XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Робот-фотограф
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В нашем мире уже невозможно представить жизнь без фотографии, ведь вместе с появлением новых технологий улучшается и качество уже созданных, тем более если на них спрос лишь ещё больше растёт. А ведь раньше у людей не было возможности делать столько фотографий, как у нас сейчас. Единственное фото любимой согревало солдата в бою, семейное фото помогало окунуться в тёплые воспоминания, а фото влюблённой пары в разлуке придавало им сил, что когда-нибудь они встретятся вновь. Сила фотографии настолько велика, что даже может спасти кому-то жизнь или отыскать потерянных близких. В такие моменты фотография становится уже необходимостью.
Актуальность темы:
Многие рутинные процессы сегодня переходят от человека к роботу. Ведь робот может длительно и чётко выполнять повторяющиеся действия, тем самым, освободив человека для более важных и значимых занятий. Но если же в более творческом подходе к фотографии человек явно справился бы лучше, то в сферах строительства, наблюдения за животными или же в средствах массовой информации без особого труда справился бы и робот. Особенно там, где работа фотографа проходит в экстремальных условиях и даже может представлять угрозу его жизни, то правильнее отправить туда робота под наблюдением для фиксирования тех или иных данных. Именно поэтому мы задумались о создании мобильного робота-фотографа как для повседневных целей, так и для тех сфер, где можно обойтись без помощи человека, что так актуально в настоящее время.
Цель исследования: Изучение значения фотографии для человека и создание модели мобильного робота-фотографа на базе конструктора Lego Mindstorms EV3.
Задачи исследования:
Познакомиться с историей появления фотографии и её значением в жизни человека;
Изучить один из примеров робота-фотографа;
Рассмотреть подробнее информацию о роботах-фотографах в животном мире;
Провести интервью с фотографом;
Проанализировать важность фотографии в средствах массовой информации;
Сконструировать и запрограммировать модель робота-фотографа на базе конструктора Lego Mindstorms EV3.
В качестве источников информации мы использовали информационные сайты. При оформлении проекта мы брали идеи из большой книги «LEGO Идеи: новая жизнь старых деталей» [1], при конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах, подробно о зубчатых передачах [2], при создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике [3].
Глава 1. Теоретическая часть материала по теме исследования.
История появления фотографии и её значение в жизни человека
Каждый фотограф – словно художник, видит по-своему и может изобразить человека с новой и, порой, совершенно незнакомой стороны. Фотографический метод возник ещё в начале XIX века. Официальной датой создания фотографии является 7 января 1839 года, когда способ практического получения изображения на солях серебра, открытый французом Луи Жаком Дагерром, был обнародован на заседании Французской Академии наук.
Термин "фотография" предложил 14 марта 1839 года английский астроном Д. Гершель. Это название впоследствии стало общепризнанным. В переводе с греческого языка фотография (photos - свет, grapho - пишу) означает "светопись", хотя это название не являлось полным её определением. Потребовалось 160 лет непростой работы многочисленных коллективов исследователей, чтобы фотография стала совершенным техническим методом регистрации информации, каким она неоспоримо является сегодня. О том, что с помощью света можно получать изображения, люди узнали уже давно. Еще за 350 лет до н.э. в трудах древнегреческого мыслителя Аристотеля есть упоминание о том, что свет, проходя через маленькое отверстие в стене затененной комнаты, создает на противоположной стене перевернутое изображение окружающей местности [4].
Прообразом фотоаппарата явилась камера-обскура (Рисунок 1.1.1 Приложения). Во время своих экспериментов Н. Ньепс для формирования гелио - графического изображения применил усовершенствованную камеру-обскуру в виде 2 ящиков (один из которых перемещался внутри другого, что обеспечивало фокусировку), а также камеру с мехом.
Француз А. Селье в 1839 году сконструировал фотокамеру со складывающимся мехом, а также штатив и шаровую головку к нему, светозащитный тент, укладочный ящик, в который помещалось всё снаряжение фотографа. В 1841 году в Германии П. В.Ф. Фойхтлендер изготовил первую металлическую фотокамеру, оснащённую светосильным объективом И. Петцваля.
