Невозможные фигуры в реальном мире. Невозможная реальность Как называется бесконечная фигура

29.06.2019

Книга сентября: мемуары Карины Добротворской

Игры на сплочение для детского лагеря Логические игры для лагеря в отряде

Плов из сухофруктов Приготовить сладкий плов из сухофруктов и риса

ГУ Осьмерыжская основная общеобразовательная школа

Невозможные фигуры

Направление: физико-математическое

Исполнитель работы : Диппель Сергей ученик 6 класса Осьмерыжской ООШ Павлодарская область Качирский район село Осьмерыжск

Руководитель работы: Довженко Наталья Владимировна учитель математики Осьмерыжской ООШ

2013 год

Резюме /аннотация/………………………………………………………………2

Введение……………………………………………………………………..........3

1. Немного из истории ……………………………………………..………….5

2. Виды невозможных фигур…………….…………………………………….9

3. Оскар Рутерсвард – отец невозможной фигуры……….…………………..16

4. Невозможные фигуры - возможны!………………………………………...18 5. Применение невозможных фигур……………………………………..……19

Заключение…………………………………………………………………….....21

Список литературы………………………………………………………………22

Резюме /аннотация/

Этапы проекта:

1 этап.

Постановка проблемы, постановка целей, задач информационно-исследовательской работы;

Проведение бесед о невозможных фигурах;

Постановка проблемного вопроса, мотивация к реализации проекта;

Проведение предварительной работы по теме «Невозможные фигуры»;

Обсуждение и составление поэтапного плана работы, создание банка идей и предложений. Выбор источников информации.

2 этап. Деятельность по реализации проекта.

Информационно-образовательные беседы;

Информационно-поисковая работа;

Экспериментальная работа;

Обзор литературы

Достижение целей

Введение

С некоторых пор меня заинтересовали такие фигуры, которые на первый взгляд кажутся обычными, а присмотревшись можно увидеть, что что-то в них не так. Основной интерес для меня представляли так называемые невозможные фигуры, посмотрев на которые создается впечатление, что существовать в реальном мире они не могут. Я захотел узнать о них больше.

Несмотря на то, что невозможные фигуры известны чуть ли не со времен наскальной живописи, их систематическое изучение началось лишь в середине XX века, то есть практически на наших глазах, а до этого математики отмахивались от них как от досадного недоразумения.

В 1934 году Оскар Реутерсвард (Oscar Reutersvard) случайно создал свою первую невозможную фигуру - треугольник, составленный из девяти кубиков, но вместо того, чтобы что-то исправить, принялся создавать другие невозможные фигуры одну за другой.

Даже такие простые объемные формы, как куб, пирамида, параллелепипед можно представить как комбинацию нескольких фигур, находящихся на разном расстоянии от глаза наблюдателя. Всегда при этом должна быть линия, по которой изображение отдельных частей совмещающих в целостную картину.

«Невозможная фигура - это выполненный на бумаге трехмерный объект, который не может существовать в действительности, но который, однако, можно видеть как двухмерное изображение». Это 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.

Несмотря на значительное количество публикаций о невозможных фигурах их четкого определения по существу не сформулировано. Можно прочесть, что к невозможным фигурам относятся все оптические иллюзии, связанные с особенностями нашего восприятия мира. С другой стороны человек может показать Вам фигуру человека зеленого цвета или с десятью руками и пятью головами и сказать, что все это невозможные фигуры. При этом он будет по своему прав. Ведь людей зеленого цвета с десятью ногами не бывает. По этому мы под невозможными фигурами будем пониматься плоские изображения фигур воспринимаемые человеком однозначно, как они нарисованы без восприятия человеком каких бы то ни было дополнительных, фактически не нарисованных изображений или искажений и которые не возможно представить в трехмерном виде. Невозможность представления в трехмерном виде понимается, конечно, только непосредственная без учета возможности применения специальных средств при изготовлении невозможных фигур, т. к. всегда невозможную фигуру можно изготовить, применив хитроумную систему прорезей, дополнительных поддерживающих элементов и изгибания элементов фигуры, а затем сфотографировав ее под нужным углом

Передо мной встал вопрос: «Существуют ли в реальном мире невозможные фигуры?»

Цели проекта:

1.Выяснить, как создаются нереальные фигуры.

2. Найти области применения невозможных фигур.

Задачи проекта:

1.Изучить литературу по теме «Невозможные фигуры».

2.Составить классификацию невозможных фигур.

3.Рассмотреть способы построения невозможных фигур.

4.Создать невозможную фигуру.

Тема моей работы актуальна ведь понимание парадоксов является одним из признаков того вида творческого потенциала, которым обладают лучшие математики, ученые и художники. Многие работы с нереальными объектами можно отнести к «интеллектуальным математическим играм». Моделировать подобный мир можно только с помощью математических формул, человек представить его просто не в состоянии. И для развития пространственного воображения оказываются полезными невозможные фигуры. Человек неустанно мысленно создает вокруг себя то, что для него будет просто и понятно. Он даже не может себе представить, что некоторые объекты, окружающие его, могут быть «невозможными». На самом деле мир един, но рассматривать его можно с разных сторон.

Невозможные фигуры

Немного из истории

Невозможные фигуры достаточно часто встречаются на древних гравюрах, картинах и иконах - в одних случаях мы имеем с явными ошибками передачи перспективы, в других - с умышленными искажениями, обусловленными художественным замыслом.

Мы привыкли верить фотографиям (и несколько в меньшей степени - чертежам и рисункам), наивно полагая, что они всегда соответствуют какой-то действительности (реальной или вымышленной). Примером первой является параллелепипед, второй - эльф или другой сказочный зверь. Отсутствие эльфов в наблюдаемой нами области пространства/времени еще не означает, что они не могут существовать. Еще как могут (в чем легко убедиться с помощью гипса, пластилина или папье-маше). А вот как нарисовать то, чего вообще не может быть?! Что вообще нельзя сконструировать?!

Существует огромный класс так называемых "невозможных фигур", ошибочно или умышленно нарисованных с ошибками передачи перспективы, в результате чего возникают забавные визуальные эффекты, помогающие психологам разобраться с принципами работы (под)сознания.

В средневековой японской и персидской живописи невозможные объекты являются неотъемлемой частью восточного художественного стиля, дающего лишь общий набросок картины, детали которой "приходится" додумывать зрителю самостоятельно, в соответствии со своими предпочтениями. Вот перед нами школа. Наше внимание привлекает архитектурное сооружение на заднем плане, геометрическая противоречивость которого очевидна. Его можно интерпретировать и как внутреннюю стену комнаты, и как наружную стену здания, но обе эти интерпретации неправильны, поскольку мы имеем дело с плоскостью, одновременно являющуюся и внешней, и наружной стенкой, то есть на картине изображен типичный невозможный объект.

Картины с искаженной перспективой встречаются уже в начале первого тысячелетия. На миниатюре из книги Генриха II, созданной до 1025 года и хранящейся в баварской государственной библиотеке в Мюнхене, нарисована Мадонна с младенцем. На картине изображен свод, состоящий из трех колонн, причем средняя колонна по законам перспективы должна располагаться впереди Мадонны, но находится за ней, что придает картине эффект нереальности.

