Роботизированный Science art. Как и зачем роботов учат писать красками

Пересечение искусства и науки привело к удивительному явлению — появлению роботов-живописцев. Эти металлические «творцы», запрограммированные писать картины настоящими красками на холсте, раздвигают границы художественного выражения. Но что они такое? Инструмент в руках художника? Или в будущем технология сможет претендовать на полноценное звание автора? 

Как работает технология

Уже больше полувека ученые работают над созданием алгоритмов и нейронных сетей, которые способны научить роботов рисовать кисточками и красками на холсте, подражая живописцам. Такие алгоритмы могут разбивать цифровое изображение на цвета и штрихи и передавать в систему рисования понятный роботу «эскиз». 

После того как пользователь выбирает картинку и загружает изображение в систему, алгоритм преобразует ее машинные коды и делит процесс рисования на несколько этапов, определяет необходимое количество мазков, траекторию движения кисти и необходимые цвета. Холст монтируется на рабочий стол робота, и начинается процесс рисования. Когда краска заканчивается, пользователь вновь наполняет резервуар, подливая краску нужной консистенции. Робот самостоятельно смешивает краски прямо на холсте и даже меняет одну кисть на другую для более точной детализации. Так сегодня работает большинство роботов-художников.

Важно сказать, что робот-художник принципиально отличается от принтера, хотя в основе обеих установок лежит общая идея — перенос цифрового изображения на материальный носитель. Однако робот в первую очередь использует художественные краски, имеющие иные оптические свойства и консистенцию. А технология рисования кистью, особенно если робот обладает рукой-манипулятором, позволяет имитировать весь спектр художественных эффектов, который может выполнить человек.

Железные художники. Какие они? 

Идея научить робота рисовать не нова: сегодня существует множество научных и коммерческих стартапов, успешно реализующих задумку. 

Все началось в 1960-х гг., когда художник-абстракционист Гарольд Коэн заинтересовался программированием и стал изучать искусственный интеллект в Стэнфордском университете. Спустя несколько лет он представил программу для художников AARON. Коэн пытался понять, в каких условиях набор линий становится изображением и как художники обрабатывают информацию при создании произведений искусства.

Чтобы приблизиться к пониманию, Коэн обучал AARON, программируя алгоритмы, основанные на анализе детских и древних рисунков и личных знаниях в области искусства. В результате маленький робот, оснащенный маркером для рисования, создал несколько тысяч произведений разных размеров — от клочка бумаги до огромных фресок. Впоследствии технология совершенствовалась, и в 1979 г. открылась выставка Гарольда Коэна в Музее современного искусства Сан-Франциско, где были представлены совместные творения робота и художника, такие как фреска, нарисованная машиной и раскрашенная ее создателем.

Другой проект, разработанный в Констанцском университете в Германии, — робот для рисования e-David. Процесс создания картины уникален: e-David фотографирует картину-оригинал, после чего анализирует полученное фото, пытаясь «понять», где и как следует нанести мазки, чтобы получить копию картины. Его стиль похож на пуантилизм, но вместо точек робот наносит тонкие, почти невесомые мазки кистью.

«[Мы] работаем в области компьютерной графики, то есть мы — компьютерщики. Но мы любим искусство, и у нас есть проекты, которые находятся на границе между наукой и искусством, — говорит Оливер Дойссен из лаборатории компьютерной графики и медиадизайна Констанцского университета. — С помощью нашего механизма обратной связи мы пытаемся имитировать то, как человек-художник создает рисунок, — последовательность нанесения мазков краски на холст и дальнейшее сравнение того, насколько распределение цветов соответствует тому, что должно быть на холсте».

Это первый робот, который не просто копирует изображение, а постоянно адаптирует технику рисования под актуальный исходник, находящийся в поле зрения его камеры. 

В 2019 г. настоящий фурор произвела робот-гуманоид по имени Аи-Да. Она действительно удивляет своей физической формой, хотя техника переноса изображения достаточно проста: Аи-Да оснащена роботизированной рукой, которая набирает краску кисточкой. В глаза встроены камеры, которые делают снимок человека. Она пока не может смешивать краски, поэтому ставит на холсте отдельные точки, которые в итоге собираются в портрет. Уникальность робота в том, что он выглядит как человек и оснащен искусственным интеллектом. В результате двух одинаковых портретов одного и того же человека получиться не может.

Робот-художник Аи-Да провела свою первую персональную выставку в Оксфордском университете и с тех пор путешествует по всему миру, демонстрируя зрителям чудеса синтеза науки и искусства.