В 1890-1950 гг. широкое распространение получили фотоаппараты, называемые бокс-камерами. Среди них почётное место занимает фотоаппарат "Кодак", положивший начало новой эре фототехники. Фотоаппарат обеспечивал съёмку 100 кадров на плёнке с бумажной основой. Поиск новых конструктивных решений и возможностей привёл к созданию стерео - и панорамных фотокамер. Первый опыт стереоскопического фотографирования предпринял Мозер в 1844 году. Впервые в России стереоскопический аппарат был разработан И.Ф. Александровским в 1854 году. Конструктор Д.П. Езучевский создал в 1875 году стереоскопический фотоаппарат, рассчитанный на 12 сухих броможелатиновых пластинок размером 17Х8,5 см [5].
Фотография сопровождает нас всю нашу жизнь. Она взирает на нас с газетных и журнальных страниц, а также лент социальных сетей. "Намертво" приклеена к нашим документам. Она живёт в наших семейных альбомах. Красуется на стенах и витринах. Фотография – это наглядный образ истории. Казалось бы, фотография существовала всегда, так она привычна для нас. Тем не менее этому явлению чуть больше полутора веков.
Представьте, каким бы был наш мир без фотографии? Не было бы открытий в науке, мы бы не знали, как выглядел мир в прошлом. Роль фотографии в жизни человечества поистине огромна. За свою историю существования фотография настолько прочно вошла в самые разные сферы нашей жизни, что её присутствие уже кажется незаметным. Она является неотъемлемой частью нашей жизни.
Пример робота-фотографа
Британская компания Service Robots выпускает целую серию роботизированных помощников, но самым странным изобретением можно назвать робота-фотографа, которого разработчики назвали Евой (Рисунок 1.2.1 Приложения). При разговоре о фотографах на ум сразу же приходит человек с фотоаппаратом, который старается максимально отработать обещанный ему гонорар, реализуя собственные идеи и занося в память своего фотоаппарата чуть ли не каждый шаг участников вечеринки или знаменательного события. Среди фотографов, работающих на торжествах, можно встретить настоящих профессионалов, которые четко себе представляют то, какие снимки хочет получить заказчик и как это реализовать, не отвлекая от веселья ни виновников торжества, ни их гостей. Но такие профессионалы нарасхват и заняты на месяцы вперед.
И, как правило, вместо фотографа, знающего свое дело, на празднике появляется человек не только с дорогим фотоаппаратом, но и с сумасшедшими идеями, превращая любое событие в фотосессию. Для того, чтобы понять какую категорию фотографов мы имеем в виду, достаточно посмотреть на галерею их работ.
Скорее всего, вы были на празднике, где орудуют очень «творческие» люди. Если нет, то вам необычайно повезло и появилась возможность полностью отказаться от услуг живых фотографов, поскольку их теперь может заменить робот по имени Ева. Это невысокий робот в высоту 150 см, который по своей форме напоминает существо женского пола, потому и имеет женское имя. Робот оснащен камерой, большим сенсорным экраном и световым табло в районе лица, на котором отображаются различные эмоции.
Ева походит на человека, но у разработчиков не было задачи делать максимально внешне приближенный вариант помощника. Именно поэтому дизайнеры остановились на варианте корпуса, состоящем из плавных линий. Для того, чтобы передвигаться по помещению и не врезаться в гостей, робот использует инфракрасные датчики. А для сканирования пространства вокруг себя Ева получает информацию с лидара.
Если на нее никто не обращает внимания, Ева подъезжает к гостям и предлагает сделать фото: одиночное или групповое. Достаточно дать ей согласие и робот переходит в режим съемки, активируя функцию распознавания лиц. Гостям достаточно разместиться так, чтобы их было видно на экране робота, после чего достаточно коснуться экрана одну из гостей, чтобы начать обратный отсчет до снимка. Полученную фотографию можно сразу же оформить, выбрав рамку, нанеся надписи или же просто сохранить в памяти. Если есть желание выложить снимок в сеть, Ева с удовольствием это сделает. Хотите получить распечатанный снимок, чтобы подарить на память той самой крестной жениха, которая не попала в кадр? Никаких проблем! Ева комплектуется специальной отдельной системой печати фотографий.