В статье "Наведение порядка в невозможном" (impossible.info/russian/articles/kulpa/putting-order.html ) дается следующее определение невозможных фигур: "Невозможная фигура - это плоский рисунок, который создает впечатление трехмерного объекта таким образом, что объект, предложенный нашим пространственным восприятием, не может существовать, так что попытка создать его ведет к (геометрическим) противоречиям, ясно видимыми наблюдателем ". Примерно то же самое пишут и Пенроузы в своей памятной статье: "Каждая отдельная часть фигуры выглядит нормальным трехмерным объектом, но вследствие неправильного соединения частей фигуры восприятие фигуры полностью приводит к иллюзорному эффекту невозможности ", но никто из них не отвечает на вопрос: почему все это происходит?

Между тем все просто. Наше восприятие устроено так, что при обработке двухмерной фигуры, имеющей признаки перспективы (т.е. объемного пространства), мозг воспринимает ее как трехмерную, выбирая наиболее простой способ преобразования 2D в 3D, руководствуясь жизненным опытом, а как было показано выше, реальные прототипы "невозможных" фигур представляют собой довольно навороченные конструкции, с которыми наше подсознание незнакомо, но даже после знакомства с ними, мозг по-прежнему продолжает выбирать простейший (с его точки зрения) вариант преобразования и только после длительных тренировок подсознание наконец "въезжает в ситуацию" и кажущаяся ненормальность "невозможных фигур" исчезает.

Начнем с легкого. Рассмотрим картину (да, да, именно картину, а не фотореалистичный рисунок, сгенерированный компьютером), нарисованную фламандским художником по имени Жос де Мей/Jos de Mey . Вопрос - какой физической действительности она могла бы соответствовать?

На первый взгляд архитектурное сооружение кажется невозможным, но после секундной заминки сознание находит спасательный вариант: кирпичная кладка находится в плоскости, перпендикулярной наблюдателю и опирается на три колонны, вершины которых кажутся расположенными на равном расстоянии от кладки, но на самом деле пустое пространство просто "скрадывается" за счет "удачно" выбранной проекции. После того, как сознание "расшифровало" картину, она (и все подобные ей изображения) воспринимается совершенно нормально и геометрические противоречия исчезают также незаметно, как и появляются.

Невозможная картина Жоса де Мея

Рассмотрим знаменитую картину Мориса Эшера/Maurits Escher "Водопад"/"Waterfall" и ее упрощенную компьютерную модель, выполненную в фотореалистичном стиле. На первый взгляд никаких парадоксов нет, перед нами обыкновенная картина, изображающая... чертеж вечного двигателя!!! Но ведь, как известно из школьного курса физики, вечный двигатель невозможен! Как же Эшеру удалось с такими подробностями изобразить то, чего в природе вообще не может быть?!

Вечный двигатель на гравюре "Водопад" Эшера.

Компьютерная модель вечного двигателя Эшера.

При попытке соорудить двигатель согласно чертежу (или при внимательном анализе последнего) "обман" всплывает сразу - в трехмерном пространстве такие конструкции геометрически противоречивы и могут существовать только на бумаге, то есть на плоскости, а иллюзия "объема" создается лишь за счет признаков перспективы (в данном случае - умышленно искаженных) и на уроке черчения за такой шедевр нам запросто влепят два балла, указав на ошибки выполнения проекции.

Виды невозможных фигур.

"Невозможные фигуры" делятся на 4 группы. Итак, первая:

Удивительный треугольник – трибар.

Эта – фигура – возможно первый опубликованный в печати невозможный объект. Она появилась в 1958 году. Её авторы, отец и сын Лайонелл и Роджер Пенроузы, генетик и математик соответственно, определили этот объект как "трехмерную прямоугольную структуру". Она также получила название "трибар". С первого взгляда трибар кажется просто изображением равностороннего треугольника. Но стороны, сходящиеся вверху рисунка, кажутся перпендикулярными. В тоже время левая и правая грани внизу тоже кажутся перпендикулярными. Если смотреть на каждую деталь отдельно, то она кажется реальной, но, в общем, эта фигура существовать не может. Она не деформирована, но при черчении были неправильно соединены правильные элементы.

Вот еще несколько примеров невозможных фигур на основе трибара.

Тройной деформированный трибар Треугольник из 12 кубов

Крылатый трибар Тройное домино

Знакомство с невозможными фигурами (особенно в исполнении Эшера), конечно, ошеломляет, но тот факт, что любую из невозможных фигур возможно сконструировать в реальном трехмерном мире, приводит в недоумение.

Как известно, всякое двухмерное изображение представляет собой проекцию трехмерной фигуры на плоскость (лист бумаги). Способов проекции существует достаточно много, но в рамках каждого из них отображение выполняется однозначно, то есть существует строгое соответствие между трехмерной фигурой и ее двухмерным изображением. Однако аксонометрические, изометрические и другие популярные способы проекции являются однонаправленными преобразованиями, осуществляемыми с потерей информации и потому обратное преобразование может быть выполнено бесконечным множеством способов, то есть двухмерному изображению соответствует бесконечное множество трехмерных фигур и любой математик без труда докажет, что такое преобразование возможно для любого двухмерного изображения. То есть, на самом деле никаких невозможных фигур нет!

Вернемся к Треугольнику Пенроуза и попробуем соорудить трехмерную фигуру, проекция которой на двухмерную плоскость выглядела бы обозначенным образом. Естественно, напрямую такую задачу решить не удастся, но если хорошо подумать и выбрать правильный ракурс, то... один из возможных вариантов показан на рисунке.

Возможный невозможный Треугольник Пенроуза.

А вот другое отображение от Матье Хемакерза. Возможных вариантов обратного отображения много. Очень много. Бесконечно много!

Все тот же Треугольник Пенроуза в различных ракурсах.

Кстати говоря, Треугольник Пенроуза увековечен в виде статуи в Перте (Австралия). Созданный усилиями художника Брайна МакКея/Brian McKay и архитектора Ахмада Абаса/Ahmad Abas, он был воздвигнут в парке Клайзебрук/Claisebrook в 1999 году и теперь все проезжающие мимо могут видеть следующую "невозможную" фигуру.

Треугольник Пероуза в Австралии

Но стоит изменить угол зрения, как треугольник из "невозможного" превращается в реальное и эстетически непривлекательное сооружение, не имеющее к треугольникам никакого отношения.

Так выглядит Треугольник Пенроуза на самом деле.

Бесконечная лестница

Эту фигуру чаще всего называют "Бесконечной лестницей", "Вечной лестницей" или "Лестницей Пенроуза" – по имени ее создателя. Ее также называют "непрерывно восходящей и нисходящей тропой".

Впервые эта фигура была опубликована в 1958 году. Перед нами предстает лестница, ведущая, казалось бы, вверх или вниз, но при этом, человек, шагающий по ней, не поднимается и не опускается. Завершив свой визуальный маршрут, он окажется в начале пути.

"Бесконечной лестницей" с успехом воспользовался художник Мауриц К. Эшер, на этот раз в своей литографии "Восхождение и нисхождение", созданной в 1960 году.

Лестница с четырьмя или семью ступеньками. На создание этой фигуры с большим количеством ступенек автора могла вдохновить куча обыкновенных железнодорожных шпал. Собравшись взобраться на эту лестницу, вы будете стоять перед выбором: подняться ли по четырем или по семи ступенькам.

Создатели этой лестницы воспользовались параллельными линиями при разработке конечных деталей блоков, находящихся на одинаковом расстоянии; кажется, что некоторые блоки перекручиваются, чтобы соответствовать иллюзии.

Космическая вилка.

Следующая группа фигур под общим названием "Космическая вилка". С этой фигурой мы входим в самую сердцевину и суть невозможного. Может быть, это самый многочисленный класс невозможных объектов.