Российские стартапы

В 2016 г. группа исследователей из СПбГЭТУ «ЛЭТИ» создала робота-художника, способного имитировать стиль и характеристики людей-художников. Цель проекта заключалась в том, чтобы научить машину рисовать красками и кистью так, чтобы картина напоминала работу конкретного художника или художественное направление с минимальными отличиями.

Через несколько лет разработчики собрали первый прототип подобной машины. Технология та же — программное обеспечение обрабатывало изображение, разбивало его на мазки и преобразовывало в машинный код. 

Первый прототип умел рисовать только черно-белые картины. Разработка алгоритмов для получения различных цветов была непростой задачей: в то время еще не были изучены закономерности, описывающие смешение художественных красок. Однако ученые исследовали принцип работы художников с палитрой и создали математическую модель, воспроизводящую закономерности смешения красок. Затем на основе модели был разработан алгоритм, позволяющий роботу-художнику автоматически создавать любой цвет. 

Сегодня робот-художник из «ЛЭТИ» способен повторять пейзажи великих художников. В будущем технология может помочь в реставрации произведений искусства, воспроизведении точных копий картин или работ в стиле какого-либо художника.

Подобные примеры «написания» картин невольно заставляют задуматься, насколько такие роботы-художники в будущем потеснят людей-творцов. Создадут ли они реальную конкуренцию людям? Важно учитывать, что роботам для создания картин различного уровня сложности нужно от 40 минут до нескольких дней. При этом скорость их работы гораздо выше, чем у людей, ведь роботам не нужны перерывы на обед и сон, лишь небольшие перезагрузки. 

Однако ученые спешат утешить. «Технологии прежде всего помогают людям лучше реализовывать свои творческие замыслы. Когда полтора года назад появились нейронные сети, которые по текстовому описанию способны генерировать очень правдоподобные картины, сначала в интернете было много споров, а затем стало понятно, что художники, которые осваивают эту технологию, становятся более конкурентноспособными на рынке коммерческой иллюстрации. Более того, появляются новые профессии, связанные с использованием нейросетей, когда не нужно обладать большими навыками с точки зрения рисования, но нужно уметь работать с нейронной сетью. Возникают новые возможности, вызовы для художников. Люди подстраиваются, и в целом искусство только выигрывает от этого», — считает Артур Каримов, один их создателей робота-художника из «ЛЭТИ» (РНФ 22-79-00171).

Еще один популярный проект — «РобоХуд» — показывает достаточно успешный коммерческий потенциал. Робота можно прибрести для домашнего и корпоративного пользования.  

«”РобоХуд” — это арт-тех-компания, которая разрабатывает уникальное программное обеспечение и специальное оборудование для рисования на роботах-манипуляторах при помощи масляных и акриловых красок. Робохудожник служит инструментом, который любой человек может использовать для реализации своего творческого потенциала. Эта технология дает возможность расширить свои творческие ресурсы и укрепить свои позиции в арт-пространстве для современных художников, одновременно с этим она предоставляет шанс для самореализации тем, у кого нет художественных навыков, времени на обучение или даже физических возможностей. Наша команда уверена, что вне зависимости от навыков и возможностей каждый может быть творцом», — рассказали создатели робота-художника корреспонденту портала «Научная Россия». 

После прочтения научно-фантастических книг об искусственном интеллекте и будущем человечества московские программисты Анна Мищенко и Николай Гаврилин задумались, почему бы не совместить свое хобби с возможностями разработчиков и инженеров. Так они написали алгоритм, с помощью которого робот может воплощать в реальность технику живописи, которой сами они научиться уже не смогут.

В 2021 г. Анна и Николай познакомились с предпринимателем и художником Владимиром Цимбергом, которого также интересовал синтез науки и искусства. Они объединились в команду и создали первый прототип «РобоХуда».

Для создания картины необходимо загрузить в программу изображение или сгенерировать его по ключевым словам во встроенной нейросети, а затем выбрать стиль рисования. Алгоритм за несколько минут сам разделит изображение на тысячи виртуальных мазков и распределит их по слоям в зависимости от нужной толщины кисти, чтобы получилось то изображение, которое загрузил пользователь. 

Как утверждают создатели, робохудожник пишет картины в стиле нейроимпрессионизма, сочетающего в себе основы и принципы классического импрессионизма и совокупность алгоритмов и нейронных сетей для создания и обработки изображения перед рисованием. Нанося краски последовательно, мазок за мазком, робот имитирует путь руки настоящего художника и таким образом технически воссоздает технику живописи.

Робот-художник активно применяется для привлечения внимания и создания WOW-эффекта в ивент-индустрии — на разных мероприятиях и выставках.