Разработчик предлагает не только купить, но и арендовать робота-фотографа. Аренда обойдется в 700 фунтов стерлингов без налогов, а стать полноправным обладателем можно за 13000 фунтов стерлингов без налогов.
Да, пока удовольствие не из дешевых, но тут уже каждый организатор праздника волен решать самостоятельно: договариваться с профессионалом заблаговременно, воспользоваться услугами Евы или превратить праздник в фотосессию [6].
Интересный факт. Любопытно, что создатель первых автоматических фотобудок — наш соотечественник Анатолий Йозефович. Для большей звучности он сменил фамилию на Джозефо, а имя на французский манер — Анатоль. В начале XX века он эмигрировал в США, где придумал автоматическую фотобудку. Свое изобретение, очень популярное во второй половине прошлого столетия, он запатентовал. Аппараты выдавали маленькие карточки в виде узких полос с четырьмя и больше изображениями размером 3х4 или 4х5 сантиметров. Однако сейчас таких фотобудок нет. Россияне могут помнить фильм «Амели», сюжет которого построен в том числе и вокруг такой аналоговой фотобудки.
Роботы-фотографы в животном мире
Люди уже очень длительное время изучают мир диких животных. Как они ведут себя в своей среде, когда никто не мешает и не смущает их. Узнать это не так просто, ведь близко подобраться к животным в дикой природе и наблюдать за ними длительное время незамеченными просто невозможно. Со временем, у диких животных сложилось мнение, что в любых отношениях человек представляет угрозу. По этой причине чтобы вести сьемку животных и их жизни, нужны роботы-шпионы.
Робот-шпион представляет из себя почти точную копию определенного животного со встроенной камерой в зрачках (Рисунок 1.3.1 Приложения). И с изобретением такого съемщика, снимать стало гораздо удобнее и эффективнее. Нам известно, что снимать диких животных не так-то просто. Большинство диких животных являются хищными, и для человека могут оказаться опасными. До изобретения роботов фотографов, съёмщикам приходилось быть с оружием. Но это опасно как для людей, так и для животных. Причем животные не сразу перестают реагировать на странный объект, который к ним подкрадывается, поэтому съемочной группе приходится сначала в течении некоторого времени "знакомить" животное с «гостями», потому что зверь может почувствовать угрозу и напасть на съемщиков [7].
Медиа-консорциум National Geographic решил больше не рисковать своими сотрудниками, которые многие десятилетия вынуждены были снимать опасных животных в непосредственной близости от них. Теперь за этот процесс ответственны два робота-фотографа: наземный и летающий. В наше время роботы все чаще вытесняют человека из различных сфер его деятельности. Компания National Geographic заключила контракт с фирмой SuperDroid Robots, занимающейся созданием роботов для различных сфер деятельности, к примеру, для разминирования бомб. На основе последних и был сконструирован дроид, отправившийся недавно в Африку для съемок фильма о жизни львиного прайда.
Робот-фотограф отлично справился с возложенной на него задачей. Он снял десятки часов видео и тысячи фотографий, которые затем будут использованы для монтажа документального фильма и создания нескольких фоторепоражей для сайтов и журналов National Geographic.
Несомненное преимущество этого робота перед профессиональным фотографом и оператором заключается в том, что ему не стоит бояться за свою жизнь. Если бомба ничего не может поделать с подобным дроидом, то и львы не принесут ему никаких повреждений. Как оказалось, гигантские кошачьи быстро привыкли к такому соседу и перестали обращать на него внимание. Лишь только львята время от времени игрались с подвижной игрушкой. Будучи впечатленными успехом робота-фотографа от SuperDroid Robots, руководители National Geographic решили обратиться еще и к компании MikroKopter, которая занимается производством летающих дронов. Так что в будущем на вооружении команды данного телеканала появится еще один удивительный робот, снимающий эксклюзивные кадры из самого сердца дикой природы, недоступного живым фотографам и операторам [8]. Роботы-фотографы могут стать лучшим решением и в данной сфере, а в ситуации если животное решит напасть, то угрозы для жизни человека не будет, робота же почти всегда можно починить.