Этот пресловутый невозможный объект с тремя (или с двумя?) зубцами стал популярен у инженеров и любителей головоломок в 1964 году. Первая публикация, посвященная необычной фигуре, появилась в декабре 1964 года. Автор назвал ее "Скобой, состоящей из трех элементов".

С практической точки зрения этот странный трезубец или механизм в виде скобы, абсолютно неприменим. Некоторые называют его просто "досадной ошибкой". Один из представителей аэрокосмической промышленности предложил использовать его свойства при конструировании межпространственного космического камертона.

Невозможные ящики

"Сумасшедший ящик" – это вывернутый наизнанку каркас куба. Непосредственным предшественником "Сумасшедшего ящика" была "Невозможная коробка" (автор Эшер), а ее предшественником в свою очередь стал куб Неккера.

Он не является невозможным объектом, однако представляет собой фигуру, в которой параметр глубины может восприниматься неоднозначно.

Когда мы вглядываемся в куб Неккера, то замечаем, что грань с точкой находится то на переднем, то на заднем плане, она перепрыгивает из одного положения в другое.

Оскар Рутерсвард – отец невозможной фигуры .

«Отцом» невозможных фигур считается шведский художник Оскар Рутерсвард. Шведский художник Оскар Рутерсвард, специалист по созданию изображений невозможных фигур утверждал, что плохо разбирается в математике, но, тем не менее, возвел свое искусство в ранг науки, создав целую теорию создания невозможных фигур по определенному ряду шаблонов.

Пара невозможных фигур от Оскара Реутерсварда.

Он разделил фигуры на две основные группы. Один из них он назвал «истинные невозможные фигуры». Это двухмерные изображения трёхмерных тел, которые на бумаге можно раскрасить и нанести на них тени, но у них нет монолитной и стабильной глубины.

Другой вид – сомнительные невозможные фигуры. Эти фигуры не представляют собой единых цельных тел. Они являются соединением двух или большего числа фигур. Их нельзя ни раскрасить, ни нанести на них свет и тени.

Истинная невозможная фигура состоит из фиксированного количества возможных элементов, а сомнительная «теряет» некоторое количество элементов, если за ними проследить глазами.

Один вариант этих невозможных фигур очень легко выполнить, и многие из тех, кто машинально чертит геометрические фигуры, когда разговаривает по телефону, это уже не раз делали. Нужно провести пять, шесть или семь параллельных линий, закончить эти линии в разных концах по-разному – и невозможная фигура готова. Если, например, провести пять параллельных линий, то их можно закончить как две балки с одной стороны и три с другой.

На рисунке мы видим три варианта сомнительных невозможных фигур. Слева трех-семибалочник, построенный из семи линий, в котором три балки превращаются в семь. Фигура в середине, построенная из трех линий, в которой одна балка превращается в два круглых бруса. Фигура справа, построенная из четырех линий, в которой два круглых бруса превращаются в две балки

За свою жизнь Рутерсвард изобразил около 2500 фигур. Книги Рутерсварда опубликованы на многих языках, в том числе на русском.

Невозможные фигуры - возможны!

Многие полагают, что невозможные фигуры действительно невозможны, и их нельзя создать в реальном мире. Но надо помнить, что любой рисунок на листе бумаги - это проекция трехмерной фигуры. Следовательно, любая фигура, нарисованная на листе бумаги, должна существовать в трехмерном пространстве. Невозможные объекты на картинах представляют собой проекции трехмерных объектов, а значит, объекты можно реализовать в виде скульптурных композиций. Существует множество способов их создания. Один из них - использование кривых линий в качестве сторон невозможного треугольника. Созданная скульптура выглядит невозможной только из единственной точки. Из этой точки кривые стороны выглядят прямыми, и поставленная цель будет достигнута - создан реальный "невозможный " объект.

Русский художник Анатолий Коненко, наш современник, разделил невозможные фигуры на 2 класса: одни можно смоделировать в реальности, а другие – нельзя. Модели невозможных фигур называются моделями Амес.

Я изготовил свою невозможную фигуру. Я взял сорок два кубика и склеил их, получился куб, в котором часть ребра отсутствует. Отмечу, что для создания полной иллюзии необходим правильный угол зрения и верное освещение.

Я создаю свои невозможные фигуры, пользуясь советом О.Рутерсварда. Я начертил на бумаге семь параллельных отрезков. Соединила их снизу ломаной линией, а сверху придала им форму параллелепипедов. Посмотрите на нее сначала сверху потом снизу. Таких фигур можно придумать бесконечно много.

Применение невозможных фигур

Невозможные фигуры находят иногда неожиданное применение. Оскар Рутерсвард рассказывает в книге "Omojliga figurer" об использовании рисунков имп-арта для психотерапии. Он пишет, что картины своими парадоксами вызывают удивление, заостряют внимание и желание расшифровать. Психолог Роджер Шепард использовал идею трезубца для своей картины невозможного слона.

В Швеции их применяют в зубоврачебной практике: рассматривая картины в приемной, пациенты отвлекаются от неприятных мыслей перед кабинетом стоматолога.

Невозможные фигуры вдохновили художников на создание целого нового направления в живописи, названного импоссибилизмом. К импоссибилистам относят голландского художника Эшера. Его перу принадлежат известные литографии «Водопад», «Восхождение и нисхождение» и «Бельведер». Художник использовал эффект "бесконечной лестницы", открытый Рутесвардом.

За рубежом, на улицах городов, мы можем увидеть архитектурные воплощения невозможных фигур.

Наиболее известное использование невозможных фигур в массовой культуре - логотип автоконцерна «Рено »

Математики утверждают, что и дворцы, в которых можно спуститься вниз по лестнице, ведущей вверх, могут существовать. Для этого нужно лишь построить такое сооружение не в трехмерном, а, скажем, в четырехмерном пространстве. А уж в виртуальном мире, который открывает нам современная компьютерная техника, и не такое можно натворить. Вот так в наши дни осуществляются задумки человека, который еще на заре века поверил в существование невозможных миров.

Заключение.

Невозможные фигуры заставляют наш разум сначала увидеть то, чего быть не должно, затем искать ответ - что же сделано не так, в чем скрыта изюминка парадокса. А ответ найти порой не так - то просто - он скрыт в оптическом, психологическом, логическом восприятии рисунков.

Развитие науки, необходимость мыслить по-новому, поиски прекрасного - все эти требования современной жизни заставляют искать новые методы, которые способны изменить пространственное мышление, воображение.

Изучив литературу по теме, я смог ответить на вопрос «Существуют ли в реальном мире невозможные фигуры?» Я понял, что невозможное возможно и нереальные фигуры можно сделать своими руками. Я создал модель Амес «Невозможного куба». Рассмотрев способы построения невозможных фигур, я смог нарисовать свои невозможные фигуры. Мне удалось показать, что

Вывод: Все невозможные фигуры могут существовать в реальном мире.

Найдется ещё много областей, в которых будут использоваться невозможные фигуры.

Таким образом, можно сказать, что мир невозможных фигур чрезвычайно интересен и многообразен. Изучение невозможных фигур имеет довольно важное значение с точки зрения геометрии. Работа может быть использована на занятиях по математике для развития пространственного мышления учащихся. Для творческих людей, склонных к изобретательству, невозможные фигуры являются своеобразным рычагом для создания чего-то нового, необычного.

Список литературы

Левитин Карл Геометрическая рапсодия. - М.: Знание, 1984, -176 с.

Пенроуз Л., Пенроуз Р. Невозможные объекты, Квант, № 5,1971, с.26

Реутерсвард О. Невозможные фигуры. – М.: Стройиздат,1990, 206 с.

Ткачева М.В. Вращающиеся кубики. – М.: Дрофа, 2002. – 168 с.