В то же время интерес к этой технологии есть и в сфере образования. Уже сейчас команда разрабатывает методическое пособие для образовательных учреждений — программа обучения позволит школьникам и студентам одновременно развивать технические и художественные навыки, практиковаться в командной работе, учиться понимать и программировать искусство.

«Сфера медицинской реабилитации (арт-терапия), дизайн одежды и интерьера, промышленная живопись — во всех этих областях есть заинтересованность в технологии», — утверждают разработчики. 

Что думают художники?

14–16 августа 2023 г. художница-аспирантка факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ им. М.В. Ломоносова Ксения Шутова организовала коллаборацию с роботом-художником компании «РобоХуд». Совместно с манипулятором Ксения создала уникальную роспись одежды — по своему эскизу она подготовила своеобразную «подложку», а робот нанес поверх изображение. 

«Я рисую на ткани и коже акриловыми красками в техниках "невесомая роспись" и "вышивка красками", создавая мягкие, стойкие, долговечные картины на одежде, которую можно смело носить и не бояться испачкать. Совместный проект с роботом-художником показал, что при предварительной подготовке материала художником техника “невесомая роспись” может быть успешно выполнена роботом. Он наносит те же самые мазки. Работа получается в художественном стиле импрессионизма, а так как рисунок выполняется роботом, было решено дать новому направлению название “нейроимпрессионизм”. Проект интересен мне не только как художнику, но и как программисту, поэтому было особенно любопытно изучить робота и стать частью направления science art», — поделилась Ксения Шутова. 

Художница подчеркнула, что роботов не стоит рассматривать как конкурентов. На этом этапе развития технологии роботы-художники не заменят человеческое творчество, а дополнят его, послужат инструментом для новых форм реализации творческих задумок. 

«Да, художники по-прежнему делают детальные шедевры, наполненные душой и любовью. Но робот создает творчество, пропитанное наукой. <…> Это серьезный шаг и заявление современному миру, что художники могут заниматься наукой, а ученые могут погружаться в творчество. А их совместная работа принесет колоссальные результаты», — отмечает Ксения.

По словам Ксении Шутовой, роботы-манипуляторы дают художникам ряд преимуществ. «В первую очередь — это совместные проекты и выступления на больших площадках, а также просвещение людей в области science art. Важна возможность показать людям из искусства, что наука — это красиво, оригинально и круто, а людям из науки — что искусство в некоторой мере поддается логичной структуре, а в данном случае ее легко запрограммировать. Мы с командой “РобоХуд” хотим показать, что союз художника, современных технологий, искусственного интеллекта и робототехники — это возможность для создания абсолютно невероятных творческих проектов!» — добавила Ксения Шутова. 

Интервью с аспиранткой факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ им. М.В. Ломоносова, победительницей конкурса фонда «Интеллект» 2022 г. Ксенией Шутовой вы можете посмотреть на нашем портале по ссылке. Героиня рассказала, зачем кибернетики учат роботов держаться вместе, следуя примерам животных и насекомых.

Вопреки сюжетам антиутопий про искусственный интеллект, сегодня перед человечеством не стоит вопрос, представляет ли собой творение нейронной сети самостоятельное произведение. Очевидно, что за произведениями нейросетевых технологий или роботов-художников стоят люди. Вопрос субъектности искусственного интеллекта будет иметь смысл в будущем, когда появится достаточно сильный ИИ. Но сегодня все эти технологии — однозначно инструмент в руках художника. «Развитие технологий способствует тому, что в изобразительном искусстве появится больше направлений. Вполне может быть, что живопись с использованием искусственного интеллекта и роботов оформится в отдельную ветку и не будет конкурировать с живописью, которая создается классическим способом», — заключил Артур Каримов. 

Источники

Правила жизни. За 50 лет до Midjourney: история AARON — предка нейросетей, проявляющих себя в искусстве

New Atlas. eDavid the robot painter excels in numerous styles

NTD. Робот-художник рисует портреты кисточкой и красками

СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Резидент МолНИИ Артур Каримов: «Главное в науке – найти единомышленников, верить в идею и упорно работать»

Robohood. Робохудожник для бизнеса

Фото на превью: Александра Кушнарева / Изображение предоставлено Ксенией Шутовой

Фото на главной странице сайта: Александра Кушнарева / Изображение предоставлено Ксенией Шутовой

Фото на странице: freepik / фотобанк Freepik, freepik / фотобанк Freepik, freepik / фотобанк Freepik, Молодежный НИИ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» (предоставлено А.И. Каримовым), предоставлено А.И. Каримовым, Александра Кушнарева / Изображение предоставлено Ксенией Шутовой.