Глава 2. Практическая часть материала по теме исследования
2.1 Интервью с фотографом
В процессе работы над нашим проектом нам стало интересно побеседовать с нашим знакомым фотографом Марией из города Тюмень, и вот, что мы узнали, проведя краткое интервью с ней.
– Почему вы захотели стать фотографом?
– Мне всегда нравились моменты радости на лицах людей, их искренние, настоящие эмоции. А раз я уже была довольно творческим человекам, научиться фотографировать было несложно, если сильно захотеть. Я просто люблю видеть и сохранять эмоции людей.
– Что вам особенно нравится в этом увлечении?
– Благодаря искусству фотографии происходит множество новых интересных встреч. Мне очень нравится общение с людьми, а особенно их реакции на результат.
– Какие фотосессии актуальны для клиентов на сегодняшний день?
– В последнее время наиболее популярна стала контент-съёмка, то есть проще говоря, коммерческие/продающие фотографии, на которые смотришь и, даже если тебе не нужно, хочешь купить увиденный продукт.
– Как вы считаете, роботы-фотографы могут успешно заменить людей в работе с животными и в средствах массовой информации?
– Роботы-фотографы идеально справятся с репортажной съёмкой, если необходимо запечатлеть конкретный объект без постановочного фона.
Таким образом мы услышали мнение одного из фотографов нашего города по нескольким интересующим нас вопросам. Данное интервью лишь подтверждает верное направление нашего исследования в сфере фотоискусства.
2.2 Важность фотографии в средствах массовой информации
В современном высокотехнологичном мире с большим количеством средств массовой коммуникации, наличием фототехники, а также мобильных телефонов, большинство из которых имеет встроенную фотокамеру, фотография стала доступна каждому человеку. Практически ни одна новость не обходится без «кадра». Поэтому сегодня фотография занимает особое место в медиапространстве.
Исторически фотография, как только появляется техническая возможность, быстро занимает своё место в журналистике, формурая отдельное её направление – фотожурналистика. Как известно, в начале XX века фотожурналистика имела лишь репортажную направленность. Однако с появлением цифровых технологий её место и роль значительно трансформировались.
Раньше фотографии были с места событий, отвечая главным свойствам журналистского материала: актуальность и объективность. Фоторепортёры просто фиксировали действительность на плёнку и печатали её в газетах и журналах, без постановок и придумок, их работы были лишь хроникой времени. Теперь же даже невозможно представить ни одну новость без фото или видео. Поскольку, как мы видим, в наше время люди не особо любят читать, современные СМИ часто при создании материалов делают ставку именно на визуальный ряд. Если раньше фотография была лишь сопровождением любого журналистского текста, то теперь часто в изданиях появляются материалы, которые представляют собой одну лишь иллюстрацию с краткой подписью к ней. В настоящее время это один из наиболее распространенных видов публикаций в СМИ (как в газетах и журналах, так и в социальных интернет-медиа).
Фотография привлекает читателей. Даже простые информационные статьи все чаще дополняются красочными фотографиями, которые выполняют функции передачи информации, привлекают внимание, а также привносят разнообразие в разметку полосы. В онлайн-СМИ в условиях конкуренции борьба идет за клики и количество посещений странички. Фотографическое изображение может повлиять на посетительский интерес еще больше [9].
Таким образом, фотография крайне популярна в современных периодических изданиях. Фотографий в одном материале теперь зачастую даже больше, нежели самого текста. Визуализация делает материал ярче, интереснее, привлекательнее. Минимальное вербальное наполнение в сочетании с яркостью и привлекательностью для современного читателя делают фотографию востребованной в медиа.