Интернет ресурсы:

http://wikipedia.tomsk.ru

http://www.konenko.net/imp.htm

http://www.im-possible.info/russian/articles/reut_imp/

Способность создавать и оперировать пространственными образами характеризует уровень общего интеллектуального развития человека. В психологических исследованиях экспериментально подтверждено, что между склонностью человека к соответствующим профессиям и уровнем развития пространственных представлений имеет место статистически достоверная связь. Широкое применение невозможных фигур в архитектуре, живописи, психологии, геометрии и во многих других областях практической жизни дают возможность больше узнать о различных профессиях и определиться с выбором будущей профессии.

Ключевые слова: трибар, бесконечная лестница, космическая вилка , невозможные ящики, треугольник и лестница Пенроуза, куб Эшера, треугольник Рейтерсвэрда.

Цель исследования: изучение свойств невозможных фигур с помощью с помощью 3-D моделей.

Задачи исследования:

Изучить виды и составить классификацию невозможных фигур.
Рассмотреть способы построения невозможных фигур.
Создать невозможные фигуры с помощью компьютерной программы и 3D моделирования.

Понятие невозможных фигур

Объективного понятия «невозможные фигуры» не существует. Из одного источника невозможная фигура - вид оптических иллюзий, фигура, кажущаяся проекцией обычного трёхмерного объекта, при внимательном рассмотрении которой становятся видны противоречивые соединения элементов фигуры. А из другого источника невозможные фигуры - это геометрически противоречивые изображения объектов, не существующих в реальном трёхмерном пространстве. Невозможность возникает из противоречия между подсознательно воспринимаемой геометрией изображённого пространства и формально-математической геометрией.

Анализируя разные определения, приходим к выводу:

невозможная фигура - это плоский рисунок, который создает впечатление трехмерного объекта таким образом, что объект, предложенный нашим пространственным восприятием, не может существовать, так что попытка создать его ведет к (геометрическим) противоречиям, ясно видимыми наблюдателем.

Когда мы смотрим на изображение, которое создает впечатление пространственного объекта, наша система пространственного восприятия пытается найти пространственную форму, определить ориентацию и структуру, начиная с анализа отдельных фрагментов и намеков на глубину. Далее, эти отдельные части комбинируются и координируются в некотором порядке для создания общей гипотезы о пространственной структуре объекта целиком. Обычно, несмотря на то, что плоское изображение может иметь бесконечное множество пространственных интерпретаций, наш механизм интерпретации выбирает только одну - наиболее естественную для нас. Именно эта интерпретация изображения далее проверяется на возможность или невозможность, а не сам рисунок. Невозможная интерпретация получается противоречивой по своей структуре - различные частичные интерпретации не подходят к общему непротиворечивому целому.

Фигуры являются невозможными, если их естественные интерпретации оказываются невозможными. Однако, это не подразумевает, что не существует какой-либо другой интерпретации этой же фигуры, которая может существовать. Таким образом, нахождение метода точного описания пространственных интерпретаций фигур является одним из основных путей для дальнейшей работы с невозможными фигурами и механизмами их интерпретации. Если суметь описать различные интерпретации, то можно будет сравнивать их, соотносить фигуру и ее различные интерпретации (понять механизмы создания интерпретаций), проверять их соответствие или определять типы несоответствия и т. п.

Виды невозможных фигур

Невозможные фигуры разделяются на два больших класса: одни имеют реальные трехмерные модели, а для других такие создать невозможно.

В ходе работы над темой изучены 4 вида невозможных фигур: трибар, бесконечная лестница, невозможные ящики и космическая вилка. Все они уникальны по-своему.

Трибар (треугольник Пенроуза)

Это геометрически невозможная фигура, элементы которой не могут быть соединены. Все-таки невозможный треугольник стал возможным. Шведский живописец Оскар Рейтесвэрд в 1934 г. впервые представил миру невозможный треугольник из кубиков. В честь этого события в Швеции издана почтовая марка. Трибар можно сделать из бумаги. Любители оригами нашли способ создать и подержать в руках вещь, которая казалась ранее запредельной фантазией ученого. Однако нас обманывают собственные глаза, когда мы смотрим на проекцию трехмерного объекта из трех перпендикулярных линий. Наблюдателю кажется, что он видит треугольник, хотя на самом деле это не так.

Бесконечная лестница.

Конструкция, которая не имеет ни конца, ни края, была придумана биологом Лейонелем Пенроузом и его сыном-математиком Роджером Пенроузом. Впервые модель была опубликована в 1958 г., после чего получила большую популярность, стала классической невозможной фигурой, а ее основная концепция нашла применение в живописи, архитектуре, психологии. Модель ступеней Пенроуза обрела самую большую популярность по сравнению с остальными нереальными фигурами в сфере компьютерных игр, головоломках, оптических иллюзиях. «Вверх по ступеням, ведущим вниз» - так можно охарактеризовать лестницу Пенроуза. Идея этой конструкции заключается в том, что при движении по часовой стрелке ступени ведут все время вверх, а в обратном - вниз. При этом «вечная лестница» состоит всего из четырех пролетов. А значит, всего через четыре лестничных марша путник оказывается там же, откуда начал движение.

Невозможные ящики.

Еще один невозможный объект появился в 1966 году в Чикаго в результате оригинальных экспериментов фотографа доктора Чарльза Ф. Кокрана. Многие любители невозможных фигур проводили эксперименты с «Сумасшедшим ящиком». Первоначально автор назвал ее «свободным ящиком» и заявил, что она была «сконструирована для пересылки невозможных объектов в большом количестве». «Сумасшедший ящик» - это вывернутый наизнанку каркас куба. Непосредственным предшественником «Сумасшедшего ящика» была «Невозможная коробка» (автор Эшер), а ее предшественником в свою очередь стал куб Неккера. Он не является невозможным объектом, однако представляет собой фигуру, в которой параметр глубины может восприниматься неоднозначно. Когда мы вглядываемся в куб Неккера, то замечаем, что грань с точкой находится то на переднем, то на заднем плане, она перепрыгивает из одного положения в другое.

Космическая вилка.

Среди всех невозможных фигур особое место занимает невозможный трезубец («космическая вилка»). Если закрыть рукой правую часть трезубца, то мы увидим вполне реальную картину - три круглых зуба. Если закрыть нижнюю часть трезубца, то мы тоже увидим реальную картину - два прямоугольных зубца. Но, если рассматривать всю фигуру целиком, то получается, что три круглых зубца постепенно превращаются в два прямоугольных.

Таким образом, можно увидеть, что передний и задний планы данного рисунка конфликтуют. То есть, то что было изначально на переднем плане уходит назад, а задний план (средний зуб) вылезает вперед. Кроме смены переднего и заднего планов в данном рисунке присутствует еще один эффект - плоские грани правой части трезубца становятся круглыми в левой. Эффект невозможности достигается за счет того, что наш мозг анализирует контур фигуры и пытается подсчитать количество зубцов. Мозг сравнивает количество зубцов фигуры в левой и правой части рисунка, из-за чего возникает ощущение невозможности фигуры. Если количество зубцов у фигуры было значительно больше (например, 7 или 8), то этот парадокс был бы менее ярко выражен.

Изготовление моделей невозможных фигур по чертежам

Трехмерная модель - это физически представимый объект, при рассмотрении которого в пространстве становятся видимыми все щели и изгибы, которые уничтожают иллюзию невозможности, и данная модель теряет свое «волшебство». При проецировании данной модели на двухмерную плоскость получается невозможная фигура. Эта невозможная фигура (в отличие от трехмерной модели), создает впечатление невозможного объекта, который может существовать только в воображении человека, но не в пространстве.

