie spójnymi” regionami. Weźmy na przykład słynny Trójkąt Penrose'a na przykład. Każdy z jego rogów wydaje się fizycznie możliwy, ale cały kształt jest niemożliwy do uzyskania w 3D. Meschers, przyjmując tę sprzeczność, pozwala na indywidualne modelowanie różnych części obiektu, bez zmuszania ich do dostosowania się do jednej globalnej geometrii.

To innowacyjne podejście otwiera nowy świat możliwości projektowych. Artyści mogą teraz tworzyć złudzenia optyczne, które pozostają wizualnie spójne nawet po zmianie oświetlenia lub wyglądu. Z drugiej strony, naukowcy mogą wykorzystać to narzędzie do wykonywania zaawansowanych obliczeń, takich jak symulacja dyfuzji ciepła lub pomiar odległości geodezyjnych na powierzchniach, które w przeciwnym razie stanowiłyby wyzwanie matematyczne.

W jednym z intrygujących eksperymentów zespół zastosował Meschers do “impossibagel” - bajgla zacienionego w niefizycznie możliwy sposób. Korzystając z tego narzędzia, byli w stanie symulować przenoszenie ciepła przez powierzchnię i obliczyć czas, w którym mrówka może przeczołgać się z jednej strony na drugą - spostrzeżenia, które mogą okazać się cenne zarówno w badaniach naukowych, jak i branżach kreatywnych.

Dla Any Dodik, głównej autorki i doktorantki MIT, Meschers oznacza artystyczne wyzwolenie. Uważa ona, że ta nowa klasa kształtów odblokowana przez Meschers może stanowić nieocenioną pomoc dla naukowców zajmujących się percepcją, pomagając im zrozumieć, w którym momencie obiekt naprawdę staje się niemożliwy. Justin Solomon, profesor nadzwyczajny elektrotechniki i informatyki na MIT, zgadza się z tym, podkreślając, że Meschers pokazuje, w jaki sposób narzędzia grafiki komputerowej nie muszą być skrępowane ograniczeniami fizycznej rzeczywistości.

Przyszłość niemożliwych kształtów

W miarę postępów zespół koncentruje się na zwiększeniu dostępności Meschers. Planują zaprojektować przyjazny dla użytkownika interfejs i zwiększyć możliwości narzędzia do obsługi bardziej złożonych scen. Współpracują również z naukowcami zajmującymi się percepcją, aby zbadać, w jaki sposób nasze mózgi dekodują te niemożliwe kształty i jak Meschers może pomóc nam lepiej zrozumieć percepcję wzrokową.

Poza tym, że Meschers jest cudem technologicznym, stanowi pomost między wyobraźnią a obliczeniami, oferując twórcom swobodę zagłębiania się w światy, które nie istnieją i nie mogą istnieć w naszym fizycznym wszechświecie. Chcesz dowiedzieć się więcej? Poniżej znajduje się oryginalny artykuł MIT News..