2.3 Создание модели мобильного робота-фотографа на базе конструктора Lego Mindstorms EV3
Наша модель включает в себя модуль EV3 в качестве основы робота и центра запуска программы, гусенично-колёсную платформу (Рисунок 2.3.1 Приложения), чтобы ездить как по ровной поверхности, так и по сложной, не застревая. Также мы создали подвижный держатель (Рисунок 2.3.2 Приложения) для телефона или планшета, включённого в функционал робота-фотографа.
В модели установлено:
1 модуль EV3 для управления процессом нашего робота;
2 больших мотора в целях передвижения;
1 средний мотор для подвижного держателя камеры (Рисунок 2.3.3 Приложения);
1 гироскопический датчик, позволяющий роботу не потерять равновесие на склонах и вернуться в положение баланса.
По программе наш робот способен передвигаться по различной местности, выполняя фото- и видеосъёмку самостоятельно с вращающимся держателем для более полного обзора вокруг (Рисунок 2.3.4 Приложения). Чтобы не потерять равновесие на склонах, роботу помогает гироскопический датчик, который в случае крутого склона подаст сигнал моторам как можно скорее вернутся в положение баланса. В данной модели присутствуют следующие механизмы: 2 гусеничных механизма и 3 зубчатых передачи (Рисунок 2.3.5 Приложения).
Заключение
Познакомившись с историей появления фотографии и её значением в жизни человека, мы пришли к выводу, что без фотографий не было бы и открытий в науке, мы бы не знали, как выглядел мир в прошлом. Роль фотографии в жизни человечества поистине огромна. За всю свою историю существования фотография настолько прочно вошла в самые разные сферы нашей жизни, что её присутствие уже кажется незаметным. Она является неотъемлемой частью нашей жизни.
Изучив один из примеров робота-фотографа, мы узнали об удивительном роботе по имени Ева, который уже организует целые фотосессии на свадьбах.
Также мы рассмотрели подробнее информацию о роботах-фотографах в животном мире и выяснили, что эти уникальные роботы могут снимать эксклюзивные кадры из самого сердца дикой природы, недоступного живым фотографам и операторам. Роботы-фотографы могут стать лучшим решением в данной сфере, а в ситуации если животное решит напасть, то угрозы для жизни человека не будет.
Кроме того, мы провели интервью с фотографом, которое было весьма увлекательным и подтвердило верное направление нашего исследования в сфере фотоискусства.
А проанализировав важность фотографии в средствах массовой информации, мы узнали, что фотографий в одном материале теперь зачастую даже больше, нежели самого текста. Визуализация делает материал ярче, интереснее и привлекательнее. Минимальное вербальное наполнение в сочетании с яркостью и привлекательностью для современного читателя делают фотографию достаточно востребованной в медиа.
В результате, мы успешно сконструировали и запрограммировали модель робота-фотографа на базе конструктора Lego Mindstorms EV3 и считаем, что он может найти прекрасное применение в различных сферах фото- и видеосъёмки!
Список используемой литературы:
LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. - 200 с.;
Богданова С.М., Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа- https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400
Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
Интернет источники:
https://topref.ru/referat/69596.html
http://blogphotografelena.ru/istoriya-fotografii/
https://dzen.ru/a/YGxjSiOgmA_Z6wUs
https://4lapki.com/2020/02/zhivotnye-shpiony
https://novate.ru/blogs/130813/23727/
https://pulse.mail.ru/article/kakuyu-rol-igrayut-fotografii-v-sovremennyh-smi-166336123243842607-4793246139888565644/
Приложение
Рисунок 1.1.1 – Камера-обскура, Н. Ньепс
Рисунок 1.2.1 – Робот-фотограф Ева от британской компания Service Robots
Рисунок 1.3.1 – Роботы-шпионы за животными
Рисунок 2.3.1 – Гусенично-колёсная платформа
Рисунок 2.3.2 – Процесс создания подвижного держателя для телефона
Рисунок 2.3.3 – Готовый держатель
Рисунок 2.3.4 – Процесс завершения модели
Рисунок 2.3.5 – Наша модель робота-фотографа