Трибар

Бумажная модель:

Невозможный брусок

Бумажная модель:

Построение невозможных фигур в программе Impossible Constructor

Программа Impossible Constructor предназначена для конструирования изображений невозможных фигур из кубиков. Основными недостатками этой программы были сложность выбора нужного кубика (отыскать один нужный кубик из 32-х доступных в программе достаточно тяжело), а также то, что не были предусмотрены все варианты кубиков. Предлагаемая программа предоставляет к выбору полный набор кубиков (64 кубика), а также дает более удобный способ нахождения требуемого кубика при помощи конструктора кубиков.

Моделирование невозможных фигур.

Печать 3 D моделей невозможных фигур на принтере

В ходе работы модели четырех невозможных фигур распечатаны на 3D принтере.

Треугольник Пенроуза

Процесс создания трибара:

Вот что у меня получилось в итоге:

Куб Эшера

Процесс создания куба: В конечном итоге получена модель:

Лестница Пенроуза (всего через четыре лестничных марша путник оказывается там же, откуда начал движение):

Треугольник Рейтерсвэрда (первый невозможный треугольник, состоявший из девяти кубиков):

Процесс подготовки к печати дал возможность на практике научиться строить стереометрические фигуры на плоскости, выполнять проекции элементов фигур на заданную плоскость и продумывать алгоритмы построения фигур. Созданные модели помогли наглядно увидеть и проанализировать свойства невозможных фигур, сравнить их с известными стереометрическими фигурами.

«Если не можешь изменить ситуацию, взгляни на нее под другим углом».

Эта цитата непосредственно относится к данной работе. Действительно, невозможные фигуры существуют, если взглянуть на них под определенным углом. Мир невозможных фигур чрезвычайно интересен и многообразен. Они существуют с древних времен по наше время. Их можно встретить практически везде: в искусстве, архитектуре, в массовой культуре, в живописи, в иконописи, в филателистике. Невозможные фигуры представляют большой интерес для психологов, когнитивистов и эволюционных биологов, помогая больше узнать о нашем зрении и пространственном мышлении. Сегодня компьютерные технологии, виртуальная реальность и проекции расширяют возможности, так что на противоречивые объекты можно взглянуть с новым интересом. Существует множество профессий, которые так или иначе связаны с невозможными фигурами. Все они востребованы в современном мире, а потому изучение невозможных фигур является актуальным и нужным.

Литература:

Реутерсвард О. Невозможные фигуры. - М.: Стройиздат,1990, 206 с.
Пенроуз Л., Пенроуз Р. Невозможные объекты, Квант, № 5,1971, с.26
Ткачева М. В. Вращающиеся кубики. - М.: Дрофа, 2002. - 168 с.
http://www.im-possible.info/russian/articles/reut_imp/
http://www.impworld.narod.ru/.
Левитин Карл Геометрическая рапсодия. - М.: Знание, 1984, -176 с.
http://www.geocities.jp/ikemath/3Drireki.htm
http://im-possible.info/russian/programs/
https://www.liveinternet.ru/users/irzeis/post181085615
https://newtonew.com/science/impossible-objects
http://www.psy.msu.ru/illusion/impossible.html
http://referatwork.ru/category/iskusstvo/view/73068_nevozmozhnye_figury
http://geometry-and-art.ru/unn.html

Ключевые слова: трибар, бесконечная лестница, космическая вилка, невозможные ящики, треугольник и лестница Пенроуза, куб Эшера, треугольник Рейтерсвэрда .

Аннотация: Способность создавать и оперировать пространственными образами характеризует уровень общего интеллектуального развития человека. В психологических исследованиях экспериментально подтверждено, что между склонностью человека к соответствующим профессиям и уровнем развития пространственных представлений имеет место статистически достоверная связь. Широкое применение невозможных фигур в архитектуре, живописи, психологии, геометрии и во многих других областях практической жизни дают возможность больше узнать о различных профессиях и определиться с выбором будущей профессии.

Рисунок 1.

Это невозможный трибар. Данный рисунок не является иллюстрацией пространственного объекта, поскольку такой объект не может существовать. Наш ГЛАЗ принимает данный факт и сам объект без затруднений. Мы можем придумать ряд аргументов в защиту невозможности объектаю Например, грань C лежит в горизонтальной плоскости, в то время как грань A наклонена к нам, а грань B, наклонена от нас, и, если грани A и B расходятся друг от друга, они не могут встретиться в вершине фигуры, как это мы видим в данном случае. Мы можем отметить, что трибар образует замкнутый треугольник, все три балки перпендикулярны друг другу, и сумма его внутренних углов получается равной 270 градусам, что невозможно. Мы можем привлечь на помощь базовые принципы стереометрии, а именно то, что три непараллельные плоскости всегда встречаются в одной точке. Однако, на рисунке 1 мы видим следующее:

Темно-серая плоскость C встречается с плоскостью B; линия пересечения – l ;
Темно-серая плоскость C встречается со светло-серой плоскостью A; линия пересечения - m ;
Белая плоскость B встречается со светло-серой плоскость A; линия пересечения – n ;
Линии пересечения l , m , n пересекаются в трех разных точках.

Таким образом, рассматриваемая фигура не удовлетворяет одному из основных утверждений стереометрии, что три непараллельные плоскости (в данном случае A, B, C) должны встретиться в одной точке.

Резюмируем: какими бы ни были сложными или простымии ни были наши рассуждения, ГЛАЗ сигнализирует нам о противоречиях без каких-либо объяснений с его стороны.

Невозможный трибар парадоксален в нескольких отношениях. Глазу требуется доля секунды, чтобы передать сообщение: "Это замкнутый объект, состоящий из трех брусков". Мгновение спустя следует: "Этот объект не может существовать...". Третье сообщение может быть прочитано как: "... и, таким образом, первое впечатление было неверным". В теории такой объект должен распадаться на множество линий, не имеющих значимых отношений друг с другом и более не собирающихся в форму трибара. Однако этого не происходит, и ГЛАЗ сигнализирует снова: "Это объект, трибар". Короче говоря, заключение состоит в том, что это и объект и не объект, и в этом состоит первый парадокс. Обе интерпретации имеют одинаковую силу, как если бы ГЛАЗ оставил окончательный вердикт вышестоящей инстанции.

Вторая парадоксальная особенность невозможного трибара возникает из рассуждений о его конструкции. Если брусок A направлен к нам, а брусок B - от нас, и все же они стыкуются, то угол, который они формируют должен лежать в двух местах одновременно, один ближе к наблюдателю, а другой дальше. (То же самое применимо и к двух другим углам, так как объект остается идентичной формы при поворе другим углом вверх.)

Рисунок 2. Бруно Эрнст, фотография невозможного трибара, 1985
Рисунок 3. Gerard Traarbach, "Perfect timing", холст/масло, 100x140 см, 1985, напечатано наоборот
Рисунок 4. Дирк Хуизер, "Куб", irisated screenprint, 48x48 см, 1984

Реальность невозможных объектов

Один из самых трудных вопросов о невозможных фигурах касается их реальности: существуют ли они на самом деле или нет? Естественно, рисунок невозможного трибара существует, и это не подвергается сомнению. Однако, в то же время не вызывает сомнений, что представленная ГЛАЗом для нас трехмерная форма, как таковая, не существует в окружающем мире. По этой причине, мы решили говорить о невозможных объектах , а не о невозможных фигурах (хотя, под таким названием на английском языке они больше известны). Кажется, это удовлетворительное решение данной дилеммы. И все же, когда мы, например, исследуем внимательно невозможный трибар, его пространственная реальность продолжает смущать нас.

Столкнувшись с объектом в разобранном на отдельные части виде, практически невозможно поверить, что, просто соединяя друг другом бруски и кубики, можно получить желаемый невозможный трибар.

Рисунок 3 особенно привлекателен для специалистов по кристаллографии. Объект представляется медленно растущим кристаллом, кубы вставляются в имеющуюся кристаллическую решетку без нарушения общей структуры.

Фотография на рисунке 2 – реальна, хотя трибар, составленный из коробок для сигар и сфотографированный под определенным углом, – нереален. Это визуальная шутка, придуманная Роджером Пенроузом – соавтором первой статьи и невозможном трибаре.

Рисунок 5.

На рисунке 5 изображен трибар, составленный из пронумерованных блоков размером 1х1х1 дм. Простым подсчетом блоков мы можем выяснить что объем фигуры 12 дм 3 , и прощадь – 48 дм 2 .

Рисунок 6.
Рисунок 7.

Аналогичным способом мы можем подсчитать расстояние, которая пройдет божья коровка по трибару (рисунок 7). Центральная точка каждого бруска пронумерована, и направление движения отмечено стрелками. Таким образом, поверхность трибара представляется как длинная непрерывная дорога. Божья коровка должна совершить четыре полных круга, прежде чем вернется в исходную точку.

Рисунок 8.

Вы можете начать подозревать, что невозможный трибар имеет какие-то секреты на своей невидимой стороне. Но без труда можно нарисовать прозрачный невозможный трибар (рис. 8). В данном случае все четыре стороны видимы. Тем не менее, объект продолжает выглядеть вполне реальным.

Давайте зададим вопрос еще раз: что в действительности делает трибар фигурой, которая может интерпретироваться таким множеством способов. Надо помнить, что ГЛАЗ обрабатывает изображение невозможного объекта с сетчатки также, как и изображения обычных предметов - стула или дома. Результатом является "пространственное изображение". На этом этапе нет разницы между невозможным трибаром и обычным стулом. Таким образом, невозможный трибар существует в глубинах нашего мозга на том же самом уровне, что и всех остальные объекты, окружающие нас. Отказ глаза подтвердить трехмерную "жизнеспособность" трибара в реальности никоим образом не уменьшает факта присутствия невозможного трибара у нас в голове.

В главе 1 мы встретились с невозможным объектом, чье тело исчезало в никуда. В карандашном рисунке "Пассажирский поезд" (рис. 11) Fons de Vogelaere тонко воспользовался тем же принципом с усиленной колонной в левой части картины. Если мы проследим взглядом по колонне сверху вниз, или закроем нижнюю часть картины, то увидим колонну, которая поддерживается четырьмя опорами (из которых видны только две). Однако, если посмотреть снизу на ту же колонну, то увидим достаточно широкий проем, сквозь который может проехать поезд. Твердые каменные блоки в то же самое время оказываются... тоньше воздуха!

Данный объект достаточно прост для категоризации, но оказывается достаточно сложным, когда мы начинаем его анализировать. Исследователи, такие как Broydrick Thro, показали, что само описание данного явления приводит к противоречиям. Конфликт в одной из границ. ГЛАЗ сначала просчитывает контуры, а затем собирает из них фигуры. Путаница возникает, когда контуры имеют сразу два назначения в двух разных фигурах или частях фигуры, как на рисунке 11.

Рисунок 9.

Аналогичная ситуация возникает и на рисунке 9. В данной фигуре линия контура l проявляется и как граница формы A и как граница формы B. Однако, она не является границей обеих форм одновременно. Если ваши глаза посмотрят сначала на верхнюю часть рисунка, то, опускаясь взглядом вниз, линия l будет восприниматься, как граница формы A и будет оставаться такой до тех пор, пока не обнаружится, что A – открытая фигура. В этой точке ГЛАЗ предлагает вторую интерпретацию для линии l , а именно, что она является границей формы B. Если последуем взглядом обратно вверх по линии l , то мы снова вернемся к первой интерпретации.

Если бы это было единственной двусмысленностью, то мы могли бы говорить о пиктографической двойственной фигуре. Но заключение осложняется дополнительными факторами, такими как явление исчезновения фигуры на фоне заднего плана, и, в особенности, пространственным представлением фигуры ГЛАЗом. В связи с этим в можете уже по-другому взглянуть рисунки 7,8 и 9 из главы 1 . Хотя эти типы фигур проявляют себя как настоящие пространственные объекты, мы можем временно назвать их невозможными объектами и описать их (но не объяснить) в следующих общих понятиях: ГЛАЗ вычисляет на основе этих объектов две различные взаимоисключающие трехмерные формы, которые, тем не менее, существуют одновременно. Это можно видеть на рисунке 11 в том, что, как нам кажется, представляет собой монолитную колонну. Однако, при повторном осмотре, она представляется открытой, с просторным промежутком посередине, через который, как показано на рисунке, может проехать поезд.

Рисунок 10. Arthur Stibbe, "In front and behind", картон/акрил, 50x50 см, 1986
Рисунок 11. Fons de Vogelaere, "Пассажирский поезд", рисунок карандашом, 80x98 см, 1984

Невозможный объект как парадокс

Рисунок 12. Oscar Reutersvärd, "Perspective japonaise n° 274 dda", раскрашенный рисунок тушью, 74x54 см

В начале данной главы мы увидели невозможный объект, как трехмерный парадокс, то есть изображение, чьи стереографические элементы входят в противоречие друг с другом. Перед тем, как исследовать данный парадокс глубже, необходимо понять, существует ли такое явление как пикторафический парадокс. На самом деле он существует – подумайте о русалках, сфинксах и других сказочных существах, часто встречающихся в изобразительном искусстве Средних веков и раннего Возрождения. Но в данном случае не работа ГЛАЗа нарушается таким пиктографическим уравнением, как женщина+рыба=русалка, а наши знания (в частности, знания биологии), согласно которым такая комбинация недопустима. Только там, где пространственные данные на изображении с сетчатки взаимно противоречат друг другу, возникает сбой "автоматической" обработки данных ГЛАЗом. ГЛАЗ не готов обрабатывать настолько странный материал, и мы свидетельствуем новый для нас зрительный опыт.

Рисунок 13a. Harry Turner, рисунок из серии "Paradoxical patterns", смешанная техника, 1973-78
Рисунок 13b. Harry Turner, "Corner", смешанная техника, 1978

Мы можем разделить пространственную информацию, содержащуюся в изображении с сетчатки глаза (когда смотрим только одним глазом) на два класса – природный и культурный. Первый класс содержит информацию, на которую культурная среда человека не оказывает никакого влияния, и которая также обнаруживается на картинах. К такой истинной "неиспорченной природе" относится следующее:

Объекты одинакового размера выглядят тем меньше, чем дальше они находятся. Это основной принцип линейной перспективы, которая играет главную роль в изобразительном искусстве со времен Возрождения;
Объект, который частично загораживает другой объект, находится ближе к нам;
Объекты или части объекта, соединенные друг с другом, находятся на одинаковом расстоянии от нас;
Объекты, находящиеся сравнительно далеко от нас, будут менее различимы и будут скрыты голубой дымкой пространственной перспективы;
Та сторона объекта, на которую падает свет, ярче, чем противоположная сторона, и тени указывают в направлении противоположном источнику света.

Рисунок 14. Zenon Kulpa, "Невозможные фигуры", тушь/бумага, 30x21 см, 1980

В культурном окружении два следующих фактора играют важную роль в нашей оценке пространства. Люди создали свое жилое пространство таким, что в нем преобладают прямые углы. Наша архитектура, мебель и многие инструменты, по существу, составлены из прямоугольников. Можно сказать, что мы упаковали наш мир к прямоугольную систему координат, в мир прямых линий и углов.

Рисунок 15. Mitsumasa Anno, "Сечение куба"
Рисунок 16. Mitsumasa Anno, "Сложная деревянная головоломка"
Figure 17. Monika Buch, "Синий куб", акрил/дерево, 80x80 см, 1976

Таким образом, наш второй класс пространственной информации - культурный, ясен и понятен:

Поверхность – это плоскость, которая продолжается до тех пор, пока другие детали не сообщат нам, что она не закончилась;
Углы, в которых встречаются три плоскости, определяют три основных направления, в связи с чем, зигзагообразные линии могут указывать на расширение или сужение.

Рисунок 18. Tamas Farcas, "Кристалл", irisated print, 40x29 см, 1980
Рисунок 19. Frans Erens, акварель, 1985

В нашем контексте, различие между природным и культурным окружением очень полезно. Наше зрительное чувство развивалось в природном окружении, и также оно имеет поразительную способность точно и безошибочно обрабатывать пространственную информацию из культурной категории.

Невозможные объекты (по крайней мере, бóльшая их часть) существуют благодаря наличию взаимно противоречащих друг другу пространственных утверждений. Например, на картине Жоса де Мея "Double-guarded gateway to the wintery Arcadia" (рис. 20), плоская поверхность, образующая верхнюю часть стены распадается внизу на несколько плоскостей, находящихся на разном расстоянии от наблюдателя. Впечатление о разных расстояниях также формируется перекрывающимися частями фигуры на картине Arthur Stibbe "In front and behind" (рис. 10), которые противоречат правилу плоской поверхности. На акварельном рисунке Frans Erens (рис. 19), полка, изображенная в перспективе, уменьшающимся в размере концом сообщает нам, что она расположена горизонтально, уходя вдаль от нас, и она также прикреплена к опорам таким образом, чтобы находиться вертикально. На картине "The five bearers" Fons de Vogelaere (рис. 21) мы будем ошеломлены количеством стереографических парадоксов. Хотя в картине не содержится парадоксальных перекрытий объектов, в ней много парадоксальных соединений. Представляет интерес способ, которым центральная фигура соединена с потолком. Пять фигур, подпирающих потолок, соединяют парапет и потолок настолько большим количеством парадоксальных соединений, что ГЛАЗ отправляется в бесконечный поиск точки, с которой лучше рассматривать их.

Рисунок 20. Jos de Mey, "Double-guarded gateway to the wintery Arcadia", холст/акрил, 60x70 cm, 1983
Рисунок 21. Fons de Vogelaere, "The five bearers", рисунок карандашом, 80x98 см, 1985

Вы можете подумать, что при помощи каждого возможного типа стереографического элемента, который появляется на картине, относительно просто составить систематический обзор невозможных фигур:

Те, что содержат элементы перспективы, находящие во взаимном конфликте;
Те, в который элементы перспективы в конфликте с пространственной информацией, указанной перекрывающимися элементами;
и т.д.

Однако, мы вскоре обнаружим, что не сможем обнаружить существующие примеры для многих таких конфликтов, в то время как некоторые невозможные объекты будет трудно вписать в подобную систему. Тем не менее, такая классификация позволит нам обнаружить еще много до сих пор неизвестных типов невозможных объектов.

Рисунок 22. Shigeo Fukuda, "Images of illusion", screenprint, 102x73 см, 1984

Определения

В заключение данной главы давайте попытаемся дать определение невозможным объектам.

В моей первой публикации о картинах с невозможными объектами М.К. Эшера, которая появилась примерно в 1960 году, я пришел к следующей формулировке: возможный объект всегда может рассматриваться как проекция - представление трехмерного объекта. Однако, в случае невозможных объектов, не существует трехмерного объекта, чьим представлением является данная проекция, и в данном случае мы можем называть невозможный объект – иллюзорным представлением. Данное определение является не только неполным, но и неправильным (к этому мы еще вернемся в главе 7), так как оно относится только математической стороне невозможных объектов.

Рисунок 23. Oscar Reutersvärd, "Cubic organization of space", раскрашенный рисунок тушью, 29x20.6 cm.
В действительности данное пространство не является заполненным, так как кубы большего размера не связаны с кубами меньшего размера.

Зенон Кульпа предлагает следующее определение: изображение невозможного объекта – это двухмерная фигура, создающее впечатление существующего трехмерного объекта, причем эта фигура не может существовать так, как мы ее пространственно интерпретируем; таким образом, любая попытка создать его ведет к (пространственным) противоречиям, которые отчетливо видны зрителю.

Последнее замечание Кульпы предлагает один практический путь выяснения, является ли объект невозможным или нет: просто попробуйте создать его самостоятельно. Вы вскоре увидите, возможно даже до начала конструирования, что вы не сможете этого сделать.

Я предпочел бы определение, которое подчеркивает, что ГЛАЗ при анализе невозможного объекта приходит к двум противоречивым заключениям. Мне больше нравится именно такое определение, так как оно охватывает причину этих взаимно конфликтующих заключений, и, кроме этого, разъясняет тот факт, что невозможность – это не математическое свойство фигуры, а свойство интерпретации фигуры зрителем.

На основании этого я предлагаю следующее определение:

Невозможный объект обладает двухмерным представлением, которое ГЛАЗ интерпретирует как трехмерных объект, причем в то же время ГЛАЗ определяет, что данный объект не может быть трехмерным, так как пространственная информация, содержащаяся в фигуре, - противоречива.

Рисунок 24. Oscar Reutersväird, "Impossible four-bar with Crossbars"
Рисунок 25. Bruno Ernst, "Mixed illusions", фотография, 1985

Введение……………………………………………………………………………..2

Основная часть. Невозможные фигуры……………….…………………………4

2.1. Немного истории………………………………………………………….4

2.2. Виды невозможных фигур……………………………………………….6

2.3. Оскар Рутерсвард – отец невозможной фигуры………………………..11

2.4. Невозможные фигуры – возможны!……………………………………..13

2.5. Применение невозможных фигур………………………………………14

Заключение………………………………………………………………………..15

Список литературы ………………………………………………………………16

Введение

«Мир невозможных фигур» одна из интереснейших тем, которая получила свое бурное развитее всего лишь в начале ХХ века. Однако, гораздо раньше, многие ученые и философы занимались этим вопросом. Даже такие простые объемные формы, как куб, пирамида, параллелепипед можно представить как комбинацию нескольких фигур, находящихся на разном расстоянии от глаза наблюдателя. Всегда при этом должна быть линия, по которой изображение отдельных частей совмещающих в целостную картину.

«Невозможная фигура – это выполненный на бумаге трехмерный объект, который не может существовать в действительности, но который, однако, можно видеть как двухмерное изображение». Это 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.

Передо мной встал вопрос: «Существуют ли в реальном мире невозможные фигуры?»

Цели проекта:

1.Выяснить, к ак созд аются нереальные фигуры.

2. Найти области применения невозможных фигур.

Задачи проекта:

1.Изучить литературы по теме «Невозможные фигуры».

2 .Составить классификацию невозможных фигур.

3.Р ассмотреть способы построения невозможных фигур.

4.Создать невозмож ную фигуру.

Невозмож ные фигуры

Немного истории

Невозможные фигуры достаточно часто встречаются на древних гравюрах, картинах и иконах – в одних случаях мы имеем с явными ошибками передачи перспективы, в других – с умышленными искажениями, обусловленными художественным замыслом.

В средневековой японской и персидской живописи невозможные объекты являются неотъемлемой частью восточного художественного стиля, дающего лишь общий набросок картины, детали которой “приходится” додумывать зрителю самостоятельно, в соответствии со своими предпочтениями. Вот перед нами школа. Наше внимание привлекает архитектурное сооружение на заднем плане, геометрическая противоречивость которого очевидна. Его можно интерпретировать и как внутреннюю стену комнаты, и как наружную стену здания, но обе эти интерпретации неправильны, поскольку мы имеем дело с плоскостью, одновременно являющуюся и внешней, и наружной стенкой, то есть на картине изображен типичный невозможный объект.

Виды невозможных фигур.

“Невозможные фигуры” делятся на 4 группы. Итак, первая:

Удивительный треугольник – трибар.

Эта – фигура – возможно первый опубликованный в печати невозможный объект. Она появилась в 1958 году. Её авторы, отец и сын Лайонелл и Роджер Пенроузы, генетик и математик соответственно, определили этот объект как “трехмерную прямоугольную структуру”. Она также получила название “трибар”. С первого взгляда трибар кажется просто изображением равностороннего треугольника. Но стороны, сходящиеся вверху рисунка, кажутся перпендикулярными. В тоже время левая и правая грани внизу тоже кажутся перпендикулярными. Если смотреть на каждую деталь отдельно, то она кажется реальной, но, в общем, эта фигура существовать не может. Она не деформирована, но при черчении были неправильно соединены правильные элементы.

Вот еще несколько примеров невозможных фигур на основе трибара.

Тройной деформированный трибар

Треугольник из 12 кубов

Крылатый трибар

Тройное домино

Бесконечная лестница

Эту фигуру чаще всего называют “Бесконечной лестницей”, “Вечной лестницей” или “Лестницей Пенроуза” – по имени ее создателя. Ее также называют “непрерывно восходящей и нисходящей тропой”.

“Бесконечной лестницей” с успехом воспользовался художник Мауриц К. Эшер, на этот раз в своей литографии “Восхождение и нисхождение”, созданной в 1960 году.

Космическая вилка.

Следующая группа фигур под общим названием “Космическая вилка”. С этой фигурой мы входим в самую сердцевину и суть невозможного. Может быть, это самый многочисленный класс невозможных объектов.

Этот пресловутый невозможный объект с тремя (или с двумя?) зубцами стал популярен у инженеров и любителей головоломок в 1964 году. Первая публикация, посвященная необычной фигуре, появилась в декабре 1964 года. Автор назвал ее “Скобой, состоящей из трех элементов”.

С практической точки зрения этот странный трезубец или механизм в виде скобы, абсолютно неприменим. Некоторые называют его просто “досадной ошибкой”. Один из представителей аэрокосмической промышленности предложил использовать его свойства при конструировании межпространственного космического камертона.

Невозможные ящики

“Сумасшедший ящик” – это вывернутый наизнанку каркас куба. Непосредственным предшественником “Сумасшедшего ящика” была “Невозможная коробка” (автор Эшер), а ее предшественником в свою очередь стал куб Неккера.

Оскар Руте рсвард – отец невозможной фигуры .

Он разделил фигуры на две основные группы . Один из них он назвал «истинные невозможные фигуры». Это двухмерные изображения трёхмерных тел, которые на бумаге можно раскрасить и нанести на них тени, но у них нет монолитной и стабильной глубины.

Один вариант этих невозможных фигур очень легко выполнить, и многие из тех, кто машинально чертит геометрические

фигуры, когда разговаривает по телефону, это уже не раз делали. Нужно провести пять, шесть или семь параллельных линий, закончить эти линии в разных концах по-разному – и невозможная фигура готова. Если, например, провести пять параллельных линий, то их можно закончить как две балки с одной стороны и три с другой.

Невозможные фигуры – возможны!

Многие полагают, что невозможные фигуры действительно невозможны, и их нельзя создать в реальном мире. Но надо помнить, что любой рисунок на листе бумаги – это проекция трехмерной фигуры. Следовательно, любая фигура, нарисованная на листе бумаги, должна существовать в трехмерном пространстве. Невозможные объекты на картинах представляют собой проекции трехмерных объектов, а значит, объекты можно реализовать в виде скульптурных композиций. Существует множество способов их создания. Один из них – использование кривых линий в качестве сторон невозможного треугольника. Созданная скульптура выглядит невозможной только из единственной точки. Из этой точки кривые стороны выглядят прямыми, и поставленная цель будет достигнута – создан реальный “невозможный ” объект.

Я изготовила модель Амес своего невозможного ящика. Я взяла сорок два кубика и склеила их, получился куб, в котором часть ребра отсутствует. Отмечу, что для создания полной иллюзии необходим правильный угол зрения и верное освещение.

Я изучила невозможные фигуры с применением теоремы Эйлера и пришла к следующему выводу: теорема Эйлера, верная для любого выпуклого многогранника, неверна для невозможных фигур, но верна для их моделей Амес.

Я создаю свои невозможные фигуры, пользуясь советом О.Рутерсварда. Я начертила на бумаге семь параллельных отрезков. Соединила их снизу ломаной линией, а сверху придала им форму параллелепипедов. Посмотрите на нее сначала сверху потом снизу. Таких фигур можно придумать бесконечно много. См. приложение.

Применение невозможных фигур

Невозможные фигуры находят иногда неожиданное применение. Оскар Рутерсвард рассказывает в книге “Omojliga figurer” об использовании рисунков имп-арта для психотерапии. Он пишет, что картины своими парадоксами вызывают удивление, заостряют внимание и желание расшифровать. Психолог Роджер Шепард использовал идею трезубца для своей картины невозможного слона.

Невозможные фигуры вдохновили художников на создание целого нового направления в живописи, названного импоссибилизмом. К импоссибилистам относят голландского художника Эшера. Его перу принадлежат известные литографии «Водопад», «Восхождение и нисхождение» и «Бельведер». Художник использовал эффект “бесконечной лестницы”, открытый Рутесвардом.

За рубежом, на улицах городов, мы можем увидеть архитектурные воплощения невозможных фигур.

Наиболее известное использование невозможных фигур в массовой культуре - логотип автоконцерна «Рено »

Заключение .

Невозможные фигуры заставляют наш разум сначала увидеть то, чего быть не должно, затем искать ответ – что же сделано не так, в чем скрыта изюминка парадокса. А ответ найти порой не так – то просто – он скрыт в оптическом, психологическом, логическом восприятии рисунков.

Развитие науки, необходимость мыслить по-новому, поиски прекрасного – все эти требования современной жизни заставляют искать новые методы, которые способны изменить пространственное мышление, воображение.

Изучив литературу по теме, я смогла ответить на вопрос «Существуют ли в реальном мире невозможные фигуры?» Я поняла, что невозможное возможно и нереальные фигуры можно сделать своими руками. Я создала модель Амес «Невозможного куба» и проверила на нем теорему Эйлера. Рассмотрев способы построения невозможных фигур, я смогла нарисовать свои невозможные фигуры. Мне удалось показать, что

Вывод1: Все невозможные фигуры могут существовать в реальном мире.

Вывод2: Теорема Эйлера, верная для любого выпуклого многогранника, неверна для невозможных фигур, но верна для их моделей Амес.

Вывод3: Найдется ещё много областей, в которых будут использоваться невозможные фигуры.